天然氣管網壓力能在燃氣輪機作功領域的回收利用方法及裝置的製作方法

2023-04-23 14:21:41 4

專利名稱：天然氣管網壓力能在燃氣輪機作功領域的回收利用方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種天然氣壓力能回收方法及裝置，特別是基於渦流管降壓的天然氣管網壓力能回 收方、法及裝置，屬氣體儲l^卩分配技術領域。
背景技術：
天然氣是一種頓、高效、清潔的能源。近幾傳來頓天然氣工業發M3I^很快，天然氣 在世界一次能源結構中的比例也不斷提高,1981年為9. 9%， 20世鄉抹為23%,目前，在一些發達國 家，這一比例已經達到25%以上。我國也在加快天然氣工業的，，計劃到2010年使得天然氣在 我國能源消費結構中所佔的比重達到6%，到2020年達到10%。
天然氣工業發展的經驗表明，管道是天然氣發展必要環節，是溝通氣田與天然氣用戶的重要紐 帶。隨著技術的發展，天然氣管網的輸氣能力和輸氣壓力不斷提高，如"西氣東輸"工程，設計輸 氣量120億立方/年，輸氣壓力高達10MPa，"西氣東輸二線"工程，設計輸氣量300 {拉方/年， 最高設計輸氣壓力12MPa。這種壓力氣體^li^巨大的壓力能量，但是這種壓力g隨常在ffl31調節 閥調壓過程中被白白釋放掉。因此，在天然氣^t^佔、城市門站等降壓過程中造成了巨大的能量損 失，回收這部分壓力能將具有很大的經濟玄媼。回收這部分壓力倉g技術上可以Mi脹豐脈實現， 從而獲得膨脹功和製冷效應，{10脹機結構複雜，運行維護等方面要求比較高，導致回收成本高。
渦流管是一種通過一個內部器件來控制和達到所需溫度和流量的裝置，其主要構成包括進氣
管、噴嘴、渦流室、分離孔板和冷熱兩端管。高壓氣體由進氣管i4A噴嘴，膨脹降壓後^"t刀線方向
進入渦流室，形成自由流，經動能交換分離淑鵬不等的兩部分，中心部分為^H流，邊緣部分為
熱氣流，分別從渦流管的兩端流出，冷熱氣流的比例可以調節。然而，渦流管主要用於製冷、氣體
混合物的分離、氣體的千燥等場合，在燃氣輪機作功發電領域尚未見其被利用的J隨。

發明內容
本發明用於克服己有技術的缺陷而提供一種天然氣管網壓力能在燃氣輪機作功領域的回收利 用方法，本發明還要掛共利用這種方法的裝置。 本發明所稱問題是以下述技術方案解決的一種天然氣管網壓力能在燃氣輪機作功領域的回收利用方法，其特別之處是-它將管網高壓天 然氣經渦流管降壓後所產生的y^H流和熱氣流分別導出，其中，^H流在換熱器中ffi3^中流換熱形 式吸收沿相反方向流動的空氣和燃氣輪機排氣的熱量升^g，與上述熱氣流匯^4A燃氣輪秘且的
燃燒室；經由換熱器皮冷天然氣流降溫後的空氣直接進入燃氣輪機組的壓氣機，在壓氣機提高壓力 後導入燃氣輪機組的燃燒室，在燃燒室中，天然氣與空氣混合燃燒，高溫高壓燃氣混合4,動燃氣 輪機作功，驅動發電機或其它耗功設備。
一種天然氣管網壓力能在燃氣輪機作功領域的回收利用裝置，構成中包括渦流管、汽水分離 器、第一換熱器、燃氣輪機組和相應的連接管路；所述燃氣輪機組由壓氣機、燃燒室、燃氣輪機和 耗功設備組成；所述渦流管)^t流端由y^流管路經第一換熱器翻燃燒室，渦流管熱氣流端由熱
氣流管路與冷氣流管路匯合後進入燃燒室；空氣管路經第一換熱器m壓氣機、再經壓氣ini^i燃
燒室，高溫高壓燃氣管路魏燃燒室與燃氣輪機。
上述天然氣管網壓力能在燃氣輪機作功領域的回收利用裝置，增設第二換熱器，所述第二換 熱器連接於^流管路和燃氣輪機的排氣餘熱管路中。
上述天然氣管網壓力能在燃氣輪機作功領域的回收禾,裝置，增設汽水分離器，所述汽水分 離器連接於壓氣機前端的空氣管路中。
