CN114876641A - 一种利用lng气化冷能的燃气轮机进气冷却系统及其工作方法 - Google Patents

一种利用lng气化冷能的燃气轮机进气冷却系统及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种利用LNG气化冷能的燃气轮机进气冷却系统及其工作方法，属于节能技术领域。包括LNG储罐、LNG升压泵、第一换热器、第二换热器和温度及相对湿度传感器；LNG储罐与LNG升压泵连接，LNG升压泵通过换热器入口管道的两条支路分别与第一换热器和第二换热器的管侧入口连接；第一换热器设在燃机入口过滤器进口前部；第一换热器和第二换热器的管侧出口连接至换热器出口管道，换热器出口管道与燃气轮机的天然气供气系统入口连接；第二换热器与环境中的空气换热，流经第一换热器的空气经燃机入口过滤器进入燃气轮机；温度及相对湿度传感器设在燃机入口过滤器的入口处。本发明能够有效利用LNG气化冷能、降低能耗，同时增加机组发电出力。

Description

一种利用LNG气化冷能的燃气轮机进气冷却系统及其工作 方法
技术领域
本发明属于节能技术领域，具体涉及一种利用LNG气化冷能的燃气轮机进气冷却系统及其工作方法。
背景技术
燃气轮机及联合循环机组具有启停速度快、烟气排放低、建设周期短、占地面积小等优点，在电力系统中应用较为广泛。空气经过滤处理后，通过燃气轮机入口后的压气机压缩，与天然气供气系统供给的天然气或燃油等燃料混合燃烧，产生的高温烟气推动透平做功。
大部分天然气通过LNG运输船输送到港口储存后再通过汽车、火车液态运输到用户。为了节约运输成本和消耗，在LNG码头及储存库附近配套建设了大批燃气轮机发电机组。LNG(液化天然气)为低温液体，通常温度在-162.5℃以下，在进入燃气轮机燃烧做功前，需要先在空气中吸热，气化为常温下的气体状态。在这一过程中，大量的气化冷量排放到空气中，造成了能量的损失。同时，由于自身设计特点，燃气轮机的出力会随着入口空气的温度升高而降低，在炎热的夏季，经常会出现因环境温度高而导致燃气轮机发电机组无法达到设计满负荷运行(高温炎热天气会导致机组最大出力下降近10％)，降低了机组应峰度夏发电能力，损失了大量发电收入。
当前一些机组通过优化设计，采取在燃机空气入口安装制冷空调的方式来降低入口空气温度、提高出力，但是这样会消耗大量电力、蒸汽等能源，经济性打了折扣。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种利用LNG气化冷能的燃气轮机进气冷却系统及其工作方法，能够有效利用LNG气化冷能，同时增加机组发电出力。
本发明是通过以下技术方案来实现：
本发明公开了一种利用LNG气化冷能的燃气轮机进气冷却系统，包括LNG储罐、LNG升压泵、第一换热器、第二换热器和温度及相对湿度传感器；LNG储罐与LNG升压泵连接，LNG升压泵通过换热器入口管道的两条支路分别与第一换热器和第二换热器的管侧入口连接；第一换热器设在燃机入口过滤器进口前部；第一换热器和第二换热器的管侧出口连接至换热器出口管道，换热器出口管道与燃气轮机的天然气供气系统入口连接；第二换热器与环境中的空气换热，流经第一换热器的空气经燃机入口过滤器进入燃气轮机；温度及相对湿度传感器设在燃机入口过滤器的入口处。
优选地，换热器入口管道与第一换热器连接的支路上设有第一调节阀门，换热器入口管道与第二换热器连接的支路上设有第二调节阀门。
进一步优选地，温度及相对湿度传感器、第一调节阀门和第二调节阀门分别连接至PID控制器。
优选地，第一换热器和第二换热器为翅片式换热器。
优选地，第一换热器和第二换热器均为模块化结构，模块的数量可调。
优选地，换热器出口管道上设有混气装置和混气阀。
优选地，第一换热器与燃机入口过滤器的进口紧密连接。
本发明公开的上述利用LNG气化冷能的燃气轮机进气冷却系统的工作方法，包括：
当环境温度低不需要对燃气轮机进气进行冷却时，关闭第一换热器所在支路，开启第二换热器所在支路，LNG升压泵出口的LNG全部经第二换热器吸热蒸发，进入燃气轮机的天然气供气系统；
当环境温度高需要对燃气轮机进气进行冷却时，开启第一换热器和第二换热器所在支路，根据预设的燃机入口过滤器前的空气温度，与温度/相对湿度传感器测量的实际空气温度比对，通过PID算法，输出控制指令调节第一换热器所在支路的流量，达到控制燃机入口空气温度的目的；通过调整第二换热器所在支路的流量，满足燃气轮机的用气要求。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的一种利用LNG气化冷能的燃气轮机进气冷却系统，当需要对燃气轮机的进气进行冷却时，通过抽取部分LNG在燃气轮机入口处吸热气化，可以充分利用-162.5℃的LNG的气化冷量，可以有效利用原本排放到空气中的大量冷量，燃气轮机入口空气在换热器中将热量交换给天然气，可以降低进入到燃气轮机中压气机的空气温度，提高同等环境温度下的燃气轮机发电出力；同时，不采用额外制冷机降温，减少了制冷电耗或汽耗，节约了能源，增加了燃机出力，具有较高的经济性。另外，通过温度及相对湿度传感器实时反馈燃机入口过滤器前的空气温度，对LNG的流量进行实时控制，实现系统的动态调节，具有可调性和运行的连续、可靠性。
