CN1107838C - 一种燃烧燃料气体的燃烧室和燃烧方法及燃气轮机系统 - Google Patents

Abstract

一种用于燃烧燃料气体的燃烧室(2)。从进口管(20)进入燃烧室(2)的燃料气体是经过压缩的空气与燃料气体的混合物，其浓度低于爆炸下限。可燃气与空气的混合物经管(6)至燃烧区(8)，在那里的燃烧只靠反应自燃来完成。已燃气体经过由挡板(10)排列组成的曲折通道流向出口管道(22)。排出的已燃气体通过管(6)的外表面放出热量来预热管内的进口燃料气体。利用废燃料气体的燃气轮机系统(100)包括如上所述的燃烧室(2，14)，它给燃气轮机(100)的膨胀级(104)提供了已燃燃料。

Description

一种燃烧燃料气体的燃烧室和燃烧方法及燃气轮机系统

技术领域

本发明涉及燃料气体在燃烧和利用上的改进。本发明的各种装置及方法是在一优选实施例中予以说明，所述装置和方法是利用从矿井、废碴坑等处出来的具有边际能量价值的气体，否则的话，这部分能量就浪费掉了。

在本说明书中的术语“燃料气体”是指它包括了可燃气体，例如甲烷或含甲烷的气体，如天然气、煤层气、沼气、废碴坑气体及其它类似气体，以及含一氧化碳的气体，如高炉煤气、炼钢厂气体、发生炉煤气及其它类似气体。这些燃料气体也可以包括气体的杂质，例如氮气、二氧化碳气及空气等。在某些情况下，诸如对于煤矿通风空气，这些气体被大大地稀释了，而其燃料气体与空气之比必须是低于该混合物的爆炸下限或高于该混合物的爆炸上限。而且，上述“燃料气体”还能包括燃料气体与空气有目的地掺混的混合物。

对于提供给实施本发明的燃烧室的“燃料气体”来说，该术语“燃料气体”是应被理解为燃料气体与空气的混合物，且其混合物的燃料气体与空气之比是低于该混合物的爆炸下限。

发明的背景

许多低品质燃料，例如高炉煤气以及被大量稀释了的燃料气体，如含甲烷的煤矿通风空气，是被白白地烧掉或排放掉了，而没有加以有效的利用，其主要原因是现有的技术成本很高，和/或没有能使这些燃料被商业化地利用的低成本设备及合适的技术。由于要利用燃料气体就必须压缩很大体积的这些气体，且由于该燃料气体通过燃气轮机的压缩和膨胀级的流量以及有关的燃烧问题，使得标准的燃气轮机设计无法采用。

采用燃气轮机利用稀释了的燃料气体，还存在的问题是，为使燃料气体供给燃气轮机作为燃料，基本上所有的燃料气体需被压缩至高于燃气轮机的燃烧压力，而压缩所需的设备及功率需求都是很费钱的。

在易产生燃料气体的地下煤矿中，甲烷的提取可以将地下采煤时形成的存在于煤层中的甲烷气除去一部分，因为甲烷燃料气流是和空气及其它污染物如二氧化碳等掺混在一起。用这种技术时所提取的甲烷与采煤时所释放出来的甲烷气总量之比一般是小于50％，而其较大部分排到煤矿的通风空气中。在这些煤矿中，甲烷在通风空气中的含量一般是在0.8％到1.0％之间。有人提出把全部或部分这种通风空气吸入到燃气轮机中以利用这种不用就浪费掉了的燃料气，但是现代的高效及低成本的燃气轮机一般是不适合于完成这样的任务，因为这种燃气轮机要求的总的甲烷与吸入空气的容积比例一般要超过2％而接近于3％，因此即使甲烷在空气中的容积比为1％，且吸入的甲烷在含甲烷的空气中能够燃烧，这种燃料气体也大约只能提供燃气轮机所要求的燃料量的三分之一左右。这样的燃气轮机即使燃烧问题可以解决，且煤矿的排出气体可作为补充燃料，它也不能有效的利用这些煤矿中的燃料气体流。

