本發(fā)明涉及燃氣輪機領(lǐng)域，特別涉及一種可提高燃機效率的具有級間冷卻的LNG燃氣輪機。

背景技術(shù)：

燃氣輪機工作時，壓氣機葉輪壓縮空氣進入燃燒室和燃料混合燃燒。有一種提高燃機功率的方法，是增多壓縮級數(shù)提高空氣壓比。這樣會存在一個問題，空氣經(jīng)過前段壓縮時溫度提高了，此時再在后段進一步壓縮時就相對困難一些。于是就壓氣機級間加中冷設(shè)備來提高壓氣機的效率。對于燒天然氣的燃機，通常通過水來換熱。還有一種提高燃機效率的方法是對進入壓氣機前的空氣換熱冷卻，而且和常溫空氣換熱的介質(zhì)必須得比空氣溫度低很多才能高效冷卻。這種換熱投入的輔助設(shè)備較多，換熱效率不高，體積相對較大。

LNG環(huán)保清潔，價格較低。對于燒LNG的燃機，LNG的冷能蘊含豐富，不加以利用是一種極大的浪費。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提出一種可充分利用LNG冷能的具有級間冷卻的LNG燃氣輪機。

本發(fā)明提出一種具有級間冷卻的LNG燃氣輪機，包括燃燒室、透平和壓氣機，所述壓氣機與所述燃燒室連通用以向所述燃燒室提供壓縮空氣，所述透平與所述燃燒室連通用以接收所述燃燒室輸出的燃氣工質(zhì)，所述壓氣機與所述透平驅(qū)動連接，所述壓氣機包括前級壓氣葉輪、后級壓氣葉輪以及連通于所述前級壓氣葉輪和后級壓氣葉輪之間的壓縮空氣通道，所述燃氣輪機還包括向所述燃燒室輸送天然氣的天然氣輸送通道，所述壓氣機還包括第一換熱器，所述第一換熱器構(gòu)造并連接成使得所述天然氣輸送通道內(nèi)的LNG與所述壓縮空氣通道內(nèi)的壓縮空氣進行換熱以降低所述壓縮空氣的溫度同時至少部分所述LNG汽化。

在一實施例中，所述壓氣機包括空氣輸入通道和第二換熱器，所述空氣輸入通道與所述前級壓氣葉輪連通以向所述前級壓氣葉輪輸入環(huán)境空氣，所述第二換熱器構(gòu)造和連接成使得所述天然氣輸送通道內(nèi)的LNG與所述空氣輸入通道內(nèi)的輸入空氣進行換熱以降低所述輸入空氣的溫度同時至少部分所述LNG汽化，在所述天然氣輸送通道的流向上，所述第二換熱器位于所述第一換熱器上游。

在一實施例中，所述天然氣輸送通道一端連接一LNG輸送泵，另一端連通至所述燃燒室，所述LNG輸送泵用以向所述天然氣輸送通道泵送所述LNG。

本發(fā)明還提出一種具有級間冷卻的LNG燃氣輪機，包括燃燒室、透平和壓氣機，所述壓氣機與所述燃燒室連通用以向所述燃燒室提供壓縮空氣，所述透平與所述燃燒室連通用以接收所述燃燒室輸出的燃氣工質(zhì)，所述壓氣機與所述透平驅(qū)動連接，所述壓氣機包括若干級壓縮單元，每兩級相鄰的壓縮單元之間連通有壓縮空氣通道，所述燃氣輪機還包括向所述燃燒室輸送天然氣的天然氣輸送通道，所述壓氣機還包括若干第一換熱器，其中每一第一換熱器與其中一壓縮空氣通道對應(yīng)，至少其中一個第一換熱器構(gòu)造并連接成使得所述天然氣輸送通道內(nèi)的LNG與所述對應(yīng)的壓縮空氣通道內(nèi)的壓縮空氣進行換熱以降低所述壓縮空氣的溫度同時至少部分所述LNG汽化。

在一實施例中，所述壓氣機包括空氣輸入通道和第二換熱器，所述空氣輸入通道與所述若干級壓縮單元的第一級壓縮單元連通以向所述第一級壓縮單元輸入環(huán)境空氣，所述第二換熱器構(gòu)造和連接成使得所述天然氣輸送通道內(nèi)的LNG與所述空氣輸入通道內(nèi)的輸入空氣進行換熱以降低所述輸入空氣的溫度同時至少部分所述LNG汽化，在所述天然氣輸送通道的流向上，所述第二換熱器位于任何一個所述第一換熱器的上游。

