专利名称：一种煤粉燃气涡轮发电机组的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种直接利用煤粉经燃烧产生高温，高压燃气，进入涡轮机内膨胀作功，将热能转换成为机械能，带动发电机发电的煤粉燃气涡轮发电机组。
目前，已有的以热机为动力的发电设备，其工作方式是1、以原煤作为燃料，经燃烧产生热能。加热水，使水变成具有一定温度和压力的水蒸汽，并以水蒸汽作为工作介质，进入涡轮机内膨胀作功，将热能转换为机械能，带动发电机发电。由于采用水蒸汽作为中间工作介质，这样，就不可避免地需要设置大量的蒸汽换热设备，如体积庞大的锅炉和加热器，水处理设备、冷凝器以及大量的为维护水、汽循环系统而设置的各种附助泵、阀、还有繁杂的管道系统等等。因此，这种发电设备，存在着不但体积庞大、制造成本高、维护费用高，安装周期长，而且热效率低，尤其是需要消耗大量的水这一自然资源等等问题。
2、以石油(汽油、紫油)或天燃气作为燃料。经燃烧产生高温燃气，进入涡轮机内，膨胀作功，将热能转换为机械能，带动发电机发电。这种发电机组，需要消耗掉大量的石油或天燃气，然而地球上蕴芷的石油，天燃气是有限的，目前世界上普通发生石油紧缺现象，即“能源危机”。国务院最近已发出通知，要限制生产和使用这种发电机。
综上所述，目前以热机为动力的发电机组，存在问题是显而易见的。本发明的目的在于克服这些问题，而提供一种结构简单，体积小，制造容易成本低，热效率高的，以煤粉为燃料直接燃烧产生高温，高压燃气、进入涡轮机内膨胀作功。将热能，转换为机械能，带动发电机发电的煤粉燃气涡轮发电机组。
本发明的工作原理是直接利用煤粉在燃烧室内充分燃烧，产生具有一定温度和压力的燃气，作为工作介质。进入涡轮机内(透平)膨胀作功，带动发电机发电。为达到使工作介质-燃气，具有一定的温度和压力这一目的，本发明采取以下技术方案1、本发命中设置一个压气机，其作用是将空气压缩成具有一定压力的气体，通过管道分两路向燃烧室内输入。
这样，一方面高压空气将煤粉携带注入燃烧室并给足够的氧气进行燃烧化学反应，另一方面使燃烧室及后面的工作通道内维持一定的压力。过剩的空气及燃烧产生的新气体，在定压下被加热成高温混合气体(即燃气)它具有很高的焓值。导入涡轮机喷咀随着气体的膨胀而产生焓降热能转换为机械能，推动透平作功。
因此，高压空气在本机组的热力循环中即是燃烧反应必要组成部分，又是作为完成能量转换的一种工作介质。
本发明中压气机采用由透平直接带动，因而简化了设备结构。
2、本发明中设置的燃烧室，具有特殊的结构。燃烧室的作用是使煤粉在其内充分燃烧、产生高温、高压燃气。
在燃烧室的上部设置有可以向其内注入煤粉的煤粉斗，煤粉喷口，和从压气机向燃烧室内输入高压气体的喷咀，该喷咀设置在燃烧室上部煤粉喷口的中心位置。在燃烧室的下部设置有消除燃气内的磨蚀力极强的煤灰的锥形除尘室。燃烧室设计或双层结构，外壳(外层)承受压力，在外层的下部设置有一个风口，叫做一次风口，从压气机内出来的一部分高压气体，从该风口输入到燃烧室内。(另一部分从燃烧室的顶部高压气体喷咀输入)内层为燃烧筒，煤粉在火焰筒内燃烧。在火焰筒的上部中心位置设置有旋流器和扩散管，扩散管与煤粉喷口相联通。从一次风口输入的高压气体通过外层与内层的夹壁空间自下而上运动进入到旋流器内，变成高速旋转的高压气流进入到火焰筒内部。在火焰筒的中部，还设置有若干个二次风口，从一次风口输入的高压气体，有一部分经过二次风口进入到火焰筒的内部，目的是补充氧气，加剧煤粉燃烧。
