[发明专利]一种宽功率范围的化学复合循环燃气轮机装置及控制方法

说明书

本发明公开了一种宽功率范围的化学复合循环燃气轮机装置及控制方法。它包括压气机、燃料电池、燃烧室、氢源、涡轮和发电机，所述压气机第一输出端连接燃料电池的阴极输入端、第二输出端连接燃烧室的第一输入端；所述燃料电池阳极输入端连接氢源、阴极输出端连接增压涡轮的第一输入端、阳极输出端连接燃烧室的第二输入端；燃烧室第三输入端连接氢源、输出端连接增压涡轮的第二输入端；增压涡轮输出端连接动力涡轮输入端，动力涡轮输出端连接发电机，所述压气机与燃烧室连通的管道上、压气机与燃料电池连通的管道上分别设置第一阀门和第二阀门。本发明的燃气轮机装置及控制方法结构简单，功率范围宽，设计合理，实现了尾气的充分利用，避免浪费。

技术领域

本发明属于燃气轮机技术领域，具体涉及一种宽功率范围的化学复合循环燃气轮机装置及控制方法。

背景技术

水面舰艇自身内部的空间比较狭小，燃气轮机功率范围直接限制主机的适应性和续航力。目前舰艇动力系统中提供电能的一般为布雷顿循环的燃料燃气轮机，其功率范围是25％～100％，动力范围比较窄，无法实现过大的超负荷能力，不能很好地适应舰艇整体的航速和续航能力的要求。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种结构简单、宽功率范围的化学复合循环燃气轮机装置及控制方法。

本发明采用的技术方案是：一种宽功率范围的化学复合循环燃气轮机装置，包括压气机、燃料电池、燃烧室、氢源、增压涡轮、动力涡轮和发电机，

所述压气机输入端连通大气，压气机第一输出端通过管道连接燃料电池的阴极输入端，压气机第二输出端通过管道连接燃烧室的第一输入端；

所述燃料电池阳极输入端通过管道连接氢源，燃料电池的阴极输出端连接增压涡轮的第一输入端，燃料电池的阳极输出端连接燃烧室的第二输入端；

所述燃烧室第三输入端通过管道连接氢源，燃烧室输出端连接增压涡轮的第二输入端；所述增压涡轮的输出端连接动力涡轮的输入端，动力涡轮的输出端连接发电机，

所述压气机与燃料电池连通的管道上、压气机1与燃烧室连通的管道上分别设置第一阀门和第二阀门，燃料电池与氢源连接的管道上、燃烧室与氢源连接的管道上分别设置第三阀门和第四阀门，所述第一阀门与第二阀门的开度比为1/1.6-1.6。

一种基于上述燃气轮机装置的控制方法，其特征在于：根据第一阀门与第二阀门的开度比分，别调整第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门的开度，使压气机压缩的空气分别进入燃料电池阴极和燃烧室，氢源的氢气分别进入燃料电池和燃烧室；

燃料电池阴极的压缩空气与阳极的氢气发生电化学反应产生高温燃气进入增压涡轮，再进一步推动动力涡轮旋转进而带动发电机发电；

燃料电池阳极的尾气和氢源的氢气进入燃烧室与燃烧室的压缩空气燃烧，产生高温高压燃气进入增压涡轮，再进一步推动动力涡轮旋转进而带动发电机发电。

本发明采用由压气机、燃烧室、涡轮组成的燃气轮机(GT)与燃料电池组合成化学复合循环燃气轮机装置，通过调节进入燃料电池和燃烧室的压缩空气比例，能够使燃起轮装置的工作范围提高一倍，达到25％-200％，解决了现有舰艇动力范围比较窄的缺陷，宽功率范围的化学复合循环燃气轮机装置可以更好的适应舰艇的动力需求。同时，在工作时将燃料电池尾气中包含的未完全反应的燃气导入燃烧室中进行燃烧反应供电，实现了废气的再次利用，节省能源。本发明的燃气轮机装置及控制方法结构简单，功率范围宽，设计合理，实现了尾气的充分利用，避免浪费。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中：1-压气机；2-燃料电池；3-燃烧室；4-氢源；5-增压涡轮；6-动力涡轮；7-发电机；8-第一阀门；9-第二阀门；10-第三阀门；11-第四阀门。

具体实施方式