使用这种稀释了的燃料气体流，进一步的问题是现代高效燃气轮机用于冷却及清洗的气流量一般要占总空气流量的15％以上，因此吸入空气中相当大的一部分甲烷是旁路绕过了燃烧级，这部分在空气中的甲烷就没有加以利用而是浪费掉了。此外，旁路绕过燃烧级的甲烷随后是在中等温度的情况下加入到燃气流中，它能形成各种活性基，如甲基羟基，它会促进在燃烧级生成的氮氧化物转化成有毒的可见的二氧化氮。

某些低纯度的气体，如来自污水处理、“废碴坑”操作、煤层及其它类似处的气体，可含很高浓度的二氧化碳，二氧化碳浓度有时可高达70％以上。这种气体在常规的燃气轮机及其相关联的燃烧系统中即使能燃烧的话，燃烧起来也是很困难的。

本发明者在1992年6月在澳大利亚能源研究院的新闻杂志上(Australian Institute of Energy’s News Journal)发表了一篇文章，名为“消除煤矿的甲烷排放”(The Elimination of Coal Mine MethaneEmissions)，文中提出了吸入含甲烷的煤矿通风空气到燃气轮机中，但此时尚未完全认识到上述讨论的各种存在的问题。在那时，提出了采用一个水封来作为火焰抑制及煤矿和燃气轮机燃烧系统之间的煤矿隔绝装置，同时假如通风空气中的甲烷含量超过预定的上限，则采用一个专门的控制阀来改变稀释空气的量。从而确保燃气轮机必要的安全运行，这一系统存在的问题是较复杂的，并且若无安全控制装置，该系统将在空气中甲烷的容积含量约为3％左右或更高些(如果燃烧不完全)的情况下运行。这会使甲烷在空气中的容积比接近于操作下限，而这是不能接受的。

另一存在的问题是，如果空气中的燃料气体的混合物被吸入燃气轮机或输送到一个燃烧室，该混合物低于爆炸下限，则在混合点处将在短时间内存在易爆混合物。对于燃气轮机或其它大的工业设备，在混合级的低压降是合乎要求的，且可能爆炸的风险及其量级大小应该是最小，尽管燃气轮机及工业炉所需的空气量及燃料气体量较大。

尽管利用这些废气有诸多益处，直到现在燃气轮机厂商尚未提出一个适合的燃气轮机方案。

一般说来，对于各种加热系统如工业及商业用燃烧器、燃烧炉、燃气轮机等，在燃料气体的燃烧过程中生成氮氧化物(NOX)是一个普遍问题。在许多应用的场合下，由燃烧过程最终所生成燃气的理想温度大大低于燃料气体燃烧的火焰温度，但在最终燃气中生成的氮氧化物的含量是由火焰温度所确定，而不是由最终混合的燃气温度所确定。通常的问题是，燃气轮机中的燃料燃烧时所要求的燃气温度量级是在850℃到1200℃，但氮氧化物的含量是由燃烧室内火焰温度所确定的，即使是采用很先进的燃烧方案(例如先富燃后贫燃)，预计其排出的燃气的氮氧化物含量在20ppm以下，而要将氮氧化物含量降到10ppm以下的话，一般就只能采用很特殊的燃烧系统，如催化装置来实现。

催化燃烧系统一般依赖于使用贵重金属催化剂，如铂及钯，其所存在的问题是这些金属是稀少和昂贵的并且易被燃料气体中的某些杂质所毒化，譬如存在于废碴坑中的硅烷类。

还存在的另一燃烧问题是燃料气体与空气混合物中燃料空气的量低于该混合物的可燃下限，因此，采用目前的非催化燃烧技术，如不使用其它附加燃料来启动及维持燃烧的话，燃烧就无法进行。

