CN218062467U - 一种利用固态燃料的燃气轮机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种利用固态燃料的燃气轮机，包括轴向上依次安装于转轴的压气机和涡轮，以及与压气机的出气端连接的燃烧室，还包括容纳含固态燃料的料仓，燃烧室包括第一燃烧部、第二燃烧部和气室，气室至少部分围绕第一燃烧部设置，第二燃烧部位于第一燃烧部下方并与料仓连接；还包括排渣部，排渣部位于第二燃烧部的背向第一燃烧部一侧并与第二燃烧部连接。本实用新型公开的燃气轮机，能够直接采用固态燃料来运行工作以降低运行成本，并且通过排渣装置的设置实现燃料残渣的快速去除，提高燃气轮机的使用效率。

Description

一种利用固态燃料的燃气轮机

技术领域

本实用新型属于热机领域，具体涉及一种利用固态燃料的燃气轮机。

背景技术

燃气轮机以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功，是一种旋转叶轮式热力发动机。其主要包括压气机、燃烧室、涡轮三大部件：压气机从外界大气环境吸入空气，并压缩使之增压，同时空气温度也相应提高；压缩空气被压送到燃烧室与喷入的燃料混合燃烧生成高温高压的气体；然后再进入到涡轮中膨胀做功，推动涡轮带动压气机和外负荷转子一起高速旋转，实现了气体或液体燃料的化学能部分转化为机械功。

目前，燃气轮机的燃料一般为液态或气态燃料，然而液态或气态燃料的成本较高，固态燃料的成本相对较低，但是通常的燃气轮机往往难以直接采用固态燃料。

发明内容

本实用新型提供一种利用固态燃料的燃气轮机，能够直接采用固态燃料来运行工作，以降低运行成本或增加燃气轮机的地域适用范围。

本实用新型提供一种利用固态燃料的燃气轮机，包括轴向上依次安装于转轴的压气机和涡轮，以及与压气机的出气端连接的燃烧室；还包括料仓，料仓用于容纳含固态燃料；燃烧室包括第一燃烧部、第二燃烧部和气室，气室至少部分围绕第一燃烧部设置，第二燃烧部位于第一燃烧部下方并与料仓连接，以接收来自于料仓的含固态燃料；还包括排渣部，排渣部位于第二燃烧部的背向第一燃烧部一侧并与第二燃烧部连接。

根据本实用新型实施例的一个方面，至少部分气室位于第一燃烧部和第二燃烧部之间，第二燃烧部包括烟气板并通过烟气板与气室连通，烟气板包括连通第二燃烧部和气室的多个烟气板连通孔。

根据本实用新型实施例的一个方面，烟气板包括连通含固态燃料燃烧腔和烟腔的多个烟气板连通孔，烟气板连通孔的孔径为0.1mm至100mm。

根据本实用新型实施例的一个方面，燃烧室还包括燃料罐，第一燃烧部设置有喷嘴，喷嘴与燃料罐连接。

根据本实用新型实施例的一个方面，排渣部包括容渣室、排渣口、排渣门和作动机构，容渣室与第二燃烧部内腔连通；排渣口位于容渣室的背向第二燃烧部一侧；排渣门气密地且可滑动地连接至容渣室内壁；作动机构与排渣门连接并带动排渣门在容渣室内移动。

根据本实用新型实施例的一个方面，排渣门可移出排渣口，排渣部还包括清渣装置以清理位于排渣门上的灰渣。

根据本实用新型实施例的一个方面，至少部分排渣门倾斜设置。

根据本实用新型实施例的一个方面，燃烧室还包括清洗口，清洗口位于气室的背向第二燃烧部一侧并与气室连通。

根据本实用新型实施例的一个方面，清洗口具有可开闭的气密门，当燃气轮机工作时，清洗口的气密门关闭并气封。

根据本实用新型实施例的一个方面，烟气板设置为可移动或可翻转。

根据本实用新型的利用固态燃料的燃气轮机，通过设置有包括第一燃烧部、第二燃烧部和气室的燃烧室，以及与第二燃烧部连接的容纳含固态燃料的料仓，使得该燃气轮机能够直接采用固态燃料来运行工作，以降低运行成本。并且，气室至少部分围绕第一燃烧部设置且第二燃烧部位于第一燃烧部下方，如此设置使得第二燃烧部中含固态燃料燃烧产生的高温烟气进入气室中并通过气室更均匀地进入到第一燃烧部中提供高温燃烧气或进行二次燃烧，这样能够保证第一燃烧部的燃烧稳定，进而保证以固态燃料作为能源的燃气轮机的工作效果。而且，通过排渣装置的设置实现燃料残渣的快速去除，提高燃气轮机的使用效率，同时使得本实用新型的固态燃料燃气轮机结构紧凑，可在移动装备上布置，并且可利用常规的燃气轮机改造而成，进一步降低成本。

