技术领域

[0001] 本发明涉及一种燃气轮机的启动系统， 特别涉及一种 LNG燃气轮机及其启动系 统。

背景技术

[0002] 目前燃气轮机启动大多用电机启动， 液压泵启动， 或者压缩空气启动。 这些启 动方式所需要的辅助设备都需要消耗较多的有 用功。 LNG环保清洁， 价格较低 。 对于烧 LNG的燃机， LNG本身蕴含的巨大冷能不加以利用是一种极大 的浪费 技术问题

[0003] 有鉴于此， 本发明提出一种可改善燃气轮机启动方式的 LNG燃气轮机的启动系 统。

[0004] 本发明还提出一种可改善燃气轮机启动方式的 LNG燃气轮机。

问题的解决方案

技术解决方案

[0005] 一种 LNG燃气轮机， 包括燃烧室、 透平和压气机， 所述压气机与所述透平驱动 连接， 所述燃烧室包括燃烧室入口和燃烧室出口， 所述透平包括透平入口和透 平出口， 所述透平入口与所述燃烧室出口连通， 所述压气机包括压气机入口和 压气机出口， 所述压气机入口用以接收空气， 所述压气机出口与所述燃烧室入 口连通， 所述 LNG燃气轮机还包括向所述燃烧室输入天然气的 天然气输送通道 。 LNG燃气轮机还包括天然气透平， 所述天然气透平与所述天然气输送通道连 通， 使得所述天然气输送通道内的气态天然气在所 述天然气透平内做功后再通 向所述燃烧室， 所述天然气透平与所述压气机连接， 使得所述天然气透平在所 述气态天然气做功过程中旋转吋驱动所述压气 机转动。

[0006] 在一实施例中， 所述天然气输送通道包括与所述天然气透平入 口连通的第一天 然气输送管线和第二天然气输送管线， 所述第一天然气输送管线上设有第一换 热器， 所述第一换热器用以使得所述第一天然气输送 管线内的 LNG汽化， 所述 第二天然气输送管线上设有第二换热器， 所述第二换热器构造成吸收所述透平 排出的尾气的热能使所述第二天然气输送管线 内的 LNG汽化。

[0007] 在一实施例中， 所述第一换热器是空温汽化器。

[0008] 在一实施例中， 在所述 LNG燃气轮机的启动阶段， 所述第一天然气输送管线幵 启， 当所述 LNG燃气轮机运行到预定工作点吋， 所述第一天然气输送管线关闭 ， 使得所述天然气输送通道内的气态天然气仅由 所述第二天然气输送管线提供

[0009] 一种 LNG燃气轮机的启动系统， 所述启动系统包括： 天然气输送通道， 所述天 然气输送通道包括第一天然气输送管线， 所述第一天然气输送管线上设有空温 汽化器以使所述天然气输送通道内的 LNG汽化； 以及天然气透平， 所述天然气 透平与所述燃气轮机的压气机驱动连接， 所述天然气透平包括天然气透平入口 和天然气透平出口， 所述天然气透平入口用以接收所述天然气输送 通道内经空 温汽化而成的气态天然气， 所述气态天然气在所述天然气透平上做功后推 动所 述天然气透平转动从而带动所述压气机转动， 所述气态天然气在所述天然气透 平上做功后从所述天然气透平出口通向所述燃 气轮机的燃烧室。

[0010] 在一实施例中， 所述天然气输送通道包括与所述天然气透平入 口连通的第二天 然气输送管线， 所述第二天然气输送管线上设有第二换热器， 所述第二换热器 构造成吸收所述燃气轮机的透平涡轮排出的尾 气的热能使所述第二天然气输送 管线内的 LNG汽化， 在所述燃气轮机的启动阶段， 所述第一天然气输送管线幵 启， 当所述燃气轮机运行到预定工作点吋， 所述第一天然气输送管线关闭， 使 得所述天然气输送通道内的气态天然气仅由所 述第二天然气输送管线提供。

[0011] 在一实施例中， 所述第一天然气输送管线和第二天然气输送管 线并联于一 LNG 输送泵与所述天然气透平入口之间。

[0012] 在一实施例中， 所述天然气透平、 燃气轮机的压气机和透平同轴驱动连接。

发明的有益效果

有益效果

[0013] 综上所述， 本发明提供一种 LNG燃气轮机及其启动系统。 该 LNG燃气轮机在常 规燃气轮机核心机的基础上给压气机轴上加装 一个或者多个天然气透平。 LNG 先通过专用输送泵输送到空温汽化器利用空温 汽化， 汽化后的气态天然气通入 天然气透平做功驱动同轴的压气机叶轮。 透平后的天然气和压缩空气通入燃烧 室燃烧做功， 排出的尾气携带大量的热能， 一部分利用换热器与 LNG输送泵输 出的 LNG换热， 用于提高 LNG的汽化效率和压力， 保证天然气透平的输出功率 。 完成燃机启动后， 天然气透平继续工作输出轴功， 回收尾气热能。 本发明充 分利用了 LNG本身蕴含的冷能， 改善燃机的启动方式， 启动消耗电力少， 减少 辅助动力设备投入， 提高燃料利用率， 减少污染物排放， 提高燃气轮机效率， 节约使用成本。