通常知道，吸入被碳氢化合物污染的空气到燃气轮机燃烧并利用之作为燃气轮机燃料的一部分，但一般说来其污染物碳氢化合物只是代表了燃料的一小部分，这项技术主要是用来减少这些污染物的排放，而不能容易地用于提供常规燃气轮机的燃料需求的主要部分，原因是受到常规燃烧室的限制。

本发明的目的之一是要克服或改进在现有技术中存在的上述的各种问题中的一个或更多。

发明内容

首先，公开了一种用于燃烧燃料气体的燃烧室，它包括了一个容器，该容器具有供应燃料气体的进口；该容器具有一组空心管，该空心管的一端通向供给的燃料气体而另一端通向燃烧区，这些空心管相隔开地排列，以至使这些管的外侧形成一个可使燃烧区的已燃气体流到容器出口的出口通道，而部分燃烧的已燃气体的热量传给管内的进口燃料气体，而使入口燃料气体预热，供应的燃料气体与空气之比是低于这种燃料气体的爆炸下限，在上述燃烧区内的燃烧是靠预热的燃料气体进行反应或自燃来实现的。

该燃烧室还能包括管间的挡板装置以形成曲折的出口通道。这些管子可按容器的纵向排列，上述进口及出口在容器的同一端而燃烧区在容器的另一端。利用所述挡板装置可使这些管子排列成六角形，上述挡板装置由装配在所述管子上的六角形套筒构成，并且相邻套筒互锁。还可以将一个燃烧室安排在所述燃烧区附近，以使在燃料气体进入燃烧室之前使上述燃烧区预热到燃烧温度。

本发明的另一方面，还公开了一种燃烧燃料气体的方法，它包括以下步骤：

依靠先燃烧的燃料气体释放出来的热量来预热供应的燃料气体；

使上述被预热的燃料气体保持一段时间，以进行反应或自燃；

用一个曲折通道来排出上述已燃的燃料气体，以与上述供应的燃料气体相互热交换。

最好再布置一个燃烧区，其在一定温度下足以使在供应过程中被预热了的燃料气体燃烧。

按本发明的再一个方面，还公开了一种利用燃料气体产生有用能的燃气轮机系统，该系统包括：

一个压缩级，接纳上述燃料气体，经压缩后输出；

一个燃烧室，接纳上述被压缩了的燃料气体，该燃料气体对空气的比例低于该燃料气体的爆炸下限，该燃烧室在被预热的燃料气体燃烧之前利用已燃的燃料气体的热交换来预热被压缩了的燃料气体，而燃烧是靠反应或自燃下行的；

一个膨胀级，该膨胀级用机械方式与所述压缩级相连接，该膨胀级接受上述已燃的燃料气体，而膨胀放出的能量是被转化为有用的转动能。

按照优选方式，从上述膨胀级排出的膨胀后的燃气再输送到一个换热器，以使对尚未到达燃烧的经压缩的燃料气体加热。此外，一个发电机或空气压缩机与上述膨胀级连接以使上述转动能转换为电能。该供应的燃料气体可以是煤矿排出气体及通风空气的混合物，该混合物可由混合级来形成，混合级包括上述煤矿通风空气输送管道，在该管道的通径里安排有一组管子用以接受煤矿排出气体，这些管子开有许多小孔以引导煤矿排出气体与上述煤矿通风空气相混合。最好，该燃料气体是含甲烷的，而甲烷与空气之比是小于等于2％。