上述天然氣管網壓力能在燃氣輪機作功領域的回收利用裝置，所述渦流管為多組，各渦流管 之間為並聯，渦流管的進氣管上設有調節閥。
上述天然氣管網壓力能在燃氣輪機作功領域的回收利用裝置，所職功設備為發電機、泵或 壓縮機等。
本發明針對高壓天然氣鄰繊、城市門站等降壓過程中造成巨大能量損失的問題，設計了採用 渦流管為調壓部件的天然氣壓力能回收方法及裝置，其主要特點如下l.有效回收利用天然氣管網 壓力能，使其中的能量得以利用；2.選用構造簡單、造價低廉、工作穩定的渦流管完成天然氣降壓 調壓過程；3.渦流管導出的低^^然氣流7賴P燃氣輪機iaffi氣機的進氣，然後進一步回 氣輪機 排氣餘熱後再與熱氣流混^SA燃氣輪機燃燒室，由於壓氣機的進氣被天然氣^H流冷卻後鵬降 低，密度提高，增大了SA壓氣機空氣的質量流量，因M"大大提高燃氣輪機的出力和經濟性，使 壓力能得到了有效的利用。戰方法可用於天然氣的4頓與供給間存在壓差、需要調壓的場合，利 用渦流管降壓後產生^n流和熱氣流還可以用於其它不同的運行場合。


圖1是本發明裝置的結構原理示意圖。
附圖中標號標如下l.高壓天然氣管路；2.調節亂3.渦流管；3 — 1.渦流管7t^流端； 3_2.渦流管熱氣流端；4.第一換賣織；5.汽水分離器；6.第二換熱器；7.壓氣機；8.燃燒室； 9.燃氣輪機；IO.耗功設備；11.熱氣流管路；12.高溫高壓燃氣管路；13.冷氣流管路；14.排 氣餘熱管路；15.空氣管路。
具體實施例方式
本發明的設計思路為選用渦流管為調壓部件，將高壓天然氣的壓力能經渦流管降壓後所產生 的7^t流和熱氣流分別輸出，其中，7tn^g換熱器吸鵬流空氣和燃氣輪機排氣的熱量升^g，
與熱氣流匯^a入燃氣輪機組的燃燒室；而經由換熱器冷氣流降溫的空氣進入燃氣輪機組的壓氣
機，提高壓力後再導入燃氣輪機組的燃燒室。
本發明用渦流管代替通常的壓力調節閥調節天然氣的壓九不但實現了壓力調節的目的，而且 可以有效利用同時產生的冷天然氣流和熱天然氣流，使SA壓氣機的空氣被天然氣^^流冷卻後溫
度降低，密度提高，增大了ax壓氣機空氣的質量流量，因而可大大提高燃氣輪機的出力和經濟性。
燃氣輪機組通常由空氣壓縮機和燃氣輪機等組成，空氣從環境狀態吸入空氣壓縮機，在壓縮機 中壓力和糹鵬都將提高，然後SA燃燒室與燃料混合燃燒產生高溫高壓燃氣混合物，推動燃氣輪機 對外輸出功量。燃氣輪豐似寸進口空氣的鵬比較敏感,在高溫季節或年平均氣溫較高的地區，燃氣輪
機的出力和效率往往低於標準工況。aA壓縮機空氣的糹鵬降低，34A壓縮機空氣的質量流量增大，
燃氣輪機出力增大，熱耗率降低，因此希望進氣》鵬儘可能低。但進氣鵬受大氣環境影響，為了
降低壓氣ma氣鵬，改善燃氣輪機的循環性能，通常都殺用蒸髮式、吸收奴蓄冰式等AX冷
卻的方、 妹斷氏進口空氣f鵬，然而，這些方法都需要消耗的能量而且系統比較複雜。採用本發明 中調壓過程中渦流管產生的冷天然氣流冷卻壓氣機的進氣，設備結構簡單，無運動部件，維護工作 量很小，經濟實用。
參看圖l，本發明裝置由渦流管3、換熱器4、汽水分離器5、第一換熱器4、第二換熱器6、 燃氣輪機組和各連接管路糹賊，燃氣輪機組包括壓氣機7、燃燒室8、燃氣輪機9和耗功設備10， 耗功設備為發電機、泵皿縮機等，由燃氣輪機9驅動耗功設備。所用渦流管的數目據其需要而定， 各渦流管釆用並聯方式連接，各渦流管的進氣管與高壓天然氣管路1 ■，為調節天然氣的進氣量， 在渦流管的進氣管上設有調節閥2。各渦流管冷氣流端3—1由冷氣流管路13經第一換熱器、第二 換熱^ISffi燃燒室，渦流管熱氣流端3—2由熱氣流管路11與從第二換賣備器導出的經過換熱升糹顯的^H流管匯合共同SA燃燒室，空氣管路15經第一換熱器和汽水分離器5後34A壓氣機、再經壓 氣la^ffi燃驗，高溫高壓燃氣管路12翻燃燒室與燃氣輪機。燃氣輪機9的桐汽餘熱管路14
