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CN118653916A - 回热式燃气轮机装置 - Google Patents

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CN118653916A
CN118653916A CN202410612060.2A CN202410612060A CN118653916A CN 118653916 A CN118653916 A CN 118653916A CN 202410612060 A CN202410612060 A CN 202410612060A CN 118653916 A CN118653916 A CN 118653916A
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gas turbine
compressor
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gas
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李鸿瑞
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Abstract

本发明提供回热式燃气轮机装置，属于热力学与热动技术领域。外部有空气通道与压缩机连通，压缩机还有压缩空气通道经回热器与燃烧室连通，外部还有燃料通道与燃烧室连通，燃烧室还有燃气通道与燃气轮机连通，燃气轮机还有中间燃气通道经回热器和第二压缩机与燃烧室连通，燃气轮机还有燃气通道与外部连通，燃气轮机连接压缩机和第二压缩机并传输动力，形成回热式燃气轮机装置。

Description

回热式燃气轮机装置
技术领域：
本发明属于热力学与热动技术领域。
背景技术：
动力与电力，是人类生活与生产当中的两种基本和重要需求；其中，将热能转换为机械能提供动力与电力是重要的技术手段。在实现热能转换为机械能的过程中，采用尽可能简单的技术举措来实现热变功的高效化是最基本的要求——为此，技术人员不懈努力。
采用布雷顿循环为工作原理的燃气轮机装置，或采用燃气-蒸汽联合循环动力装置，是利用优质燃料燃烧形成的高温热负荷来获得动力的主要手段。
为提高优质燃料高温热负荷的动力应用价值，应尽可能提高燃料燃烧形成的燃气温度，和降低燃气轮机装置排放燃气热负荷的温度和数量；同时，还要尽可能降低空气压缩机的压缩空气流量以缓解压缩比和工作负荷之间的矛盾。
本着简单、主动、安全、高效地利用能源获得动力的基本原则，本发明给出了流程合理，结构简单，工质流量可调，实现优质燃料高温热负荷高效动力应用的回热式燃气轮机装置。
发明内容：
本发明主要目的是要提供回热式燃气轮机装置，具体发明内容分项阐述如下：
1.回热式燃气轮机装置，主要由压缩机、第二压缩机、燃气轮机、燃烧室和回热器所组成；外部有空气通道与压缩机连通，压缩机还有压缩空气通道经回热器与燃烧室连通，外部还有燃料通道与燃烧室连通，燃烧室还有燃气通道与燃气轮机连通，燃气轮机还有中间燃气通道经回热器和第二压缩机与燃烧室连通，燃气轮机还有燃气通道与外部连通，燃气轮机连接压缩机和第二压缩机并传输动力，形成回热式燃气轮机装置。