本发明还公开了一个如前所限定的燃气轮机系统，这一燃气轮机系统包括一个压缩机，如前所述作为压缩级。

本发明还进而公开了一种在一燃气轮机中利用燃料气体来产生有用能的方法，该方法包括以下步骤：

压缩燃料气体；

在所述燃料气体燃烧之前，靠先燃烧的燃料气体释放的热量来预热已压缩了的燃料气体；

利用反应或自燃来燃烧所述预热的燃料气体；

膨胀所述的已燃燃气以产生有用能。

最好，还利用膨胀级排出的排气的热量来加热已压缩了的燃料气体。

附图简介

图1是实施本发明的燃烧室的截面侧视图；

图2a及2b示出燃烧室的其它实施例；

图3a表示了热交换管组件的细节；

图3b表示了图3a管组的一种排列；

图4是利用煤矿排出气体及通风气体来发电的装置的示意图；

图5是与图4同样的装置，表示这行参数；

图6a及6b表示了气体混合装置的细节；

图7表示了在混合装置内气体混合区的细节。

本发明的最佳实施方式

现参照图1来详细说明本发明的一个实施例，图1表示燃烧室2的简化形式。

包括有助燃空气的燃料气体(例如甲烷)以低于爆炸下限的浓度通过管子20供应到燃烧室2的进口集箱14，该燃料气体再经过管板4进到热交换管6，在此处，燃料气体在进入燃烧区8之前被加热到着火温度。靠温度的提高以及高温燃烧区8的容积给燃料气体提供了足够的停留时间，通过自由基诱发的燃烧反应来反应及自燃。这样的燃烧过程本质上是自发的，而同时含甲烷成分的气体转换成二氧化碳及水蒸汽。不需要为燃烧发生装置提供火焰，这会生成少量的氮氧化合物，甚至可低达5ppm以下。

离开燃烧区8的热燃气经过热交换管6的外侧，同时该热燃气被混合并在通过管22导出之前，靠一系列挡板10以曲折或绕行的路径被引导通过管子的外表面，从而基本上被烧掉并以需要的温度供给燃气轮机的膨胀级。

燃烧室2适合地是用隔绝材料作衬里且有一隔热内衬，如陶瓷瓦和/或环。管子6是由非金属材料制成的，如碳化硅，管子是粘接在金属制成的管板4之内，且管板4合适于隔绝相应于出口管道22那一侧的高温燃气。

利用燃烧器12把燃烧室2引到工作温度，分别将从管道24出来的燃料及从管道26出来的空气喂入燃烧室12，从供应管20内的燃料源和空气源也同样可以获得上述两项，一旦达到了工作温度(对甲烷，约为大于1000℃)，燃烧器12就关掉，而只是连续供应少量的空气用于冷却，该燃烧器也能在低负荷下作为起动燃烧室来工作。

图2a表示基于上述简化燃烧室的一个燃烧室2’的典型的优选结构。该燃烧室提供了一组热交换管6，其每个下端向供应管20开口，挡板10用于常规的叉流阻挡。图2b表示了一个类似的燃烧室2”，它采用延伸板16以保证连续的向上流动并随之分开地向下流到热交换区。

图3a表示具有与管6成一体的六角形挡板的碳化硅管的一部分，而图3b表示管6的排列，那里的六角形挡板支撑块10’是错开的排列而形成了到出口管道22去的曲折通道以保证有效的热交换。实例

在一个实施例中，其燃烧室2”是用来给一个类似于Centaur3000R的燃气轮机供应燃料，这种燃气轮机是回流换热式的，其燃烧室是在燃气轮机壳体之外的，燃气轮机的燃料如甲烷与进口空气一起吸入到燃气轮机内，该燃气轮机的基本特征及尺寸如下：

空气/甲烷的供给流量             17.4千克/秒

分析                            大气压力下以24℃的水饱合

                                1.6％甲烷(容积/容积，以干重为基准)

                                98.4％空气(容积/容积，以干重为基准)

空气/甲烷的进气温度             400℃

燃气的排气温度                  850℃

燃烧室内径                      1190毫米

管束：

管数                            1794

管外径                          19毫米

(按三角形间距排列)

管长                            2000毫米

挡板数                          5

管顶到燃烧室顶距离              1000毫米

这些管子是2毫米厚的Sandvik 253-MA合金，其内表面用BSW丝锥压制成锯齿状并且用镍电镀，管板4及挡板10亦是用Sandvik 253-MA合金制成。管子的外表面(高温)覆有陶瓷氧化物如多铝红柱石的涂层。

