LNG燃氣輪機及其啟動系統的製作方法

2023-06-25 20:48:51 1

本發明涉及一種燃氣輪機的啟動系統，特別涉及一種LNG燃氣輪機及其啟動系統。

背景技術：

目前燃氣輪機啟動大多用電機啟動，液壓泵啟動，或者壓縮空氣啟動。這些啟動方式所需要的輔助設備都需要消耗較多的有用功。LNG環保清潔，價格較低。對於燒LNG的燃機，LNG本身蘊含的巨大冷能不加以利用是一種極大的浪費。

技術實現要素：

有鑑於此，本發明提出一種可改善燃氣輪機啟動方式的LNG燃氣輪機的啟動系統。

本發明還提出一種可改善燃氣輪機啟動方式的LNG燃氣輪機。

一種LNG燃氣輪機，包括燃燒室、透平和壓氣機，所述壓氣機與所述透平驅動連接，所述燃燒室包括燃燒室入口和燃燒室出口，所述透平包括透平入口和透平出口，所述透平入口與所述燃燒室出口連通，所述壓氣機包括壓氣機入口和壓氣機出口，所述壓氣機入口用以接收空氣，所述壓氣機出口與所述燃燒室入口連通，所述LNG燃氣輪機還包括向所述燃燒室輸入天然氣的天然氣輸送通道。LNG燃氣輪機還包括天然氣透平，所述天然氣透平與所述天然氣輸送通道連通，使得所述天然氣輸送通道內的氣態天然氣在所述天然氣透平內做功後再通向所述燃燒室，所述天然氣透平與所述壓氣機連接，使得所述天然氣透平在所述氣態天然氣做功過程中旋轉時驅動所述壓氣機轉動。

在一實施例中，所述天然氣輸送通道包括與所述天然氣透平入口連通的第一天然氣輸送管線和第二天然氣輸送管線，所述第一天然氣輸送管線上設有第一換熱器，所述第一換熱器用以使得所述第一天然氣輸送管線內的LNG汽化，所述第二天然氣輸送管線上設有第二換熱器，所述第二換熱器構造成吸收所述透平排出的尾氣的熱能使所述第二天然氣輸送管線內的LNG汽化。

在一實施例中，所述第一換熱器是空溫汽化器。

在一實施例中，在所述LNG燃氣輪機的啟動階段，所述第一天然氣輸送管線開啟，當所述LNG燃氣輪機運行到預定工作點時，所述第一天然氣輸送管線關閉，使得所述天然氣輸送通道內的氣態天然氣僅由所述第二天然氣輸送管線提供。

一種LNG燃氣輪機的啟動系統，所述啟動系統包括：天然氣輸送通道，所述天然氣輸送通道包括第一天然氣輸送管線，所述第一天然氣輸送管線上設有空溫汽化器以使所述天然氣輸送通道內的LNG汽化；以及天然氣透平，所述天然氣透平與所述燃氣輪機的壓氣機驅動連接，所述天然氣透平包括天然氣透平入口和天然氣透平出口，所述天然氣透平入口用以接收所述天然氣輸送通道內經空溫汽化而成的氣態天然氣，所述氣態天然氣在所述天然氣透平上做功後推動所述天然氣透平轉動從而帶動所述壓氣機轉動，所述氣態天然氣在所述天然氣透平上做功後從所述天然氣透平出口通向所述燃氣輪機的燃燒室。

在一實施例中，所述天然氣輸送通道包括與所述天然氣透平入口連通的第二天然氣輸送管線，所述第二天然氣輸送管線上設有第二換熱器，所述第二換熱器構造成吸收所述燃氣輪機的透平渦輪排出的尾氣的熱能使所述第二天然氣輸送管線內的LNG汽化，在所述燃氣輪機的啟動階段，所述第一天然氣輸送管線開啟，當所述燃氣輪機運行到預定工作點時，所述第一天然氣輸送管線關閉，使得所述天然氣輸送通道內的氣態天然氣僅由所述第二天然氣輸送管線提供。

