本發(fā)明涉及動力機構，尤其涉及一種主要以氨為燃料的帶氨裂解裝置的動力機構。
背景技術：
：動力機構，如燃氣輪機，它是一種以連續(xù)流動的氣體作為工質(zhì)、把熱能轉(zhuǎn)換為機械功的旋轉(zhuǎn)式動力機械。在空氣和燃氣的主要流程中，有空氣壓縮機、燃燒室和渦輪這三大部件組成的燃氣輪機循環(huán)，通稱為簡單循環(huán)。大多數(shù)燃氣輪機均采用簡單循環(huán)方案。因為它的結構最簡單，而且最能體現(xiàn)出燃氣輪機所特有的體積小、重量輕、啟動快、無需冷卻水等一系列優(yōu)點。針對上述不足，有人提出了采用氨作為燃料的燃氣輪機，如cn102272427b、cn102272428b，它包括液氨供給裝置、壓縮機、燃燒室和渦輪，液氨供給裝置連接燃燒室以將液氨供給燃燒室，該壓縮機連接燃燒室以壓縮空氣并供給燃燒室，該壓縮空氣和液氨燃燒并產(chǎn)生排氣，該燃燒室連接渦輪以通過排氣推動壓縮機和渦輪運轉(zhuǎn)。液氨的自燃溫度與最小點火能量高，氨作為燃氣輪機或發(fā)動機的燃料存在點火性較差的問題，具體參數(shù)情況如下表1所示。液氨的火焰?zhèn)鞑ニ俣刃?，這使得其在發(fā)動機內(nèi)燃燒時所需時間較長，不利于發(fā)動機性能的實現(xiàn)，具體參數(shù)情況如下表2所示。表1所示為壓縮比為18，燃燒室內(nèi)的燃燒室進氣溫度變化，燃燒室內(nèi)氨發(fā)生壓縮燃燒的情況。在燃燒室進氣溫度為400℃-550℃時，燃燒室內(nèi)的溫度和壓力變化不大，表明氨燃料沒有被壓縮燃燒；氨的自燃溫度較高，因此在燃燒室進氣溫度為600℃時氨燃料才會發(fā)生壓縮燃燒。燃燒室進氣溫度在600℃以上時氨燃料發(fā)生壓縮燃燒，隨著燃燒室進氣溫度的升高，氨燃料被壓縮燃燒所需的時間縮短，燃燒起動才會加快。一方面，燃燒室所需進氣溫度較高時(如大于500℃)，壓縮機通常難以將空氣和氨的混合氣體壓縮至該進氣溫度。另一方面，燃燒室進氣溫度若大于800℃，則壓縮機需要消耗的功率較高，導致輸出的機械功大幅降低。本發(fā)明所指的燃燒室進氣溫度為：使含氨混合燃料在燃燒室內(nèi)壓縮燃燒所需的溫度。表1燃燒室內(nèi)最高溫度隨燃燒室進氣溫度變化燃燒室進氣溫度/℃燃燒室內(nèi)最高溫度/℃4004315005355505896002797650283670028908002927表2所示為燃燒室內(nèi)的燃燒室進氣溫度為527℃時，壓縮比變化，燃燒室內(nèi)氨發(fā)生壓縮燃燒的情況。當壓縮比達到14時，氨燃料并沒有發(fā)生壓縮燃燒。壓縮比達到16以上時，氨燃料被壓縮燃燒，但是壓縮燃燒發(fā)生的延遲比較明顯。隨著壓縮比的提高，氨燃料被壓縮燃燒的速度加快，壓縮燃燒延遲減小。當然，隨著壓縮比的增加，由于壓縮機運轉(zhuǎn)耗能較多而導致渦輪輸出的機械功也大幅降低。表2燃燒室內(nèi)最高溫度隨壓縮比變化上述的參數(shù)表明液氨燃料只有在一定條件的壓縮比或者燃燒室進氣溫度情況下才能被壓縮燃燒。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明提供了一種主要以氨為燃料的帶氨裂解裝置的動力機構，它克服了
背景技術：
