專利名稱：新型利用天然氣輸配管線壓差發(fā)電的聯(lián)合發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于天然氣設(shè)備領(lǐng)域，它涉及一種新型利用天然氣輸配管線壓差發(fā)電的聯(lián)合發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
我國天然氣資源開發(fā)利用的重大工程項目進展迅速，西部地區(qū)和近海海域已開發(fā)了油氣田，“西氣東輸”工程東段已全線貫通，西氣已進入上海，東南沿海的大中型城市也正在實施引進液化天然氣的工程，我國即將進入大規(guī)模使用天然氣的新時期。
根據(jù)天然氣輸配的技術(shù)規(guī)范，天然氣輸配管線及管網(wǎng)分為若干個壓力等級，長輸管線壓力較高，一般為5.0MPa～8.0MPa，到達城市的門站后，高壓天然氣需要減壓到4.0MPa、2.5MPa和1.6MPa后，進入城市高壓管網(wǎng)，然后，城市高壓管網(wǎng)的天然氣在各高中壓調(diào)壓站減壓后進入中壓管網(wǎng)，之后，中壓管網(wǎng)的天然氣還需再次減壓進入低壓管網(wǎng)，最后，通過低壓管網(wǎng)將低壓天然氣輸送至終端用戶。傳統(tǒng)的減壓方法是采用如圖1，圖2中現(xiàn)有的調(diào)壓器3，使現(xiàn)有的上級壓力的天然氣輸配管線1中的高壓天然氣通過現(xiàn)有的調(diào)壓器3產(chǎn)生的節(jié)流過程來降至所要求的壓力，然后輸入現(xiàn)有的下級壓力的天然氣輸配管線2，這樣，高壓天然氣所具有的壓力能白白耗散而未能加以利用，非?？上?。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，經(jīng)過分析和研究，本實用新型首次提出一種利用天然氣輸配管線壓差發(fā)電的聯(lián)合發(fā)電裝置的新構(gòu)思，在實現(xiàn)天然氣減壓的同時將原來減壓過程損失的壓力能轉(zhuǎn)化為軸功率進行發(fā)電。
本實用新型解決技術(shù)問題的技術(shù)方案如下一種新型利用天然氣輸配管線壓差發(fā)電的聯(lián)合發(fā)電裝置，它包括上級壓力的天然氣輸配管線1、下級壓力的天然氣輸配管線2、調(diào)壓器3、閥門4，8，9，11，其特征是它還包括固裝在地基上的由天然氣透平膨脹機51，天然氣透平膨脹機輸出軸511和發(fā)電機52組成的天然氣透平膨脹機發(fā)電機組5，它的天然氣透平膨脹機51的天然氣進氣端口a與分體式熱管換熱器冷凝段72的天然氣出氣端口i相連，它的天然氣透平膨脹機51的天然氣出氣端口b與下級壓力的天然氣輸配管線2相連，它的天然氣透平膨脹機51通過天然氣透平膨脹機輸出軸511與發(fā)電機52相連、固裝在地基上的由內(nèi)燃式燃氣發(fā)動機61，內(nèi)燃式燃氣發(fā)動機輸出軸611和發(fā)電機62組成的內(nèi)燃式燃氣發(fā)動機發(fā)電機組6，它的內(nèi)燃式燃氣發(fā)動機61的天然氣進氣端口c通過閥門8與下級壓力的天然氣輸配管線2相連，它的內(nèi)燃式燃氣發(fā)動機61的空氣進氣端口d與大氣相通，它的內(nèi)燃式燃氣發(fā)動機61的余熱煙氣排氣端口e與分體式熱管換熱器蒸發(fā)段71的煙氣進氣端口f相連，它的內(nèi)燃式燃氣發(fā)動機61通過內(nèi)燃式燃氣發(fā)動機輸出軸611