[發明專利]燃氣輪機

有效

• 申請號: 201580017810.0
• 申請日: 2015-03-19
• 公開（公告）號: CN106133293B
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發明（設計）人: M·維爾克
• 申請（專利權）人: 西門子股份公司
• 主分類號: F02C3/14
• 分類號: F02C3/14;F02C7/08
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所11256
• 代理人: 王茂華,郭玉兵

技術領域

本發明涉及一種燃氣輪機，包括壓縮機，中間殼體，至少一個燃燒室和膨脹輪機，其中所述或每個燃燒室經由內殼流體地連接至膨脹輪機，內殼被引導穿過中間殼體的內部空間。

背景技術

在燃氣輪機中，燃料的燃燒熱轉化為機械功。描述該轉換的熱力循環近似地符合焦耳循環。

在那種情況下，首先，壓縮機室壓縮含氧工作氣體，該工作氣體實際一般為空氣，在此過程中，氣體溫度從起始溫度T₁加熱至T₂，且壓力增加。在第二步中，由于溫度進一步上升至T₃，通過點燃混合燃料以恒定壓力將熱量供給燃燒室中的工作氣體。然后，被壓縮和被加熱的工作氣體通過膨脹做機械功，并且在此程中經由葉片驅動渦輪機。這樣，溫度下降至T₄。壓力也下降。在渦輪機處獲得的一些機械功可用于第一步中的壓縮。最后，通過冷卻以恒定的壓力從工作氣體提取余熱，由此，溫度降回至T₁。對于近似理想氣體，該過程的效率由下式給出：η＝1-(T₄-t₁)/(T₃-T₂)。

由于越來越多工業化國家廣泛采用可再生能源發電，使用燃氣輪機的熱電廠的重要性顯著增加。與使用太陽能或風能發電天然地相關聯的規劃可靠性的缺失必須由發電過程中足夠的儲備能力來平衡，這種儲備能力也能夠盡快地提供所需電力。在這種情況下，由于所使用的燃料的價格波動性，使用燃氣輪機運行的電廠相比在熱力學上更低效的燃煤發電廠或甚至核反應堆具有顯著的優點。

燃氣輪機的效率作為所產生的能量與所使用的燃料總能量含量的比值遠遠低于50％，即使是在現代設施中，由于由燃燒提供的熱量被作為余熱丟棄，并且從而工作氣體膨脹后的余熱能量含量不再被使用。

然而，通過使用該余熱可增加效率，例如，通過在第二回路中使用余熱來運行第二熱電廠的汽輪機(稱為“聯合循環”技術)。這允許根據可以供給汽輪機的余熱的程度來提高效率。然而，在效率上的這種改進意味著增加系統的復雜性，因為現在必須連接整個蒸汽回路和燃氣輪機，并與燃氣輪機在控制方面進行協調，所有這些都增加了電廠的投資成本。此外，由于燃氣輪機部件的尺寸，許多現有使用燃氣輪機的熱電廠不易于改裝為帶有蒸汽回路。

在這種情況下，一種可能的進一步解決方案可以使用燃氣輪機的廢氣余熱，通過集成于回熱器過程以在供應燃料的燃燒熱之前進一步加熱第一步中預壓縮的工作氣體。由于在許多燃氣輪機中，預壓縮的工作氣體的溫度T₂低于余熱溫度T₄，在理想模式中，對應于該差T₄-T₂的熱量不需要通過燃料包含的能量提供給工作氣體，而可以節省，這導致效率相應地增加。

在這種情況下，該集成特別是現有的燃氣輪機系統集成于回熱器過程的技術實現產生了一個問題，其中，在這種情況下由于燃氣輪機中的空間限制，特別是壓縮機區域中的空間限制，移除預壓縮的工作氣體并將其傳送到熱交換器中特別重要。

US3367403A和GB2232720A的教導解決了該問題，其可以描述從燃氣輪機的廢氣中的熱返回到預壓縮的工作氣體。

然而，在現有技術中已知的這些解決方案的情況下，由于在燃氣輪機的燃燒室中出現的高溫(高達1400℃)，界定燃燒室的內壁的材料經受高熱負荷。特別地，由于接觸內壁的兩側的介質間的溫差變化達數百度，該高溫增加了材料中的熱應力。因此，由于大溫差這些熱應力愈發導致微觀裂紋，該內壁的累積材料疲勞是可以預料的。

發明內容

本發明的目的是避免現有技術中燃氣輪機存在的這些缺點。特別地，需要避免的是，界定燃燒室的內壁材料被應力熱加載到該內壁的壽命產生不期望減少的點。

根據本發明，通過一種燃氣輪機實現此目的，該燃氣輪機包括壓縮機，中間殼體，至少一個燃燒室，膨脹輪機和熱交換器，其中所述或每個燃燒室經由內殼流體地連接到膨脹輪機，該內殼被引導穿過中間殼體的內部空間，其中壓縮機與中間殼體的內部空間被環形充氣室流體地分離，該環形充氣室連接至壓縮機的出口并且具有多個排放管線，在運行中，該排放管線連接至熱交換器的冷側。

根據本發明，還提供了，所述或每個燃燒室被設計為筒倉燃燒室。在此方面，充氣室可設置在內殼和壓縮機之間，該內殼從所述或每個燃燒室延伸至膨脹輪機，由于只有充氣室自身需要相對于現有概念進行配置，所以其在結構上特別有利。