进一步地，换热器入口管道与第一换热器连接的支路上设有第一调节阀门，换热器入口管道与第二换热器连接的支路上设有第二调节阀门，能够调节两条支路的流量。
更进一步地，通过PID控制器能够根据温度及相对湿度传感器实时反馈的温度信息，对两条支路的流量进行动态调节。
进一步地，第一换热器和第二换热器采用翅片式换热器，传热性能良好、稳定，空气通过阻力小。
进一步地，第一换热器和第二换热器均为模块化结构，模块的数量可调，能够根据换热容量要求增减模块的数量。
进一步地，换热器出口管道上设有混气装置和混气阀，能够使两条支路的天然气充分混合后进入燃气轮机。
进一步地，第一换热器与燃机入口过滤器的进口紧密连接，能够使在换热器中被冷却降温的空气全部进入燃气轮机中做功，保证冷量被充分利用。
本发明公开的上述利用LNG气化冷能的燃气轮机进气冷却系统的工作方法，自动化程度高，充分利用了LNG的冷能、节约了能耗、增加了机组发电出力。
附图说明
图1为本发明的系统整体结构示意图。
图中：1为LNG储罐、2为LNG升压泵、3为换热器入口管道、4为第一调节阀门、5为第二调节阀门、6为第一换热器、7为第二换热器、8为换热器出口管道、9为温度及相对湿度传感器、10为燃机入口过滤器、11为燃气轮机、12为余热锅炉、13为烟囱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述，其内容是对本发明的解释而不是限定：
如图1，为本发明的利用LNG气化冷能的燃气轮机进气冷却系统，包括LNG储罐1、LNG升压泵2、第一换热器6、第二换热器7和温度及相对湿度传感器9；LNG储罐1与LNG升压泵2连接，LNG升压泵2通过换热器入口管道3的两条支路分别与第一换热器6和第二换热器7的管侧入口连接；第一换热器6设在燃机入口过滤器10进口前部；第一换热器6和第二换热器7的管侧出口连接至换热器出口管道8，换热器出口管道8与燃气轮机11的天然气供气系统入口连接；第二换热器7与环境中的空气换热，流经第一换热器6的空气经燃机入口过滤器10进入燃气轮机11；温度及相对湿度传感器9设在燃机入口过滤器10的入口处。
在本发明的一个较优的实施例中，换热器入口管道3与第一换热器6连接的支路上设有第一调节阀门4，换热器入口管道3与第二换热器7连接的支路上设有第二调节阀门5。优选地，温度及相对湿度传感器9、第一调节阀门4和第二调节阀门5分别连接至PID控制器。
在本发明的一个较优的实施例中，第一换热器6和第二换热器7为翅片式换热器。
在本发明的一个较优的实施例中，第一换热器6和第二换热器7均为模块化结构，模块的数量可调。
在本发明的一个较优的实施例中，换热器出口管道8上设有混气装置和混气阀。
在本发明的一个较优的实施例中，第一换热器6与燃机入口过滤器10的进口紧密连接。
下面结合本发明的工作原理和工作方法对本发明进行进一步地解释说明：
LNG储罐1中储存的液化天然气，经LNG升压泵2提升压力后，输送向燃气轮机用户，LNG升压泵2出口的低温液体分为两路，其中一路与第一换热器6的管侧入口相连通，另一路与第二换热器7的管侧入口相连通，第一换热器6与第二换热器7管侧出口汇集在一起后，与燃气轮机11的天然气供气系统相连通；
环境中的空气自然流经第二换热器7，与管侧的LNG换热后排入大气；一部分环境中的空气自然流经第一换热器6，与管侧的LNG换热后，经过燃机入口过滤器10，进入燃气轮机11，燃气轮机11的出口与余热锅炉12的入口相连通，余热锅炉12排出的烟气经烟囱13排入大气。
燃机入口过滤器10的入口处设置有温度/相对湿度传感器9，其中，控制器与温度/相对湿度传感器9及换热系统相连接。
燃气轮机及联合循环机组运行时，LNG储罐1中的LNG气化后，通过天然气供气系统进入燃气轮机11，与通过燃机入口过滤器的环境温度的空气混合，在燃气轮机11的燃烧室中混合燃烧做功，做功后的热烟气进入余热锅炉12排出余热后，通过烟囱13排入大气。
当冬季或环境温度较低，不需要投入燃气轮机进气冷却系统时，关闭第一调节阀门4，开启第二调节阀门5，LNG升压泵2出口的LNG全部经第二换热器7吸热蒸发，进入燃气轮机11的天然气供气系统。
当夏季或环境温度较高，需要投入燃气轮机进气冷却系统时，将第一调节阀门4和第二调节阀门5投入自动控制，在控制器中输入燃机入口过滤器10前的目标空气温度，与温度/相对湿度传感器9测量的实际空气温度比对，通过PID算法，输出控制指令至第一调节阀门4，通过调整第一调节阀门4的开度，控制进入第一换热器6中的LNG流量，从而达到控制燃机入口空气温度的目的；通过调整第二调节阀门5的开度，控制天然气流量满足燃气轮机11的用气要求，实现进气冷却系统的设计理念。
以上所述，仅为本发明实施方式中的部分，本发明中虽然使用了部分术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了方便的描述和解释本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。以上所述仅以实施例来进一步说明本发明的内容，以便于更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。