附图说明

通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征，附图并未按照实际的比例绘制。

图1示出根据本实用新型的燃气轮机的结构示意图。

图2示出图1中燃烧室的结构示意图。

图3示出图2中烟气板的结构示意图。

图4示出根据本实用新型一个实施例的环形燃烧室的结构示意图。

图5示出根据本实用新型一个实施例的单筒燃烧室的结构示意图。

图6示出图1中燃烧室中排渣门处于第一位置的结构示意图。

图7示出图1中燃烧室中排渣门处于第二位置的结构示意图。

图8示出图1中燃烧室中排渣门处于第三位置的结构示意图。

图9示出具有清洗口的燃气轮机的结构示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本实用新型进行进一步详细描述。

目前燃料一般有液态、气态和固态，固态分布广泛，存在形式多样，并且获取(开采)成本较低，使得价格较低，例如煤(粉)、秸秆，甚至厨余垃圾、污泥、沼气渣等废物废料都具有一定的热值，能够用作固态燃料，同时也进行了无害化处理。然而，这些固态燃料不易直接利用，需要进行提炼转化等二次处理，这样就增加了成本，同时这些固态燃料分布广泛却很分散，运输集中会导致附加的运输和贮藏成本。

因此，亟需一种固态燃料利用装置，能够将固态燃料转化为热能、动能和/或电能等可直接利用能源，并且能够提高固态燃料燃气轮机的使用效率。

为实现上述目的，如图1所示，图1示出根据本实用新型一个实施例的燃气轮机的结构示意图，本实用新型提供一种利用固态燃料的燃气轮机，包括轴向上依次安装于转轴100的压气机200和涡轮300，以及与压气机200的出气端连接的燃烧室400。燃烧室400还包括排渣部470，排渣部470位于第二燃烧部430的背向第一燃烧部420一侧并与第二燃烧部430连接。

燃气轮机还包括燃料罐700。燃料罐700可以储存由气态燃料和/或液态燃料。第一燃烧部420设置有喷嘴490，喷嘴490与燃料罐700连接。通过喷嘴490喷出气态燃料和/或液态燃料的燃烧方式用于燃气轮机的启动阶段和停机阶段，或者通过喷嘴490的燃烧方式还可以用于辅助燃烧，使得燃烧室400能够提供足够的稳定的温度，并使第二燃烧部430产生的燃烧气或未燃尽燃料进行二次燃烧，使燃烧室400整体燃烧更充分。

其中，转轴100可以是一体式转轴，也可以是分段式并通过联轴器连接的转轴。转轴的材质可以是钢，也可以是其他合适金属、合金或复合材质。转轴100通过轴承支撑于燃气轮机的壳体或轴承座。图1示例性地示出了轴承500。该轴承可以是滚珠轴承，也可以是磁轴承、空气轴承、气磁混合轴承等非接触轴承。本实用新型实施例中优选为空气轴承。

压气机200可以是轴流式压气机或离心式压气机。在一些实施例中，压气机200可以包括压气机叶轮和扩压器。压气机200的进气口与外部环境连通以用于吸气，吸入的气体(例如空气)经过压气机200压缩后通过压气机200的出气端进入燃烧室400中。

涡轮300可以是轴流式涡轮或离心式涡轮。涡轮300的材质可以是耐高温材料，例如镍或镍合金。涡轮300一般与燃烧室400的排气端相连，以接收来自于燃烧室400的高温燃气并利用高温燃气做功。

燃烧室400可以是环形燃烧室、单筒燃烧室、环管燃烧室等。燃烧室400可以包括第一燃烧部420、第二燃烧部430和气室410。气室410的进气端与压气机200的出气端连接。气室410至少部分围绕第一燃烧部420设置，即气室410可以周向上完全环绕第一燃烧部420，或者气室410周向上环绕第一燃烧部420的一部分，这取决于第一燃烧部420的进气通路(进气孔)的设计位置但能够满足均匀充分的进气条件以及实现适当的火焰位置和燃烧温度。气室410与第一燃烧部420之间能够进行气体连通，例如气室410与第一燃烧部420之间通过气孔导通，来自于压气机200的压力气能够进入到第一燃烧部420中参与燃烧(例如提供足够氧化剂)。第二燃烧部430位于第一燃烧部420下方，第二燃烧部430内容纳有含固态燃料。本文所述的含固态燃料是指至少含有固态燃料的单一状态燃料或混合状态燃料，例如固态的煤粉，液态水与固态煤粉混合的煤浆等。含固态燃料在第二燃烧部430中可以是完全燃烧、部分燃烧、反应制气(可燃气体，例如一氧化碳或氢气等)，反应制得的可燃气体(例如一氧化碳)进入第一燃烧部420中进行二次燃烧。气室410与第二燃烧部430之间能够进行气体连通，例如气室410与第二燃烧部430之间通过气孔导通，来自于第二燃烧部430的燃烧气能够进入到气室410中，再通过气室410进入到第一燃烧部420中参与提供高温燃烧气或进行进一步的燃烧。在一些可选的实施例中，当含固态燃料为煤或其他含单质碳的燃料，且向第二燃烧部500中通入水(尤其是水蒸气)时，反应制气的化学反应可以包含类似于煤气化反应(碳与水在700℃-1200℃高温下反应生成一氧化碳和氢气，即水煤气)。