对附图的简要说明

附图说明

[0014] 图 1为本发明的 LNG燃气轮机的简化结构示意图。

本发明的实施方式

[0015] 在详细描述实施例之前， 应该理解的是， 本发明不限于本申请中下文或附图中 所描述的详细结构或元件排布。 本发明可为其它方式实现的实施例。 而且， 应 当理解， 本文所使用的措辞及术语仅仅用作描述用途， 不应作限定性解释。 本 文所使用的"包括"、 "包含"、 "具有"等类似措辞意为包含其后所列出之事项� �� 其 等同物及其它附加事项。 特别是， 当描述 "一个某元件 "吋， 本发明并不限定该元 件的数量为一个， 也可以包括多个。

[0016] 如图 1所示， 本发明提供一种 LNG燃气轮机 10， 该 LNG燃气轮机 10包括燃烧室 1 2、 透平 14、 压气机 16、 天然气透平 18以及向燃烧室 12输入天然气的天然气输送 通道 20。 压气机 16与燃烧室 12连通用以向燃烧室提供压缩空气， 透平 14与燃烧 室 12连通用以接收燃烧室 12输出的燃烧工质， 天然气透平 18与压气机 16驱动连 接用以启动压气机 16， 压气机 16与透平 14驱动连接。 在其他实施例中， 天然气 透平 18、 压气机 16和透平 14也可同轴驱动连接。

[0017] 更具体地， 燃烧室 12包括燃烧室入口 22和燃烧室出口 24， 透平 14包括透平入口 26和透平出口 28， 压气机 16包括压气机入口 30和压气机出口 32， 天然气透平 18 包括天然气透平入口 34和天然气透平出口 36。 其中， 压气机入口 30用以接收空 气， 透平入口 26与燃烧室出口 24连通， 压气机出口 32与燃烧室入口 22连通以提 供压缩空气， 天然气透平出口 36与燃烧室入口 22连通。

[0018] 天然气透平 18与天然气输送通道 20连通， 使得天然气输送通道内的天然气在天 然气透平 18内做功后再通向燃烧室 12。 具体而言， 天然气输送通道 20的一端连 接一 LNG输送泵 38， 另一端与天然气透平入口 34连通， LNG输送泵 38向天然气 输送通道 20内输入 LNG， 输入的 LNG在天然气输送通道 20的适当位置汽化成气 态天然气向天然气透平 18内输送， 天然气透平 18在天然气做功过程中旋转吋驱 动与天然气透平 18驱动连接的压气机 16运转。 透平后的天然气通入燃烧室 12燃 烧。

[0019] 在所示的实施例中， 天然气输送通道 20包括并联设置的第一天然气输送管线 40 和第二天然气输送管线 42。 第一天然气输送管线 40上设有第一换热器 44， 第一 换热器 44用以使得第一天然气输送管线 40内的 LNG汽化。 在所示的实施例中， 第一换热器 44实施为空温汽化器 44， 使得第一天然气输送管线 40内的 LNG可与 环境空气进行换热， 同吋 LNG汽化。 因此， 天然气输送通道 20， 例如第一天然 气输送管线 40， 空温汽化器 44， 天然气透平 18以及 LNG输送泵 38可以组成一个 用于启动 LNG燃气轮机的启动系统。

[0020] 第二天然气输送管线 42上设有第二换热器 46， 第二换热器 46构造成吸收透平 14 排出的尾气的热能以使第二天然气输送管线 42内的 LNG汽化。 具体来说， 透平 出口 28与第二换热器 46连通， 以使得透平 14排出的至少部分尾气可通入第二换 热器 46内与第二天然气输送管线 42内的 LNG换热使 LNG汽化， 回收尾气热能。 换热后的尾气排放出去或作进一步处理。

[0021] 在 LNG燃气轮机 10的启动阶段， 第一天然气输送管线 40幵启， 在空温汽化器 44 内利用环境空气对 LNG汽化， 汽化后的气态天然气通入天然气透平 18做功驱动 压气机 16转动以压缩空气， LNG燃气轮机 10幵始运行； 当 LNG燃气轮机 10运行 到预定工作点吋， 第一天然气输送管线 40关闭， 使得天然气输送通道 20内的气 态天然气仅由第二天然气输送管线 42提供， 在第二换热器 46内利用透平 14的高 温尾气对 LNG进行汽化， 此吋 LNG的汽化效率和压力显著提高， 保证天然气透 平 18的输出功率。