3、为保证煤粉能连续、均匀地注入(喷入)燃烧室内使其充分与空气混合燃烧，本发明采取的煤粉向燃烧室内注入方式是在燃烧室上部设置煤粉斗，在煤粉斗的下部设置有一个叶轮供粉器，是由一个直流马达带动，可无级变速，通过改变叶轮的转速来调节煤粉的供给量。煤粉喷口设置在燃烧室上部中心位置，而高压气体喷咀设置在煤粉喷口的中心位置。煤粉向燃烧室内注入(喷入)是自上而下的。从压气机出来的高压气体，经高压气体喷咀向燃烧室内喷出后形成高建气流束，其周围表面形成真空，煤粉被吸附在其表面，被携带经扩散管注入燃烧室内部火焰筒内。这样就解决了煤粉连续，均匀地注入(喷入)燃烧室内进行充分燃烧。
4、煤粉比石油和天燃气的燃点高，所以煤粉的点燃必须采取特殊方式，本发明采取电子点火器进行点火。将电子点火器设置(伸入)到燃烧室内的火焰筒内部由于煤粉燃点高，煤粉燃烧前必须有引火，所以在启动点火时，暂不供煤粉，而是通过一根小管把汽油引入到煤粉喷口附近。同样借助于高压气体自喷咀喷出的高速气流束带入到火焰筒内点燃燃烧，待火焰筒内形成高温达到煤粉燃点后，再供给煤粉。
5、本发明中设置除尘装置，作用是将煤粉燃烧后，产生的高温高压燃气中混有的大量煤灰，进行净化，清除，避免对设备的产生腐蚀。本发明采取二次除尘技术方案。第一次除尘装置是锥形除尘室，设置在燃烧室的下部，其工作方式是。煤粉在燃烧室内充分燃烧后。产生高温、高压燃气，自火焰筒下来，进入锥形除尘室内，由于此处容积大，所以燃气到达此处后，速度降低，夹杂在其内的较粗，较重煤灰靠自身重力作用下沉，落入锥形除尘室的底部，即达到第一次除尘的目的。第二次除尘装置是压力式离心除尘器。设置在透平之前。其工作方式是经第一次除尘后的高温，高压燃气经管道进入到压力式离心除尘器内进行净化、除尘，然后经管道再将除尘后的高温、高压燃气送入透平内。
本发明给出以下附图附
图1为本发明结构示意图附图2为本发明燃烧室结构示意图下面结合以上附图给出实施例，对本发明的工作原理及装置的结构作进一步描述。
附图一所示，本发明设置的主要工作部件是压气机(7)、燃烧室(2)、煤粉斗(1)、除尘器(4)、透平(9)、减速器(10)、发电机(11)。
压气机(7)通过超越离合器(8)与透平(9)联接，并由透平(9)带动工作，而无需另外配置电机带动，这样可以使发电机(11)发出的电全部外供。压气机(7)作用是将空气压缩成具有一定压力的高压气体，经菅道分两路输入到燃烧室(2)内，一路从燃烧室(2)上部设置的高压气体喷咀(13)内附图2所示，自上而下并携带从燃烧室(2)上部设置的煤粉斗(1)内出来的煤粉，注入(喷入)燃烧室(2)内。另一路从设置在燃烧室下部的一次风口(17)内输入到燃烧室(2)。这样煤粉在燃烧室(2)内经充分燃烧后，即产生具有一定温度和压力的燃气，实现本发明所需要的工作介质-高温、高压燃气。燃烧室(2)作用是保证煤粉在其内能充分燃烧，产生高温高压燃气，由于煤粉是固体并且燃点比石油、天燃气的燃点高、点燃困难，燃烧不稳定。因此，本发明的燃烧室(2)具有特殊结构。该燃烧室(2)设计成双层结构，需要承受一定压力。其结构如附图2所示。外壳(14)承受压力，内层为火焰筒(15)承受高温，在其上部设置有煤粉斗(1)和煤粉喷口(20)，高压气体喷咀(13)设置在煤粉喷口(20)的中心位置。在其下部设置锥形除尘器(18)。在外壳(14)的下部设置有一次风口(17)，在火焰筒(15)的中部设置有若干个二次风口(16)，在火焰筒(15)的上部中心位置，设置有旋流器(22)和与煤粉喷口(20)相联通的扩散管(21)。燃烧室(2)的工作方式是从压气机(7)出来的高压气体分两路输入到燃烧室(2)内。一种从外壳(14)的下部设置的一次风口(17)输入，叫做一次风，沿着外壳(14)与火焰筒(15)之间的夹壁空间自下而上运动，起到冷却火焰筒(15)的作用，保持筒壁温度不超过800℃，主要考虑高温材料寿命问题，另外高压气体本身也可得到予热。