技术领域
[0001] 本
发明涉及燃气轮机系统，尤其涉及一种以
氨为
燃料的燃气轮机联合系统。
背景技术
[0002] 燃气轮机是一种以连续流动的气体作为工质、把
热能转换为机械功的旋转式动
力机械。在空气和燃气的主要流程中，有空气
压缩机、
燃烧室和
涡轮这三大部件组成的燃气轮机循环，通称为简单循环。大多数燃气轮机均采用简单循环方案。因为它的结构最简单，而且最能体现出燃气轮机所特有的体积小、重量轻、启动快、无需
冷却水等一系列优点。
[0003] 我国是目前世界上氨产量和用量最多的国家，占世界总产量的1/3左右，因而我国有优异的条件逐步实现从现有的化石
能源转向可再生的氨能源。氨可以作为燃气轮机或
发动机的燃料。然而燃气轮机排气中余热，以及液氨
气化产生的气化
潜热并未被有效地回收或利用,如CN102272427B、CN102272428B。
发明内容
[0004] 本发明提供了一种燃气轮机联合系统，它克服了背景技术中以氨为燃料的燃气轮机所存在的不足。
[0005] 本发明解决其技术问题的所采用的技术方案是：
[0006] 燃气轮机联合系统，包括以氨为燃料的燃气轮机，该燃气轮机包括液氨供给装置、压缩机、燃烧室和涡轮，该液氨供给装置能为燃烧室供应氨，该压缩机连接燃烧室以压缩包含空气的气体并供给到燃烧室，该燃烧室连接涡轮以通过燃烧室燃烧产生的排气推动涡轮运转；该燃气轮机联合系统还包括低温回收装置和余热回收装置；该低温回收装置连接在液氨供给装置和燃烧室之间，该液氨通过低温回收装置变化为气态氨，该低温回收装置回收液氨气化的冷量；该燃烧室内包含有通入的气态氨与空气的气体混合燃烧，该燃烧室的排气推动涡轮运转并由排气通路排出；该余热回收装置设置在排气通路上以收集排气热量。
[0007] 一
实施例之中：该低温回收装置包括热交换通路，该液氨经过该热交换通路而从液氨变化为气态氨，该热交换通路回收液氨气化的冷量。
[0008] 一实施例之中：该热交换通路配合压缩机，以通
过热交换通路冷却空气，冷却后的空气进入该压缩机。
[0009] 一实施例之中：该热交换通路设置于燃烧室的外壁或燃烧室内以吸收燃烧室内的热量。
[0010] 一实施例之中：该热交换通路配合所述涡轮的静
叶片内和动叶片内的至少一方，以将液态氨送入到所述涡轮的静叶片内和动叶片内的至少一方，通
过冷却静叶片或动叶片气化液氨为气态氨并供给到该燃烧室内。
[0011] 一实施例之中：该燃气轮机还包括能使氨分解出氢的氨裂解装置，该液氨供给装置连接氨裂解装置以为氨裂解装置提供氨，该余热回收装置连接氨裂解装置，以将排气产生的热量导入氨裂解装置以为氨裂解反应提供反应热；该氨裂解装置连接燃烧室以向燃烧室供应包含氢和氨的气体。
[0012] 一实施例之中：该余热回收装置控制排气通路内
温度以使排气中所含的NOX在氨存在的状态下能够被还原。
[0013] 一实施例之中：该排气通路内设置NOX选择还原催化剂。
[0014] 一实施例之中：该燃气轮机联合系统还包括发
电机，该发电机连接涡轮以通过涡轮驱动发电机输出
电能。
[0015] 一实施例之中：该燃气轮机联合系统还包括蒸
汽轮机，该余热回收装置包括
蒸汽发生器，该
蒸汽发生器连接蒸汽轮机，以通过蒸汽发生器产生蒸汽推动该蒸汽轮机的涡轮运转。
[0016] 本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
[0017] 本发明的以氨为燃料的燃气轮机联合系统，能够输出动力，并且能回收排气余热和/或回收液氨气化产生的气化潜热以利用。
附图说明
[0018] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
[0019] 图1是实施例一的燃气轮机联合系统的系统图；
[0020] 图2是实施例二的燃气轮机联合系统的系统图；
[0021] 图3是实施例三的燃气轮机联合系统的系统图；
[0022] 图4是实施例四的燃气轮机联合系统的系统图。
[0023] 图5是实施例五的燃气轮机联合系统的系统图；
[0024] 图6是实施例六的燃气轮机联合系统的系统图。
具体实施方式
[0025] 实施例一
