[发明专利]切换催化燃烧燃气轮机发电装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种动力发电技术领域的发电装置，具体地说，涉及的是一种切换催化燃烧燃气轮机发电装置。

背景技术

低热值燃气热值小于5MJ/Nm3，种类繁多，总量巨大，包括矿井通风瓦斯气、部分煤层气和生物质气、和钢铁、化工行业等在内的甲烷(CH4)浓度很低的副产气，其中很大部分是超低热值燃气小于2MJ/Nm3，甲烷(CH4)浓度只有0.5％至5％。由于甲烷浓度低不能采用常规方法点火燃烧，在实际利用上有相当难度，绝大多数超低热值燃料被丢弃，能源浪费惊人。每年全世界因煤矿开采和钢铁冶炼排入大气中的甲烷总量为1500万吨，相当于煤矿原始总能源的60％。随着煤炭和钢铁产品产量的增加，预计到2010年甲烷排放量将增至2800万吨，其中70％来自超低热值燃气。另一方面由于甲烷的全球变暖潜能值(Global WarmingPotential，GWP)是CO2的6.5倍，全球因甲烷气体而产生的温室效应占所有温室气体总量的17％，仅次于CO₂排在第二位，因此排放的甲烷严重加剧了温室气体效应。

美国西北燃料公司(Northwest Fuel Development)在1995年前后研究开发小型(150KW)天然气燃气轮机，用超低浓度燃气作助燃空气进行发电。2000年前后澳大利亚的联邦科学研究院CSIRO和能源开发公司(Energy DevelopmentLimited)研究开发利用煤矿通风瓦斯作为超低浓度燃气的燃气轮机技术，采用外部燃烧器技术。近年来美国Flex-Energy公司和Capstone燃气轮机公司联合研究开发微型燃气轮机，利用1％甲烷浓度的煤矿通风瓦斯气，机组容量大于100KW。

中国航空动力机械研究所发明的回热式小型燃气轮机【专利公开号CN10128076】，通过波形板换热器进行热能交换，单位体积传热面积大，流动损失小，回热效率可达到0.7-0.95；小型燃气轮机的热效率可达到35-50％，这种燃气轮机采用波形板换热器，燃料是燃油，而不是利用低热值燃气，没有解决低热值燃气稳定燃烧发电利用的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种切换催化燃烧燃气轮机发电装置，空气和燃气混合成的超低热值燃气直接进入燃气轮机，通过四通阀切换在燃烧室里不需要点火燃烧，实现催化燃烧。采用离心压气机、向心透平发电，充分回收并利用低热值燃料，在降低环境污染的同时，尽可能缓解一部分能源危机，而且整个过程简单易行，洁净环保，安全可靠。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：离心压气机、向心透平、催化燃烧室、发电机、减速齿轮箱、电力控制柜、空气过滤器、联轴器、启动燃料阀、轴承和四通阀。其中：离心压气机、向心透平同轴，并通过轴承支撑，空气过滤器入口与低热值燃气源通过管道连接，空气过滤器出口与离心压气机入口通过管道连接，离心压气机出口与四通阀一个端口通过管道相连，催化燃烧室与四通阀通过管道相连，四通阀和向心透平入口通过管道连接，向心透平出口通过管道连接到大气，启动燃料阀连接到催化燃烧室，电力控制柜通过电缆和发电机相连，电力控制柜的电缆和用户端相连，发电机与减速齿轮箱通过联轴器连接，减速齿轮箱与离心压气机通过联轴器连接。

所述催化燃烧室包括：蜂窝蓄热体、催化燃烧体、启动点火器。蜂窝蓄热体在催化燃烧室腔内的外侧，催化燃烧体紧靠蜂窝蓄热体放置，启动点火器在催化燃烧室的中部，启动点火器插入催化燃烧室腔体内。

所述四通阀有四个端口，其第一端口连接混合燃气进入管，第二、三端口通过混合燃气/烟气管与催化燃烧室连接，第四端口连接烟气流出管并通过烟气流出管流出烟气。

所述启动燃料阀入口与启动燃料源通过天然气进入管连接，启动燃料阀出口通过天然气进入管连接到催化燃烧室。

所述发电机在启动时作为启动电动机，采用变频调速。