與發(fā)電機62相連或采用固裝在地基上的由壓氣機101，燃燒室102，熱力透平103，轉(zhuǎn)軸104，熱力透平輸出軸1031和發(fā)電機105組成的燃氣輪機發(fā)電機組10，它的壓氣機101的空氣進氣端口j1與大氣相通，它的壓氣機101的高壓空氣出氣端口j2與燃燒室102的高壓空氣進氣端口k1相連，它的燃燒室102的高壓空氣進氣端口k1與壓氣機101的高壓空氣出氣端口j2相連，它的燃燒室102的天然氣進氣端口k2通過閥門11與上級壓力的天然氣輸配管線1相連，它的燃燒室102的高溫高壓煙氣出氣端口k3與熱力透平103的高溫高壓煙氣進氣端口l1相連，它的熱力透平103的高溫高壓煙氣進氣端口l1與燃燒室102的高溫高壓煙氣出氣端口k3相連，它的熱力透平103的余熱煙氣排氣端口l2與分體式熱管換熱器蒸發(fā)段71的煙氣進氣端口f相連，它的壓氣機101通過轉(zhuǎn)軸104與熱力透平103連為一體，它的熱力透平103通過熱力透平輸出軸1031與發(fā)電機105相連、由固裝在地基上的分體式熱管換熱器蒸發(fā)段71，固裝在高架上的分體式熱管換熱器冷凝段72，將分體式熱管換熱器蒸發(fā)段71與分體式熱管換熱器冷凝段72彼此相連的工質(zhì)蒸汽輸送管道73和工質(zhì)液體回流管道74組成的分體式熱管換熱器7，它的分體式熱管換熱器蒸發(fā)段71的煙氣進氣端口f與內(nèi)燃式燃氣發(fā)動機61的余熱煙氣排氣端口e相連或與熱力透平103的余熱煙氣排氣端口l2相連，它的分體式熱管換熱器蒸發(fā)段71的煙氣排氣端口g通過排煙管道與大氣相通，它的分體式熱管換熱器冷凝段72的天然氣進氣端口h通過閥門9與上級壓力的天然氣輸配管線1相連，它的分體式熱管換熱器冷凝段72的天然氣出氣端口i與天然氣透平膨脹機51的天然氣進氣端口a相連。
與現(xiàn)有技術(shù)相比本實用新型的優(yōu)點如下研究結(jié)果表明，新型利用天然氣輸配管線壓差發(fā)電的聯(lián)合發(fā)電裝置是一種能量利用率很高的發(fā)電設(shè)備，既回收利用了天然氣減壓過程中釋放的壓力能，又回收利用了內(nèi)燃式燃氣發(fā)動機發(fā)電機組或燃氣輪機發(fā)電機組發(fā)電過程中產(chǎn)生的廢熱能，由此，可以大幅度地提高天然氣的能源利用率，經(jīng)初步計算，一般的熱電聯(lián)供機組每消耗1NM3的天然氣可發(fā)電約3～3.5kWh，而利用本實用新型的新構(gòu)思，由于回收利用了壓力能和廢熱能，每消耗1NM3的天然氣可發(fā)電7kWh，經(jīng)濟效益非常顯著。
此外，采用分體式熱管換熱器可保證天然氣加熱過程中的安全問題。


圖1為本實用新型含內(nèi)燃式燃氣發(fā)動機發(fā)電機組的新型利用天然氣輸配管線壓差發(fā)電的聯(lián)合發(fā)電裝置示意圖圖1中，1-上級壓力的天然氣輸配管線，2-下級壓力的天然氣輸配管線，3-調(diào)壓器，4、8、9-閥門，5-天然氣透平膨脹機發(fā)電機組，5中包括51-天然氣透平膨脹機，511-天然氣透平膨脹機輸出軸，52-發(fā)電機，a-天然氣進氣端口，b-天然氣出氣端口，6-內(nèi)燃式燃氣發(fā)動機發(fā)電機組，6中包括61-內(nèi)燃式燃氣發(fā)動機，611-內(nèi)燃式燃氣發(fā)動機輸出軸，62-發(fā)電機，c-天然氣進氣端口，d-空氣進氣端口，e-余熱煙氣排氣端口，7-分體式熱管換熱器，7中包括71-分體式熱管換熱器蒸發(fā)段，72-分體式熱管換熱器冷凝段，73-工質(zhì)蒸汽輸送管道，74-工質(zhì)液體回流管道，f-煙氣進氣端口，g-煙氣排氣端口，