在一實施例中，所述第一天然氣輸送管線和第二天然氣輸送管線並聯於一LNG輸送泵與所述天然氣透平入口之間。

在一實施例中，所述天然氣透平、燃氣輪機的壓氣機和透平同軸驅動連接。

綜上所述，本發明提供一種LNG燃氣輪機及其啟動系統。該LNG燃氣輪機在常規燃氣輪機核心機的基礎上給壓氣機軸上加裝一個或者多個天然氣透平。LNG先通過專用輸送泵輸送到空溫汽化器利用空溫汽化，汽化後的氣態天然氣通入天然氣透平做功驅動同軸的壓氣機葉輪。透平後的天然氣和壓縮空氣通入燃燒室燃燒做功，排出的尾氣攜帶大量的熱能，一部分利用換熱器與LNG輸送泵輸出的LNG換熱，用於提高LNG的汽化效率和壓力，保證天然氣透平的輸出功率。完成燃機啟動後，天然氣透平繼續工作輸出軸功，回收尾氣熱能。本發明充分利用了LNG本身蘊含的冷能，改善燃機的啟動方式，啟動消耗電力少，減少輔助動力設備投入，提高燃料利用率，減少汙染物排放，提高燃氣輪機效率，節約使用成本。

附圖說明

圖1為本發明的LNG燃氣輪機的簡化結構示意圖。

具體實施方式

在詳細描述實施例之前，應該理解的是，本發明不限於本申請中下文或附圖中所描述的詳細結構或元件排布。本發明可為其它方式實現的實施例。而且，應當理解，本文所使用的措辭及術語僅僅用作描述用途，不應作限定性解釋。本文所使用的「包括」、「包含」、「具有」等類似措辭意為包含其後所列出之事項、其等同物及其它附加事項。特別是，當描述「一個某元件」時，本發明並不限定該元件的數量為一個，也可以包括多個。

如圖1所示，本發明提供一種LNG燃氣輪機10，該LNG燃氣輪機10包括燃燒室12、透平14、壓氣機16、天然氣透平18以及向燃燒室12輸入天然氣的天然氣輸送通道20。壓氣機16與燃燒室12連通用以向燃燒室提供壓縮空氣，透平14與燃燒室12連通用以接收燃燒室12輸出的燃燒工質，天然氣透平18與壓氣機16驅動連接用以啟動壓氣機16，壓氣機16與透平14驅動連接。在其他實施例中，天然氣透平18、壓氣機16和透平14也可同軸驅動連接。

更具體地，燃燒室12包括燃燒室入口22和燃燒室出口24，透平14包括透平入口26和透平出口28，壓氣機16包括壓氣機入口30和壓氣機出口32，天然氣透平18包括天然氣透平入口34和天然氣透平出口36。其中，壓氣機入口30用以接收空氣，透平入口26與燃燒室出口24連通，壓氣機出口32與燃燒室入口22連通以提供壓縮空氣，天然氣透平出口36與燃燒室入口22連通。

天然氣透平18與天然氣輸送通道20連通，使得天然氣輸送通道內的天然氣在天然氣透平18內做功後再通向燃燒室12。具體而言，天然氣輸送通道20的一端連接一LNG輸送泵38，另一端與天然氣透平入口34連通，LNG輸送泵38向天然氣輸送通道20內輸入LNG，輸入的LNG在天然氣輸送通道20的適當位置汽化成氣態天然氣向天然氣透平18內輸送，天然氣透平18在天然氣做功過程中旋轉時驅動與天然氣透平18驅動連接的壓氣機16運轉。透平後的天然氣通入燃燒室12燃燒。

在所示的實施例中，天然氣輸送通道20包括並聯設置的第一天然氣輸送管線40和第二天然氣輸送管線42。第一天然氣輸送管線40上設有第一換熱器44，第一換熱器44用以使得第一天然氣輸送管線40內的LNG汽化。在所示的實施例中，第一換熱器44實施為空溫汽化器44，使得第一天然氣輸送管線40內的LNG可與環境空氣進行換熱，同時LNG汽化。因此，天然氣輸送通道20，例如第一天然氣輸送管線40，空溫汽化器44，天然氣透平18以及LNG輸送泵38可以組成一個用於啟動LNG燃氣輪機的啟動系統。

第二天然氣輸送管線42上設有第二換熱器46，第二換熱器46構造成吸收透平14排出的尾氣的熱能以使第二天然氣輸送管線42內的LNG汽化。具體來說，透平出口28與第二換熱器46連通，以使得透平14排出的至少部分尾氣可通入第二換熱器46內與第二天然氣輸送管線42內的LNG換熱使LNG汽化，回收尾氣熱能。換熱後的尾氣排放出去或作進一步處理。

在LNG燃氣輪機10的啟動階段，第一天然氣輸送管線40開啟，在空溫汽化器44內利用環境空氣對LNG汽化，汽化後的氣態天然氣通入天然氣透平18做功驅動壓氣機16轉動以壓縮空氣，LNG燃氣輪機10開始運行；當LNG燃氣輪機10運行到預定工作點時，第一天然氣輸送管線40關閉，使得天然氣輸送通道20內的氣態天然氣僅由第二天然氣輸送管線42提供，在第二換熱器46內利用透平14的高溫尾氣對LNG進行汽化，此時LNG的汽化效率和壓力顯著提高，保證天然氣透平18的輸出功率。