[0026] 请查阅图1，燃气轮机联合系统，包括以氨为燃料的燃气轮机、低温回收装置5和余热回收装置7。该燃气轮机包括液氨供给装置4、压缩机2、燃烧室1和涡轮3。该低温回收装置5连接在液氨供给装置4和燃烧室1之间，该液氨通过低温回收装置5变化为气态氨，并将气态氨供应到燃烧室1内，且该低温回收装置5回收液氨气化的冷量。该压缩机2连接燃烧室1以压缩包含空气的气体并供给到燃烧室1。该燃烧室1内包含有通入的气态氨与空气的气体混合燃烧，该燃烧室1的排气推动涡轮3运转并由排气通路6排出，该涡轮3还带动压缩机2运转实现空气压缩，且该余热回收装置7设置在排气通路6上以收集排气热量。
[0027] 该液氨的气化潜热较高，在-33.41℃和101.325kPa下，气化潜热达1371.18kJ/kg。该低温回收装置5主要用于收集液氨气化所产生的气化潜热。该低温回收装置5可以包括
热交换器，这些热交换器可以是
板式换热器、管壳式换热器、套
管式换热器、板翅式换热器、
热管换热器、
冷却塔或
冷凝器中的至少一种。
[0028] 本实施例的燃气轮机联合系统中还包括发电机8，该发电机8连接涡轮3以通过涡轮3驱动发电机8输出电能。本发明的燃气轮机联合系统通过低温回收装置5提供冷源，通过余热回收装置7提供热源，通过发电机8输出电能，从而实现该联合系统的冷、热、电的联合供给。
[0029] 实施例二
[0030] 请查阅图2，它与实施例一不同之处在于：该低温回收装置5包括热交换通路，该液氨经过该热交换通路而从液氨变化为气态氨，该热交换通路回收液氨气化的冷量。该热交换通路配合压缩机2，以通过热交换通路冷却空气，冷却后的空气进入该压缩机2。由于液氨的气化潜热较高(在-33.41℃和101.325kPa下，气化潜热达1371.18kJ/kg)，使空气温度降低，获得较高的空气压缩比，增加了空气进气量。同时，液氨气化吸收压缩机2叶片产生的热量，起到降低叶片温度的效果。
[0031] 该余热回收装置7包括热交换器，该热交换器可以为热管余热回收器、间壁式换热器、
蓄热式换热器、陶瓷换热器或喷射式混合加热器中的至少一种。该热管余热回收器是利用热管的高效
传热特性及其环境适应性制造的换热装置，其结构形式为：整体式、分离式或组合式。该间壁式换热器换热器可以是：冷却塔(或称冷水塔)、气体洗涤塔(或称洗涤塔)、喷射式热交换器或混合式冷凝器。该蓄热式换热器用于进行蓄热式换热的设备，用于对介质混合要求比较低的场合。该换热器内装固体填充物，用以贮蓄热量。陶瓷换热器是在高温或
腐蚀环境下取代了传统的金属换热设备。该喷射式混合加热器是通过气、水两相
流体的直接混合来生产热水的设备。利用喷射式混合加热器回收排气的余热可用以加热采暖
循环水。
[0032] 从涡轮1排出的排气中通常含有NOX，NOX在排气中残余氨存在的状态下能够被还原。通过调节余热回收装置7中换热器的换热量，控制排气通路内温度，使排气中所含的NOX在适宜的温度范围内被还原。此外，还可以在排气通路内设置NOX选择还原催化剂以进一步协调NOX被氨还原的温度。本实施例采用的是贵金属类催化剂中的Pt/Al2O3催化剂(Pt的负载量为重量比1％)。
[0033] 实施例三
[0034] 请查阅图3，燃气轮机联合系统，包括以氨为燃料的燃气轮机、低温回收装置5和余热回收装置7。该燃气轮机包括燃烧室1、压缩机2、涡轮3和液氨供给装置4。该低温回收装置5包括热交换通路，液氨经过热交换通路而从液氨变化为气态氨。图3表示将本发明燃气轮机联合系统的一个具体应用实例进行图解地表示的局部侧剖视图。参照图3，在燃气轮机的壳体10内
输出轴11能够旋转地被支承，该输出轴11经由减速器与发电机7连接。压缩机2由多级压缩机构成，该多级压缩机具有由壳体10支承的多个静叶片12和形成在输出轴11上的多个动叶片13，从进入口14进入的吸入空气被压缩机2压缩而送入燃烧室1。
[0035] 该燃烧室1在输出轴11周围配置多个，各燃烧室1都构成包括燃烧室1、用于将燃料供给到燃烧室1内的燃料供给装置16以及从燃烧室1朝向涡轮3延伸的燃烧室尾筒17。从压缩机2流出的一部分压缩空气被送入到燃烧室1内，从燃料供给装置16供给的燃料在燃烧室1内燃烧。该燃烧室1内的燃烧气体在燃烧室尾筒17内通过并被送入到涡轮3，由此将旋转力赋予涡轮3。另一方面，将从压缩机2流出的一部分压缩空气送入到燃烧室尾筒17内，以使涡轮3的入口温度不过度上升。在燃烧室1中进行大致接近100％的完全燃烧，如上所述由于压缩空气被供给到燃烧室尾筒17内，因此被送入到涡轮3的燃烧气体成为空气过剩。该涡轮3由多级涡轮构成，该多级涡轮具有：被壳体10支承的多个静叶片18和形成在输出轴11上的多个动叶片19，从涡轮3流出的燃烧气体成为排气而从排气口15被排出。
