[发明专利]燃气轮机设备

说明书

技术领域

本发明涉及燃气轮机设备，尤其涉及在微型燃气轮机发电系统等等中使用的燃气轮机设备。本发明还涉及使用这种燃气轮机设备发电的燃气轮机发电系统。

背景技术

例如，主要包含甲烷的消化气(digestion gas)是在生物质(biomass)的消化过程中产生的，主要包含一氧化碳、氢、烃的裂解气(pyrolysis gas)是在生物质的气化过程中产生的。这些气体每单位体积具有较小的热值。民用燃气具有大约50,233kJ/kg(12,000kcal/kg)的低热值(lower heating value)，而消化气具有大约25,116kJ/kg(6,000kcal/kg)的低热值，是民用燃气的低热值的一半。裂解气具有大约5,023kJ/kg(1,200kcal/kg)的低热值，是民用燃气的低热值的十分之一。

在从生物质中产生的具有较小热值的气体中，可燃性成分的比率根据地点、季节、或者时间而改变。这些气体的热值由此而变化。通常，燃料气体的低热值越小，燃料气体就越不容易点燃和稳定燃烧。尤其是，具有小于6,279kJ/kg(1,500kcal/kg)的低热值的气体难以在诸如燃气轮机或内燃机之类的热力发动机中维持燃烧。

因此，燃料气体所具有的热值越小，就越发难以在诸如燃气轮机或内燃机之类的热力发动机中可靠地点燃该燃料气体和可靠地启动热力发动机。尤其是，在具有同流换热器的燃气轮机设备中，由于同流换热器具有庞大的储热量，因此在工作开始时燃烧温度缓慢地升高。因此，难以使用具有较小热值的气体来可靠地启动燃气轮机。

最近，为了在诸如燃气轮机或内燃机之类的热力发动机中利用具有较小热值的气体，已经进行了如下的尝试。将具有较小热值的气体提纯到高等级，以提高它的热值。可替换的，将具有较小热值的气体与具有很大热值的燃料气体，例如丙烷气，进行混合。然而，这些系统都具有较差的投资效能并且没有大范围推广。因此，大多数消化气和裂解气在实际利用中被焚烧掉，尽管它们具有相对较大的热值。

发明内容

本发明是针对以上缺点做出的。因此，本发明的第一个目的是提供一种燃气轮机设备，其能够以较低的成本，使用小型结构稳定地燃烧难以被利用的、具有较小热值的气体。

本发明的第二个目的是提供一种燃气轮机发电系统，其能够稳定地燃烧难以被利用的、具有较小热值的气体，以使用该气体的能量高效地发电。

根据本发明的第一个方面，提供了一种燃气轮机设备，其能够以较低的成本，使用小型结构稳定地燃烧难以被利用的、具有较小热值的气体。所述燃气轮机设备具有空气压缩机，用于压缩空气；燃烧室，能够燃烧所述空气压缩机所压缩的空气；涡轮，能够被从所述燃烧室排出的气体转动；以及同流换热器，用于在从所述空气压缩机提供给所述燃烧室的空气与从所述涡轮排出的废气之间进行热交换。所述燃气轮机设备包括第一燃料提供装置，用于将具有大热值的燃料提供给所述燃烧室；第二燃料提供装置，用于将具有比所述燃料小的低热值的气体提供给所述燃烧室；以及切换装置，用于根据所述空气压缩机所压缩的空气的温度或者从所述涡轮排出的废气的温度，在所述第一燃料提供装置和第二燃料提供装置之间进行切换。

采用以上设置，在燃气轮机启动时，可以通过提供所述燃料来预加所述热同流换热器。然后可以将使用所述燃料的操作切换到使用所述气体的操作。在该时刻，提供到所述燃烧室的气体被所述燃烧室中的高温空气所活化(activate)。因此，与所述气体处于正常温度空气中的情况相比，所述气体具有较大的可燃范围。由此，所述气体容易被点燃。根据本发明，可以可靠地启动燃气轮机设备并且稳定地燃烧难以被利用的、具有较小热值的气体。

在该情况下，所述燃气轮机设备可以具有用于测量所述同流换热器的下游废气温度的第一温度测量装置、用于测量所述燃烧室的上游空气温度的第二温度测量装置、或者用于测量所述燃烧室的上游空气温度的第三温度测量装置。所述切换装置可以设置为在所述第一温度测量装置、所述第二温度测量装置、或者所述第三温度测量装置测量的温度超过预定值时，在所述第一燃料提供装置和第二燃料提供装置之间进行切换。

所述燃气轮机设备可以包括用于对在所述切换装置下游端的燃料加压的至少一个燃料压缩机，或者用于对在所述切换装置上游端的气体加压的至少一个燃料压缩机。所述燃气轮机还可以包括控制器，用于控制所述至少一个燃料压缩机的排出量。在所述燃气轮机设备中可以提供多个燃料压缩机。在该情况下，期望的是，所述燃气轮机设备包括控制器，用于控制所述多个燃料压缩机中正在工作的燃料压缩机的数量。