[实用新型]超临界二氧化碳工质微型燃气轮机系统

说明书

本实用新型涉及超临界二氧化碳工质微型燃气轮机系统，包括压气机、燃烧室、涡轮、回热器、启发一体高速永磁电机、冷凝器、超临界二氧化碳稳压装置、制氧装置及燃料增压装置；超临界二氧化碳稳压装置的超临界二氧化碳出口连接至压气机压缩工质入口，其压缩工质出口连接至回热器工质预热入口，回热器工质预热出口连接至燃烧室工质入口，同时制氧装置氧气出口及燃料增压装置燃料出口分别连接至燃烧室氧气入口及燃料入口；燃烧室工质出口连接至涡轮工质入口，涡轮工质出口连接至回热器回热入口，回热器回热出口连接至冷凝器换热入口，冷凝器连接超临界二氧化碳稳压装置。本实用新型结构简单紧凑，易维护；压气机体积小；发电效率高；无有害气体排放。

技术领域

本实用新型属于燃气轮机技术领域，特别是一种超临界二氧化碳工质微型燃气轮机系统。

背景技术

微型燃气轮机整体系统一般由压气机、燃烧室、涡轮、回热器、发电机及电子控制等部分组成。压气机、涡轮等转动部件一般都安装在同一轴上，由滑动或滚动轴承作为支撑轴承。在燃气轮机的高速旋转工况下，轴承的使用寿命及其所需的附加装置都成为燃气轮机结构升级和发展应用的瓶颈。

传统发电机转速与燃气轮机输出轴的高转速难以匹配，必须借助巨大笨重的减速箱才能工作，使得燃气轮机整个体积、重量增加，效率下降，而且也增加了大量附加装置。

微型燃气轮机的压气机将空气压缩到一定压力，成为压缩空气，压缩空气进入燃烧室与燃料燃烧，产生高温高压的燃气，燃气驱动涡轮，涡轮通过旋转轴带动发电机发电。其特征表现为以高温燃气为工质的布雷顿循环过程。为了保证压缩效率，压气机尺寸必须设计的足够大，从而增加了燃气轮机的整机体积、重量和造价。微型燃气轮机工质为空气，为了达到一定压力，对压缩机的设计要求较高。燃机运转过程，压气机转动需要的机械能较大，由高温高压态的工质的内能转化成的机械能的大部分用来带动压气机，导致发电效率低。存在氮氧化物有害气体排放的问题。

目前微型燃气轮机控制系统是分布式计算机控制系统。它采用控制分散、操作和管理集中的基本设计思想，采用多层分级、合作自治的结构形式，其主要特征是集中管理和分散控制。然而在大数据、云计算等新一代信息技术发展的大背景下，微型燃气轮机控制系统传统数据库在数据获取、存储、管理、分析方面的能力有待提高。现有的控制系统是设定的，不灵活的，不能对变化的环境条件作出响应，导致在设计、使用和维修概念方面留有很大的裕度，导致其性能受到不利影响并且成本增加。

考虑到微型燃气轮机在分布式发电、热(冷)电联供及混合动力方面的应用有巨大潜力，对微型燃气轮机的技术研发，解决以上问题，优化提高整机性能具有重大意义。

中国专利(名称为：微型燃气轮机发电装置，专利号为201210409102.X)公开了一种使用高速永磁电动/发电机的微型燃气轮机。但是这种装置后轴承和前轴承均为角接触轴承，需要相应的润滑和冷却等附加系统装置。

中国专利(名称为：气浮轴承-转子结构的微型燃气轮机，专利号为200910250723.6)公开了一种使用气体润滑轴承作为微型燃气轮机转子系统的支撑轴承。但这种气体轴承只适用于工作转速在5000～8000转的微型燃气轮机系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、紧凑，以超临界二氧化碳为工质，能量密度高，无有害物质排放，保证整机性能和发电效率的超临界二氧化碳工质微型燃气轮机系统。

本实用新型解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：