[0036] 此外在本实施例中，热交换通路连接涡轮3的静叶片18内或动叶片19内的至少一方。液态氨经由调量
阀被送入到涡轮3的静叶片18内或动叶片19内的至少一方，将通过冷却静叶片18或动叶片19而从液态变化为气态的氨，气态氨被
气体压缩机2升压而供给到燃烧室1内。在该实施例中有效地利用涡轮3的静叶片18或动叶片19的热生成气态氨。另外，在该实施例中由于静叶片18和/或动叶片19被冷却，因此不仅能够提高静叶片18、动叶片19的耐久性，而且能够提高涡轮3的入口温度的最大允许温度，因此能够提高燃气轮机的最大输出。
[0037] 实施例四
[0038] 请查阅图4，它与实施例一不同之处在于：本实施例的燃气轮机联合系统在实施例1燃气轮机系统的
基础上热交换通路5设置于燃烧室内以吸收燃烧室1内的热量。设置于燃烧室1内的热交换通路5为圆形管道，管道内通入液氨，液氨在管道内流动的过程中变化为气态氨，并吸收燃烧室1热量。气态氨再通入燃烧室1内与经压缩机2压入燃烧室内的空气混合燃烧，产生的排气推动涡轮3运转。通过控制热交换通路5中液氨的流量或流速可以调节燃烧室1内温度，防止燃烧室1温度过高。
[0039] 此外，热交换通路也可以设置于燃烧室1的外壁，形成间壁式换热结构。液氨通过吸收燃烧室1的外壁热量而转化为气态氨，通过热传导效应使燃烧室1内温度降低。
[0040] 实施例五
[0041] 请查阅图5，它与实施例一不同之处在于：该燃气轮机还包括能使部分气态氨分解出氢的氨裂解装置8，该液氨供给装置4通过低温回收装置5连接氨裂解装置8以为氨裂解装置8提供氨，该余热回收装置7连接氨裂解装置8，以将排气产生的热量导入氨裂解装置8以为氨裂解反应提供反应热；该氨裂解装置8连接燃烧室1以向燃烧室1供应包含氢和氨的气体。燃烧室1内包含有氢、氨和空气的气体混合燃烧。该余热回收装置包括将排气供给到氨裂解装置以提供氨裂解反应的反应热的通路。
[0042] 由于氨的自燃温度(651℃)和最小点火
能量(680MJ)均比较高，比较难点燃。在纯氨燃烧条件下，由于氨的火焰传播速度小(6-8cm·s-1)，这使得其在发动机内燃烧时所需时间较长。氢气的火焰传播速度高达250cm·s-1。氨裂解装置8将部分氨裂解为氢气和氮气，裂解产生的氢气
加速了燃烧
进程，从而实现氨氢燃烧性能互补，改善了氨燃料的燃烧性能。该氨裂解反应为吸热反应，需要额外热源来提供反应热。在排气通路6上设置有收集排气热量的余热回收装置7。余热回收装置7包括将排气供给到氨裂解装置8以提供氨裂解反应的反应热的通路。该余热回收装置7将排气产生的热量导入氨裂解装置8中以提供氨裂解反应的反应热，则无需加装供热系统。
[0043] 进一步地将氨裂解催化剂填充到该氨裂解装置8的燃料的供给侧，可以降低氨裂解反应所需温度、增加氨裂解反应速率。氨裂解催化剂可以是负载有钌、铑、镍及
铁中至少一种的催化剂。
[0044] 实施例六
[0045] 请查阅图6，它与实施例一不同之处在于：在实施例一燃气轮机系统的基础上本实施例的燃气轮机联合系统中在涡轮3的排气通路上设置有蒸汽发生器7作为排气热量的余热回收装置。该蒸汽发生器连接蒸汽轮机，涡轮3排气加热蒸汽发生器7产生的蒸汽推动蒸汽轮机9的涡轮运转。本实施例以燃气轮机的排气热量来加热蒸汽，蒸汽轮机9的排热温度降低，显著提升了氨
燃烧热的利用率。
[0046] 由于氨在燃烧室1中燃烧生成水和氮气，不产生二
氧化
碳排放和有机物质残留，因此排气可直接通入蒸汽发生器7中的水中以产生蒸汽，既简化了蒸汽发生器7的设备结构、也提高了换热效率。
[0047] 以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明
专利范围及
说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
