用于产生电能的系统和方法_2

文档序号:8287530阅读:来源:国知局
旋转。旋转的转子驱动传动装置20,该传动装置进而驱动发电机26和压缩机24,如前所述。所述气流被引导至涡轮机之后的排出管90,并且废气98从该系统中被释放。
[0020]燃烧室10优选地是位于涡轮机22外部的独立单元。从燃烧室10排出的燃烧产物利用连接燃烧室10和涡轮机22的管道、管子或一些其它通道被引导至涡轮机22。在一个实施例中,该系统包括多个燃烧室。在这种情况下,每个燃烧室具有将该燃烧室连接到涡轮机22的管道、管子或一些其它通道。优选地,多个燃烧室被布置成顺序地排出其燃烧产物,即不是完全同时,以提供更稳定的燃烧产物流至涡轮机22。
[0021]现参考图2,在一个实施例中,该发电机系统还包括蒸汽循环系统。该蒸汽循环系统包括:蒸汽箱34、热回收单元40、热交换器42、冷凝器50和水箱36。在一个实施例中,蒸汽循环系统还包括第二涡轮机。水和蒸汽在蒸汽循环系统中循环,其中水被积聚到水箱36中,且蒸汽被积聚到蒸汽箱34中。在一个实施例中,蒸汽箱和水箱是单个箱,其中水积聚在箱的底部,且蒸汽积聚在箱的顶部。蒸汽的流动是基于系统内的压力差,但如果需要可以以泵或类似装置协助。所述流动借助于可以受控方式操作的多个阀门来控制。
[0022]蒸汽被设置成从蒸汽箱34流动到热回收单元40。热回收单元40与燃烧室10热连接,从而燃烧室加热该热回收单元,在热回收单元中,热量被传递到流经热回收单元的蒸汽。热回收单元可以是与燃烧室热连接的独立单元,或者其可以是燃烧室的固定部分。在一个实施例中,热回收单元甚至可以是燃烧室内的管道装置或燃烧室表面上的管道。当来自燃烧室的热量被传递到流经热回收单元的蒸汽时,蒸汽快速变热并膨胀。然后,蒸汽流被引导至涡轮机22,其中蒸汽流使涡轮机22的转子旋转,同时从燃烧室10排出的燃烧产物和压缩空气进入涡轮机22中。
[0023]在一个实施例中,蒸汽没有如燃烧产物那样直接进入同一涡轮机22。在该实施例中,该系统包括专用于蒸汽流的第二涡轮机,而(第一)涡轮机22专用于燃烧产物和压缩空气的气流。燃烧产物和压缩空气的气流甚至可以布置成在涡轮机22之后流经附加的热交换器以在蒸汽流进入第二涡轮机之前加热所述蒸汽流。第二涡轮机的布置可类似于已知的组合循环发电设备。
[0024]蒸汽、压缩空气和燃烧产物的流从涡轮机流经热交换器42到冷凝器50,其中蒸汽被冷凝成水,并且压缩空气和燃烧产物通过排出管90被引导出该系统。在第二涡轮机的实施例中,燃烧产物和压缩空气的流被布置成流经热交换器42直接到排出管,并且蒸汽流被布置成流经热交换器42和冷凝器50到水箱36。
[0025]从蒸汽冷凝的水流入水箱36中或被泵入其中。离子交换器52可设置在冷凝器50与水箱36之间,用于在水再次进入循环之前净化水。水箱36积聚水,然后水被引导或泵送到热交换器42。热交换器将热量从蒸汽、压缩空气和燃烧产物的流传递到流经热交换器的水。热交换器的热量使水蒸发为蒸汽,然后蒸汽被引导回流到蒸汽箱34。
[0026]图3示出了发电机系统,该发电机系统在其它方面类似于图2的系统,除了该系统还包括具有缩放喷管的泵,例如,喷油器或喷射器12,用于组合来自燃烧室10的燃烧产物的流和来自热回收单元40的蒸汽的流。具有缩放喷管的泵在本说明书中称为喷射器,但在一个实施例中,例如,该泵也能够是喷油器、蒸汽喷油器(steam injector)或蒸汽喷射器。喷射器12位于涡轮机和燃烧室及其热回收单元之间。燃烧产物和压缩空气被排入喷射器中,其中来自热回收单元的蒸汽通过来自燃烧室的热物质而过热。蒸汽的过热弓I起蒸汽快速膨胀。喷射器12引导过热的蒸汽、燃烧产物和压缩空气的流进入涡轮机22中,其中该流使涡轮机的转子旋转。
