利用燃氣輪機的乾燥機系統及使用方法
2023-05-17 02:05:31
專利名稱：利用燃氣輪機的乾燥機系統及使用方法
技術領域：
本發明涉及由燃氣輪機進行發電，並將其排出的氣體在乾燥機中利用的利用燃氣輪機的乾燥機系統及使用方法，具體地說，本發明涉及用於實現使用較小型燃氣輪機進行發電和排熱利用而且效率高的乾燥機系統及使用方法的技術。
背景技術：
利用燃氣輪機發電的發電裝置多用於電力供應條件不好的地區中的大廈或飲食店等，它還被用作聯合發電設備(系統)的主要部分。圖6示出了利用燃氣輪機的乾燥機系統的原理構造，該系統具有所述燃氣輪機發電裝置。
即，利用燃氣輪機的乾燥機系統A由下述元件構成輪機軸103，其一端裝有渦輪機101，另一端裝有壓縮機102；發電機105，其通過壓縮機102的輸出軸104的轉動進行發電操作；利用來自壓縮機102的高壓空氣進行燃燒的燃燒器106；再生器107；排熱回收裝置108；及變換器(整流器)109等。
就是說，在壓縮機102中利用高壓壓縮通過過濾器110吸入的空氣，將壓縮後的大量空氣吹入燃燒器106並使其燃燒，通過高溫氣流使渦輪機101高速旋轉，從而使壓縮機102及發電機105轉動，由發電機105發出的電能通過變換器109並作為供電輸出而被引出。經渦輪機101排出的高溫氣體在再生器107中與吸入的空氣進行熱交換，而且由排熱回收裝置108將回收的熱能作為乾燥機等的熱源而被再利用。
如前所述，由於利用燃氣輪機的乾燥機系統有效利用發電後排氣的熱量而成為效率高的系統，因此，高效率的利用燃氣輪機的乾燥機系統受到關注，其中包括以LNG(液化天然氣)作為燃料，將燃氣輪機發電裝置的排熱利用到作為生產設備的乾燥機等的加熱機中。
在安裝有這樣的乾燥機系統的場合中，為了使全部生產設備運轉，燃燒用的燃料，即LNG，和各電機的驅動源，即電，是必需的，所以設有較大型的燃氣輪機發電裝置和能將其排氣進行熱回收的排熱回收裝置的熱交換器，可將回收後的熱作為乾燥機的輔助熱源使用，從而使整體必需的能量總量減少。
但是，由於前述燃氣輪機為大型的，所以在支承輪機軸的軸承處必需使用潤滑油，所述潤滑油會混入排氣中。混入潤滑油的排氣直接導入乾燥機，可導致異物混入產品。因此，在上述系統中，如果在排氣熱回收後，將其作為乾燥機的輔助熱源使用，便不能充分有效地利用排氣的能量。
而且，在乾燥機通過一臺大型燃氣輪機發電裝置工作的情況下，一旦燃氣輪機發生故障，那麼直到燃氣輪機的修理結束，將會長時間不能使用利用燃氣輪機的乾燥機系統。
發明內容
本發明的目的在於提供一種效率更高的前述類型的利用燃氣輪機的乾燥機系統及使用方法。
即，本發明為一種利用燃氣輪機的乾燥機系統，所述系統具有燃氣輪機、通過燃氣輪機工作的發電裝置、和回收來自燃氣輪機排氣的熱量並將其供應給乾燥機的排熱回收機構，其特徵在於所述燃氣輪機由多個無給油式的小型燃氣輪機構成，排熱回收機構由用於將燃氣輪機的排氣直接供應乾燥機的排氣供應路徑構成。
另一發明為所述利用燃氣輪機的乾燥機系統的使用方法。
本發明的利用燃氣輪機的乾燥機系統具有燃氣輪機、通過所述燃氣輪機工作的發電裝置、和回收來自燃氣輪機排氣的熱量並將其供應乾燥機的排熱回收機構。所述燃氣輪機由多個無給油式的小型燃氣輪機構成，排熱回收機構由用於將燃氣輪機的排氣直接供應乾燥機的排氣供應路徑構成。由於所述燃氣輪機由預先準備好的多個小型燃氣輪機構成，所以能將輪機軸的軸承設定為不需要潤滑油的空氣軸承，能避免軸承用潤滑油進入通過渦輪機出來的高溫排氣中，從而能使排氣變得清潔。因此，燃氣輪機的高溫排氣可以仍舊用作乾燥機的熱源，而且沒有必要通過現有技術那樣的熱交換器，從而避免該部分的能量損失，提高系統的效率。
