[發明專利]一種燃氣輪機及運轉方法

在審

• 申請號: 201811116667.2
• 申請日: 2018-09-25
• 公開（公告）號: CN109113866A
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發明（設計）人: 盧穩
• 申請（專利權）人: 杭州螺旋新能源科技有限公司
• 主分類號: F02C3/04
• 分類號: F02C3/04;F02C9/18;F02C7/08;F02C7/26
• 代理公司: 武漢智嘉聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 42231
• 代理人: 黃君軍

本發明涉及燃氣輪機領域，特涉及一種燃氣輪機及運轉方法。本發明包括核心機、自由渦輪組件和啟動裝置，核心機只有開關兩種狀態，通過調節自由渦輪進口溫度調節輸出負載，啟動裝置利用加熱器循環對啟動工質加熱，提高了工質的速度。本發明的裝置使整機變工況情況下輸出平均效率高，且能夠快速啟動燃氣輪機。

技術領域

本發明涉及燃氣輪機領域，特涉及一種燃氣輪機及運轉方法。

背景技術

燃氣輪機(Gas Turbine)是以連續流動的氣體為工質帶動葉輪高速旋轉，將燃料的能量轉變為有用功的內燃式動力機械，是一種旋轉葉輪式熱力發動機。

燃氣輪機結構最簡單，而且最能體現出燃氣輪機所特有的體積小、重量輕、啟動快、少用或不用冷卻水等一系列優點。燃氣輪機在工質和燃氣的主要流程中，只有壓氣機(Compressor)、燃燒室(Combustor)和渦輪(Turbine)這三大部件組成的燃氣輪機循環，通稱為簡單循環。大多數燃氣輪機均采用簡單循環方案。

壓氣機從外界大氣環境吸入工質，并經過軸流式壓氣機逐級壓縮使之增壓，同時工質溫度也相應提高；壓縮工質被壓送到燃燒室與噴入的燃料混合燃燒生成高溫高壓的氣體；然后再進入到渦輪中膨脹做功，推動渦輪帶動壓氣機和外負荷轉子一起高速旋轉，實現了氣體或液體燃料的化學能部分轉化為機械功，并輸出電功。從渦輪中排出的廢氣排至大氣自然放熱。這樣，燃氣輪機就把燃料的化學能轉化為熱能，又把部分熱能轉變成機械能。通常在燃氣輪機中，壓氣機是由渦輪膨脹做功來帶動的，它是渦輪的負載。在簡單循環中，渦輪發出的機械功有1/2到2/3左右用來帶動壓氣機，其余的1/3左右的機械功用來驅動發電機。

采用簡單循環的燃氣輪機以及回熱循環的燃氣輪機在低負荷情況下運行效率低，采用可變工況設計以及間冷再熱循環的燃氣輪機雖然在低負荷情況下運行效率有所提高，但是采用可變工況設計的燃氣輪機設計難度大，加工成本高，控制規律復雜；采用間冷再熱循環的燃氣輪機控制響應慢，結構復雜。

另外燃氣輪機本身只能提供電/功和熱，如果需要提供冷的話需要額外添加其他設備如溴冷機或空調壓縮機組實現。

同時，現有技術還存在以下問題：整機性能按指定燃料設計，能夠通過更換燃燒室在熱值相近的燃料種類之間切換。原因在于壓氣機和渦輪的流量是匹配設計的，當按照高熱值燃料(如天然氣)設計的燃氣輪機使用燃料熱值差別過大的低熱值燃料(如沼氣)時，如果只更換相應的低熱值燃燒室，會出現兩種結果，一種是為了達到同樣的渦輪進口溫度，渦輪流量大于壓氣機流量，壓氣機的背壓過高，使得機組發生喘振，不能運行；另一種是燃料流量不足，渦輪進口溫度較低，使得整機循環參數下降，效率降低。目前解決辦法，重新匹配壓氣機、渦輪和燃燒室，成本高，風險大；或者重新購買相應燃料的燃氣輪機型號。

同時現有的燃氣輪機空氣啟動系統通過壓縮機組將大氣壓縮，形成高壓工質，通過該高壓工質可以對燃氣輪機進行啟動。該高壓空氣啟動系統需要體積和功率龐大的壓縮機組，不利于規模化推廣應用，尤其是不適用于中小微型燃氣輪機。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種燃氣輪機及運轉方法。本發明包括核心機、自由渦輪組件和啟動裝置，核心機只有開關兩種狀態，通過調節自由渦輪進口溫度調節輸出負載，啟動裝置利用加熱器循環對啟動工質加熱，提高了工質的速度。本發明的裝置使整機變工況情況下輸出平均效率高，且能夠快速啟動燃氣輪機。

本發明的技術方案是：一種燃氣輪機的運轉方法，其特征在于：包括啟動過程和運轉過程，啟動過程為：吹風裝置出風形成工質，工質經過加熱器能量增加，然后該工質吹在壓氣機的葉輪上，壓氣機出氣端再次進入吹風裝置，從而形成循環，直到完成燃氣輪機的啟動；運轉過程為：壓氣機輸出兩路高壓工質，第一路高壓工質驅動主渦輪運動，主渦輪帶動壓氣機旋轉，第二路高壓工質通過換熱器后驅動自由渦輪轉動，自由渦輪通過傳動機構驅動負載運動。