[发明专利]一种采用富氢燃料的多能级高效气轮机装置

说明书

技术领域：

本发明涉及一种气轮机装置，具体涉及一种采用富氢燃料的多能级高效气轮机装置。

背景技术：

提供清洁高效的多种能源利用方式是现阶段能源行业工作者的共同努力目标，富氢燃料属于清洁能源，污染低，燃烧时火焰传播速度快，热值低，燃烧温度高，能够确保较高的燃气进口温度，提高机组效率。因此，近年来国内外已经开始研发使用富氢燃料的燃气轮机装置，通过充分利用富氢燃料，如氢气、天然气、生物质催化热解气或尾煤热解气等，可进一步提升经济效益。

中间再热技术是提高机组效率的有效方法，通过将高压工质引出进行再次加热，然后进入中压或低压缸中继续做功，从而提升工质做功能力，此技术常用于超临界火力发电机组。而中间回热循环常用于燃气轮机中，利用透平做功后的排气作为热源加热进入燃烧室的高压空气，回热循环相较简单循环排气温度下降，进气温度升高，能够获得更高的系统效率，目前已经取得广泛应用。

普通汽轮机组设置多级汽缸进行能量多级利用，各汽缸转子共轴，转速相同。然而，高中压缸在较高转速下运行时部件体积较小，且能够满足最佳速比，达到较高的高中压缸运行效率。因此，采取高压转子和中压转子同轴，低压转子单独一根轴的方案进一步提升了机组效率，具有一定的工程价值。

发明内容：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种采用富氢燃料的多能级高效气轮机装置，主要应用于功率等级为20-50MW、热效率高达55％的高温高效气轮机系统。装置燃烧富氢燃料，进口温度达1500℃，气动效率高，多级利用燃料能量，具有广阔的应用前景。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案来实现：

一种采用富氢燃料的多能级高效气轮机装置，包括驱动电机、富氢燃料压缩机、空气压缩机、燃烧室、高压涡轮、中压涡轮、低压涡轮、变速联轴器、蒸汽冷凝器、再热与回热系统以及发电机；其中，

高压涡轮的高压转子与中压涡轮的中压转子同轴设置，中压涡轮的中压转子与低压涡轮的低压转子通过变速联轴器连接，工作时中压转子转速高于低压转子转速，空气压缩机和富氢燃料压缩机均由驱动电机驱动工作，空气压缩机上设有空气进气道，富氢燃料压缩机上设有富氢燃料进气道，富氢燃料和压缩空气混合燃烧后驱动高压涡轮及中压涡轮转动，该装置抽出高压涡轮及中压涡轮中的部分燃气进入再热及回热系统，然后，依次经过高、中压缸的燃气与再热及回热系统中的燃气汇合在低压缸中，驱动低压涡轮转动，排出的乏汽依次经蒸汽冷凝器、再热及回热系统、最终回到燃烧室。

本发明进一步的改进在于：富氢燃料为氢气、天然气、生物质催化热解气或尾煤热解气。

本发明进一步的改进在于：燃烧室分为富氢燃料高压燃烧室和富氢燃料中压燃烧室，富氢燃料高压燃烧室和富氢燃料中压燃烧室燃烧产生的高温高压燃气分别进入高压涡轮及中压涡轮中做功，控制高压涡轮及中压涡轮的进口温度。

本发明进一步的改进在于：再热及回热系统包括高压气体再热器、高压回热器、中压气体再热器和中压回热器，高压缸抽出的燃气一部分经过高压气体再热器后进入高压回热器，另一部分直接进入中压缸，进入高压气体再热器及高压回热器的燃气经过再热及回热后进入中压缸；中压缸抽出的燃气一部分经过中压气体再热器后进入中压回热器，另一部分直接进入低压缸中驱动低压涡轮转动，进入中压气体再热器及中压回热器的燃气经过再热及回热后进入低压缸。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：