[0027]在一个实施例中,该系统还包括可调节的喷嘴以及与喷射器12和燃烧室10的输出端连接的阀门,用于调节燃烧产物从燃烧室10的排出。喷嘴具有特定的设计和可以改变的形状。喷嘴在喷射器内,位于从热回收单元40流到涡轮机22的蒸汽的旁通流(by-passflow)中。喷嘴的形状在输出端的阀门打开时对燃烧产物从燃烧室的排出具有显著影响。通过改变喷嘴的形状,借助于蒸汽的旁路流,可以增加燃烧产物的排出。
[0028]图4示出了具有两个燃烧室1a和1b以及喷射器12的电燃烧系统的实施例的细节。燃烧室和喷射器的数量并不局限于该示例。在该实施例中,选择两个燃烧室和一个喷射器是为了给出一个例子且代表该系统的能力。在一个实施例中,电燃烧系统具有一个、两个、三个、四个或更多个燃烧室以及一个、两个、三个、四个或更多个喷射器。
[0029]每个燃烧室10a、1b包括用输入阀门控制的一个或多个输入端101、102以及用输出阀门控制的一个或多个输出端111、112。在一个实施例中,每个燃烧室包括由主排出阀门111控制的输出端。在一个实施例中,每个燃烧室包括两个输出端,一个输出端由主排出阀门111控制,且一个输出端由辅排出阀门112控制。在一个实施例中,每个燃烧室包括用于燃料的输入端101。在一个实施例中,每个燃烧室包括用于燃料和加压空气的输入端101、102。在一个实施例中,每个燃烧室包括用于燃料、加压空气和蒸汽的输入端。在一个实施例中,每个燃烧室包括用于以下特征中的一个或多个的输入端:燃料、加压空气、蒸汽和水。蒸汽可以至少部分地利用系统的燃烧过程的废热而产生。
[0030]图4的系统中的燃烧循环能够具有以下步骤。首先,将加压空气经由空气输入端102供应至燃烧室10a、10b,并将燃料经由燃料输入端101供应至燃烧室10a、10b。燃烧室中的压力由于残余热量而建立,直到燃烧室内的燃料点燃,例如在20至30巴的压力,且产生燃烧产物和更大的压力。通过打开燃烧室1a与喷射器12之间的主排出阀门111,将燃烧产物和压力释放到喷射器12。优选地,每个燃烧室中的燃烧循环以与其它燃烧室具有相位差而运行,使得每次只有一个主排出阀门111被打开。燃烧产物从燃烧室流动到喷射器12且从喷射器经过输出端113流动到涡轮机22。同时,液态水和/或水蒸汽能够经由输入端被喷射到燃烧室10a,并且因此改善了从燃烧室出来的燃烧产物的通风。水和/或蒸汽的喷射还有助于更长时间将压力保持在高水平。水和/或蒸汽的喷射还降低了主排出阀门111的温度,这可以延长主排出阀门111的寿命。当燃烧室中和喷射器中的压力已经下降时,例如降至40至50巴,主排出阀门111关闭。例如,阀门中的一个或多个可以通过控制单元被电控制。
[0031]在关闭主排出阀门111之后,可经由阀门103给喷射器喷射液态水和/或水蒸汽(即蒸汽),这将喷射器12内的压力提升,例如提升至65巴。在喷射器12中的一定压力下,例如65巴,第二燃烧室1b的主排出阀门111打开并将燃烧产物释放到喷射器12,接着再从喷射器释放到涡轮机22。同时,第一燃烧室1a的辅排出阀门112保持打开,以使来自第一燃烧室1a的残余的燃烧产物通风。通过将加压空气或蒸汽经由输入端101、102引入到燃烧室,能够提高通风。辅排出阀门112可将残余的燃烧产物经由一个或多个第二喷射器14a、14b引导到涡轮机22。在一个实施例中,单个第二喷射器能够包括多个输入端,从而其可以与两个燃烧室一起使用。一旦第一燃烧室1a进行通风并且压力降低到足够低的水平,例如降至20、10、5或2巴,则辅排出阀门112关闭,且燃烧循环的下一周期能够开始。
[0032]在一个实施例中,第二喷射器14a、14b布置成经由输入端114接收原动(motive)蒸汽或原动气体。原动气体优选地是例如在60、80或100巴压力的加压水蒸汽。原动气体被引导通过第二喷射器14a、14b并经由阀门104排出到喷射器12。当原动气体通过第二喷射器时,其在将燃烧室连接到第二喷射器的输出阀门112打开时产生从燃烧室10a、10b汲取残余燃烧产物的抽吸作用。阀门104优选
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