本实用新型提供的燃气轮机还包括容纳含固态燃料的料仓600。第二燃烧部430与料仓600连接，以接收来自于料仓600的含固态燃料。料仓600可以时可密封的具有一定压力的贮存仓。

根据本实用新型实施例的具有排渣装置的固态燃料燃气轮机，通过设置有包括第一燃烧部420、第二燃烧部430和气室410的燃烧室400，以及与第二燃烧部430连接的容纳含固态燃料的料仓600，使得该燃气轮机能够直接采用固态燃料来运行工作，以降低运行成本或增加燃气轮机的地域适用范围。

图2示出图1中燃烧室的结构示意图，至少部分气室410位于第一燃烧部420和第二燃烧部430之间。这样能够进一步提高第二燃烧部430产生的高温燃烧气进入第一燃烧部420的均匀性，并且气室410作为第一燃烧部420和第二燃烧部430之间的缓冲，尽量避免火焰直接烘烤第一燃烧部420，提高第一燃烧部420材料耐用性。第二燃烧部430包括烟气板432并通过烟气板432与气室410连通。烟气板432可控制第二燃烧部430的火焰高度，使高度火焰更均匀并避免火焰向上窜起。

图3示出图2中烟气板的结构示意图，烟气板432包括连通第二燃烧部430和气室410的多个烟气板连通孔。图3示出了矩形的烟气板432，然而烟气板432还可以是圆形、三角形、椭圆形等其他形状。图3示出了圆形的烟气板连通孔，然而烟气板连通孔还可以是矩形、三角形、椭圆形等其他形状。烟气板432的材料可以是镍或镍合金，例如烟气板432可以是镍网。烟气板432为高目数孔板，以尽量阻隔燃烧灰尘进入到气室410中，并使燃烧高温气和/或反应气进入到气室410中。例如，烟气板连通孔的孔径为0.1mm至100mm。

在一些可选的实施方式中，涡轮300的排气端可以设置除尘装置和/或三元催化器，以提高燃气轮机的排放标准。其中，除尘装置可以是布袋除尘装置、静电除尘装置等。

在一些具体的实施例中，如图4所示，图4示出根据本实用新型一个实施例的环形燃烧室的结构示意图，燃烧室400为环形燃烧室，燃烧室400环绕转轴100和涡轮300设置，气室410环绕并包围第一燃烧部420，气室410具有与压气机200的出气端连接的燃烧室进气口413，第一燃烧部420具有朝向涡轮300的燃烧室排气口422。

具体地，燃烧室400包括第一壳体411、第二壳体421、端板412和第三壳体433，其中第一壳体411、第二壳体421均为中空环形结构，且第二壳体421设置于第一壳体411中空环形结构中，第二壳体421内形成环状的第一燃烧部420并具有对应燃烧室排气口422的开口。第一壳体411和端板412至少部分包围第二壳体421并与其共同限定气室410。第二壳体421具有连通气室410与第一燃烧部420的通孔。第三壳体433位于第一燃烧部420下方，并与第一壳体411、端板412连接以限定第二燃烧部430。进一步地，烟气板432临近第二壳体421设置于第三壳体433。

图5示出根据本实用新型的单筒燃烧室的结构示意图，燃烧室400为单筒燃烧室，燃烧室400位于转轴100一侧设置，气室410包围第一燃烧部420，气室410具有与压气机200的出气端连接的燃烧室进气口413，第一燃烧部420具有与涡轮300的进气端连接的燃烧室排气口422，燃烧室进气口413与燃烧室排气口422同向设置。

具体地，燃烧室400包括第一壳体411、第二壳体421和第三壳体433。第二壳体421围绕形成单筒状的第一燃烧部420并于轴向一端具有对应燃烧室排气口422的开口。第一壳体411至少部分包围第二壳体421并与其共同限定气室410。第二壳体421具有连通气室410与第一燃烧部420的通孔。第三壳体433与第一壳体411连接并延伸成第二燃烧部430。烟气板432临近第二壳体421设置于第三壳体433。