如上述的燃烧室亦可应用于燃气轮机、精炼炉及加热炉等其它形式。

进而还在另一个实施例中，在管6中可装有许多多孔陶瓷杆，在其中用已知方式充满了熟知的催化剂，如对含甲烷燃料的镍以及对含一氧化碳燃料的氧化锌基催化剂。

本发明的另一实施例是关于含甲烷的煤矿通风气及煤矿排出气体的利用，现参照图4来予以说明，图4示出一总的燃气轮机100。该燃气轮机的压缩102是用驱动轴108与膨胀级104相连。膨胀级104用另一驱动轴110与发电机106相连。发电机106的电输出是从煤矿通风空气及煤矿排出气体中回收得到的能量，它能被输到电网，从而代表了一种可售商品。

含甲烷的煤矿通风空气通过进口管道250送至混合装置112(下文将进行说明)，进到该混合装置来的还有按定量控制的煤矿排出气体，该气体靠进口管道252进入混合装置。混合物随后通过出口管254由燃气轮机压缩机102通过吸入口吸入。

然后被压缩机压缩了的含甲烷的空气通过出口管道256离开压缩机102通往同流间壁式换热器(recuperator)116，在同流间壁式换热器116中含甲烷的空气以热交换的方式被加热，之后经过管道258输往燃烧室114，该燃烧室116是按图1至3b的教导并且按本例的目的按前例的特殊说明制成的。热(已燃的)气体离开燃烧室114通过管道262输往膨胀级104。

从膨胀级104排出的气体靠出口管264通往同流间壁式换热器116，经冷却的排出气体经出口管266离开同流间壁式换热器116而排向大气。

余热锅炉可利用离开同流间壁式换热器116的经冷却而排出的燃气来生产水蒸汽以用于冷却涡轮盘、轴承及其它的通常用从燃气轮机压缩机来的空气来冷却的部件，由此强迫或能使全部含甲烷(燃料气体)的空气被吸入燃气轮机以使其流向燃烧系统。

在这种情况下，分馏燃料是作为启动燃料经管260、而空气经管268分别供入燃烧室114来启动燃气轮机。

对于大多数的应用情况，采用了多级涡轮，且在接近于它们的额定功率下运行。在负荷上的主要变化可以靠关掉多级涡轮的个别级来达到，而与燃气轮机额定负荷相差不大的载荷变化亦可靠改变燃气离开燃烧室114而进入出口管道262内的温度设定来完成。负荷变化也可由通常的方式改变通往燃气轮机的燃料流量的方法来完成，例如利用在压缩机级102及膨胀级采用可调进气叶片。

在本发明进一步的优选方案中，示于图4的燃气轮机100中几乎全部的燃料要求由空气进气中的甲烷来供给以及由受控的燃料气体喷入到压缩机102的吸入流中来供给。

如Westinghouse的CW 191 PG及Solar的Centaur 400R这样的燃气轮机，它们目前均不再生产，以及通用电气公司的Frame-1、Frame-2以及Frame-5燃气轮机都是被认为是老式过时的机组，这些机组较适合用于本发明的实施例中。

被列出的这些型号的燃气轮机，当其修改成包括有所述的燃烧室114时，当甲烷在吸入空气中容积含量超过2％时是不能工作的，这一含量大大低于甲烷在空气中的爆炸下限。该燃气轮机用于吸入煤矿通风空气时，燃气轮机本身就成为一种平行和独立于任何可调式分析仪器或其它煤矿安全装置的有效监视装置。

图6a及6b表示一个管式结构的细节，在该结构处的进口煤矿通风空气及煤矿排出气体是在混合装置112内混合。图6a是图6b沿A-A线的剖视图。管道250包括一组垂直安装间隔地排列的空心管150，这些空心管靠顶部及底部的连接管152及154互相连接。顶部管152接受来自进口管252的煤矿排出气体而向下供给垂直管150。如图7所示，最好是每个垂直管150在其周缘都有一组小孔160，排出燃料气体从这些小孔处出来与煤矿通风空气相混合。这些邻近管之间的空间与文丘里(venturi)混合器的工作原理相同，使燃料气体喷射点处的空气速度及燃料气体速度到达这样的速度，即能防止在出现任何不希望的点火源的情况下出现稳定的火焰的工作状态。例