在一實施例中，所述天然氣輸送通道一端連接一LNG輸送泵，另一端連通至所述燃燒室，所述LNG輸送泵用以向所述天然氣輸送通道泵送所述LNG。

綜上所述，本發(fā)明提供一種具有級間冷卻的LNG燃氣輪機。該LNG燃氣輪機的壓氣機包括若干級壓縮單元，每兩級相鄰的壓縮單元之間連通有壓縮空氣通道，每一壓縮空氣通道上設(shè)置一第一換熱器，使得天然氣輸送通道內(nèi)的LNG與壓縮空氣通道內(nèi)的壓縮空氣換熱以降低壓縮空氣的溫度。此外，本發(fā)明還在與第一級壓縮單元連通的空氣輸入通道上設(shè)置第二換熱器，使得LNG與輸入空氣進行換熱以降低輸入空氣的溫度。本發(fā)明的LNG燃氣輪機以LNG作為冷源吸收壓氣機的輸入空氣和級間壓縮空氣的熱能以汽化LNG。充分利用了LNG本身蘊含的能量，減小換熱設(shè)備的體積，提高換熱效率，增加能量利用率，以一種更好的方式提高了燃氣輪機的效率，降低污染物排放，節(jié)約使用成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的LNG燃氣輪機的簡化結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

在詳細描述實施例之前，應(yīng)該理解的是，本發(fā)明不限于本申請中下文或附圖中所描述的詳細結(jié)構(gòu)或元件排布。本發(fā)明可為其它方式實現(xiàn)的實施例。而且，應(yīng)當理解，本文所使用的措辭及術(shù)語僅僅用作描述用途，不應(yīng)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后所列出之事項、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(fā)明并不限定該元件的數(shù)量為一個，也可以包括多個。

本發(fā)明提供一種具有級間冷卻的LNG燃氣輪機，該LNG燃氣輪機包括燃燒室、透平和壓氣機。壓氣機與燃燒室連通用以向燃燒室提供壓縮空氣，透平與燃燒室連通用以接收燃燒室輸出的燃氣工質(zhì)，壓氣機與透平驅(qū)動連接。LNG燃氣輪機還包括向燃燒室輸送天然氣的天然氣輸送通道，所述天然氣輸送通道一端連接一LNG輸送泵，LNG輸送泵用以通過天然氣輸送通道向燃燒室泵送LNG，另一端連通至燃燒室。

壓氣機包括若干級壓縮單元、空氣輸入通道、若干第一換熱器及一第二換熱器。其中空氣輸入通道與所述若干級壓縮單元的第一級壓縮單元連通以向第一級壓縮單元輸入環(huán)境空氣，第二換熱器構(gòu)造和連接成使得天然氣輸送通道內(nèi)的LNG與空氣輸入通道內(nèi)的輸入空氣進行換熱，以降低輸入空氣的溫度，同時至少部分LNG汽化。這樣，通過第二換熱器的天然氣實際上為LNG/氣態(tài)天然氣的混合氣。每兩級相鄰的壓縮單元之間連通有壓縮空氣通道，每一第一換熱器與其中一壓縮空氣通道對應(yīng)，且每一第一換熱器構(gòu)造并連接成使得天然氣輸送通道內(nèi)的LNG與對應(yīng)的壓縮空氣通道內(nèi)的壓縮空氣進行換熱，以降低壓縮空氣的溫度。

具體而言，若干第一換熱器和第二換熱器均位于天然氣輸送通道上，第二換熱器還位于空氣輸入通道上，以實現(xiàn)LNG與輸入空氣的換熱，使至少部分LNG汽化，降低輸入空氣的溫度；若干第一換熱器分別位于對應(yīng)的壓縮空氣通道上，以實現(xiàn)LNG與級間壓縮空氣的換熱，減低級間壓縮空氣的溫度，并使至少部分LNG汽化。在天然氣輸送通道的流向上，第二換熱器位于任何一個第一換熱器的上游。

下面以壓氣機具有兩級壓縮單元為例進行具體說明。如圖1所示，提供一具有級間冷卻的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及向燃燒室12輸送天然氣的天然氣輸送通道18。燃燒室12包括燃燒室入口20和燃燒室出口22，透平14包括透平入口24和透平出口26。透平入口24與燃燒室出口22連通以接收燃氣工質(zhì)，壓氣機16與燃燒室入口20連通以向燃燒室12提供壓縮空氣。天然氣輸送通道18的一端與一LNG輸送泵28連通，另一端連通至燃燒室12，LNG輸送泵28用以向天然氣輸送通道18泵送LNG，LNG汽化后向燃燒室12輸送。

在所示的實施例中，壓氣機16包括兩級壓縮單元，所述兩級壓縮單元包括前級壓氣葉輪30和后級壓氣葉輪32，前級壓氣葉輪30與后級壓氣葉輪32之間連通有壓縮空氣通道34。前級壓氣葉輪32包括前級壓氣葉輪入口36和前級壓氣葉輪出口38，后級壓氣葉輪32包括后級壓氣葉輪入口40和后級壓氣葉輪出口42，后級壓氣葉輪出口42與燃燒室12連通。前級壓氣葉輪出口38與后級壓氣葉輪入口40之間形成壓縮空氣通道34。