h-天然氣進氣端口，i-天然氣出氣端口；圖2為本實用新型含燃氣輪機發(fā)電機組的新型利用天然氣輸配管線壓差發(fā)電的聯(lián)合發(fā)電裝置示意圖圖2中，1-上級壓力的天然氣輸配管線，2-下級壓力的天然氣輸配管線，3-調(diào)壓器，4、9、11-閥門，5-天然氣透平膨脹機發(fā)電機組，5中包括51-天然氣透平膨脹機，511-天然氣透平膨脹機輸出軸，52-發(fā)電機，a-天然氣進氣端口，b-天然氣出氣端口，10-燃氣輪機發(fā)電機組，10中包括101-壓氣機，102-燃燒室，103-熱力透平，1031-熱力透平輸出軸，104-轉(zhuǎn)軸，105-發(fā)電機，j1-空氣進氣端口，j2-高壓空氣出氣端口，k1-高壓空氣進氣端口，k2-天然氣進氣端口，k3-高溫高壓煙氣出氣端口，l1-高溫高壓煙氣進氣端口，l2-余熱煙氣排氣端口，7-分體式熱管換熱器，7中包括71-分體式熱管換熱器蒸發(fā)段，72-分體式熱管換熱器冷凝段，73-工質(zhì)蒸汽輸送管道，74-工質(zhì)液體回流管道，f-煙氣進氣端口，g-煙氣排氣端口，h-天然氣進氣端口，i-天然氣出氣端口。
具體實施方式
在天然氣的輸配過程中，管道內(nèi)的天然氣溫度接近于環(huán)境溫度，高壓天然氣在通過天然氣透平膨脹機膨脹做功的過程中，溫度將大幅下降，當溫度下降到零下溫度時，天然氣內(nèi)含有的水蒸汽將發(fā)生凝結(jié)、凝固而析出冰粒，這些冰粒將會對天然氣透平膨脹機造成損傷，因此，應(yīng)當在較高壓力天然氣進入天然氣透平膨脹機之前對其進行加熱以提高初始溫度，保證其在天然氣透平膨脹機內(nèi)膨脹做功后的溫度仍然高于0℃，這樣，既可以防止天然氣在膨脹做功過程中其內(nèi)部含有的水蒸汽凝結(jié)、凝固析出冰粒損傷天然氣透平膨脹機，又可以增加天然氣透平膨脹機的軸功率。
以天然氣為燃料的內(nèi)燃式燃氣發(fā)動機發(fā)電機組或燃氣輪機發(fā)電機組在發(fā)電過程中，都要產(chǎn)生相當數(shù)量的廢熱，這部分廢熱可以利用作為對進入天然氣透平膨脹機之前的高壓天然氣進行加熱的熱源，因此，本實用新型首次提出將天然氣透平膨脹機發(fā)電機組與以天然氣為燃料的內(nèi)燃式燃氣發(fā)動機發(fā)電機組或燃氣輪機發(fā)電機組以及分體式熱管換熱器組合在一起構(gòu)成利用天然氣輸配管線壓差發(fā)電的聯(lián)合發(fā)電裝置，既回收利用了天然氣輸配管線之間壓力級差轉(zhuǎn)換過程中釋放的壓力能，又回收利用了內(nèi)燃式燃氣發(fā)動機發(fā)電機組或燃氣輪機發(fā)電機組發(fā)電過程中產(chǎn)生的廢熱能，由此，可以大大提高能源的利用率并獲得顯著的經(jīng)濟效益。
本實用新型的新型利用天然氣輸配管線壓差發(fā)電的聯(lián)合發(fā)電裝置有兩套實施方案如圖1所示，在第一套方案中，利用了天然氣輸配管線壓差并設(shè)置了包括由天然氣透平膨脹機51，天然氣透平膨脹機輸出軸511和發(fā)電機52組成的天然氣透平膨脹機發(fā)電機組5、由內(nèi)燃式燃氣發(fā)動機61，內(nèi)燃式燃氣發(fā)動機輸出軸611和發(fā)電機62組成的內(nèi)燃式燃氣發(fā)動機發(fā)電機組6和由分體式熱管換熱器蒸發(fā)段71，分體式熱管換熱器冷凝段72