该一次风到达燃烧室(2)顶部后进入设置在火燃筒(15)上部的旋流器(22)内，通过旋流器(22)后使一次风进入到火焰筒(15)内变成强烈旋转气流，在旋转气流的中心处形成低压区。另一路从燃烧室上部高压气体喷咀(13)内自上而下喷出，形成高速气流束，其周围形成真空，煤粉自煤粉斗内出来后，被吸附在高速气流束的周围表面，因此也具有同样的流速，进入到扩散管(21)，速度降低，化为压力，这时正好进入到火焰筒(15)内旋转气流的中心处低压区内，煤粉既行扩散并随旋转气流旋转，充分混合燃烧。旋转气流不但延长了空气和煤粉混合物行走的路线，而且也延长了在火焰筒(15)内滞留的时间，从而保证了煤粉的充分、均匀、完全的燃烧。本发明的煤粉注入结构，构造简单，工作可靠，不需要另外设置加压机械。在火焰筒(15)的中部有若干个二次风口(16)，从一次风口输入的高压气体，其中有一部分经二次风口进入到火焰筒(15)内部，其作用是补充氧气，加剧煤粉燃烧同时可使煤粉燃烧后产生的部分燃气因受阻产生回流，有助于燃烧的完全和充分。锥形除尘室(18)作用是对煤粉燃烧后产生的高温、高压燃气进行初次净化、除尘。其除尘方式是因其容积大，所以，煤粉燃烧后产生的高温、高压燃气从火焰筒(15)下来后，在此处速度降低，夹杂在燃气中的较粗较重煤灰，在重力的作用下，落入底部。较纯净的燃气通过管道进入除尘器(4)内，进一步进行净化、除尘。目的是使燃气保持高度纯净，避免或减轻对透平(9)和其他部件产生磨损。
本发明上面提到的煤粉点燃较困难，解决的方法为燃烧室(2)的点燃，采用电子点火器，伸入到火焰筒(15)内点火，由于煤粉燃点高，开始必须有引火，故在启动点火时，不供给煤粉而先注入汽油。汽油经一根小管(12)引入煤粉喷口(20)上方，同样借助高压气体喷咀(13)喷出的高速气流束带入火焰筒(15)内点燃燃烧，待火焰筒内形成高温达到煤粉燃点后，再供给煤粉。煤粉的供给是由设置在煤粉斗(1)内的可以无级变速的直流马达带动的叶轮(19)来调节煤粉的供给量，从而达到控制转速的目的。本发明在启动工作时，需配置一台普通12马力柴油机(5)，供起动发电机组时带动压气机(7)向燃烧室(2)供高压空气。同时设置有110V的储电瓶在启动时向煤粉斗(1)内供粉叶轮直流马达供电。本发明在启动工作时采取的工作方式是柴油机(5)与压气机(7)、压气机(7)与透平(9)之间的功率传递用超越离合器(6)(8)，超越离合器(6)(8)的从动部装在压气机(7)机轴上，而主动部分分别装在柴油机(5)传动皮带轮轴上和透平(9)轴上。当启动发电机组时，透平(9)和压气机(7)均处于静止状态，先启动柴油机(5)带动皮带轮以低速通过离合器(6)传动压气机(7)，向燃烧室(2)供空气此时离合器(6)的从动部分因装在压气机(7)轴上，随机转动，在主动部分(装在透平轴上)打滑并不传动透平(9)。待透平(9)冲动后，逐渐加速过程中，离合器(8)的主动和从动两部分因同向转动，互不妨碍，各转各的，待透平(9)加速超过压气机(7)转速时，离合器(8)自动咬合，由透平(9)轴带动压气机(7)转动。此时离合器(6)的从动部分转速因超过皮带轮轴，因而在其上打滑，柴油机(5)即失荷，此时可以将柴油机(5)停掉，启动过程完成，机组投入正常运行。
本发明的调节方式是设置有转速信号发生器，除配有显示器，可指示每分钟转数外，并可通过执行机构改变煤粉斗(1)内叶轮(19)供煤粉马达的转速以调节供煤粉量。当外界电负荷降低时，机组转速将相应升高，此时供煤粉电机转速将相应降低，以减少向燃烧室(2)的供煤粉量，从而使高温高压燃气初温下降，以减低透平(9)机的输出功率，使之与外界负荷相适应，保持机组转速的稳定。转速调节不等率，规定为4-5%额定转速。
