天然氣發電餘能綜合利用系統的製作方法

2023-06-05 03:19:17

本發明涉及天然氣與汽輪機發電技術領域，特別是涉及天然氣發電餘能綜合利用系統。

背景技術：

隨著我國西部地區和近海海域油氣田的開發，以及東南沿海的大中型城市液化天然氣的引入，我國的天然氣資源日漸豐富，天然氣利用項目也日漸增多。

由於天然氣管線輸送距離較長，因此需採用高壓輸送方式才能滿足大氣量長距離的輸氣要求，而終端用戶的用氣壓力則較低，天然氣在送給終端用戶使用之前必須進行減壓。通常的做法是通過天然氣調壓站進行減壓，這使天然氣的壓降消耗在克服流動阻力上，同時考慮到輸送的流量，這是一種巨大的能量浪費。

因此，需要一種結合天然氣壓力來發電且能確保天然氣正常傳輸的天然氣發電餘能綜合利用系統。

技術實現要素：

鑑於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種天然氣發電餘能綜合利用系統，用於解決現有技術中天然氣與汽輪機發電中餘能未充分利用的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種天然氣發電餘能綜合利用系統，其包括：與天然氣輸送站相連的天然氣輸送管，以及與天然氣主管網相連的天然氣輸出管系統；

膨脹機發電組件，包括膨脹機，膨脹機的進氣口與天然氣輸送管相連，膨脹機的出氣口與天然氣輸出管系統相連，膨脹發電機是通過利用天然氣輸送過程中的壓力差做功發電；

加熱天然氣裝置，置於所述天然氣輸出管系統中，使天然氣輸出管系統內的天然氣換熱升溫，升溫後的溫度需滿足下遊系統的供氣要求。

優選的，所述天然氣輸送管包括主輸送管和輸送旁路，主輸送管與所述膨脹機的進氣口相連，輸送旁路與所述膨脹機並聯設置。

優選的，所述輸送旁路上還設有調壓閥和流量調節閥。

優選的，所述加熱天然氣裝置為海水換熱器，所述海水換熱器的海水進口、海水出口均與汽輪機海水回收系統相連，汽輪機海水回收系統包括與汽輪機的冷凝管路相連通的海水回收井、以及置於海水回收井內的循環泵，循環泵的出口通過送水管路與所述海水進口相連，所述海水出口通過排水管路與海水回收井相連。

優選的，所述汽輪機的冷凝管路包括與汽輪機中凝汽器相連的進水管、與汽輪機中凝汽器相連的出水管，以及與進水管相連的抽取海水用的送水泵，所述出水管的末端伸入所述海水回收井中。

優選的，所述送水管路上具有一送水支路與所述進水管相連通，所述送水支路上設有開關閥。

優選的，所述排水管路上具有一排水支路與所述進水管相連通，所述排水支路上設有開關閥。

優選的，還包括置於所述天然氣輸送管內的天然氣預熱裝置，所述天然氣預熱裝置的熱源為機組餘熱排水系統中的餘熱水，或者為其他低品位熱源。

優選的，所述天然氣輸出管系統包括多條並聯設置的天然氣支路，至少兩條天然氣支路中設有所述加熱天然氣裝置，所有天然氣支路上均設有調節開關閥。

優選的，所述加熱天然氣裝置為製冷空調，或者冷庫的冷源吸取裝置，或者其他利用餘熱的換熱裝置。

如上所述，本發明的天然氣發電餘能綜合利用系統，具有以下有益效果：天然氣輸送站輸出的天然氣壓力高於下遊天然氣管網所用的天然氣壓力，因而利用膨脹機發電組件來降低天然氣的輸送壓力，但是做功後的天然氣溫度降低很多，不易於直接進入天然氣主管網，因此再利用加熱天然氣裝置來對做功後的天然氣升溫，使天然氣既降壓又溫度符合要求，且降壓處可做功用於發電，而加熱天然氣裝置還可充分利用天然氣的低溫，實現了最充足的餘能利用，天然氣輸送管接入天然氣預熱裝置可利用電廠雜用水或其它低品質熱源，加熱進入膨脹機天然氣溫度，提高其做功能力。

附圖說明

圖1顯示為本發明的天然氣發電餘能綜合利用系統示意圖。

圖2顯示為本發明的汽輪機海水回收系統示意圖。

元件標號說明

1天然氣輸送站

2天然氣輸送管

21輸送支路

22輸送旁路

221緊急切斷閥

222調壓閥

223流量調節閥

3天然氣預熱裝置

4膨脹機

5海水換熱器

6開關閥

7天然氣輸出管系統

71天然氣支路

72調節開關閥

8天然氣主管網

9循環泵

10海水回收井

11送水管路

111送水支路

12排水管路

121排水支路

13送水泵

14進水管

15凝汽器

16出水管

17、18調節閥

具體實施方式

以下由特定的具體實施例說明本發明的實施方式，熟悉此技術的人士可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點及功效。

