一种燃气轮机及其二氧化碳减排系统的制作方法

1.本技术涉及燃气轮机技术领域，特别是涉及一种燃气轮机及其二氧化碳减排系统。


背景技术：

2.气候变化已成为人类面临的最深远、最严峻的挑战之一，温室效应的增速大大超过了地球生态警戒线，在各种温室气体中，二氧化碳的排放量最大，二氧化碳以其较长的寿命及巨大的生成量对温室效应影响最大。
3.燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。燃气轮机通常由压气机、燃烧室和燃气涡轮等组成。压气机中的空气进入燃烧室与燃料混合燃烧，生成高温高压的气体，再进入燃气涡轮中膨胀做功，推动涡轮带动压气机和外负荷转子一起高速旋转，并输出电功。但是高温高压的气体中含有高浓度的二氧化碳，在排放时对温室效应造成影响。
4.由此可见，如何减少燃气轮机的二氧化碳排放量是本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本技术的目的是提供一种燃气轮机及其二氧化碳减排系统，用于减少二氧化碳的排放量。
6.为解决上述技术问题，本技术提供一种二氧化碳减排系统，包括压气机、燃烧室、燃气涡轮、第一电机，其特征在于，还包括：余热锅炉、蒸汽轮机；
7.所述压气机与所述燃烧室连接，以将空气压缩后输送至所述燃烧室与燃料混合燃烧；
8.所述燃烧室与所述燃气涡轮连接，所述燃气涡轮与所述第一电机连接，以将燃烧产生的气体输送至所述燃气涡轮中膨胀做功以推动所述压气机和所述第一电机运转以输出电功；
9.所述燃烧室还通过所述余热锅炉与所述蒸汽轮机连接，以通过所述气体在所述余热锅炉中加热给水后产生高温高压的蒸汽，以驱动所述蒸汽轮机中的第二电机运转以输出电功。
10.优选的，还包括：
11.冷凝装置；
12.所述冷凝装置与所述余热锅炉连接，以提纯所述余热锅炉排放气体中的二氧化碳，并将所述排放气体中的水蒸气液化以回收水分。
13.优选的，还包括：
14.再循环风机；
15.所述冷凝装置通过所述再循环风机与所述燃烧室连接，以将提纯后的二氧化碳输
送至所述燃烧室以提高所述燃烧室中的二氧化碳浓度。
16.优选的，所述再循环风机还用于将提纯后的二氧化碳输送至所述燃气涡轮的叶片以为所述燃气涡轮降温。
17.优选的，还包括：
18.空分制氧装置；
19.所述空分制氧装置与所述压气机连接，以提纯空气中氧含量后输送至所述压气机，以便于所述燃烧室富氧燃烧。
20.优选的，还包括：
21.二氧化碳存储罐；
22.所述冷凝装置与所述二氧化碳存储罐连接，以保存提纯后的二氧化碳。
23.优选的，还包括：
24.二氧化碳压缩机；
25.所述冷凝装置通过所述二氧化碳压缩机与所述二氧化碳存储罐连接，以将提纯后的二氧化碳压缩成液态后进行保存。
26.优选的，所述压气机为轴流式压气机。
27.优选的，所述冷凝装置包括凝汽器和凝结水泵。
28.为解决上述技术问题，本技术还提供一种燃气轮机，包括上述的二氧化碳减排系统。
29.本技术所提供的二氧化碳减排系统，包括压气机、燃烧室、燃气涡轮、第一电机，余热锅炉、蒸汽轮机。压气机与燃烧室连接，以将空气压缩后输送至燃烧室与燃料混合燃烧。燃烧室与燃气涡轮连接，燃气涡轮与第一电机连接，以将燃烧产生的气体输送至燃气涡轮中膨胀做功以推动压气机和第一电机运转以输出电功。燃烧室还通过余热锅炉与蒸汽轮机连接，以通过气体在余热锅炉中加热给水后产生高温高压的蒸汽，以驱动蒸汽轮机中的第二电机运转以输出电功。采用本技术方案，燃烧室中产生的气体不仅用于在燃气涡轮中做工，还用于输送至余热锅炉中进行加热水分形成水蒸气以供蒸汽轮机做工，实现了对燃烧室产生气体的再次利用，进而能够减少燃料燃烧，降低成本，减少了二氧化碳的排放量。