权利要求
1.一种煤粉燃气涡轮发电机组，其特征是主要由压气机(7)燃烧室(2)、除尘器(4)、透平(9)、发电机(11)构成，其工作方式为压气机(7)将高压气体经管道分两路向具有双层结构即外层(14)、火焰筒(15)的燃烧室(2)同内输入，其中一路从设置在燃烧室(2)上部的煤粉喷口(20)中心位置的高压气体喷咀(13)内自上而下喷出，由此形成高速气流束，其周围形成真空，并将设置在燃烧室(2)上部的煤粉斗(1)内的煤粉吸附在高速气流束的表面，经煤粉喷口(20)和扩散管(21)连续，均匀地注入(喷入)燃烧室(2)内的火焰筒(15)内部，并且充分混合燃烧，另一路从燃烧室(2)下部设置的一次风口(17)进入，沿着外壳(14)与火焰筒(15)之间的夹壁空间自下而上进入到设置在火焰筒(15)上部的旋流器(22)内，变成高速旋转气流，再进入到火焰筒(15)内部，从一次风口(17)进入的高压气体，其中又有一部分从设置在火焰筒(15)中部的若干个二次风口(16)进入到火焰筒(15)内部，目的是补充氧气，加剧煤粉燃烧。由此，使煤粉在燃烧室(2)内充分燃烧产生高温、高压燃气，燃气产生后，就从火焰筒(15)内自上而下地进入到设置在燃烧室(2)下部的锥形除尘室(18)内，锥形除尘室(18)把燃气中存在的较大较重煤灰进行第一次除尘，从锥形除尘室(18)内出来的高温、高压燃气经管道进入到除尘器(4)内进行第二次除尘，而后又经过管道进入到透平(9)内膨胀做功，带动发电机发电。
2.根据权利要求1所述的煤粉燃气涡轮发电机组，其特征是燃烧室92)是双层结构，即外壳(14)和火焰筒(15)，在燃烧室(2)上部设置有煤粉斗(1)煤粉喷口(20)和设置在煤粉喷口(20)中心位置的高压气喷咀(13)，煤粉喷口(20)又与设置在火焰筒(15)上部的扩散管(21)相联通，在燃烧室(2)下部设置在锥形除尘室(18)，在外壳(14)的下部设置有一次风口(17)，在火焰筒(15)的中部设置有若干个二次风口(16)，在火焰筒(15)的上部设置有旋流器(22)和与煤粉喷口(20)相联通的扩散管(21)。
3.根据权利要求1所述的煤粉燃气涡轮发电机组，其特征是除尘器(4)的一端通过管道与燃烧室(2)联接，另一端通过管道与透平(9)联接，煤粉在燃烧室(2)内充分燃烧后，产生高温、高压燃气经管道进入除尘器(4)内进行第二次充分净化、除尘，然后再经管道进入透平(9)内。
4.根据权利要求1所述的煤粉燃气涡轮发电机组，其特征是煤粉斗(1)内设置一个可以无级变速的直流马达拖动的叶轮供粉器(19)，其作用是可以控制煤粉斗(1)内煤粉流出量。从而达到控制转速之目的。
5.根据权利要求1所述的煤粉煤气涡轮发电机组，其特征是压气机(7)通过超越离合器(8)与透平(9)联接，其工作方式是压气机(7)由透平(9)带动工作。
全文摘要
本发明是一种直接利用煤粉经燃烧产生燃气进入涡轮机内膨胀作功，将热能转换成机械能，带动发电机发电的煤粉燃气涡轮发电机组。本发明摆脱了现有技术中以热机为动力的发电方式，使以热机为动力的发电不采用水、石油，天然气经加热或燃烧产生水蒸汽或燃气进入涡轮机内膨胀作功，带动发电机发电成为可能。可节约大量的水、石油、天然气这一宝贵的自然资源。可以说是对以热机为动力的发电机进行的一次改革。
文档编号F02C3/26GK1048741SQ8910486
公开日1991年1月23日 申请日期1989年7月14日 优先权日1989年7月14日
发明者鲁禹, 白天育 申请人:洛阳市通达实用技术研究所