[发明专利]一种燃气轮机及运转方法

说明书

本发明涉及燃气轮机领域，特涉及一种燃气轮机及运转方法。本发明包括核心机和自由涡轮组件，核心机只有开关两种状态，通过调节自由涡轮进口温度调节输出负载，从而使整机变工况情况下输出平均效率高。

技术领域

本发明涉及燃气轮机领域，特涉及一种燃气轮机及运转方法。

背景技术

燃气轮机(Gas Turbine)是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。

燃气轮机结构最简单，而且最能体现出燃气轮机所特有的体积小、重量轻、启动快、少用或不用冷却水等一系列优点。燃气轮机在工质和燃气的主要流程中，只有压气机(Compressor)、燃烧室(Combustor)和涡轮(Turbine)这三大部件组成的燃气轮机循环，通称为简单循环。大多数燃气轮机均采用简单循环方案。

压气机从外界大气环境吸入工质，并经过轴流式压气机逐级压缩使之增压，同时工质温度也相应提高；压缩工质被压送到燃烧室与喷入的燃料混合燃烧生成高温高压的气体；然后再进入到涡轮中膨胀做功，推动涡轮带动压气机和外负荷转子一起高速旋转，实现了气体或液体燃料的化学能部分转化为机械功，并输出电功。从涡轮中排出的废气排至大气自然放热。这样，燃气轮机就把燃料的化学能转化为热能，又把部分热能转变成机械能。通常在燃气轮机中，压气机是由涡轮膨胀做功来带动的，它是涡轮的负载。在简单循环中，涡轮发出的机械功有1/2到2/3左右用来带动压气机，其余的1/3左右的机械功用来驱动发电机。

采用简单循环的燃气轮机以及回热循环的燃气轮机在低负荷情况下运行效率低，采用可变工况设计以及间冷再热循环的燃气轮机虽然在低负荷情况下运行效率有所提高，但是采用可变工况设计的燃气轮机设计难度大，加工成本高，控制规律复杂；采用间冷再热循环的燃气轮机控制响应慢，结构复杂。

另外燃气轮机本身只能提供电/功和热，如果需要提供冷的话需要额外添加其他设备如溴冷机或空调压缩机组实现。

同时，现有技术还存在以下问题：整机性能按指定燃料设计，能够通过更换燃烧室在热值相近的燃料种类之间切换。原因在于压气机和涡轮的流量是匹配设计的，当按照高热值燃料(如天然气)设计的燃气轮机使用燃料热值差别过大的低热值燃料(如沼气)时，如果只更换相应的低热值燃烧室，会出现两种结果，一种是为了达到同样的涡轮进口温度，涡轮流量大于压气机流量，压气机的背压过高，使得机组发生喘振，不能运行；另一种是燃料流量不足，涡轮进口温度较低，使得整机循环参数下降，效率降低。目前解决办法，重新匹配压气机、涡轮和燃烧室，成本高，风险大；或者重新购买相应燃料的燃气轮机型号。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种燃气轮机及运转方法。本发明包括核心机和自由涡轮组件，核心机只有开关两种状态，通过调节自由涡轮进口温度调节输出负载，从而使整机变工况情况下输出平均效率高。

本发明的技术方案是：一种燃气轮机的运转方法，其特征在于：压气机输出两路高压工质，第一路高压工质驱动主涡轮运动，主涡轮带动压气机旋转，第二路高压工质通过换热器后驱动自由涡轮转动，自由涡轮通过传动机构驱动负载运动。

根据如上所述的一种燃气轮机的运转方法，其特征在于：主涡轮输出功率大于压气机消耗功率，且主涡轮输出功率小于压气机消耗功率的1.05倍。

根据如上所述的一种燃气轮机的运转方法，其特征在于：第二路高压工质的流量为压气机进口流量的20％至60％。

本发明还公开了一种燃气轮机，包括核心机和自由涡轮组件，核心机包括压气机、燃烧室、主涡轮，其特征在于：压气机输出两路高压工质，其中一路高压工质经燃烧室与主涡轮连接，第二路高压工质送入自由涡轮组件；自由涡轮组件包括换热器、自由涡轮、负载、传动机构，换热器输入口与压气机输出口连接，换热器输出口与自由涡轮连接，自由涡轮通过传动机构与负载连接。