而且，即使一個燃氣輪機的輸出小，但由於發電裝置由多個小型燃氣輪機構成，所以總輸出也能達到規定的值。例如，即使1臺小型燃氣輪機發生故障，其它的小型燃氣輪機也照舊工作，所以其它的小型燃氣輪機也能充分地供應排氣，因此利用燃氣輪機的乾燥機系統可以連續運行。此外，即使乾燥機的能力產生變化，也能通過小型燃氣輪機的運轉數控制所述系統。
因此，燃氣輪機的排氣可以仍舊用作乾燥機的熱源，而且沒有必要設置如現有技術那樣從排氣吸取熱量的熱交換器，從而避免該部分的能量損失，提高系統的效率，即使出現故障等多多少少不順利的情況，乾燥機也能連續運行。
優選的是，在上述系統的結構中，排氣供應路徑為將排氣送到乾燥機的燃燒室的路徑，並且設有將發電裝置發的電供應乾燥機的電機的電力傳輸機構。
根據這種結構，來自排氣的排熱直接供應乾燥機的燃燒室，從而實現高效率的乾燥作用，而且由發電裝置發的電可以用在乾燥機的電機中。因此，系統可以自己補充能量、實現能量的自循環等，從而構造效率更高的利用燃氣輪機的乾燥機系統。
更優選的是，在上述系統的結構中，設有將多個小型燃氣輪機的全部排氣所產生的壓力控制到規定值的第一壓力控制機構，和將供應乾燥機的排氣在乾燥機內產生的氣壓控制到規定值的第二壓力控制機構。
根據這種結構，通過第一壓力控制機構，能將多個小型燃氣輪機運行所排出的全部氣體的壓力控制到規定值，以將燃氣輪機整體控制到效率良好的運轉狀態，而且，可以進行整體壓力控制，控制到單個或多個乾燥機所必需的氣壓。通過第二壓力控制機構，可以將供應乾燥機的排氣壓力控制到乾燥機中實際所需要的氣壓，從而使乾燥機以更高效率運轉，並能進行這種控制，即以良好的熱效率發揮乾燥作用。即，能由兩種氣壓控制實現燃氣輪機和乾燥機各自的良好運轉狀態。
而且，在存在多個乾燥機的情況下，採用一般的壓力控制，各乾燥機內的壓力會出現波動，要考慮和外部空氣的壓差大的情況，但是根據本發明，第二壓力控制機構可以將乾燥機內的氣壓控制到規定的值，所以能在乾燥機中進行精度高的壓力控制。
特別優選的是，所述系統的特徵在於所述第一壓力控制機構與排氣供應路徑中的全部排氣通過的主路徑的設定氣壓相對應，對多個小型燃氣輪機中的一部分燃氣輪機的輸出進行前饋控制；第二壓力控制機構根據裝在乾燥機中的壓力檢測機構檢測出的信息，調節設置在排氣供應路徑中的旁通閥的開度。
根據這種結構，通過控制一部分小型燃氣輪機的輸出，剩餘的小型燃氣輪機能正常運轉，從而能維持熱效率良好的運轉狀態。由於能進行前饋控制，因而可以得到能以結構比較簡單且成本低的控制裝置進行控制的良好系統。而且，通過調節旁通閥的開度將乾燥機內的壓力控制到規定的值，可避免由前述波動所引起的不能控制的情況，而且可以隨時確保乾燥機所必需的熱量，使燃燒用空氣的導入量儘可能地減少，從而可以進行更細緻的壓力控制。
另外，在所述乾燥機中，設有供應小型燃氣輪機用的燃料的燃燒裝置。因此，能作為燃氣輪機的排氣能力不足時的輔助熱源使用，並可以作為因故障或維修保養等造成的不能使用排氣的情況下的熱源使用。該燃燒裝置使用燃氣輪機用的燃料，所以能使用和燃氣輪機通用的燃料，從而可以保持單一的燃料供應系統，與設有其它燃料或供應系統的情況相比，能實現構造的簡單化和降低成本。