中以氨為燃料的動力機構所存在的不足。本發(fā)明解決其技術問題的所采用的技術方案之一是：帶氨裂解裝置的動力機構，包括燃料供給裝置、壓縮機、燃燒室和動力件，該壓縮機連接燃燒室以壓縮包含空氣的燃料并供給燃燒室，該燃燒室連接動力件以通過燃燒室燃燒產(chǎn)生的排氣推動動力件活動，還包括氨裂解裝置，該燃料供給裝置連接氨裂解裝置以為氨裂解裝置提供氨，該氨裂解裝置能分解氨并生成有氫氣，該氨裂解裝置連接燃燒室以為燃燒室提供包含有氫氣的燃料，該燃料在燃燒室內(nèi)燃燒并產(chǎn)生排氣。一實施例之中：該氨裂解裝置能分解部分氨并生成有氫氣，該氨裂解裝置連接燃燒室以為燃燒室提供包含有氫氣和氨的燃料，該氫在燃燒室內(nèi)燃燒放熱以點燃燃燒室的氨。一實施例之中：該燃料供給裝置還連接燃燒室以為燃燒室提供氨，該氫在燃燒室內(nèi)燃燒放熱以點燃燃燒室的氨。一實施例之中：還包括熱交換器，該熱交換器配合燃燒室的排氣，以使燃燒室的排氣產(chǎn)生的熱量經(jīng)由換熱器導入氨裂解裝置以為氨裂解反應提供的反應熱。一實施例之中：該氨裂解裝置中的溫度控制在200℃-700℃。一實施例之中：該氨裂解裝置中設置有分解氨的氨裂解催化劑，該氨裂解催化劑包括負載有釕、銠、鎳和鐵中至少一種的催化劑。一實施例之中：該燃燒室內(nèi)氫氣的體積比濃度為2％-85％。一實施例之中：該燃燒室的排氣由排氣通路排出，該排氣通路內(nèi)設置nox選擇還原催化劑，該nox選擇還原催化劑在氨存在的狀態(tài)下能夠?qū)⑴艢馔分兴膎ox選擇性地還原。一實施例之中：該燃料供給裝置還連接排氣通路。一種應用上述帶氨裂解裝置的動力機構的燃氣輪機，該動力件為渦輪，該燃燒室連接渦輪以通過燃燒室燃燒產(chǎn)生的排氣推動壓縮機和渦輪運轉(zhuǎn)。本發(fā)明解決其技術問題的所采用的技術方案之二是：一種燃氣輪機，它應用上述動力機構，該動力件為渦輪，該燃燒室連接渦輪以通過燃燒室燃燒產(chǎn)生的排氣推動壓縮機和渦輪運轉(zhuǎn)。本技術方案與
背景技術：
相比，它具有如下優(yōu)點：該氨裂解裝置能分解部分液氨并生成有氫氣，該氨裂解裝置連接燃燒室以為燃燒室提供包含有氫氣和氨的燃料，該氫氣、氨和壓縮空氣在燃燒室內(nèi)壓縮燃燒并產(chǎn)生排氣，其中：該氫的燃點低于氨的燃點，故氫在燃燒室內(nèi)先燃燒放熱以點燃燃燒室的氨，氫能加速燃燒進程，從而改善氨燃料的燃燒性能，降低了燃燒室的進氣溫度和壓縮比。另外，所需的燃料主要都為氨，一方面，氨燃燒后成為n2和h2o，不產(chǎn)生co2排放，另一方面，無需增加烴類燃料，因增加的烴類燃料需要額外的燃料存儲、輸送和控制系統(tǒng)，使內(nèi)燃機系統(tǒng)趨于復雜?？刂迫紵覂?nèi)氫氣的體積比濃度為2％-85％，顯著地增加了燃燒時的火焰?zhèn)鞑ニ俣?，有利于燃氣輪機機性能的實現(xiàn)。附圖說明下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步說明。圖1是實施例一的燃氣輪機的系統(tǒng)圖；圖2是實施例二的燃氣輪機的系統(tǒng)圖；圖3是實施例三的燃氣輪機的系統(tǒng)圖；圖4是實施例四的燃氣輪機的系統(tǒng)圖。具體實施方式實施例一請查閱圖1，燃氣輪機，包括燃料供給裝置4、氨裂解裝置5、壓縮機2、燃燒室1和渦輪3。該燃料供給裝置4連接燃燒室1以為燃燒室1提供液氨；該燃料供給裝置4連接氨裂解裝置5以為氨裂解裝置5提供液氨，該氨裂解裝置5能分解部分液氨并生成有氫氣，該氨裂解裝置5連接燃燒室1以為燃燒室1提供包含有氫氣和氨的燃料；該壓縮機2連接燃燒室1以壓縮包含空氣的燃料并供給燃燒室1；該氫氣、氨和壓縮空氣在燃燒室1內(nèi)壓縮燃燒并產(chǎn)生排氣，其中：該氫的燃點低于氨的燃點，故氫在燃燒室內(nèi)先燃燒放熱以點燃燃燒室的氨，氫能加速燃燒進程，從而改善氨燃料的燃燒性能，降低了燃燒室的進氣溫度和壓縮比。該燃燒室1連接渦輪3和壓縮機2以通過燃燒室1燃燒產(chǎn)生的排氣推動壓縮機2和渦輪3運轉(zhuǎn)。本實施例之中，該壓縮機2采用的是軸流式壓氣機，它從外界大氣環(huán)境吸入空氣并逐級壓縮空氣使之增壓，同時空氣溫度也相應提高，以提高燃燒室的進氣溫度和壓縮比。該壓縮空氣被壓送到燃燒室1中與噴入的燃料(氫氣和氨)混合燃燒生成高溫高壓的氣體。