图5所示的实施例是利用Solar Centaur 3000 R机组。在该例中，燃气轮机的速度控制是靠控制从发电机106出来的功率以及通过入口管252给燃气轮机的燃料气体供给量来实现的，它是通过控制燃料气体的输入以维持在出气管道262内的燃烧室出口温度的预定范围。煤矿通风空气的流量是13.306标立方米/秒的空气、0.134标立方米/秒的甲烷以及0.403标立方米/秒的水蒸汽。煤矿排出气体的流量为0.081立方米/秒的甲烷、0.081立方米/秒的空气以及0.005立方米/秒水蒸汽。立方米/秒是指每秒的标准立方米，众所周知，它是0℃及标准大气压下的质量流量单位。该压缩级的压缩比为小于14∶1，而最好小于10∶1。经压缩的燃料气体与空气的容积比必需低于爆炸下限，在本例中采用的是1.6％(容积)，较佳范围是在1.5％到2.0％之间。在燃烧室内的停留时间足以使燃料在经过燃烧室时基本上全部烧掉，燃烧后的燃气产物的出口温度最好应在850℃到950℃之间，其上极限为1100℃。从燃烧室114出来的燃气产物的最终温度约为870℃，压缩级104排出气体的温度为455℃，发电机106的电功率输出为2420千瓦。

靠进口管260供给燃烧室114的燃料气流量指明了在供应管250内的通风空气中的甲烷含量，因此燃料气体低流量或燃烧室高温之类的适当报警装置就会关掉燃气轮机，并指出在煤矿通风系统里情况异常或不安全。

在另一实施例中，燃气轮机100还能用来燃烧含有一氧化碳的炼钢厂气体，将此类气体连同空气一起吸入到该燃气轮机的吸气口中。燃气轮机产生的能量的一部分是用来直接或间接地压缩空气，以用于空气分离制氧，以供钢厂运行，以及用于分离空气的操作。进而还可提供无燃料的空气以供燃气轮机内部的清洗及冷却用，以保证全部的燃料气与空气的混合物能被吸入到燃气轮机并进入到燃气轮机的燃烧系统中去。

在利用燃气轮机的另一实施例中，离开压缩机的燃料气及空气可以与水相接触至饱和以便使空气燃料气混合物进一步冷却，水可以用废水，诸如下水道污水或工地污水及其它类似物，这样污水的容量会减少且至少其一部分产生臭味的成分可以转移到助燃空气中，以在燃烧室内焚烧。

Claims (15)

1、一种用于燃烧燃料气体的燃烧室，该燃料气体包括空气和至少一种可燃气体的混合气，其中燃料气体中空气的浓度使该燃料气体处于该至少一种可燃气体的燃烧下限之下，该燃烧室包括：

一具有一供应燃料气体进口的容器；

一燃烧区；和

一组空心管，该空心管的一端向着供应的燃料气体开口而另一端开向燃烧区，这些空心管间隔排列，以使这些管的外面形成一个使燃烧区的已燃气体通过的出口通道，而使已燃气体从容器排至外面，而已燃气体的热量的一部分通过该管的壁传给管内的燃料气体来预热进入燃烧区之前的燃料气体，其中，该管子向着燃烧区开口的一端被设置成使进入燃烧区的已预热的燃料气体与已燃气体混合，以便进一步加热燃烧区内已预热的燃料气体；