，工質(zhì)蒸汽輸送管道73和工質(zhì)液體回流管道74組成的分體式熱管換熱器7；參見圖1，對本實用新型再作進一步闡述，下級壓力的天然氣輸配管線2中的額定量的下級壓力的天然氣通過閥門8及天然氣進氣端口c進入內(nèi)燃式燃氣發(fā)動機61與從空氣進氣端口d吸入的空氣均勻混合后進入內(nèi)燃式燃氣發(fā)動機61的氣缸以爆燃的方式膨脹做功，并通過內(nèi)燃式燃氣發(fā)動機輸出軸611帶動發(fā)電機62發(fā)電，膨脹做功后的余熱煙氣通過余熱煙氣排氣端口e及煙氣進氣端口f流入分體式熱管換熱器蒸發(fā)段71，煙氣在流經(jīng)分體式熱管換熱器蒸發(fā)段71的過程中逐步將自身的大部分熱量傳給熱管內(nèi)部的工質(zhì)，使其蒸發(fā)升騰經(jīng)工質(zhì)蒸汽輸送管道73送至分體式熱管換熱器冷凝段72，在那里，熱管內(nèi)部的汽態(tài)工質(zhì)又將熱量傳給流經(jīng)分體式熱管換熱器冷凝段72的來自上級壓力的天然氣輸配管線1的天然氣，使其提高初始溫度后再進入天然氣透平膨脹機51膨脹做功，熱管內(nèi)部工質(zhì)在放出熱量之后自身凝結(jié)成液體經(jīng)工質(zhì)液體回流管道74流回分體式熱管換熱器蒸發(fā)段71，又被重新加熱蒸發(fā)，如此不斷進行循環(huán)，這樣，便可以將內(nèi)燃式燃氣發(fā)動機發(fā)電機組6發(fā)電過程中排出的廢熱有效地加以利用來對進入天然氣透平膨脹機51前的上級壓力的天然氣進行加熱以提高其初始溫度，放熱后的煙氣通過煙氣排氣端口g及排煙管道排入大氣；上級壓力的天然氣輸配管線1中的天然氣通過閥門9及天然氣進氣端口h進入分體式熱管換熱器冷凝段72，在流經(jīng)分體式熱管換熱器冷凝段72的過程中被逐步加熱到40.0～200.0℃，加熱后的高壓天然氣通過天然氣出氣端口i及天然氣進氣端口a進入天然氣透平膨脹機51膨脹做功，通過天然氣透平膨脹機輸出軸511帶動發(fā)電機52發(fā)電，在膨脹做功的過程中，天然氣的壓力和溫度都大幅下降，在天然氣透平膨脹機51的天然氣出氣端口b處，天然氣的壓力和溫度都達到其需要的出口值，然后流入下級壓力的天然氣輸配管線2。
如圖2所示，在第二套方案中，與第一套方案的最大區(qū)別在于采用由壓氣機101，燃燒室102，熱力透平103，轉(zhuǎn)軸104，熱力透平輸出軸1031和發(fā)電機105組成的燃氣輪機發(fā)電機組10來代替第一套方案中的內(nèi)燃式燃氣發(fā)動機發(fā)電機組6；參見圖2，一路由與熱力透平103共軸的壓氣機101通過其空氣進氣端口j1吸入空氣并將其壓縮到需要壓力后經(jīng)高壓空氣出氣端口j2及燃燒室102的高壓空氣進氣端口k1輸入燃燒室102，同時，另一路來自上級壓力的天然氣輸配管線1中的額定量的上級壓力的天然氣通過閥門11及天然氣進氣端口k2進入燃燒室102，由所述的兩路高壓空氣和高壓天然氣在燃燒室102內(nèi)均勻混合燃燒，混合燃燒后的高溫高壓煙氣經(jīng)高溫高壓煙氣出氣端口k3及高溫高壓煙氣進氣端口l1進入熱力透平103膨脹做功，通過熱力透平輸出軸1031帶動發(fā)電機105發(fā)電，流經(jīng)熱力透平103膨脹做功后的余熱煙氣通過余熱煙氣排氣端口l2及煙氣進氣端口f流入分體式熱管換熱器蒸發(fā)段71，煙氣在流經(jīng)分體式熱管換熱器蒸發(fā)段71的過程中逐步將自身的大部分熱量傳給熱管內(nèi)部的工質(zhì)，使其蒸發(fā)升騰經(