[0001] 本发明涉及一种燃气轮机， 特别涉及一种可实现燃机黑启动的新型变循环 燃气 轮机及其压气机组和启动方法。

背景技术

[0002] 目前燃气轮机的压气机主要有轴流式压气机， 离心式压气机， 或者是轴流离心 组合式压气机。 配备这些类型的压缩机的燃气轮机机组， 在启动运行的吋候需 要辅助动力启动。 那么燃机在使用吋就需要安装专门的辅助动力 系统， 这样就 造成机组的庞杂。

技术问题

[0003] 有鉴于此， 本发明提出一种可改善现有燃机启动方式的新 型变循环燃气轮机。

[0004] 本发明还提供一种可实现黑启动的燃气轮机压 气机组。

[0005] 本发明也提供一种可实现黑启动的燃气轮机启 动方法。

问题的解决方案

技术解决方案

[0006] 一种新型变循环燃气轮机， 包括燃烧室、 透平和压气机， 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， 所述压气机与所述透平驱动连接并包括压气机 入口和压气 机出口， 所述压气机入口用以接收空气， 还包括引射式双工质压缩机， 所述引 射式双工质压缩机用以利用燃气的喷射弓 I射空气以向所述燃烧室提供燃气空气 混合压缩气体， 所提供的燃气空气混合压缩气体在所述燃烧室 内燃烧以启动所 述燃气轮机， 当所述燃气轮机达到预设工作点后， 所述引射式双工质压缩机停 止引射空气。

[0007] 在一实施例中， 所述引射式双工质压缩机包括混合室及与所述 混合室连通的至 少一级大气吸收室和扩压室， 所述大气吸收室包括用以引射空气的引射口， 所 述引射口处设置一燃气喷嘴， 所述扩压室包括混合气体出口， 所述燃烧室入口 与所述混合气体出口连通。

[0008] 在一实施例中， 所述压气机出口连通至所述混合室。

[0009] 在一实施例中， 所述压气机出口与所述燃烧室连通。

[0010] 在一实施例中， 所述大气吸收室是可关闭的， 当所述燃气轮机达到所述预设工 作点吋， 所述弓 I射式双工质压缩机通过关闭所述大气吸收室� �停止弓 I射空气。

[0011] 在一实施例中， 所述预设工作点为所述燃气轮机的自持状态。

[0012] 一种燃气轮机的压气机组， 所述压气机组包括： 引射式双工质压缩机， 所述引 射式双工质压缩机用以利用燃气的喷射引射空 气以向所述燃气轮机的燃烧室提 供燃气空气混合压缩气体， 所提供的燃气空气混合压缩气体在所述燃烧室 内燃 烧以启动所述燃气轮机； 第二压气机， 所述第二压气机与所述燃气轮机的透平 驱动连接， 使得所述第二压气机在所述透平的驱动下压缩 空气以提供所述燃气 轮机运行所需要的压缩空气。

[0013] 在一实施例中， 所述第二压气机为轴流式压气机或离心式压气 机， 所述第二压 气机的压缩气体通入所述燃气轮机的燃烧室， 或者所述第二压气机的压缩气体 一部分通入所述弓 I射式双工质压缩机， 另一部分通入所述燃气轮机的燃烧室。

[0014] 在一实施例中， 所述压气机组按如下方式工作： 当所述燃气轮机达到自持状态 后， 所述燃气轮机运行所需要的压缩空气全部由所 述第二压气机提供。

[0015] 一种燃气轮机的启动方法， 包括： 向引射式双工质压缩机喷射燃气， 从而引射 空气以形成燃气空气混合压缩气体； 将所述混合压缩气体通入所述燃气轮机的 燃烧室燃烧； 所述燃烧室排出的燃烧产物驱动所述燃气轮机 的透平旋转； 所述 透平驱动与之连接的轴流式压气机或离心式压 气机以压缩空气， 所述压缩空气 作为所述燃气轮机运行所需要的压缩空气； 当所述燃气轮机达到预设工作点后 ， 所述引射式双工质压缩机停止引射空气， 仅由所述轴流式压气机或离心式压 气机提供所述燃气轮机运行所需要的全部压缩 空气。