然后再進入到渦輪3中膨脹做功，推動渦輪3帶動空氣壓縮機2和外負荷轉(zhuǎn)子一起高速旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了燃料的化學能轉(zhuǎn)化為機械功，并輸出電功。從渦輪3中排出的廢氣排至大氣自然放熱。這樣，燃氣輪機就把燃料的化學能轉(zhuǎn)化為熱能，又把部分熱能轉(zhuǎn)變成機械能。本實施例之中，該氨裂解裝置5中含有分解氨的氨裂解催化劑51、52，采用的氨裂解催化劑51、52使部分氨裂解為氫氣和氮氣，裂解產(chǎn)生的氫氣加速了燃燒進程，從而改善了氨燃料的燃燒性能。該氨裂解裝置5可以具有任何結構，本實施例中，采用具有板式換熱器結構的氨裂解裝置。該氨裂解裝置5具有上述板式換熱器的結構時，優(yōu)選將氨裂解催化劑51、52填充到該氨裂解裝置5的燃料供給側(cè)，或，將催化劑涂布在氨裂解裝置5的燃料供給側(cè)的材料的表面上。作為上述氨裂解裝置5的氨裂解催化劑51、52，例如可以是負載有釕、銠、鎳及鐵中至少一種的催化劑。本實施例是使用顆粒狀(平均直徑為1mm)的釕類催化劑(載體：活性炭，助催化劑中使用bao，ru負載量為重量比5％)，將氨裂解催化劑填充到氨裂解裝置5的燃料供給側(cè)。本實施例之中，該氨裂解裝置中的溫度控制在200℃-700℃，最好，即便在氨裂解催化劑的催化作用下，氨裂反應溫度也保持為300℃以上；該燃燒室內(nèi)氫氣的體積比濃度為2％-85％，如為4％-75％。表3氫氣和氨氣的理化性質(zhì)該氨裂解裝置5產(chǎn)生的氫在燃燒室1內(nèi)燃燒放熱以引燃由燃料供給裝置4供給到燃燒室1的氨。由表3所示，由于氨的自燃溫度651℃，以及最小點火能量680mj均比較高，因此比較難引燃，須要加裝復雜點火裝置以滿足氨的氨的自燃溫度和最小點火能量。而氫氣具有非常低的自燃溫度(400℃)，以及最小點火能量(0.02mj)，無須復雜點火裝置即可點燃，并且燃燒時釋放產(chǎn)生較高溫度和高熱量。本發(fā)明先將氨裂解裝置4產(chǎn)生的氫氣供給到燃燒室內(nèi)燃燒放熱，以點燃由燃料供給裝置4供給到燃燒室的氨。通過設置在氨裂解裝置5和燃燒室1之間的氣體調(diào)節(jié)閥可以控制氫氣的供給量。點火后，氨燃燒后產(chǎn)生的熱量高于其最小點火能量，維持氨的持續(xù)燃燒。實施例二請查閱圖2，它與實施例一不同之處在于：該燃料供給裝置4只連接控制氨裂解裝置5，氨裂解裝置5裂解部分氨生成氫氣，該氫氣和未裂解的氨供應給燃燒室1。其中：該控制氨裂解裝置5中溫度在500℃條件下氨部分分解生成氫，壓縮機2將空氣壓縮進入燃燒室1內(nèi)，氨裂解裝置5產(chǎn)生的氫與氨在燃燒室1內(nèi)混合燃燒，燃燒室1的排氣推動壓縮機2和渦輪3運轉(zhuǎn)。在純氨燃燒條件下，由于氨的火焰?zhèn)鞑ニ俣刃?6-8cm·s-1)，這使得其在發(fā)動機內(nèi)燃燒時所需時間較長。氫氣的火焰?zhèn)鞑ニ俣雀哌_250cm·s-1。氨裂解裝置5供給的氨氫混合燃料進入燃燒室內(nèi)進行燃燒，實現(xiàn)氨氫燃燒性能互補。進一步地由表3中氫氣在常溫常壓下的著火極限為體積比濃度4-75％可知，較佳的實施例是控制燃燒室1內(nèi)氫氣的體積比濃度為4-75％。由于在燃燒室內(nèi)氫氣通常處于較高的溫度的壓力條件下，因此氫氣的著火極限范圍擴大，著火極限的體積比濃度大約擴大至2-85％，具有燃燒界限寬、燃燒溫度高等優(yōu)點。控制氫在該著火極限濃度范圍內(nèi)燃燒，顯著地增加了氨混合燃料在燃燒室內(nèi)燃燒的火焰?zhèn)鞑ニ俣?。此外，維持氫氣濃度處于著火極限之內(nèi)，適宜氨氫混合燃料的連續(xù)和穩(wěn)定燃燒，實現(xiàn)了燃氣輪機較佳的燃燒性能。