该燃烧区没有催化剂，其体积足以容纳已预热的燃料气体，以便在一段时间内足以产生已预热的燃料气体的无焰、无催化剂的燃烧。

2、如权利要求1所述的燃烧室，其还包括在所述管之间的挡板装置以形成曲折的所述出口通道。

3、如权利要求2所述的燃烧室，其中该管子可沿容器的纵向排列，所述进口及出口在容器的同一端，而燃烧区在容器的另一端。

4、如权利要求2所述的燃烧室，其中所述管子通过挡板装置排成六角形形状，该挡板装置由装配在所述管上方并锁定邻接套筒的六角形套筒构成。

5、一种燃烧燃料气体的方法，它包括以下步骤：

利用已燃烧的燃料气体释放出来的热量来预热所供应的燃料气体，燃料气体与空气之比低于该燃料气体的燃烧下限；

使所述被预热的燃料气体在一燃烧区内保持一段时间以进行无焰燃烧；所述燃烧区没有催化剂，因此，所述燃料气体在所述燃烧区内的无焰燃烧是无焰、无催化剂的燃烧；

由一通道来排出已燃的燃料气体以与上述供应的燃料气体经过热交换表面直接热交换。

6、按权利要求5所述的方法，其还包括初始地预热一个燃烧区使之达到一定的温度，该温度足以引起在供应过程中被预热了的燃料气体燃烧。

7.一种利用包括空气和至少一种可燃气体的混合气的燃料气体而产生有用能的燃气轮机系统，其中，该燃料气体中空气的浓度是这样的，即该燃料气体处于该至少一种可燃气体的燃烧下限之下，该系统包括：

一个压缩级，它接纳所述燃料气体，燃料气体经压缩后输出；

一个燃烧室，它包括一具有一从该压缩级供应压缩的燃料气体进口的容器、一燃烧区和一组空心管，该空心管的一端向着供应的燃料气体开口而另一端则开向燃烧区，这些空心管间隔排列，以使这些管的外面形成一个使燃烧区的已燃气体通过的出口通道，而使已燃气体从容器排至外面，而已燃气体的热量的一部分通过该管的壁传给管内的燃料气体来预热进入燃烧区之前的燃料气体，其中，该管子向着燃烧区开口的一端被设置成使进入燃烧区的已预热的燃料气体与已燃气体混合，以便进一步加热燃烧区内已预热的燃料气体；该燃烧区没有催化剂，其体积足以容纳已预热的燃料气体，以便在一段时间内足以产生已预热的燃料气体的无焰、无催化剂的燃烧；

一个膨胀级，该膨胀级用机械方式与压缩级相连接，膨胀级接受从该容器排出的所述已燃的燃料气体，而膨胀放出的能量是被转化为有用的转动能。

8、按权利要求7所述的燃气轮机系统，其中，从所述膨胀级排出的膨胀后的燃气再输送到一个换热器，以加热已被压缩了的而尚未到达燃烧室的燃料气体。

9、如权利要求8所述的燃气轮机系统，它还包括有一发电机，它与上述膨胀级连接以使上述转动能转换为电能。

10、如权利要求8所述的燃气轮机系统，它还包括了一个空气压缩机，它与上述膨胀级连接以利用上述转动能来生产压缩空气。

11、如权利要求8～10中任一项所述的燃气轮机系统，它还包括了一个锅炉，它接纳上述热交换器排出的燃气并产生为所述锅炉供水的水蒸汽流。

12、如权利要求7～10中任一项所述的燃气轮机系统，它还包括一混合级，该混合级有一用于空气或第二种低于爆炸下限的燃料气体的管道，还有一族细管，用于接纳高于爆炸上限的第三种燃料气体，且细管设置在空气或第二种燃料气体的途径中，内开有许多小孔，从而使上述高于爆炸上限的第三种燃料气体引出与上述低于爆炸下限的空气或燃料气体相混合，而形成燃料气体，还有一管道用于将上述燃料气体通向压缩级。

13、如权利要求12所述的燃气轮机系统，其中所述的燃料气体是含有甲烷的燃料气体。

14、如权利要求13所述的燃气轮机系统，其中所供应的燃料气体是煤矿排出气体及通风空气的混合物。

15、如权利要求13所述的燃气轮机系统，其中的上述经压缩了的燃料气体的甲烷与空气之比是小于等于2％。

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