jīng)工質(zhì)蒸汽輸送管道73送至分體式熱管換熱器冷凝段72，在那里，熱管內(nèi)部的汽態(tài)工質(zhì)又將熱量傳給流經(jīng)分體式熱管換熱器冷凝段72的來自上級壓力的天然氣輸配管線1的天然氣，使其提高初始溫度后再進入天然氣透平膨脹機51膨脹做功，熱管內(nèi)部工質(zhì)在放出熱量之后自身凝結(jié)成液體經(jīng)工質(zhì)液體回流管道74流回分體式熱管換熱器蒸發(fā)段71，又被重新加熱蒸發(fā)，如此不斷進行循環(huán)，這樣，便可以將燃氣輪機發(fā)電機組10發(fā)電過程中排出的廢熱有效地加以利用來對進入天然氣透平膨脹機51前的上級壓力的天然氣進行加熱以提高其初始溫度，放熱后的煙氣通過煙氣排氣端口g及排煙管道排入大氣；上級壓力的天然氣輸配管線1中的天然氣通過閥門9及天然氣進氣端口h進入分體式熱管換熱器冷凝段72，在流經(jīng)分體式熱管換熱器冷凝段72的過程中被逐步加熱到40.0～200.0℃，加熱后的高壓天然氣通過天然氣出氣端口i及天然氣進氣端口a進入天然氣透平膨脹機51膨脹做功，通過天然氣透平膨脹機輸出軸511帶動發(fā)電機52發(fā)電，在膨脹做功的過程中，天然氣的壓力和溫度都大幅下降，在天然氣透平膨脹機51的天然氣出氣端口b處，天然氣的壓力和溫度都達到其需要的出口值，然后流入下級壓力的天然氣輸配管線2。
本實用新型采用的各裝置均可以根據(jù)上級壓力的天然氣輸配管線1和下級壓力的天然氣輸配管線2的運行要求通過市場選購配置或由相關(guān)設(shè)備的制造廠家設(shè)計制造，該方案中的閥門4是現(xiàn)有的，閥門8，9，11是新增的市場有購，其現(xiàn)有的調(diào)壓器3在本實用新型中僅是一個備用設(shè)備，它只是在本實用新型進行檢修時才使用。
本實用新型可應(yīng)用于天然氣輸配管線城市門站及各級調(diào)壓站，也可應(yīng)用于天然氣生產(chǎn)氣井口附近的調(diào)壓輸出設(shè)施中，都可取得良好的節(jié)能效果和經(jīng)濟效益。
權(quán)利要求1.一種新型利用天然氣輸配管線壓差發(fā)電的聯(lián)合發(fā)電裝置，它包括上級壓力的天然氣輸配管線(1)、下級壓力的天然氣輸配管線(2)、調(diào)壓器(3)、閥門(4，8，9，11)，其特征是它還包括固裝在地基上的由天然氣透平膨脹機(51)，天然氣透平膨脹機輸出軸(511)和發(fā)電機(52)組成的天然氣透平膨脹機發(fā)電機組(5)，它的天然氣透平膨脹機(51)的天然氣進氣端口(a)與分體式熱管換熱器冷凝段(72)的天然氣出氣端口(i)相連，它的天然氣透平膨脹機(51)的天然氣出氣端口(b)與下級壓力的天然氣輸配管線(2)相連，它的天然氣透平膨脹機(51)通過天然氣透平膨脹機輸出軸(511)與發(fā)電機(52)相連、固裝在地基上的由內(nèi)燃式燃氣發(fā)動機(61)，內(nèi)燃式燃氣發(fā)動機輸出軸(611)和發(fā)電機(62)組成的內(nèi)燃式燃氣發(fā)動機發(fā)電機組(6)，它的內(nèi)燃式燃氣發(fā)動機(61)的天然氣進氣端口(c)通過閥門(8)與下級壓力的天然氣輸配管線(2)相連，它的內(nèi)燃式燃氣發(fā)動機(61)的空氣進氣端口(d)與大氣相通，它的內(nèi)燃式燃氣發(fā)動機(61)的余熱煙氣排氣端口(e)與分體式熱管換熱器蒸發(fā)段(71)的煙氣進氣端口(f)相連，它的內(nèi)燃式燃氣發(fā)動機(