2.回热式燃气轮机装置，主要由压缩机、第二压缩机、燃气轮机、燃烧室、回热器和第二回热器所组成；外部有空气通道与压缩机连通，压缩机还有压缩空气通道经第二回热器和回热器与燃烧室连通，外部还有燃料通道与燃烧室连通，燃烧室还有燃气通道与燃气轮机连通，燃气轮机还有中间燃气通道经回热器和第二压缩机与燃烧室连通，燃气轮机还有燃气通道经第二回热器与外部连通，燃气轮机连接压缩机和第二压缩机并传输动力，形成回热式燃气轮机装置。
3.回热式燃气轮机装置，主要由压缩机、第二压缩机、燃气轮机、燃烧室、回热器和第二回热器所组成；外部有空气通道与压缩机连通，压缩机还有空气通道经第二回热器与自身连通之后压缩机再有压缩空气通道经回热器与燃烧室连通，外部还有燃料通道与燃烧室连通，燃烧室还有燃气通道与燃气轮机连通，燃气轮机还有中间燃气通道经回热器和第二压缩机与燃烧室连通，燃气轮机还有燃气通道经第二回热器与外部连通，燃气轮机连接压缩机和第二压缩机并传输动力，形成回热式燃气轮机装置。
4.回热式燃气轮机装置，主要由压缩机、第二压缩机、燃气轮机、燃烧室、回热器和第二回热器所组成；外部有空气通道与压缩机连通，压缩机还有压缩空气通道经第二回热器和回热器与燃烧室连通，外部还有燃料通道与燃烧室连通，燃烧室还有燃气通道与燃气轮机连通，燃气轮机还有中间燃气通道经回热器和第二压缩机与燃烧室连通，燃气轮机还有燃气通道经第二回热器与自身连通之后燃气轮机再有燃气通道与外部连通，燃气轮机连接压缩机和第二压缩机并传输动力，形成回热式燃气轮机装置。
5.回热式燃气轮机装置，主要由压缩机、第二压缩机、燃气轮机、燃烧室、回热器和第二回热器所组成；外部有空气通道与压缩机连通，压缩机还有空气通道经第二回热器与自身连通之后压缩机再有压缩空气通道经回热器与燃烧室连通，外部还有燃料通道与燃烧室连通，燃烧室还有燃气通道与燃气轮机连通，燃气轮机还有中间燃气通道经回热器和第二压缩机与燃烧室连通，燃气轮机还有燃气通道经第二回热器与之自身连通之后燃气轮机再有燃气通道与外部连通，燃气轮机连接压缩机和第二压缩机并传输动力，形成回热式燃气轮机装置。
6.回热式燃气轮机装置，是在第1、4、5项所述的任一一款回热式燃气轮机装置中，增加新增膨胀机和新增回热器，压缩机增设中间抽气通道经新增回热器与新增膨胀机连通，新增膨胀机还有空气通道与外部连通，将燃气轮机有燃气通道与外部连通调整为燃气轮机有燃气通道经新增回热器与外部连通，形成回热式燃气轮机装置。
7.回热式燃气轮机装置，是在第2或第3项所述的回热式燃气轮机装置中，增加新增膨胀机和新增回热器，压缩机增设中间抽气通道经新增回热器与新增膨胀机连通，新增膨胀机还有空气通道与外部连通，将燃气轮机有燃气通道经第二回热器与外部连通调整为燃气轮机有燃气通道经第二回热器和新增回热器与外部连通，形成回热式燃气轮机装置。
附图说明：
图1是依据本发明所提供的回热式燃气轮机装置第1种原则性热力系统图。
图2是依据本发明所提供的回热式燃气轮机装置第2种原则性热力系统图。
图3是依据本发明所提供的回热式燃气轮机装置第3种原则性热力系统图。
图4是依据本发明所提供的回热式燃气轮机装置第4种原则性热力系统图。
图5是依据本发明所提供的回热式燃气轮机装置第5种原则性热力系统图。
图6是依据本发明所提供的回热式燃气轮机装置第6种原则性热力系统图。
图中，1-压缩机，2-第二压缩机，3-燃气轮机，4-燃烧室，5-回热器，6-第二回热器，A-新增膨胀机，B-新增回热器。
具体实施方式：
首先要说明的是，在结构和流程的表述上，非必要情况下不重复进行，对显而易见的流程不作表述。下面结合附图和实例来详细描述本发明。
图1所示的回热式燃气轮机装置是这样实现的：