對於通過燃氣輪機進行發電，同時將來自其排氣的熱回收並供應乾燥機的利用燃氣輪機的乾燥機使用方法，本發明的乾燥機系統使用方法的特徵在於燃氣輪機由多個無給油式的小型燃氣輪機構成，而且所述多個小型燃氣輪機的排氣直接供應乾燥機。這使所述乾燥機系統方法化，並能得到和所述乾燥機系統所產生的作用相同的作用。
如上所述，根據本發明的利用燃氣輪機的乾燥機系統及使用方法，燃氣輪機由多個小型的燃氣輪機構成，而且將輪機軸的軸承設定為不需要潤滑油的類型，從而能得到乾淨的排氣，由此能提供可以高效率地再利用高溫排氣的高效率設備，或者高效率的使用方法。
特別地，作為適用於需要大熱量的乾燥機設備等並將發出的電或燃氣輪機用的燃料在乾燥機中利用的系統，可以進行能量的自循環，此外還具有下述優點，即能實現效率較高的利用燃氣輪機的乾燥機系統和使用方法。另外，如果設置壓力控制裝置，還能使高效率的利用燃氣輪機的乾燥機系統處於可靠度高的狀態。
圖1為表示利用燃氣輪機的乾燥機系統的大概結構的系統圖。
圖2為表示乾燥機的大概構造的剖面圖。
圖3為表示由小型燃氣輪機發電的發電裝置的示意系統圖。
圖4為作為比較例的利用燃氣輪機的乾燥機系統的示意圖。
圖5為表示控制裝置及其控制迴路的方框圖。
圖6為表示現有的具有燃氣輪機發電裝置的利用燃氣輪機的乾燥機系統的大概結構的系統圖。
符號說明
8燃燒室10燃燒器17電力傳輸機構19排氣供應路徑19a排氣供應路徑(主路徑)30第一壓力控制機構31第二壓力控制機構33管閥34旁通閥hk排熱回收機構D電機H發電裝置K乾燥機MGT小型燃氣輪機PC壓力檢測機構具體實施方式
下面，參照
本發明的具體實施方式
。
圖1為表示利用多個小型燃氣輪機發電裝置H進行發電和乾燥機K內的排氣利用的一個燃氣輪機·聯合發電系統，即利用燃氣輪機的乾燥機系統(以下，簡稱為燃氣乾燥機系統)A的示意圖，並在圖2中示出乾燥機K的基本構造。
燃氣乾燥機系統A由下述元件構成將送來的原料g沿橫向輸送的傳送帶3；使由傳送帶3輸送的原料g乾燥的乾燥機K；多個小型燃氣輪機發電裝置H；LNG或LPG(液化石油氣)等燃料的供應機構6等。
如圖2所示，乾燥機K包括箱狀的框架7；形成在框架內部的燃燒室8，傳送帶3從其上部通過；設置在燃燒室8內的燃燒器10及排氣供應管(即是排氣供應路徑的一示例，也是排熱回收機構hk的一示例)19的前端部11；利用電動馬達的循環風扇12(電機D的一個)，用於從其上方側將所述燃燒器10的燃燒熱和排氣供應管19的排氣熱供應承載在傳送帶3上的原料g；導引壁9；及排氣管13等。而且，乾燥機K也可以作為吸氣機構將適量的外部空氣(新鮮空氣)從吸氣口14引入燃燒室。
也就是說，通過循環風扇12將燃燒器10的燃燒熱和來自小型燃氣輪機MGT的高溫排氣的排氣熱吹到傳送帶3上的原料g上，使所述原料g乾燥。
如圖3所示，除了燃氣輪機由多臺無給油式的小型燃氣輪機，即小型燃氣輪機MGT構成之外，小型燃氣輪機發電裝置H基本與圖6所示的相同。即包括輪機軸23，其一端裝有渦輪機21，另一端裝有壓縮機22；發電機25，其通過壓縮機22的輸出軸24的轉動進行發電工作；利用來自壓縮機22的高壓空氣進行燃燒的燃燒器26；再生器27，其利用排氣的熱量對流向燃燒器26的高壓空氣進行預熱；及變換器28。這種情況下的排熱回收裝置(圖6所示的用108表示的部分)為乾燥機K。