壓氣機16還包括空氣輸入通道44、第一換熱器46和第二換熱器48?？諝廨斎胪ǖ?4與前級壓氣葉輪入口36連通以向前級壓氣葉輪30輸入環(huán)境空氣，第二換熱器48構(gòu)造和連接成使得天然氣輸送通道18內(nèi)的LNG與空氣輸入通道44內(nèi)的輸入空氣進行換熱，以降低輸入空氣的溫度，同時使得LNG汽化。第一換熱器46構(gòu)造并連接成使得天然氣輸送通道18內(nèi)的LNG與壓縮空氣通道34內(nèi)的壓縮空氣進行換熱，以降低壓縮空氣的溫度，同時進一步使得LNG汽化。

在所示的實施例中，第一換熱器46和第二換熱器48位于天然氣輸送通道18上。其中，第二換熱器48還位于空氣輸入通道44上，以實現(xiàn)LNG與輸入空氣的換熱；第一換熱器46還位于壓縮空氣通道34上，以實現(xiàn)LNG與級間壓縮空氣的換熱。在天然氣輸送通道18的流向上，第二換熱器48位于第一換熱器46的上游。

下面對本發(fā)明的LNG燃氣輪機的運行流程作簡要說明。

開機時，LNG輸送泵28先運行，輸送LNG進入第二換熱器48，進入前級壓氣葉輪30的空氣先經(jīng)過第二換熱器48，第二換熱器48內(nèi)的LNG對輸入空氣進行冷卻降溫，同時LNG也會進行一定程度的汽化。汽化不完全的LNG和/或低溫的氣態(tài)天然氣繼續(xù)流動進入第一換熱器46。經(jīng)前級壓氣葉輪30壓縮的空氣經(jīng)過第一換熱器46，第一換熱器46中的LNG/氣態(tài)天然氣對上述壓縮空氣進行冷卻降溫，冷卻后的壓縮空氣通入后級壓氣葉輪32繼續(xù)壓縮，吸熱后汽化的氣態(tài)天然氣通入燃燒室14，經(jīng)后級壓氣葉輪32壓縮后的空氣通入燃燒室14。汽化后的氣態(tài)天然氣和壓縮空氣在燃燒室14中混合燃燒，推動透平16的渦輪做功。

上述實施例針對兩級壓縮單元，即前級壓氣葉輪和后級壓氣葉輪來進行說明。應(yīng)當理解的是，前級壓氣葉輪和后級壓氣葉輪只是針對任何兩相鄰級壓氣葉輪而言。對于多余兩級壓縮單元，例如3級壓縮單元的情形，第一級葉輪和第二級葉輪構(gòu)成兩相鄰級，則第一級葉輪稱之為前級，第二級葉輪稱之為后級。第二級葉輪和第三級葉輪也構(gòu)成兩相鄰級，此時第二級葉輪稱之為前級，第三級葉輪稱之為后級。

應(yīng)當理解的是，在上述實施例中，壓氣機包括同一壓氣機的兩級或多于兩級的壓氣葉輪。在其他實施例中，壓氣機的各壓縮單元也可以實施成單個的壓氣機，此時各壓氣機與透平可同軸連接。當壓氣機的壓縮單元為單個的壓氣機時，其結(jié)構(gòu)設(shè)置方式與上述壓氣葉輪的結(jié)構(gòu)設(shè)置方式類似，區(qū)別僅在于將壓氣葉輪替換成壓氣機。

綜上所述，本發(fā)明提供一種具有級間冷卻的LNG燃氣輪機。該LNG燃氣輪機的壓氣機包括若干級壓縮單元，每兩級相鄰的壓縮單元之間連通有壓縮空氣通道，每一壓縮空氣通道上設(shè)置一第一換熱器，使得天然氣輸送通道內(nèi)的LNG與壓縮空氣通道內(nèi)的壓縮空氣換熱以降低壓縮空氣的溫度，同時至少部分LNG汽化。此外，本發(fā)明還在與第一級壓縮單元連通的空氣輸入通道上設(shè)置第二換熱器，使得LNG與輸入空氣進行換熱以降低輸入空氣的溫度。本發(fā)明的LNG燃氣輪機以LNG作為冷源吸收壓氣機的輸入空氣和級間壓縮空氣的熱能，回收空氣的熱能用于汽化LNG，同時降低空氣溫度。充分利用了LNG本身蘊含的能量，減小換熱設(shè)備的體積，提高換熱效率，增加能量利用率，以一種更好的方式提高了燃氣輪機的效率，降低污染物排放，節(jié)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(yīng)被視為例示性而不是限制性的。因此，本發(fā)明的范圍是由所附的權(quán)利要求，而不是根據(jù)之前的這些描述進行確定。在權(quán)利要求的字面意義及等同范圍內(nèi)的任何改變都應(yīng)屬于這些權(quán)利要求的范圍。