61)通過內(nèi)燃式燃氣發(fā)動機輸出軸(611)與發(fā)電機(62)相連或采用固裝在地基上的由壓氣機(101)，燃燒室(102)，熱力透平(103)，轉(zhuǎn)軸(104)，熱力透平輸出軸(1031)和發(fā)電機(105)組成的燃氣輪機發(fā)電機組(10)，它的壓氣機(101)的空氣進氣端口(j1)與大氣相通，它的壓氣機(101)的高壓空氣出氣端口(j2)與燃燒室(102)的高壓空氣進氣端口(k1)相連，它的燃燒室(102)的高壓空氣進氣端口(k1)與壓氣機(101)的高壓空氣出氣端口(j2)相連，它的燃燒室(102)的天然氣進氣端口(k2)通過閥門(11)與上級壓力的天然氣輸配管線(1)相連，它的燃燒室(102)的高溫高壓煙氣出氣端口(k3)與熱力透平(103)的高溫高壓煙氣進氣端口(l1)相連，它的熱力透平(103)的高溫高壓煙氣進氣端口(l1)與燃燒室(102)的高溫高壓煙氣出氣端口(k3)相連，它的熱力透平(103)的余熱煙氣排氣端口(l2)與分體式熱管換熱器蒸發(fā)段(71)的煙氣進氣端口(f)相連，它的壓氣機(101)通過轉(zhuǎn)軸(104)與熱力透平(103)連為一體，它的熱力透平(103)通過熱力透平輸出軸(1031)與發(fā)電機(105)相連、由固裝在地基上的分體式熱管換熱器蒸發(fā)段(71)，固裝在高架上的分體式熱管換熱器冷凝段(72)，將分體式熱管換熱器蒸發(fā)段(71)與分體式熱管換熱器冷凝段(72)彼此相連的工質(zhì)蒸汽輸送管道(73)和工質(zhì)液體回流管道(74)組成的分體式熱管換熱器(7)，它的分體式熱管換熱器蒸發(fā)段(71)的煙氣進氣端口(f)與內(nèi)燃式燃氣發(fā)動機(61)的余熱煙氣排氣端口(e)相連或與熱力透平(103)的余熱煙氣排氣端口(l2)相連，它的分體式熱管換熱器蒸發(fā)段(71)的煙氣排氣端口(g)通過排煙管道與大氣相通，它的分體式熱管換熱器冷凝段(72)的天然氣進氣端口(h)通過閥門(9)與上級壓力的天然氣輸配管線(1)相連，它的分體式熱管換熱器冷凝段(72)的天然氣出氣端口(i)與天然氣透平膨脹機(51)的天然氣進氣端口(a)相連。
專利摘要本實用新型屬于天然氣設(shè)備領(lǐng)域，所涉及的新型利用天然氣輸配管線壓差發(fā)電的聯(lián)合發(fā)電裝置，它包括上級壓力的天然氣輸配管線、下級壓力的天然氣輸配管線、調(diào)壓器、閥門，其特征是它還包括天然氣透平膨脹機發(fā)電機組、內(nèi)燃式燃氣發(fā)動機發(fā)電機組或燃氣輪機發(fā)電機組、分體式熱管換熱器。該裝置是一種能量利用率很高的發(fā)電設(shè)備，既回收利用了天然氣減壓過程中釋放的壓力能，又回收利用了內(nèi)燃式燃氣發(fā)動機發(fā)電機組或燃氣輪機發(fā)電機組發(fā)電過程中產(chǎn)生的廢熱能，由此，可以大幅度地提高天然氣的能源利用率，經(jīng)濟效益非常顯著。本實用新型可應(yīng)用于天然氣輸配城市門站及各級調(diào)壓站，也可應(yīng)用于天然氣生產(chǎn)氣井口附近的調(diào)壓輸出設(shè)施中。
文檔編號F03G7/00GK2755288SQ200420107908
公開日2006年2月1日 申請日期2004年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月3日
發(fā)明者姜小敏, 王財友, 凌志光 申請人:上海工程技術(shù)大學(xué)