LNG燃气轮机及其启动系统的制作方法

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：

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。

技术实现要素：

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。

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。

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时驱动所述压气机转动。

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。

在一实施例中，所述第一换热器是空温汽化器。

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开启，当所述LNG燃气轮机运行到预定工作点时，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。

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。

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开启，当所述燃气轮机运行到预定工作点时，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。

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。

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。

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。

附图说明

图1为本发明的LNG燃气轮机的简化结构示意图。

具体实施方式

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”时，本发明并不限定该元件的数量为一个，也可以包括多个。

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12、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。

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。

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时驱动与天然气透平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。

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，同时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。

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。

在LNG燃气轮机10的启动阶段，第一天然气输送管线40开启，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开始运行；当LNG燃气轮机10运行到预定工作点时，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，此时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。

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，或者同时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。

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。

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。

下面对LNG燃气轮机的运行过程做简要介绍。

开机时，LNG输送泵38先运行，第一天然气输送管线40开启，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运行到预定工作点时，例如自持状态时，关闭第一天然气输送管线40，开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LNG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。

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。

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。

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。所公开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。