也就是說，在輸出值較小的小型燃氣輪機MGT中，支承高速旋轉的輪機軸23的軸承可以採用空氣軸承(由於公知而省略圖示)18。所以，不必要像大型燃氣輪軸那樣給軸承供應潤滑油。因此，軸承用的潤滑油不會混入小型燃氣輪機MGT的排氣中，可以將所述排氣作為清潔的排氣輸出。這樣，能將排氣直接供應乾燥機K。
下面，說明控制裝置。如圖1和5所示，本發明中的控制裝置包括壓力控制機構29，其由將多個小型燃氣輪機MGT的全部排氣所產生的壓力控制到規定值的第一壓力控制機構30，和將導入乾燥機K的排氣在乾燥機內產生的氣壓控制到規定值的第二壓力控制機構31構成。
第一壓力控制機構30與排氣供應管19中的主導管(排氣供應路徑中全部排氣通過的主路徑的一示例)19a的設定氣壓相對應，對多個小型燃氣輪機中的一部分燃氣輪機的輸出進行前饋控制。更詳細地說，設有第一壓力設定機構35，其可以對設置在各小型燃氣輪機發電裝置H中的燃燒輸出機構32分別或一齊進行增減操作。另外，設有檢測主導管19a的氣壓的第一壓力檢測機構36，並根據其檢測信息，也可以實行對小型燃氣輪機MGT的輸出進行增減調節的後反饋控制。
第二壓力控制機構31根據裝在乾燥機K中的壓力檢測機構PC檢測出的信息，調節設置在排氣供應管19中，詳細地說，與管閥33並列地設置在為每個乾燥機K預備的分支管路19b中的旁通閥34的開度。另外，也可以設有根據設置在各乾燥機K的燃燒室8中的溫度檢測機構TC的檢測信息，進行燃燒器10的開度，即燃燒溫度調節的溫度控制機構37。
如前所述，通過設置主要與壓力相關的控制裝置，可以得到如下(1)～(4)所述的優點。(1)通過壓力控制機構29，能相對各燃燒室8控制供應乾燥機K的高溫排氣的供應量，使乾燥機K的燃燒室8的溫度和壓力達到規定的條件。(2)採用一般的壓力控制，乾燥機K的各燃燒室8的壓力會出現波動，存在和外部空氣的壓差易於超過設定值的擔憂，但是根據本發明，獨立於定量吹入的配管·閥(管閥33)，作為旁通閥34，設置和由計算求出的控制用風量配合的配管直徑及控制閥，所以可以進行精度高的控制，從而能避免前述擔憂。
(3)由於對多個小型燃氣輪機MGT中的一部分燃氣輪機的輸出進行前饋控制，使燃氣輪機的輸出側壓力達到一定值，所以能避免各燃燒室8的控制閥互相干涉而導致的不能控制的情況，而且通過使剩餘的小型燃氣輪機MGT正常運轉，不會使整體的熱效率降低。(4)通過壓力控制機構29，可以將供應燃燒室8的新鮮空氣不限定為零，從而能確實地改善乾燥機K的熱效率。
所述燃氣乾燥機系統A整體的大概作用如下。即，LNG等燃料供應小型燃氣輪機發電裝置H和乾燥機K中的主燃燒裝置，即燃燒器10，而且在小型燃氣輪機發電裝置H中發出的電通過饋線(電力傳輸機構的一示例)17供應各電機D。不足的電可以從圖中未示出的外部電源供應。因此，可降低必需的燃料和電的總能量，從而降低成本。
例如，如圖4所示的比較例的燃氣乾燥機系統，在使用大型的給油式燃氣輪機的系統的情況下，由於輪機軸的軸承必需潤滑油，所以潤滑油會混入排氣中。因此，使用熱交換器由高溫排氣對新鮮空氣進行加熱，所述加熱的新鮮空氣供應乾燥機，熱交換器的存在使熱效率下降，並會產生能量損失。