請參閱圖1至圖2。須知，本說明書所附圖中所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士了解與閱讀，並非用以限定本發明可實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關係的改變或大小的調整，在不影響本發明所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發明所揭示的技術內容所能涵蓋的範圍內。同時，本說明書中所引用的如「上」、「下」、「左」、「右」、「中間」及「一」等的用語，亦僅為便於敘述的明了，而非用以限定本發明可實施的範圍，其相對關係的改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施的範疇。

如圖1所示，本發明提供一種天然氣發電餘能綜合利用系統，其包括：

與天然氣輸送站1相連的天然氣輸送管2，以及與天然氣主管網8相連的天然氣輸出管系統7；

膨脹機發電組件，包括膨脹機4，膨脹機4的進氣口與天然氣輸送管2相連，膨脹機4的出氣口與天然氣輸出管系統7相連，膨脹發電機是通過利用天然氣輸送過程中的壓力差做功發電；本實施例中的膨脹發電機組是通過利用天然氣輸送過程中的壓力差推動轉子做功，產生電能；加熱天然氣裝置，置於所述天然氣輸出管系統中，使天然氣輸出管系統內的天然氣換熱升溫，升溫後的溫度需滿足下遊系統的供氣要求。

本發明中的天然氣輸送站2輸出的天然氣壓力高於天然氣主管網8中天然氣的壓力，因而利用膨脹機發電組件來降低天然氣的輸送壓力，但是做功後的天然氣溫度降低很多，不易於直接進入天然氣主管網，因此再利用加熱天然氣裝置來對做功後的天然氣升溫，使天然氣既降壓又使溫度符合要求，且降壓處可做功用於發電，而加熱天然氣裝置還可充分利用天然氣的低溫，實現了最充足的餘能利用。

本實施例中的天然氣輸送管2還可設有與膨脹機4並聯設置的輸送旁路22，輸送旁路22上可設有開關閥6，與膨脹機相連的天然氣輸送支路上也設有開關閥6，本實施例通過輸送旁路的設置來確保膨脹機故障情況下的緊急切換，保證天然氣的正常輸送。本實施例中的輸送旁路22上還設有緊急切斷閥221、調壓閥222和流量調節閥223，輸送主路和輸送旁路均可對天然氣輸送壓力和輸送流量進行調節，滿足下遊供氣要求。

為提高膨脹機的做功效能，本實施例中還包括置於天然氣輸送管2內的天然氣預熱裝置3，所述天然氣預熱裝置3的熱源為機組餘熱排水系統中的餘熱水，或者為其他低品位熱源；本實施例的天然氣預熱裝置具有與機組餘熱排水系統相連的淡水換熱管路，本實施例中天然氣預熱裝置3其利用汽輪機組中排出的機組餘熱淡水，以此來加熱做功前的天然氣，不僅對膨脹機出口的天然氣升溫，還增加了膨脹機發電能力，進一步利用了機組發電時產生的餘熱能。

為確保整個天然氣輸送系統的正常輸送，本實施例中的天然氣輸送管2包括並聯的主輸送管和輸送支路21，主輸送管上設置上述天然氣預熱裝置3，輸送支路21的設置是作為天然氣預熱裝置檢修隔絕使用，從而不影響正常供氣。

圖1和圖2所示為本發明加熱天然氣裝置的一具體實施例。

如圖1所示，本實施例中的加熱天然氣裝置為海水換熱器5，所述海水換熱器5的海水進口、海水出口均與汽輪機海水回收系統相連，見圖2所示，汽輪機海水回收系統包括與汽輪機的冷凝管路相連通的海水回收井10、以及置於海水回收井10內的循環泵9，循環泵9的出口通過送水管路11與海水換熱器5的海水進口相連，海水換熱器5的海水出口通過排水管路12與海水回收井10相連。本實施例中採用汽輪機海水回收系統中回收到海水回收井中的吸熱升溫後的海水來加熱做功後的低溫天然氣，使做功後的低溫天然氣升溫至大於2℃，使其能符合進入天然氣主管網的所需溫度。本實施例中對汽輪機海水回收系統中的海水熱能進行充分利用，使整個天然氣汽輪機發電系統中的能量得到最大利用，提高能效，節約能源。

