本发明涉及燃气轮机领域，特别涉及一种可提高燃机效率的具有级间冷却的LNG燃气轮机。
背景技术：
燃气轮机工作时，压气机叶轮压缩空气进入燃烧室和燃料混合燃烧。有一种提高燃机功率的方法，是增多压缩级数提高空气压比。这样会存在一个问题，空气经过前段压缩时温度提高了，此时再在后段进一步压缩时就相对困难一些。于是就压气机级间加中冷设备来提高压气机的效率。对于烧天然气的燃机，通常通过水来换热。还有一种提高燃机效率的方法是对进入压气机前的空气换热冷却，而且和常温空气换热的介质必须得比空气温度低很多才能高效冷却。这种换热投入的辅助设备较多，换热效率不高，体积相对较大。
LNG环保清洁，价格较低。对于烧LNG的燃机，LNG的冷能蕴含丰富，不加以利用是一种极大的浪费。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提出一种可充分利用LNG冷能的具有级间冷却的LNG燃气轮机。
本发明提出一种具有级间冷却的LNG燃气轮机，包括燃烧室、透平和压气机，所述压气机与所述燃烧室连通用以向所述燃烧室提供压缩空气，所述透平与所述燃烧室连通用以接收所述燃烧室输出的燃气工质，所述压气机与所述透平驱动连接，所述压气机包括前级压气叶轮、后级压气叶轮以及连通于所述前级压气叶轮和后级压气叶轮之间的压缩空气通道，所述燃气轮机还包括向所述燃烧室输送天然气的天然气输送通道，所述压气机还包括第一换热器，所述第一换热器构造并连接成使得所述天然气输送通道内的LNG与所述压缩空气通道内的压缩空气进行换热以降低所述压缩空气的温度同时至少部分所述LNG汽化。
在一实施例中，所述压气机包括空气输入通道和第二换热器，所述空气输入通道与所述前级压气叶轮连通以向所述前级压气叶轮输入环境空气，所述第二换热器构造和连接成使得所述天然气输送通道内的LNG与所述空气输入通道内的输入空气进行换热以降低所述输入空气的温度同时至少部分所述LNG汽化，在所述天然气输送通道的流向上，所述第二换热器位于所述第一换热器上游。
在一实施例中，所述天然气输送通道一端连接一LNG输送泵，另一端连通至所述燃烧室，所述LNG输送泵用以向所述天然气输送通道泵送所述LNG。
本发明还提出一种具有级间冷却的LNG燃气轮机，包括燃烧室、透平和压气机，所述压气机与所述燃烧室连通用以向所述燃烧室提供压缩空气，所述透平与所述燃烧室连通用以接收所述燃烧室输出的燃气工质，所述压气机与所述透平驱动连接，所述压气机包括若干级压缩单元，每两级相邻的压缩单元之间连通有压缩空气通道，所述燃气轮机还包括向所述燃烧室输送天然气的天然气输送通道，所述压气机还包括若干第一换热器，其中每一第一换热器与其中一压缩空气通道对应，至少其中一个第一换热器构造并连接成使得所述天然气输送通道内的LNG与所述对应的压缩空气通道内的压缩空气进行换热以降低所述压缩空气的温度同时至少部分所述LNG汽化。
在一实施例中，所述压气机包括空气输入通道和第二换热器，所述空气输入通道与所述若干级压缩单元的第一级压缩单元连通以向所述第一级压缩单元输入环境空气，所述第二换热器构造和连接成使得所述天然气输送通道内的LNG与所述空气输入通道内的输入空气进行换热以降低所述输入空气的温度同时至少部分所述LNG汽化，在所述天然气输送通道的流向上，所述第二换热器位于任何一个所述第一换热器的上游。
在一实施例中，所述天然气输送通道一端连接一LNG输送泵，另一端连通至所述燃烧室，所述LNG输送泵用以向所述天然气输送通道泵送所述LNG。
综上所述，本发明提供一种具有级间冷却的LNG燃气轮机。该LNG燃气轮机的压气机包括若干级压缩单元，每两级相邻的压缩单元之间连通有压缩空气通道，每一压缩空气通道上设置一第一换热器，使得天然气输送通道内的LNG与压缩空气通道内的压缩空气换热以降低压缩空气的温度。此外，本发明还在与第一级压缩单元连通的空气输入通道上设置第二换热器，使得LNG与输入空气进行换热以降低输入空气的温度。本发明的LNG燃气轮机以LNG作为冷源吸收压气机的输入空气和级间压缩空气的热能以汽化LNG。充分利用了LNG本身蕴含的能量，减小换热设备的体积，提高换热效率，增加能量利用率，以一种更好的方式提高了燃气轮机的效率，降低污染物排放，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。
本发明提供一种具有级间冷却的LNG燃气轮机，该LNG燃气轮机包括燃烧室、透平和压气机。压气机与燃烧室连通用以向燃烧室提供压缩空气，透平与燃烧室连通用以接收燃烧室输出的燃气工质，压气机与透平驱动连接。LNG燃气轮机还包括向燃烧室输送天然气的天然气输送通道，所述天然气输送通道一端连接一LNG输送泵，LNG输送泵用以通过天然气输送通道向燃烧室泵送LNG，另一端连通至燃烧室。
压气机包括若干级压缩单元、空气输入通道、若干第一换热器及一第二换热器。其中空气输入通道与所述若干级压缩单元的第一级压缩单元连通以向第一级压缩单元输入环境空气，第二换热器构造和连接成使得天然气输送通道内的LNG与空气输入通道内的输入空气进行换热，以降低输入空气的温度，同时至少部分LNG汽化。这样，通过第二换热器的天然气实际上为LNG/气态天然气的混合气。每两级相邻的压缩单元之间连通有压缩空气通道，每一第一换热器与其中一压缩空气通道对应，且每一第一换热器构造并连接成使得天然气输送通道内的LNG与对应的压缩空气通道内的压缩空气进行换热，以降低压缩空气的温度。