在設有多臺小型燃氣輪機發電裝置H的本發明的燃氣乾燥機系統A中，由於排氣直接被導入乾燥機K的燃燒室8，所以不需要熱交換器，從而沒有那部分的能量損失，能實現更高效率的利用燃氣輪機的乾燥機系統。
而且，由於燃氣輪機為小型的，所以燃氣輪機發電裝置的運轉及停止容易且可以在短時間內進行，而且由於設置多個發電機25，所以因機器故障而造成的對電源或燃料供應側的不良影響減少，能進行穩定的運轉。另外，對於乾燥機K，設置一臺乾燥機或多臺乾燥機都可以。
權利要求
1.一種利用燃氣輪機的乾燥機系統，所述系統具有燃氣輪機；通過燃氣輪機工作的發電裝置；和回收來自所述燃氣輪機的排氣的熱量並將其供應乾燥機的排熱回收機構，其特徵在於所述燃氣輪機由多個無給油式的小型燃氣輪機構成，所述排熱回收機構由用於將所述燃氣輪機的排氣直接供應所述乾燥機的排氣供應路 構成。
2.如權利要求1所述的利用燃氣輪機的乾燥機系統，其特徵在於所述排氣供應路 為將所述排氣送到所述乾燥機的燃燒室的路 ，並且設有將所述發電裝置發的電供應所述乾燥機的電機的電力傳輸機構。
3.如權利要求1所述的利用燃氣輪機的乾燥機系統，其特徵在於設有第一壓力控制機構和第二壓力控制機構，前者將多個所述小型燃氣輪機的全部排氣所產生的壓力控制到規定的值，後者將供應所述乾燥機的排氣在所述乾燥機內產生的氣壓控制到規定的值。
4.如權利要求2所述的利用燃氣輪機的乾燥機系統，其特徵在於設有第一壓力控制機構和第二壓力控制機構，前者將多個所述小型燃氣輪機的全部排氣所產生的壓力控制到規定的值，後者將供應所述乾燥機的排氣在所述乾燥機內產生的氣壓控制到規定的值。
5.如權利要求4所述的利用燃氣輪機的乾燥機系統，其特徵在於所述第一壓力控制機構與所述排氣供應路 中的所述全部排氣通過的主路 的設定氣壓相對應，對多個小型燃氣輪機中的一部分燃氣輪機的輸出進行前饋控制；所述第二壓力控制機構根據裝在所述乾燥機中的壓力檢測機構檢測出的信息，調節設置在所述排氣供應路 中的旁通閥的開度。
6.如權利要求1所述的利用燃氣輪機的乾燥機系統，其特徵在於在所述乾燥機中，設有供應所述小型燃氣輪機用的燃料的燃燒裝置。
7.如權利要求5所述的利用燃氣輪機的乾燥機系統，其特徵在於在所述乾燥機中，設有供應所述小型燃氣輪機用的燃料的燃燒裝置。
8.一種利用燃氣輪機的乾燥機系統使用方法，其通過燃氣輪機進行發電，同時將來自其排氣的熱回收並供應乾燥機，其特徵在於所述燃氣輪機由多個無給油式的小型燃氣輪機構成，而且將所述多個小型燃氣輪機的排氣直接供應所述乾燥機。
全文摘要
本發明為一種利用燃氣輪機的乾燥機系統和利用該燃氣輪機的乾燥機系統的使用方法，所述系統具有燃氣輪機；通過燃氣輪機工作的發電裝置；和回收來自燃氣輪機排氣的熱量並將其供應乾燥機的排熱回收機構，其特徵在於該燃氣輪機由多個無給油式的小型燃氣輪機構成，排熱回收機構由用於將燃氣輪機的排氣直接供應乾燥機的排氣供應路徑構成，燃氣輪機成為由多個小型的燃氣輪機構成的裝置，而且將輪機軸的軸承設定為不需要潤滑油的類型，從而能得到乾淨的排氣，由此本發明提供了一種可以高效率地再利用高溫排氣的高效率設備及高效率的使用方法。
文檔編號F26B3/04GK1589367SQ0282294
公開日2005年3月2日 申請日期2002年10月15日 優先權日2001年11月22日
發明者原田健一 申請人:三洋化成工業株式會社