30.此外，本技术所提供的燃气轮机与上述的二氧化碳减排系统相对应，效果同上。
附图说明
31.为了更清楚地说明本技术实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为本技术实施例提供的一种二氧化碳减排系统的结构图；
33.附图标记如下：1为压气机，2为燃烧室，3为燃气涡轮，4为余热锅炉，5为蒸汽轮机，6为冷凝装置，7为再循环风机，8为空分制氧装置，9为二氧化碳压缩机，10为二氧化碳存储罐。
具体实施方式
34.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护范围。
35.气候变化已成为人类面临的最深远、最严峻的挑战之一，温室效应的增速大大超过了地球生态警戒线，在各种温室气体中，二氧化碳的排放量最大，二氧化碳以其较长的寿命及巨大的生成量对温室效应影响最大。
36.温室效应是指透射阳光的密闭空间由于与外界缺乏热交换而形成的保温效应，就是太阳短波辐射可以透过大气射入地面，而地面增暖后放出的长波辐射却被大气中的二氧化碳等物质所吸收，从而产生大气变暖的效应。大气中的二氧化碳就像一层厚厚的玻璃，使地球变成了一个大暖房。
37.温室效应加剧主要是由于现代化工业社会燃烧过多煤炭、石油和天然气，这些燃料燃烧后放出大量的二氧化碳气体进入大气造成的。二氧化碳气体具有吸热和隔热的功能。它在大气中增多的结果是形成一种无形的玻璃罩，使太阳辐射到地球上的热量无法向外层空间反射，其结果是地球表面变热起来。因此，二氧化碳也被称为温室气体。
38.燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。燃气轮机通常由压气机、燃烧室和燃气涡轮等组成。压气机中的空气进入燃烧室与燃料混合燃烧，生成高温高压的气体，再进入燃气涡轮中膨胀做功，推动涡轮带动压气机和外负荷转子一起高速旋转，并输出电功。但是高温高压的气体中含有高浓度的二氧化碳，在排放时对温室效应造成影响。
39.由此可见，如何减少燃气轮机的二氧化碳排放量是本领域技术人员亟待解决的问题。
40.本技术的核心是提供一种燃气轮机及其二氧化碳减排系统，用于减少二氧化碳的排放量。
41.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步的详细说明。
42.图1为本技术实施例提供的一种二氧化碳减排系统的结构图，如图1所示，该系统包括压气机1、燃烧室2、燃气涡轮3、第一电机g1，还包括：余热锅炉4、蒸汽轮机5；
43.压气机1与燃烧室2连接，以将空气压缩后输送至燃烧室2与燃料混合燃烧；
44.燃烧室2与燃气涡轮3连接，燃气涡轮3与第一电机g1连接，以将燃烧产生的气体输送至燃气涡轮3中膨胀做功以推动压气机1和第一电机g1运转以输出电功；
45.燃烧室2还通过余热锅炉4与蒸汽轮机5连接，以通过气体在余热锅炉中加热给水后产生高温高压的蒸汽，以驱动蒸汽轮机5中的第二电机g2运转以输出电功。
46.其中，压气机1是燃气轮机中利用高速旋转的叶片给空气做功以提高空气压力的部件。压气机1叶轮叶片的前端部分呈弯曲状称为导轮，其作用是将气体无冲击的导入工作叶轮，减小气流冲击损失。小型增压器的压气机叶轮一般将导轮与工作叶轮制成一体。压气机的叶轮出口有扩压器，使气体在叶轮中获得的动能尽可能多地转化为压力。扩压器分为叶片式和缝隙式两种。压气机1的外壳有气流的进口和出口。进口一般呈轴向布置，流道略呈渐缩，以减小进气阻力。出口一般设计成流道沿圆周渐扩的蜗壳状，使高速气流在那里继续扩压，提高增压器的总效率。压气机1由涡轮驱动，其主要性能参数有:转速、流量、空气流