具体而言，若干第一换热器和第二换热器均位于天然气输送通道上，第二换热器还位于空气输入通道上，以实现LNG与输入空气的换热，使至少部分LNG汽化，降低输入空气的温度；若干第一换热器分别位于对应的压缩空气通道上，以实现LNG与级间压缩空气的换热，减低级间压缩空气的温度，并使至少部分LNG汽化。在天然气输送通道的流向上，第二换热器位于任何一个第一换热器的上游。
下面以压气机具有两级压缩单元为例进行具体说明。如图1所示，提供一具有级间冷却的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及向燃烧室12输送天然气的天然气输送通道18。燃烧室12包括燃烧室入口20和燃烧室出口22，透平14包括透平入口24和透平出口26。透平入口24与燃烧室出口22连通以接收燃气工质，压气机16与燃烧室入口20连通以向燃烧室12提供压缩空气。天然气输送通道18的一端与一LNG输送泵28连通，另一端连通至燃烧室12，LNG输送泵28用以向天然气输送通道18泵送LNG，LNG汽化后向燃烧室12输送。
在所示的实施例中，压气机16包括两级压缩单元，所述两级压缩单元包括前级压气叶轮30和后级压气叶轮32，前级压气叶轮30与后级压气叶轮32之间连通有压缩空气通道34。前级压气叶轮32包括前级压气叶轮入口36和前级压气叶轮出口38，后级压气叶轮32包括后级压气叶轮入口40和后级压气叶轮出口42，后级压气叶轮出口42与燃烧室12连通。前级压气叶轮出口38与后级压气叶轮入口40之间形成压缩空气通道34。
压气机16还包括空气输入通道44、第一换热器46和第二换热器48。空气输入通道44与前级压气叶轮入口36连通以向前级压气叶轮30输入环境空气，第二换热器48构造和连接成使得天然气输送通道18内的LNG与空气输入通道44内的输入空气进行换热，以降低输入空气的温度，同时使得LNG汽化。第一换热器46构造并连接成使得天然气输送通道18内的LNG与压缩空气通道34内的压缩空气进行换热，以降低压缩空气的温度，同时进一步使得LNG汽化。
在所示的实施例中，第一换热器46和第二换热器48位于天然气输送通道18上。其中，第二换热器48还位于空气输入通道44上，以实现LNG与输入空气的换热；第一换热器46还位于压缩空气通道34上，以实现LNG与级间压缩空气的换热。在天然气输送通道18的流向上，第二换热器48位于第一换热器46的上游。
下面对本发明的LNG燃气轮机的运行流程作简要说明。
开机时，LNG输送泵28先运行，输送LNG进入第二换热器48，进入前级压气叶轮30的空气先经过第二换热器48，第二换热器48内的LNG对输入空气进行冷却降温，同时LNG也会进行一定程度的汽化。汽化不完全的LNG和/或低温的气态天然气继续流动进入第一换热器46。经前级压气叶轮30压缩的空气经过第一换热器46，第一换热器46中的LNG/气态天然气对上述压缩空气进行冷却降温，冷却后的压缩空气通入后级压气叶轮32继续压缩，吸热后汽化的气态天然气通入燃烧室14，经后级压气叶轮32压缩后的空气通入燃烧室14。汽化后的气态天然气和压缩空气在燃烧室14中混合燃烧，推动透平16的涡轮做功。
上述实施例针对两级压缩单元，即前级压气叶轮和后级压气叶轮来进行说明。应当理解的是，前级压气叶轮和后级压气叶轮只是针对任何两相邻级压气叶轮而言。对于多余两级压缩单元，例如3级压缩单元的情形，第一级叶轮和第二级叶轮构成两相邻级，则第一级叶轮称之为前级，第二级叶轮称之为后级。第二级叶轮和第三级叶轮也构成两相邻级，此时第二级叶轮称之为前级，第三级叶轮称之为后级。
应当理解的是，在上述实施例中，压气机包括同一压气机的两级或多于两级的压气叶轮。在其他实施例中，压气机的各压缩单元也可以实施成单个的压气机，此时各压气机与透平可同轴连接。当压气机的压缩单元为单个的压气机时，其结构设置方式与上述压气叶轮的结构设置方式类似，区别仅在于将压气叶轮替换成压气机。
综上所述，本发明提供一种具有级间冷却的LNG燃气轮机。该LNG燃气轮机的压气机包括若干级压缩单元，每两级相邻的压缩单元之间连通有压缩空气通道，每一压缩空气通道上设置一第一换热器，使得天然气输送通道内的LNG与压缩空气通道内的压缩空气换热以降低压缩空气的温度，同时至少部分LNG汽化。此外，本发明还在与第一级压缩单元连通的空气输入通道上设置第二换热器，使得LNG与输入空气进行换热以降低输入空气的温度。本发明的LNG燃气轮机以LNG作为冷源吸收压气机的输入空气和级间压缩空气的热能，回收空气的热能用于汽化LNG，同时降低空气温度。充分利用了LNG本身蕴含的能量，减小换热设备的体积，提高换热效率，增加能量利用率，以一种更好的方式提高了燃气轮机的效率，降低污染物排放，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。