发明的有益效果

有益效果

[0016] 综上所述， 本发明提出一种新型变循环燃气轮机。 该燃气轮机设有双压气机组 ， 第一压气机是引射式双工质压缩机， 第二压气机是轴流式或离心式空气压气 机。 幵机吋引射式双工质压缩机先工作， 通入燃气并引射空气， 混合压缩后进 燃烧室推动燃气涡轮， 再带动压气机压缩空气。 当燃气轮机达到预设工作点， 例如达到自持转速后， 引射式双工质压缩机引射器关闭， 燃机正常运行。 本发 明将燃气的机械能加以利用来引射空气， 实现燃机黑启动， 无需外部辅助动力 系统， 减少机组设备， 减少维护检修。 而且引射式双工质压缩机的混合室可帮 助燃气和空气先混合再通入燃烧室燃烧， 燃烧室内温度场分布更均匀， 提高燃 烧质量， 降低污染物排放。

对附图的简要说明

附图说明

[0017] 图 1为本发明燃气轮机一实施例的运行流程示意� �。

[0018] 图 2为本发明燃气轮机另一实施例的运行流程示� �图。

[0019] 图 3为图 1中燃气轮机的引射式双工质压缩机的结构示� �图。

[0020] 图 4为本发明燃气轮机的引射式双工质压缩机具� �两级大气吸收室的结构示意 图。

本发明的实施方式

[0021] 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。

[0022] 如图 1和图 2所示， 本发明提供一种新型变循环燃气轮机， 包括引射式双工质压 缩机 10、 燃烧室 12、 透平 14以及压气机 16。 其中， 引射式双工质压缩机 10和压 气机 16共同组成一压气机组。 燃烧室 12分别与引射式双工质压缩机 10和透平 14 连接， 压气机 16同吋与引射式双工质压缩机 10和燃烧室 12连接 （如图 1) ， 或者 压气机 16与燃烧室 12连接 （如图 2) 。 透平 14和压气机 16通过转轴 18驱动连接。

[0023] 弓 I射式双工质压缩机 10用以利用燃气的喷射弓 I射空气以形成燃气、 空气的混合 压缩气体， 从而启动所述燃气轮机。 具体而言， 如图 3， 引射式双工质压缩机 10 包括混合室 20及与混合室 20连通的大气吸收室 22和扩压室 24。 在所示的实施例 中， 混合室 20为中空管状， 大气吸收室 22和扩压室 24分别设置在混合室 20的两 端。 在其他实施例中， 大气吸收室 22和扩压室 24也可以设置在混合室 20的其他 相对位置。

[0024] 大气吸收室 22包括用以弓 I射空气的引射口 26， 引射口 26沿气体流动方向呈渐缩 。 引射口 26处设有一喷嘴 28， 喷嘴 28与燃气管道连接以接收燃气， 例如天然气 ， 燃气从喷嘴 28喷出吋会形成负压， 以在引射口 26引射空气进入混合室与燃气 进行混合。 扩压室 24沿气流流动方向呈渐扩， 用以压缩来自混合室 20的混合气 体， 扩压室 24包括混合气体出口 30， 以排出经过压缩的混合气体。

[0025] 应当理解的是， 本实施例中大气吸收室 22设置为一级， 在其他实施例中， 根据 空气引射量， 大气吸收室 22也可以设置为多级。

[0026] 如图 4所示， 大气吸收室 22设置为两级， 例如将混合室分成两段， 包括第一段 混合室 23和第二段混合室 25， 第二段混合室 25的前端设置一二次引射口 27， 二 次弓 I射口 27用以弓 I射空气， 第一段混合室 23的末端正对第二段混合室 25前端的 二次引射口 27， 以将第一段混合室 23中的混合气体喷入第二段混合室 25中。 通 过二次引射空气可增加空气引射量， 促进燃烧。

[0027] 在所示的实施例中， 引射式双工质压缩机 10还包括用以控制引射口 26幵启和关 闭的幵关， 所述幵关可以设置在燃气轮机的主控室， 当引射口 26关闭吋， 引射 口 26停止引射空气。 应当注意的是， 引射口 26关闭并不影响喷嘴 28向引射式双 工质压缩机 10中喷射燃气。

[0028] 应当理解的是， 当大气吸收室 22设置为多级吋， 例如图 4中的两级， 引射式双 工质压缩机 10具有弓 I射口 26和二次弓 I射口 27。 此吋设置在主控室的幵关可同吋 或独立地控制引射口 26和二次引射口 27的幵启和关闭。 当引射式双工质压缩机 1 0具有多个吋， 幵关可同吋或独立地控制所有引射口的幵启和 关闭。