量、增压比和效率等。压气机1可分为离心式与轴流式两大类。轴流式压气机中的空气主要沿轴向流动，它由转子(又称工作轮)和静子(又称整流器)两部分组成。相较于离心式压气机，轴流式压气机的空气流量为几公斤每秒到二百公斤每秒，单级增压比一般约为1.1～2.0，效率约为0.85～0.88。多级轴流式压气机的增压比可达25以上。轴流式压气机的面积小，增压比和效率都较高。因此，本实施例中的压气机1为轴流式压气机。
47.在具体实施中，富氧燃烧技术是一种以助燃空气中氧含量超过常规值直至使用纯氧(氧体积含量高于21％的富氧空气或纯氧代替空气作为助燃气体)的高效强化燃烧技术，是一种高效的节能燃烧技术。最初主要是运用在冶金、玻璃制备等工业窑炉上。富氧燃烧技术能够降低燃料的燃点，可加快燃烧反应速度，扩宽燃烧极限，提高窑炉的燃烧温度，把空气中的氧气从21％富化至35％，获得相当于空气预热到530℃的效果，在燃烧过程中只有空气中的氧参与了燃烧反应，氮气作为稀释剂可吸收大量的燃烧生成热，促进燃烧完全，减少燃烧后的烟气量，从而提高热量利用率和降低过量空气系数。
48.因此，为了提高燃烧产生的二氧化碳含量，降低成本，在本实施例中，二氧化碳减排系统还可以包括空分制氧装置8；空分制氧装置8与压气机1连接，以提纯空气中氧含量后输送至压气机1，以便于燃烧室2富氧燃烧。
49.燃烧室2是燃料或推进剂在其中燃烧生成高温燃气的装置。燃烧室2按气流在燃烧室2中流动的方向分为三种：直流式：气流在燃烧室2中沿轴向流动。折流式：气流由压气机1流出后，折成两路流入火焰筒。一般与甩油盘配合使用。回流式：压气机1出口的空气由燃烧室2的后端流入火焰筒头部。燃烧的燃气则向前形成回流。其中，后两种形式气流流动损失大，但能缩短发动机的长度，多用于采用离心式压气机的发动机中。
50.燃气涡轮3是将高温高压燃气流的能量转换为机械能的一种叶片机，简称涡轮，又称燃气透平。在燃气涡轮3中，机械能以涡轮轴功率的形式输出，用来驱动燃气涡轮发动机中的压气机1和其他附件(发电机、油泵等)。在具体实施中涡轮分为径向涡轮和轴向涡轮两类。涡轮发出的机械功有1/2到2/3左右用来带动压气机，其余的1/3左右的机械功用来驱动第一电机运转。在燃气轮机起动的时候，首先需要外界动力，一般是起动机带动压气机，直到燃气涡轮发出的机械功大于压气机消耗的机械功时，外界起动机脱扣，燃气轮机才能自身独立工作。
51.余热锅炉4是指利用各种工业过程中的废气、废料或废液中的余热及其可燃物质燃烧后产生的热量把水加热到一定温度的锅炉。具有烟箱、烟道余热回收利用的燃油锅炉、燃气锅炉、燃煤锅炉也称为余热锅炉，余热锅炉通过余热回收可以生产热水或蒸汽来供给其它工段使用。本实施例通过将燃烧室2产生的气体输入余热锅炉4后加热产生水蒸气后以供蒸汽轮机5做功。
52.本技术实施例提供的二氧化碳减排系统，包括压气机、燃烧室、燃气涡轮，余热锅炉、蒸汽轮机。压气机与燃烧室连接，以将空气压缩后输送至燃烧室与燃料混合燃烧。燃烧室与燃气涡轮连接，以将燃烧产生的气体输送至燃气涡轮中膨胀做功以带动电机。燃烧室还通过余热锅炉与蒸汽轮机连接，以通过气体在余热锅炉中加热给水后产生高温高压的蒸汽，以驱动蒸汽轮机做功。采用本技术方案，燃烧室中产生的气体不仅用于在燃气涡轮中做工，还用于输送至余热锅炉中进行加热水分形成水蒸气以供蒸汽轮机做工，实现了对燃烧室产生气体的再次利用，进而能够减少燃料燃烧，降低成本，减少了二氧化碳的排放量。