(1)结构上，它主要由压缩机、第二压缩机、燃气轮机、燃烧室和回热器所组成；外部有空气通道与压缩机1连通，压缩机1还有压缩空气通道经回热器5与燃烧室4连通，外部还有燃料通道与燃烧室4连通，燃烧室4还有燃气通道与燃气轮机3连通，燃气轮机3还有中间燃气通道经回热器5和第二压缩机2与燃烧室4连通，燃气轮机3还有燃气通道与外部连通，燃气轮机3连接压缩机1和第二压缩机2并传输动力。
(2)流程上，外部空气流经压缩机1升压升温，流经回热器5吸热升温，之后进入燃烧室4参与燃烧，第二压缩机2排放的燃气进入燃烧室4；外部燃料进入燃烧室4，燃料、空气和燃气在燃烧室4内混合并燃烧成高温燃气，之后提供给燃气轮机3；燃气进入燃气轮机3降压作功，至一定程度之后分成两路——第一路流经回热器5放热降温、流经第二压缩机2升压升温和进入燃烧室4，第二路继续降压作功之后对外排放；燃料通过燃烧室4提供驱动热负荷，空气和燃气通过进出流程带走低温热负荷，燃气轮机3输出的功提供给压缩机1、第二压缩机2和外部作动力，形成回热式燃气轮机装置。
图2所示的回热式燃气轮机装置是这样实现的：
(1)结构上，它主要由压缩机、第二压缩机、燃气轮机、燃烧室、回热器和第二回热器所组成；外部有空气通道与压缩机1连通，压缩机1还有压缩空气通道经第二回热器6和回热器5与燃烧室4连通，外部还有燃料通道与燃烧室4连通，燃烧室4还有燃气通道与燃气轮机3连通，燃气轮机3还有中间燃气通道经回热器5和第二压缩机2与燃烧室4连通，燃气轮机3还有燃气通道经第二回热器6与外部连通，燃气轮机3连接压缩机1和第二压缩机2并传输动力。
(2)流程上，与图1所示的回热式燃气轮机装置相比较，不同之处在于：外部空气流经压缩机1升压升温，流经第二回热器6和回热器5逐步吸热升温，之后进入燃烧室4参与燃烧；燃气轮机3排放的燃气流经第二回热器6放热降温，之后对外排放，形成回热式燃气轮机装置。
图3所示的回热式燃气轮机装置是这样实现的：
(1)结构上，它主要由压缩机、第二压缩机、燃气轮机、燃烧室、回热器和第二回热器所组成；外部有空气通道与压缩机1连通，压缩机1还有空气通道经第二回热器6与自身连通之后压缩机1再有压缩空气通道经回热器5与燃烧室4连通，外部还有燃料通道与燃烧室4连通，燃烧室4还有燃气通道与燃气轮机3连通，燃气轮机3还有中间燃气通道经回热器5和第二压缩机2与燃烧室4连通，燃气轮机3还有燃气通道经第二回热器6与外部连通，燃气轮机3连接压缩机1和第二压缩机2并传输动力。
(2)流程上，与图1所示的回热式燃气轮机装置相比较，不同之处在于：外部空气进入压缩机1升压升温，至一定程度之后流经第二回热器6吸热升温，进入压缩机1继续升压升温，再之后进入回热器5吸热升温；燃气轮机3排放的燃气流经第二回热器6放热降温，之后对外排放，形成回热式燃气轮机装置。
图4所示的回热式燃气轮机装置是这样实现的：
(1)结构上，它主要由压缩机、第二压缩机、燃气轮机、燃烧室、回热器和第二回热器所组成；外部有空气通道与压缩机1连通，压缩机1还有压缩空气通道经第二回热器6和回热器5与燃烧室4连通，外部还有燃料通道与燃烧室4连通，燃烧室4还有燃气通道与燃气轮机3连通，燃气轮机3还有中间燃气通道经回热器5和第二压缩机2与燃烧室4连通，燃气轮机3还有燃气通道经第二回热器6与自身连通之后燃气轮机3再有燃气通道与外部连通，燃气轮机3连接压缩机1和第二压缩机2并传输动力。
(2)流程上，与图1所示的回热式燃气轮机装置相比较，不同之处在于：外部空气流经压缩机1升压升温，流经第二回热器6和回热器5逐步吸热升温，之后进入燃烧室4参与燃烧；燃气进入燃气轮机3降压作功，至一定程度之后分成两路——第一路流经回热器5放热降温、流经第二压缩机2升压升温和进入燃烧室4，第二路继续降压作功、流经第二回热器6放热降温、进入燃气轮机3继续降压作功和对外排放，形成回热式燃气轮机装置。