翻第二換熱器。換熱器可採用氣-氣表面式換熱器，當然，也可採用其他形式的散熱器。
本發明裝置的工作過程如下具有壓力能的高壓天然氣由高壓天然氣管路1經過各並聯的調節閥2
後導入各渦流管3，經渦流管降壓後產生的冷氣流和熱氣流由渦流管的兩個出口端輸出。其中，各
渦流管;^t流端3—1流出的低溫低壓天然氣通過第一換關鄉，並在第一換熱器中吸收逆流空氣的
熱量，然後再ffi31第二換熱器進一步回收燃氣輪m^氣餘熱。渦流管熱氣流端3—2流出的高溫低 壓天然氣與從第二換熱器流出的升溫後的天然氣匯，入燃燒室8。來自環境狀態的空氣在第一換 熱器中被低溫天然氣流冷卻降溫後經汽7R分離器5 J4A壓氣機7，在壓氣機提高壓力後導入燃燒室。
在燃燒室中，天然氣與空氣混合燃燒，高溫高壓燃氣混合物iaA燃氣輪機9作功，驅動耗功設備10。
權利要求
1. 一種天然氣管網壓力能在燃氣輪機作功領域的回收利用方法，其特徵在於它將管網高壓天然氣經渦流管降壓後所產生的冷氣流和熱氣流分別導出，其中，冷氣流在換熱器中吸收逆流空氣和燃氣輪機排氣的熱量升溫後，與上述熱氣流匯合進入燃氣輪機組的燃燒室；經由換熱器降溫的空氣進入燃氣輪機組的壓氣機，由壓氣機提高壓力後導入燃氣輪機組的燃燒室，在燃燒室中，天然氣與空氣混合燃燒，高溫高壓燃氣混合物進入燃氣輪機作功，驅動發電機或其它耗功設備。
2. —種天然氣管網壓力能在燃氣輪機作功領域的回收利用裝置，其特徵在於構成中包括渦流管(3)、汽7R分離器(5)、第一換熱器(4)、燃氣輪豐;ii且和相應的連接管路；所述燃氣輪機組由壓氣機(7)、燃燒室(8)、燃氣輪機(9)和耗功設備(10)構成；所述渦流管7^流端(3 — 1) 由Jt^流管路(13)經第一換熱器mi燃燒室，渦流管熱氣流端(3—2)由熱氣流管路(11)與冷氣流管路(13)匯合後;iaA燃燒室；空氣管路as)經第一換熱器 壓氣機、再經壓氣inisi燃燒室，高溫高壓燃氣管路(12)艦燃燒室與燃氣輪機。
3. 根據權利要求2所述的天然氣管網壓力能在燃氣輪機作功領域的回收利用裝置，其特徵在 於，增設第二換熱器(6)，所述第二換熱器(6)連接於7^流管路(13)和燃氣輪機的排氣餘熱 管路(14)中。
4. 根據權利要求3戶jM的天然氣管網壓力能在燃氣輪機作功領域的回收利用裝置，^#徵在 於，增設汽水分離器(5)，戶7M汽水分離器連接於壓氣機(7)前端的空氣管路(15)中。
5. 根據權利要求2、 3或4所述的天然氣管網壓力能在燃氣輪機作功領域的回收利用裝置， 其特徵在於，所述渦流管為多組，各渦流管之間為並聯，渦流管的進氣管上設有調節閥(2)。
6. 根據權利要求5所述的天然氣管網壓力能在燃氣輪機作功領域的回收禾,裝置，期寺徵在於，戶;f^功設備(io)為發電機、泵m縮機等。
全文摘要
一種天然氣管網壓力能在燃氣輪機作功領域的回收利用方法及裝置，用於解決高壓天然氣降壓中能量損失的問題。其技術方案為將高壓天然氣經渦流管降壓後產生的冷氣流、熱氣流分別輸出，冷氣流通過在換熱器中吸收逆流空氣和燃氣輪機排氣的熱量升溫後，與熱氣流匯合進入燃氣輪機組的燃燒室；由換熱器降溫的空氣進入燃氣輪機組的壓氣機提高壓力後導入燃氣輪機組的燃燒室，在燃燒室中，天然氣與空氣混合燃燒，使燃氣輪機作功，驅動耗功設備。本發明選用渦流管完成天然氣降壓調壓過程，將低溫天然氣流冷卻壓氣機進氣溫度，使進氣質量流量增大，因而可大大提高燃氣輪機的出力和經濟性，使壓力能得到了有效的利用。
文檔編號F02C7/22GK101280723SQ200810055178
公開日2008年10月8日 申請日期2008年5月29日 優先權日2008年5月29日
發明者論立勇, 謝英柏 申請人:華北電力大學