[0029] 燃烧室 12包括燃烧室入口 32和燃烧室出口 34， 其中燃烧室入口 32与混合气体出 口 30连通， 以使得压缩的混合气体进入燃烧室 12燃烧。

[0030] 透平 14包括透平入口 36和透平出口 38， 透平入口 36与燃烧室出口 34连通， 使得 燃烧室的燃烧产物 （工质） 进入透平 14以驱动透平涡轮旋转， 透平 14转动继而 通过转轴 18驱动压气机 16压缩空气。 做功后的尾气从透平出口 38排放出去或者 进行进一步处理。

[0031] 压气机 16可以为轴流式或离心式空气压气机， 本实施例中， 压气机为轴流式空 气压气机 16。 在图 1的实施例中， 压气机 16包括压气机入口 40和压气机出口 42， 压气机入口 40用以接收空气， 压气机出口 42分别连通至弓 I射式双工质压缩机 10 的混合室 20和燃烧室 12。 压气机 16压缩的空气一部分通入引射式双工质压缩机 1 0的混合室 20中， 用于与燃气混合， 可增强预混， 一部分通入燃烧室 12用作冷却 空气和 /或二次空气。 当燃气轮机达到预设工作点吋， 引射式双工质压缩机 10停 止引射空气， 此吋燃气轮机运行所需要的压缩空气全部由压 气机 16提供。

[0032] 在其他实施例中， 压气机出口 42还可以只与燃烧室 12连通， 如图 2所示。 此种 情况下， 在达到预设工作点后， 引射式双工质压缩机 10仅提供燃气， 该燃气与 压气机 16提供的压缩空气在燃烧室 12内混合， 此吋需要在燃烧室 12上设置与引 射式双工质压缩机 10连通的燃气喷嘴。 或者， 在达到预设工作点后， 燃气由其 它燃气通道提供， 而不在经由弓 I射式双工质压缩机 10提供。

[0033] 下面结合图 1所示的燃气轮机的具体运行流程来介绍燃气� �机的启动方法。 燃 气轮机幵机吋， 引射式双工质压缩机 10先启动， 燃气轮机控制引射口幵关使得 引射口 26幵启。 燃气经喷嘴 28喷入引射式双工质压缩机 10， 燃气喷出吋从引射 口 26引射空气， 空气和燃气进入混合室混合。 接着在扩压室 24压缩， 压缩后进 入燃烧室燃烧。 燃烧后的高温工质进入透平 14对透平涡轮做功， 功通过转轴 18 传递给压气机 16的压气叶轮， 压气叶轮对空气做功压缩空气并将压缩后的空 气 分别通入引射式双工质压缩机 10的混合室 20和燃烧室 12中。 其中压缩空气通入 混合室 20中可增强预混， 通入燃烧室 12中可用作冷却空气和 /或二次空气， 使得 燃烧更加稳定高效。 燃烧室 12输出功率不断上升， 透平 14的燃气涡轮和压气机 1 6的压气叶轮的转速不断提高， 直到达到预设工作点， 例如自持状态。 继续提高 燃烧室 12的输出功率 （例如， 通入更多燃料） ， 燃气轮机控制引射口幵关使得 引射式双工质压缩机 10的一级或者多级大气吸收室 22慢慢关闭。 喷嘴 28中通入 燃气的流量可根据燃机功率自动调节。 [0034] 综上所述， 本发明提出一种新型变循环燃气轮机。 该燃气轮机设有双压气机组 ， 第一压气机是引射式双工质压缩机， 第二压气机是轴流式或离心式空气压气 机。 幵机吋引射式双工质压缩机先工作， 通入燃气并引射空气， 混合压缩后进 燃烧室推动燃气涡轮， 再带动压气机压缩空气。 当燃气轮机达到预设工作点， 例如达到自持转速后， 引射式双工质压缩机引射器关闭， 燃机正常运行。 本发 明将燃气的机械能加以利用来引射空气， 实现燃机黑启动， 无需外部辅助动力 系统， 减少机组设备， 减少维护检修。 而且引射式双工质压缩机的混合室可帮 助燃气和空气先混合再通入燃烧室燃烧， 燃烧室内温度场分布更均匀， 提高燃 烧质量， 降低污染物排放。

[0035] 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。