图5所示的回热式燃气轮机装置是这样实现的：
(1)结构上，它主要由压缩机、第二压缩机、燃气轮机、燃烧室、回热器和第二回热器所组成；外部有空气通道与压缩机1连通，压缩机1还有空气通道经第二回热器6与自身连通之后压缩机1再有压缩空气通道经回热器5与燃烧室4连通，外部还有燃料通道与燃烧室4连通，燃烧室4还有燃气通道与燃气轮机3连通，燃气轮机3还有中间燃气通道经回热器5和第二压缩机2与燃烧室4连通，燃气轮机3还有燃气通道经第二回热器6与之自身连通之后燃气轮机3再有燃气通道与外部连通，燃气轮机3连接压缩机1和第二压缩机2并传输动力。
(2)流程上，与图1所示的回热式燃气轮机装置相比较，不同之处在于：外部空气进入压缩机1升压升温，至一定程度之后流经第二回热器6吸热升温，进入压缩机1继续升压升温，再之后进入回热器5吸热升温；燃气进入燃气轮机3降压作功，至一定程度之后分成两路——第一路流经回热器5放热降温、流经第二压缩机2升压升温和进入燃烧室4，第二路继续降压作功、流经第二回热器6放热降温、进入燃气轮机3继续降压作功和对外排放，形成回热式燃气轮机装置。
图6所示的回热式燃气轮机装置是这样实现的：
(1)结构上，它增加新增膨胀机和新增回热器，压缩机1增设中间抽气通道经新增回热器B与新增膨胀机A连通，新增膨胀机A还有空气通道与外部连通，将燃气轮机3有燃气通道与外部连通调整为燃气轮机3有燃气通道经新增回热器B与外部连通。
(2)流程上，与图1所示的回热式燃气轮机装置相比较，不同之处在于：外部空气进入压缩机1升压升温，至一定程度之后分成两路——第一路流经新增回热器B吸热升温、进入新增膨胀机A降压作功和对外排放，第二路继续升压升温之后提供给回热器5；燃气轮机3排放的燃气流经新增回热器B放热降温，之后对外排放；燃气轮机3和新增膨胀机A输出的功提供给压缩机1、第二压缩机2和外部作动力，形成回热式燃气轮机装置。
本发明技术可以实现的效果——本发明所提出的回热式燃气轮机装置，具有如下效果和优势：
(1)燃烧产物直接用作循环工质，有利于提升热效率。
(2)显著降低或进一步降低温热负荷排放温度和数量，减少放热过程不可逆损失。
(3)显著提升热变功体系的热力学完善度，有利于构建高效率燃气-蒸汽联合循环体系。
(4)实现优质燃料高温热负荷高效动力利用，提升优质燃料高温热负荷利用水平和价值。
(5)温度调节和流量调节相结合实现回热，有利于在提升吸热温度的同时提高对驱动热负荷大小的适应能力。
(6)温度调节和流量调节相结合实现回热，有利于缩小燃气轮机末段尺寸和降低压缩机的负荷，有利于提升压缩机升压比。
(7)流程合理，结构简单，降低热变功装置的制造成本，提高系统经济性。
(8)提供多种具体技术方案，有利于提升能源合理利用水平，有利于扩展燃气轮机装置的应用范围和价值。

Claims (7)

1.回热式燃气轮机装置，主要由压缩机、第二压缩机、燃气轮机、燃烧室和回热器所组成；外部有空气通道与压缩机(1)连通，压缩机(1)还有压缩空气通道经回热器(5)与燃烧室(4)连通，外部还有燃料通道与燃烧室(4)连通，燃烧室(4)还有燃气通道与燃气轮机(3)连通，燃气轮机(3)还有中间燃气通道经回热器(5)和第二压缩机(2)与燃烧室(4)连通，燃气轮机(3)还有燃气通道与外部连通，燃气轮机(3)连接压缩机(1)和第二压缩机(2)并传输动力，形成回热式燃气轮机装置。