為保證對做功後的天然氣正常升溫，本實施例中天然氣輸出管系統7包括多條並聯設置的天然氣支路71，至少兩條天然氣支路71中設有所述海水換熱器5，所有天然氣支路上均設有調節開關閥72。本實施例通過多條並聯設置的天然氣支路來滿足做功後天然氣的正常升溫，並且可根據天然氣的流量來選擇不同的天然氣支路的使用。

如圖2所示，本實施例中的汽輪機的冷凝管路包括與汽輪機中凝汽器15相連的進水管14、與汽輪機中凝汽器15相連的出水管16，以及與進水管14相連的抽取海水用的送水泵13，所述出水管16的末端伸入所述海水回收井10中。圖2所示的實施例中具有四個汽輪機組，每個汽輪機組均配備一個對應的送水泵13，且相鄰的汽輪機組可共用一路進水管和一路出水管。

當汽輪機停機時，為節約能耗，本實施例在送水管路11上具有一送水支路111與所述進水管14相連通，所述送水支路111上設有開關閥17。即當汽輪機停機時，可關閉送水泵13，打開開關閥17，使循環泵9抽取海水回收井中的海水通過送水支路111送入各機組，為各機組的凝汽器提供備用冷卻水，在停機時關閉送水泵可節約送水泵使用的電能等，又為本發明的整個系統達到更好的餘能利用。進一步地，排水管路12上具有一排水支路121與所述進水管14相連通，所述排水支路121上設有開關閥18；本實施例進一步從連接海水換熱器的出水口的排水管路12上連設一排水支路121，使在汽輪機運行或停機時，換熱後的海水經排水支路121後進入各汽輪機組的凝汽器，使機組凝汽器可進一步利用天然氣的冷能。

本實施例中針對天然氣、海水餘熱和機組排水餘熱的利用，主要分為以下幾個能量利用路線：天然氣輸送站1內的高壓天然氣進入天然氣輸送管2中，天然氣輸送管可分為並聯的主輸送管和輸送支路21，輸送支路21根據需要通過閥門來開通，一般天然氣經主輸送管進入膨脹機4內做功並產生電能，且當天然氣經主輸送管內的天然氣預熱裝置3時吸熱，做功後的天然氣降溫進入天然氣輸出管系統7，天然氣的溫度最低至零下20℃以下，在天然氣輸出管系統7內經海水換熱器5吸熱後升溫，升溫後的天然氣至少可達2℃，滿足進入天然氣主管網8的溫度要求。

上述天然氣預熱裝置3中流經的是汽輪機組中的鍋爐定排放水等排出的淡水，淡水經經天然氣預熱裝置後換熱給天然氣，使主輸送管內的天然氣吸收餘熱後升溫。

上述送水泵13抽取海水經進水管14進入汽輪機凝汽器中吸熱，作為凝汽器15的冷源，吸熱後的海水經出水管16排至海水回收井10中，上述循環泵9抽取海水回收井10中的海水通過送水管路11進入海水換熱器5中，此時被回收的海水作為天然氣的熱源，而換熱降溫後的海水再由排水管路12進入海水回收井10中。

當汽輪機組停機或運行時，本實施例中上述循環泵9抽取的海水還可經送水支路111和\或排水支路121進入與汽輪機中凝汽器15相連的進水管14內，此時循環泵抽取的海水作為汽輪機組凝汽器15所用的冷卻水，在汽輪機組停機時，可全部停用各送水泵13。

在汽輪機組運行時，若送水泵13供水有餘量，且海水換熱器用水量亦可滿足的情況下，可以不運行循環泵9，直接通過循環泵13以及送水支路111和調節閥17，直接向凝汽器15和海水換熱器5同時供冷卻水。這樣就不需要增開循環泵9，也可以達到節能的目的。

作為本發明的加熱天然氣裝置的另一具體實施例，本實施例中的加熱天然氣裝置為製冷空調，或者冷庫的冷源吸取裝置，以及其他利用餘熱的換熱裝置。本實施例中把做功後低溫的天然氣作為冷源，使其作為製冷空調或者冷庫的冷源，既能實現天然氣自身的升溫，又能進行冷能的再利用。

綜上所述，本發明的天然氣發電餘能綜合利用系統，其中天然氣輸送站輸出的天然氣為高壓然氣，而天然氣主管網所用天然氣為低壓然氣，因而利用膨脹機發電組件來降低天然氣的輸送壓力，但是做功後的天然氣溫度降低很多，不易於直接進入天然氣主管網，因此再利用加熱天然氣裝置來對做功後的天然氣升溫，使天然氣既降壓又使溫度符合要求，且降壓處可做功用於發電，而加熱天然氣裝置還可充分利用天然氣的低溫，實現了最充足的餘能利用。所以，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。

上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。