[发明专利]燃气轮机

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃气轮机，包括压缩机，中间壳体，至少一个燃烧室和膨胀轮机，其中所述或每个燃烧室经由内壳流体地连接至膨胀轮机，内壳被引导穿过中间壳体的内部空间。

背景技术

在燃气轮机中，燃料的燃烧热转化为机械功。描述该转换的热力循环近似地符合焦耳循环。

在那种情况下，首先，压缩机室压缩含氧工作气体，该工作气体实际一般为空气，在此过程中，气体温度从起始温度T₁加热至T₂，且压力增加。在第二步中，由于温度进一步上升至T₃，通过点燃混合燃料以恒定压力将热量供给燃烧室中的工作气体。然后，被压缩和被加热的工作气体通过膨胀做机械功，并且在此程中经由叶片驱动涡轮机。这样，温度下降至T₄。压力也下降。在涡轮机处获得的一些机械功可用于第一步中的压缩。最后，通过冷却以恒定的压力从工作气体提取余热，由此，温度降回至T₁。对于近似理想气体，该过程的效率由下式给出：η＝1-(T₄-t₁)/(T₃-T₂)。

由于越来越多工业化国家广泛采用可再生能源发电，使用燃气轮机的热电厂的重要性显著增加。与使用太阳能或风能发电天然地相关联的规划可靠性的缺失必须由发电过程中足够的储备能力来平衡，这种储备能力也能够尽快地提供所需电力。在这种情况下，由于所使用的燃料的价格波动性，使用燃气轮机运行的电厂相比在热力学上更低效的燃煤发电厂或甚至核反应堆具有显著的优点。

燃气轮机的效率作为所产生的能量与所使用的燃料总能量含量的比值远远低于50％，即使是在现代设施中，由于由燃烧提供的热量被作为余热丢弃，并且从而工作气体膨胀后的余热能量含量不再被使用。

然而，通过使用该余热可增加效率，例如，通过在第二回路中使用余热来运行第二热电厂的汽轮机(称为“联合循环”技术)。这允许根据可以供给汽轮机的余热的程度来提高效率。然而，在效率上的这种改进意味着增加系统的复杂性，因为现在必须连接整个蒸汽回路和燃气轮机，并与燃气轮机在控制方面进行协调，所有这些都增加了电厂的投资成本。此外，由于燃气轮机部件的尺寸，许多现有使用燃气轮机的热电厂不易于改装为带有蒸汽回路。

在这种情况下，一种可能的进一步解决方案可以使用燃气轮机的废气余热，通过集成于回热器过程以在供应燃料的燃烧热之前进一步加热第一步中预压缩的工作气体。由于在许多燃气轮机中，预压缩的工作气体的温度T₂低于余热温度T₄，在理想模式中，对应于该差T₄-T₂的热量不需要通过燃料包含的能量提供给工作气体，而可以节省，这导致效率相应地增加。

在这种情况下，该集成特别是现有的燃气轮机系统集成于回热器过程的技术实现产生了一个问题，其中，在这种情况下由于燃气轮机中的空间限制，特别是压缩机区域中的空间限制，移除预压缩的工作气体并将其传送到热交换器中特别重要。

US3367403A和GB2232720A的教导解决了该问题，其可以描述从燃气轮机的废气中的热返回到预压缩的工作气体。

然而，在现有技术中已知的这些解决方案的情况下，由于在燃气轮机的燃烧室中出现的高温(高达1400℃)，界定燃烧室的内壁的材料经受高热负荷。特别地，由于接触内壁的两侧的介质间的温差变化达数百度，该高温增加了材料中的热应力。因此，由于大温差这些热应力愈发导致微观裂纹，该内壁的累积材料疲劳是可以预料的。

发明内容

本发明的目的是避免现有技术中燃气轮机存在的这些缺点。特别地，需要避免的是，界定燃烧室的内壁材料被应力热加载到该内壁的寿命产生不期望减少的点。

根据本发明，通过一种燃气轮机实现此目的，该燃气轮机包括压缩机，中间壳体，至少一个燃烧室，膨胀轮机和热交换器，其中所述或每个燃烧室经由内壳流体地连接到膨胀轮机，该内壳被引导穿过中间壳体的内部空间，其中压缩机与中间壳体的内部空间被环形充气室流体地分离，该环形充气室连接至压缩机的出口并且具有多个排放管线，在运行中，该排放管线连接至热交换器的冷侧。

根据本发明，还提供了，所述或每个燃烧室被设计为筒仓燃烧室。在此方面，充气室可设置在内壳和压缩机之间，该内壳从所述或每个燃烧室延伸至膨胀轮机，由于只有充气室自身需要相对于现有概念进行配置，所以其在结构上特别有利。