2.回热式燃气轮机装置，主要由压缩机、第二压缩机、燃气轮机、燃烧室、回热器和第二回热器所组成；外部有空气通道与压缩机(1)连通，压缩机(1)还有压缩空气通道经第二回热器(6)和回热器(5)与燃烧室(4)连通，外部还有燃料通道与燃烧室(4)连通，燃烧室(4)还有燃气通道与燃气轮机(3)连通，燃气轮机(3)还有中间燃气通道经回热器(5)和第二压缩机(2)与燃烧室(4)连通，燃气轮机(3)还有燃气通道经第二回热器(6)与外部连通，燃气轮机(3)连接压缩机(1)和第二压缩机(2)并传输动力，形成回热式燃气轮机装置。
3.回热式燃气轮机装置，主要由压缩机、第二压缩机、燃气轮机、燃烧室、回热器和第二回热器所组成；外部有空气通道与压缩机(1)连通，压缩机(1)还有空气通道经第二回热器(6)与自身连通之后压缩机(1)再有压缩空气通道经回热器(5)与燃烧室(4)连通，外部还有燃料通道与燃烧室(4)连通，燃烧室(4)还有燃气通道与燃气轮机(3)连通，燃气轮机(3)还有中间燃气通道经回热器(5)和第二压缩机(2)与燃烧室(4)连通，燃气轮机(3)还有燃气通道经第二回热器(6)与外部连通，燃气轮机(3)连接压缩机(1)和第二压缩机(2)并传输动力，形成回热式燃气轮机装置。
4.回热式燃气轮机装置，主要由压缩机、第二压缩机、燃气轮机、燃烧室、回热器和第二回热器所组成；外部有空气通道与压缩机(1)连通，压缩机(1)还有压缩空气通道经第二回热器(6)和回热器(5)与燃烧室(4)连通，外部还有燃料通道与燃烧室(4)连通，燃烧室(4)还有燃气通道与燃气轮机(3)连通，燃气轮机(3)还有中间燃气通道经回热器(5)和第二压缩机(2)与燃烧室(4)连通，燃气轮机(3)还有燃气通道经第二回热器(6)与自身连通之后燃气轮机(3)再有燃气通道与外部连通，燃气轮机(3)连接压缩机(1)和第二压缩机(2)并传输动力，形成回热式燃气轮机装置。
5.回热式燃气轮机装置，主要由压缩机、第二压缩机、燃气轮机、燃烧室、回热器和第二回热器所组成；外部有空气通道与压缩机(1)连通，压缩机(1)还有空气通道经第二回热器(6)与自身连通之后压缩机(1)再有压缩空气通道经回热器(5)与燃烧室(4)连通，外部还有燃料通道与燃烧室(4)连通，燃烧室(4)还有燃气通道与燃气轮机(3)连通，燃气轮机(3)还有中间燃气通道经回热器(5)和第二压缩机(2)与燃烧室(4)连通，燃气轮机(3)还有燃气通道经第二回热器(6)与之自身连通之后燃气轮机(3)再有燃气通道与外部连通，燃气轮机(3)连接压缩机(1)和第二压缩机(2)并传输动力，形成回热式燃气轮机装置。
6.回热式燃气轮机装置，是在权利要求1、4、5所述的任一一款回热式燃气轮机装置中，增加新增膨胀机和新增回热器，压缩机(1)增设中间抽气通道经新增回热器(B)与新增膨胀机(A)连通，新增膨胀机(A)还有空气通道与外部连通，将燃气轮机(3)有燃气通道与外部连通调整为燃气轮机(3)有燃气通道经新增回热器(B)与外部连通，形成回热式燃气轮机装置。
7.回热式燃气轮机装置，是在权利要求2或权利要求3所述的回热式燃气轮机装置中，增加新增膨胀机和新增回热器，压缩机(1)增设中间抽气通道经新增回热器(B)与新增膨胀机(A)连通，新增膨胀机(A)还有空气通道与外部连通，将燃气轮机(3)有燃气通道经第二回热器(6)与外部连通调整为燃气轮机(3)有燃气通道经第二回热器(6)和新增回热器(B)与外部连通，形成回热式燃气轮机装置。
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