為了便於對LNG燃氣輪機進行調節控制，在一實施例中，LNG燃氣輪機10還包括用以調節燃機輸出功率的第一控制閥和第二控制閥(圖未示出)。第一控制閥用以控制LNG輸送泵38選擇性地將LNG輸送進第一天然氣輸送管線40或第二天然氣輸送管線42，或者同時輸送進第一天然氣輸送管線40和第二天然氣輸送管線42。第二控制閥用以控制從透平14排出的尾氣輸送至第二換熱器46的流量。

更具體地，第一控制閥包括第一閥和第二閥，第一閥安裝在第一天然氣輸送管線40上，以控制LNG是否輸送進空溫汽化器44，或者調節輸送進空溫汽化器44的流量大小；第二閥安裝在第二天然氣輸送管線42上，以控制LNG是否輸送進第二換熱器46，或者調節輸送進第二換熱器46的流量大小。第二控制閥安裝在透平出口28與第二換熱器46連通的管路上，以調節進入第二換熱器46的尾氣的流量大小。

在一些實施例中，第一控制閥還可用以控制LNG輸送泵38的輸出流量。

下面對LNG燃氣輪機的運行過程做簡要介紹。

開機時，LNG輸送泵38先運行，第一天然氣輸送管線40開啟，第二天然氣輸送管線42關閉，LNG通入空溫汽化器44中與環境空氣換熱，LNG吸收環境空氣中的熱量汽化成氣態天然氣。LNG汽化而成的氣態天然氣通入天然氣透平18驅動渦輪做功，並帶動壓氣機16運轉以壓縮空氣，壓縮空氣和天然氣透平輸出的天然氣通入燃燒室12中，燃燒室12點火，壓縮空氣和天然氣在燃燒室12內燃燒。產生的高溫燃燒產物進入透平14做功並驅動壓氣機16，從透平14出來的高溫尾氣一部分通入第二換熱器46，一部分排放出去或者進一步處理。當LNG燃氣輪機10運行到預定工作點時，例如自持狀態時，關閉第一天然氣輸送管線40，開啟第二天然氣輸送管線42，LNG輸送泵38將LNG輸送至第二換熱器46，LNG與通入第二換熱器46的高溫尾氣換熱，吸收尾氣熱能在第二換熱器46內汽化增壓。經過第二換熱器46換熱的LNG汽化更加劇烈，壓力更高，高壓的天然氣進入天然氣透平18做功，提升渦輪功率，因此也使得壓氣機16、燃燒室12、透平14同步提升功率。燃機啟動完成，可通過控制第一控制閥和第二控制閥來調節LNG輸送流量及通入第二換熱器46的高溫尾氣的流量，從而調節燃機的輸出功率。

上述實施例中，LNG燃氣輪機10僅設置一個天然氣透平18，根據具體實施需求，在其他實施例中，也可以設置多於一個的天然氣透平，進一步提高LNG的能量利用率。

綜上所述，本發明提供一種LNG燃氣輪機及其啟動系統。該LNG燃氣輪機在常規燃氣輪機核心機的基礎上給壓氣機軸上加裝一個或者多個天然氣透平。LNG先通過專用輸送泵輸送到空溫汽化器利用空溫汽化，汽化後的氣態天然氣通入天然氣透平做功驅動同軸的壓氣機葉輪。天然氣透平輸出的天然氣和壓縮空氣通入燃燒室燃燒做功，排出的尾氣攜帶大量的熱能，一部分利用換熱器與LNG輸送泵輸出的LNG換熱，用於提高LNG的汽化效率和壓力，保證天然氣透平的輸出功率。完成燃機啟動後，天然氣透平繼續工作輸出軸功，回收尾氣熱能。本發明充分利用了LNG本身蘊含的冷能，改善燃機的啟動方式，啟動消耗電力少，減少輔助動力設備投入，提高燃料利用率，減少汙染物排放，提高燃氣輪機效率，節約使用成本。

本文所描述的概念在不偏離其精神和特性的情況下可以實施成其它形式。所公開的具體實施例應被視為例示性而不是限制性的。因此，本發明的範圍是由所附的權利要求，而不是根據之前的這些描述進行確定。在權利要求的字面意義及等同範圍內的任何改變都應屬於這些權利要求的範圍。