當排氣中的氨濃度為5000ppm時，表明氨并沒有充分地燃燒，應控制燃料供給裝置4減少氨的供應量或者氨裂解裝置5增加氨的裂解量(如：適度地增加氨裂解裝置的溫度)，使排氣中的氨濃度維持在5000ppm以下。實施例三請查閱圖3，它與實施例二不同之處在于：該燃燒室1的排氣由排氣通路6排出；另設有熱交換器7，該熱交換器7配合燃燒室1的排氣，以使燃燒室1的排氣產(chǎn)生的熱量經(jīng)由換熱器7導入氨裂解裝置5以為氨裂解反應提供的反應熱。即便在氨裂解催化劑的催化作用下，氨裂反應溫度也需要保持為200℃以上。其中，氨裂解催化劑可以為負載有釕、銠、鎳和鐵中至少一種的催化劑。燃燒室1的排氣推動渦輪3后，進入排氣通路6中的排氣余熱溫度仍可達到300-400℃，可以為氨裂解反應提供熱量，并且無需增加額外的加熱能源。由于在燃燒室1內(nèi)由氨和氫混合燃燒，氨裂解裝置5并非將氨完全地、徹底地裂解為氫，較佳的氨裂解裝置中的溫度控制在200℃-400℃。實施例四請查閱圖4，它與實施例一不同之處在于：該燃燒室1的排氣由排氣通路6排出；使用氨作為燃料，將氣態(tài)氨從燃料供給裝置4供給到燃燒室1中。氣態(tài)氨在燃燒室1中燃燒，燃燒室排氣推動渦輪3轉(zhuǎn)動。這樣當氨燃燒時不生成co2而是生成nox，因此成為在從燃氣輪機燃燒室1排出的排氣中含有nox。該渦輪3的排氣由排氣通路6排出，排氣通路6內(nèi)設置nox選擇還原催化劑61，該nox選擇還原催化劑61在氨存在的狀態(tài)下能夠?qū)⑴艢馔分兴膎ox選擇性地還原。為了將排氣中所含的nox在nox選擇還原催化劑中61還原，而將燃料供給裝置4供給到排氣通路6內(nèi)。在本實施例中該nox在配置于燃氣輪機發(fā)動機1的排氣通路6內(nèi)的nox選擇還原催化劑61(圖4)中被還原。nox選擇還原催化劑優(yōu)選自：貴金屬催化劑、分子篩催化劑、金屬氧化物催化劑或碳摹材料催化劑這四類催化劑中的至少一種。該貴金屬催化劑具有優(yōu)良的低溫活性，常用的貴金屬催化劑主要有pt和/或pd等。金屬氧化物催化劑包括：非負載型金屬氧化物催化劑、以tio2為載體的金屬氧化物催化劑和以al2o3為載體的金屬氧化物催化劑中的至少一種。其中，通常負載型金屬氧化物催化劑主要以v2o5為主劑，以moo3、wo3和moo3.wo3為輔劑構成的復合氧化物作為活性成分。分子篩催化劑(如：cuzsm5和fezsm5)具有較佳的催化活性和較寬的活性溫度范闈。碳基催化劑由于其比表向積大、化學穩(wěn)定性良好、優(yōu)良的熱導性和強吸附性，而使催化劑的活性和穩(wěn)定性均有顯著提高。本實施例采用的是貴金屬類催化劑中的pt/al2o3催化劑(pt的負載量為重量比1％)。采用nox選擇還原催化劑61(即pt/al2o3催化劑)中還原nox時需要有氨的存在，下面對該氨的供給方法進行說明。送入到渦輪3的未燃燒的氨被排出到燃氣輪機的排氣通路6內(nèi)，然后該未燃燒的氨在nox選擇還原催化劑61的催化作用下將nox還原。當進入排氣通路中的氨濃度為100ppm以下時，表明沒有充分地燃燒的氨不足以將nox充分還原。燃料供給裝置增加氨的供應量或者氨裂解裝置減少氨的裂解量(如：降低裂解裝置溫度)，均可以提升進入排氣通路中的氨濃度，進而將nox充分還原，nox的脫除率達到80％以上。另一方面，燃料供給裝置4供給還原nox時需要的氨。如圖4所示，燃料供給裝置4將氨供給到排氣通路6中，與進入排氣通路中的nox混合，供給到nox選擇還原催化劑61，而將nox充分還原，nox的脫除率達到90％以上。以上所述，僅為本發(fā)明較佳實施例而已，故不能依此限定本發(fā)明實施的范圍，即依本發(fā)明專利范圍及說明書內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆應仍屬本發(fā)明涵蓋的范圍內(nèi)。當前第1頁12