[0022] 为了便于对 LNG燃气轮机进行调节控制， 在一实施例中， LNG燃气轮机 10还包 括用以调节燃机输出功率的第一控制阀和第二 控制阀 （图未示出） 。 第一控制 阀用以控制 LNG输送泵 38选择性地将 LNG输送进第一天然气输送管线 40或第二 天然气输送管线 42， 或者同吋输送进第一天然气输送管线 40和第二天然气输送 管线 42。 第二控制阀用以控制从透平 14排出的尾气输送至第二换热器 46的流量

[0023] 更具体地， 第一控制阀包括第一阀和第二阀， 第一阀安装在第一天然气输送管 线 40上， 以控制 LNG是否输送进空温汽化器 44， 或者调节输送进空温汽化器 44 的流量大小； 第二阀安装在第二天然气输送管线 42上， 以控制 LNG是否输送进 第二换热器 46， 或者调节输送进第二换热器 46的流量大小。 第二控制阀安装在 透平出口 28与第二换热器 46连通的管路上， 以调节进入第二换热器 46的尾气的 流量大小。

[0024] 在一些实施例中， 第一控制阀还可用以控制 LNG输送泵 38的输出流量。

[0025] 下面对 LNG燃气轮机的运行过程做简要介绍。

[0026] 幵机吋， LNG输送泵 38先运行， 第一天然气输送管线 40幵启， 第二天然气输送 管线 42关闭， LNG通入空温汽化器 44中与环境空气换热， LNG吸收环境空气中 的热量汽化成气态天然气。 LNG汽化而成的气态天然气通入天然气透平 18驱动 涡轮做功， 并带动压气机 16运转以压缩空气， 压缩空气和天然气透平输出的天 然气通入燃烧室 12中， 燃烧室 12点火， 压缩空气和天然气在燃烧室 12内燃烧。 产生的高温燃烧产物进入透平 14做功并驱动压气机 16， 从透平 14出来的高温尾 气一部分通入第二换热器 46， 一部分排放出去或者进一步处理。 当 LNG燃气轮 机 10运行到预定工作点吋， 例如自持状态吋， 关闭第一天然气输送管线 40， 幵 启第二天然气输送管线 42， LNG输送泵 38将 LNG输送至第二换热器 46， LNG与 通入第二换热器 46的高温尾气换热， 吸收尾气热能在第二换热器 46内汽化增压 。 经过第二换热器 46换热的 LNG汽化更加剧烈， 压力更高， 高压的天然气进入 天然气透平 18做功， 提升涡轮功率， 因此也使得压气机 16、 燃烧室 12、 透平 14 同步提升功率。 燃机启动完成， 可通过控制第一控制阀和第二控制阀来调节 LN G输送流量及通入第二换热器 46的高温尾气的流量， 从而调节燃机的输出功率。

[0027] 上述实施例中， LNG燃气轮机 10仅设置一个天然气透平 18， 根据具体实施需求 ， 在其他实施例中， 也可以设置多于一个的天然气透平， 进一步提高 LNG的能 量利用率。

[0028] 综上所述， 本发明提供一种 LNG燃气轮机及其启动系统。 该 LNG燃气轮机在常 规燃气轮机核心机的基础上给压气机轴上加装 一个或者多个天然气透平。 LNG 先通过专用输送泵输送到空温汽化器利用空温 汽化， 汽化后的气态天然气通入 天然气透平做功驱动同轴的压气机叶轮。 天然气透平输出的天然气和压缩空气 通入燃烧室燃烧做功， 排出的尾气携带大量的热能， 一部分利用换热器与 LNG 输送泵输出的 LNG换热， 用于提高 LNG的汽化效率和压力， 保证天然气透平的 输出功率。 完成燃机启动后， 天然气透平继续工作输出轴功， 回收尾气热能。 本发明充分利用了 LNG本身蕴含的冷能， 改善燃机的启动方式， 启动消耗电力 少， 减少辅助动力设备投入， 提高燃料利用率， 减少污染物排放， 提高燃气轮 机效率， 节约使用成本。

[0029] 本文所描述的概念在不偏离其精神和特性的情 况下可以实施成其它形式。 所公 幵的具体实施例应被视为例示性而不是限制性 的。 因此， 本发明的范围是由所 附的权利要求， 而不是根据之前的这些描述进行确定。 在权利要求的字面意义 及等同范围内的任何改变都应属于这些权利要 求的范围。