图6示出图1中燃烧室中排渣门处于第一位置的结构示意图，排渣部470包括容渣室471、排渣口472、排渣门473和作动机构474。容渣室471与第二燃烧部430内腔连通。排渣口472位于容渣室471的背向第二燃烧部430一侧。排渣门473气密地且可滑动地连接至容渣室471内壁。作动机构474与排渣门473连接并带动排渣门473在容渣室471内移动。作动机构474可以是螺杆传动杆、气压杆、液压杆等直线移动机构。如图7所示，图7示出图1中燃烧室中排渣门处于第二位置的结构示意图，随着燃气轮机的运行，第二燃烧部430内的积灰会增加，可以使排渣门473在容渣室471内气密地背向烟气板432移动，以增加容纳积灰的空间，避免积灰影响燃烧。

图8示出图1中燃烧室中排渣门处于第三位置的结构示意图，排渣门473可移出排渣口472，排渣部470还包括清渣装置475以清理位于排渣门473上的灰渣。清渣装置475可以包括作动机构和位于作动机构一端的清扫装置，以横向清理排渣门473上的积灰。

在一些可选的实施方式中，至少部分排渣门473倾斜设置。这样能够便于积灰沿倾斜面落下。

图9示出根据本实用新型又另一个实施例的燃气轮机的结构示意图，燃烧室400还包括清洗口453，清洗口453位于气室410的背向第二燃烧部430一侧并与气室410连通。优选地，清洗口453位于燃烧室400顶端。清洗口453具有可开闭的气密门。当燃气轮机工作时，清洗口453的气密门关闭并气封。当燃气轮机停机并需要清理时，清洗口453的气密门打开并可通入清洗流体，以冲刷燃烧室400内的积灰等杂物。清洗流体可以是气体(例如压力气)或液体(例如水)。清洗流体中可以掺混有固体颗粒物(例如用于魔力流的流体)以增加清洗效果。清洗流体冲刷后可经由排渣门473排出。

进一步地，烟气板432设置为可移动或可翻转。在燃烧室400清洗时，烟气板432移开(翻转)，以便于积灰和液体从中漏下。

在本实用新型的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

依照本实用新型如上文所述的实施例，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种利用固态燃料的燃气轮机，包括轴向上依次安装于转轴的压气机和涡轮，以及与所述压气机的出气端连接的燃烧室，其特征在于：

包括料仓，所述料仓用于容纳含固态燃料；

所述燃烧室包括第一燃烧部、第二燃烧部和气室，所述气室至少部分围绕所述第一燃烧部设置，所述第二燃烧部位于第一燃烧部下方并与料仓连接，以接收来自于所述料仓的含固态燃料；

还包括排渣部，所述排渣部位于所述第二燃烧部的背向所述第一燃烧部一侧并与所述第二燃烧部连接。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机，其特征在于，至少部分所述气室位于所述第一燃烧部和所述第二燃烧部之间，所述第二燃烧部包括烟气板并通过所述烟气板与所述气室连通，所述烟气板包括连通第二燃烧部和所述气室的多个烟气板连通孔。

3.根据权利要求2所述的燃气轮机，其特征在于，所述烟气板连通孔的孔径为0.1mm至100mm。

4.根据权利要求1所述的燃气轮机，其特征在于，所述燃烧室还包括燃料罐，所述第一燃烧部设置有喷嘴，所述喷嘴与所述燃料罐连接。

5.根据权利要求1所述的燃气轮机，其特征在于，所述排渣部包括容渣室、排渣口、排渣门和作动机构，

所述容渣室与所述第二燃烧部内腔连通；

所述排渣口位于所述容渣室的背向所述第二燃烧部一侧；

所述排渣门气密地且可滑动地连接至所述容渣室内壁；

所述作动机构与所述排渣门连接并带动所述排渣门在所述容渣室内移动。

6.根据权利要求5所述的燃气轮机，其特征在于，所述排渣门可移出所述排渣口，所述排渣部还包括清渣装置以清理位于所述排渣门上的灰渣。

7.根据权利要求5所述的燃气轮机，其特征在于，至少部分所述排渣门倾斜设置。

8.根据权利要求2所述的燃气轮机，其特征在于，所述燃烧室还包括清洗口，所述清洗口位于所述气室的背向所述第二燃烧部一侧并与所述气室连通。

9.根据权利要求8所述的燃气轮机，其特征在于，清洗口具有可开闭的气密门，当燃气轮机工作时，清洗口的气密门关闭并气封。

10.根据权利要求2所述的燃气轮机，其特征在于，所述烟气板设置为可移动或可翻转。

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