53.在具体实施中，余热锅炉4中的气体部分用于蒸汽轮机5的做功，剩余部分则会被排放。而在排放的气体中，还存在丰富的水蒸气，因此在上述实施例的基础上，本实施例中还包括：
54.冷凝装置6；
55.冷凝装置6与余热锅炉4连接，以提纯余热锅炉4排放气体中的二氧化碳，并将排放气体中的水蒸气液化以回收水分。
56.本实施例还提供具体的冷凝装置6的选择，在本实施例中冷凝装置6包括凝汽器和凝结水泵。通过凝汽器和凝结水泵将温度降至余热锅炉4排放气体中水蒸气分压所对应的饱和温度以下，将水蒸气凝结，实现二氧化碳与水蒸气分离，在回收水分的同时还能够吸收余热，从而收集到纯净的二氧化碳。
57.可以理解的是，经过冷凝装置6分离水蒸气后的二氧化碳气体纯度较高，在上述实施例的基础上，在本实施例中，还包括：
58.再循环风机7；
59.冷凝装置6通过再循环风机7与燃烧室2连接，以将提纯后的二氧化碳输送至燃烧室2以提高燃烧室2中的二氧化碳浓度。再循环风机7还用于将提纯后的二氧化碳输送至燃气涡轮3的叶片以为燃气涡轮3降温。
60.本实施例中的再循环风机7用于将提纯后的高纯度二氧化碳重新输送至燃烧室2以提高燃烧室2中的二氧化碳浓度，从而有利于减少烟气量，简化烟气处理系统。并且，多于的二氧化碳还能够作为透平冷却用气，调控燃烧室2燃烧温度。
61.上述实施例中已经通过冷凝装置6实现了对水蒸气和二氧化碳的分离，提纯了二氧化碳的浓度，为了减少二氧化碳的排放，本实施例中还包括：
62.二氧化碳压缩机9和二氧化碳存储罐10；
63.冷凝装置6通过二氧化碳压缩机9与二氧化碳存储罐10连接，以将提纯后的二氧化碳压缩成液态后进行保存。
64.本实施例通过对二氧化碳保存，减少了二氧化碳的排放量，并且通过液态保存，提高存储效率。
65.本技术还提供一种燃气轮机，包括上述的二氧化碳减排系统。由于上述实施例对二氧化碳减排系统进行了详细描述，故在此不再赘述。
66.本技术实施例提供的燃气轮机，包括二氧化碳减排系统，该系统包括压气机、燃烧室、燃气涡轮、第一电机，余热锅炉、蒸汽轮机。压气机与燃烧室连接，以将空气压缩后输送至燃烧室与燃料混合燃烧。燃烧室与燃气涡轮连接，燃气涡轮与第一电机连接，以将燃烧产生的气体输送至燃气涡轮中膨胀做功以推动压气机和第一电机运转以输出电功。燃烧室还通过余热锅炉与蒸汽轮机连接，以通过气体在余热锅炉中加热给水后产生高温高压的蒸汽，以驱动蒸汽轮机中的第二电机运转以输出电功。采用本技术方案，燃烧室中产生的气体不仅用于在燃气涡轮中做工，还用于输送至余热锅炉中进行加热水分形成水蒸气以供蒸汽轮机做工，实现了对燃烧室产生气体的再次利用，进而能够减少燃料燃烧，降低成本，减少了二氧化碳的排放量。
67.以上对本技术所提供的燃气轮机及其二氧化碳减排系统进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之
处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以对本技术进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本技术权利要求的保护范围内。
68.还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。