Claims (8)

1.一种利用LNG气化冷能的燃气轮机进气冷却系统，其特征在于，包括LNG储罐(1)、LNG升压泵(2)、第一换热器(6)、第二换热器(7)和温度及相对湿度传感器(9)；LNG储罐(1)与LNG升压泵(2)连接，LNG升压泵(2)通过换热器入口管道(3)的两条支路分别与第一换热器(6)和第二换热器(7)的管侧入口连接；第一换热器(6)设在燃机入口过滤器(10)进口前部；第一换热器(6)和第二换热器(7)的管侧出口连接至换热器出口管道(8)，换热器出口管道(8)与燃气轮机(11)的天然气供气系统入口连接；第二换热器(7)与环境中的空气换热，流经第一换热器(6)的空气经燃机入口过滤器(10)进入燃气轮机(11)；温度及相对湿度传感器(9)设在燃机入口过滤器(10)的入口处。
2.根据权利要求1所述的利用LNG气化冷能的燃气轮机进气冷却系统，其特征在于，换热器入口管道(3)与第一换热器(6)连接的支路上设有第一调节阀门(4)，换热器入口管道(3)与第二换热器(7)连接的支路上设有第二调节阀门(5)。
3.根据权利要求2所述的利用LNG气化冷能的燃气轮机进气冷却系统，其特征在于，温度及相对湿度传感器(9)、第一调节阀门(4)和第二调节阀门(5)分别连接至PID控制器。
4.根据权利要求1所述的利用LNG气化冷能的燃气轮机进气冷却系统，其特征在于，第一换热器(6)和第二换热器(7)为翅片式换热器。
5.根据权利要求1所述的利用LNG气化冷能的燃气轮机进气冷却系统，其特征在于，第一换热器(6)和第二换热器(7)均为模块化结构，模块的数量可调。
6.根据权利要求1所述的利用LNG气化冷能的燃气轮机进气冷却系统，其特征在于，换热器出口管道(8)上设有混气装置和混气阀。
7.根据权利要求1所述的利用LNG气化冷能的燃气轮机进气冷却系统，其特征在于，第一换热器(6)与燃机入口过滤器(10)的进口紧密连接。
8.根据权利要求1～7任意一项所述的利用LNG气化冷能的燃气轮机进气冷却系统的工作方法，其特征在于，包括：
当环境温度低不需要对燃气轮机进气进行冷却时，关闭第一换热器(6)所在支路，开启第二换热器(7)所在支路，LNG升压泵(2)出口的LNG全部经第二换热器(7)吸热蒸发，进入燃气轮机(11)的天然气供气系统；
当环境温度高需要对燃气轮机进气进行冷却时，开启第一换热器(6)和第二换热器(7)所在支路，根据预设的燃机入口过滤器(10)前的空气温度，与温度/相对湿度传感器(9)测量的实际空气温度比对，通过PID算法，输出控制指令调节第一换热器(6)所在支路的流量，达到控制燃机入口空气温度的目的；通过调整第二换热器(7)所在支路的流量，满足燃气轮机(11)的用气要求。
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