CN102493851B - 整体式天然气压缩机节能技术利用装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对整体式天然气压缩机尾气余能利用的整体式天然气压缩机节能技术利用装置，该装置主要包括控制器、整体式天然气压缩机自适应燃气量调节系统I、有机朗肯循环废气余能转化机械能系统II和机械能传动与利用系统III。有机朗肯循环废气余能转化机械能系统II通过将整体式天然气压缩机自适应燃气量调节系统I中整体式天然气压缩机上排气总管中的废气余能转化为气动马达的转动动能，并将机械能传动与利用系统III中气动马达的转动动能通过动力分配箱同时或分别用于整体式天然气压缩机、驱动天然气压缩机和发电机发电，从而实现对整体式天然气压缩机废气能量的利用。该装置具有结构简单，废气余能利用量高的特点。

Description

整体式天然气压缩机节能技术利用装置

技术领域

本发明属整体式天然气压缩机节能技术利用领域，具体涉及整体式天然气压缩机废气能量通过朗肯循环废气余能利用系统转化为气动马达的转动动能，并将转动动能转化为电能以及其它形式机械能的装置。

背景技术

随着经济的快速发展，我国能源短缺现象日趋严重，节能问题已成为世界普遍关心的问题。在动力机械行业中，动力机械降低燃料消耗量和排放尾气余能的利用，成为研究的热点。

整体式天然气压缩机是以天燃气为动力燃气，输出的机械能将低压进气压缩为高压出气的动力机械；排出的高温废气带走了相当于有效功率的热能，此部分能量如果有效利用能够产生巨大的经济效益。在废气余能利用技术装置中，吸收式制冷、热能直接利用实效性较差且温差发电目前尚处于原理性研究阶段；整体式天然气压缩机在降低燃气消耗量方面也处于研究阶段。

发明内容

本发明的目的是提供一种整体式天然气压缩机节能技术利用装置，以解决整体式天然气压缩机废气能量回收利用转化为其他形式能量的问题，该系统能够将整体式天然气压缩机废气能量通过朗肯循环废气余能转化系统转化为气动马达的转动动能，然后利用机械能传动与利用系统将气动马达的转动动能转化为电能以及其他形式的机械能，从而实现对整体式天然气压缩机废气能量的利用；同时，该系统能够依据压缩机工作状态、压缩天然气出口压力需求来实现对动力燃气量的自动调节，同时能够根据气动马达工作状态自动调节工质泵工作频率，以确定适宜的工质流量使废气能量利用率最高；传动系统采用液力变矩器耦合动力分配箱的策略，充分降低系统机械摩擦损失。

本发明整体式天然气压缩机节能技术利用装置，由控制器42、整体式天然气压缩机自适应燃气量调节系统I、有机朗肯循环废气余能转化机械能系统II、机械能传动与利用系统III组成，其中控制器42分别与整体式天然气压缩机自适应燃气量调节系统I、有机朗肯循环废气余能转化机械能系统II、机械能传动与利用系统III连接；整体式天然气压缩机自适应燃气量调节系统I中的排气总管10与有机朗肯循环废气余能转化机械能系统II中的蒸发器27的入口连接；有机朗肯循环废气余能转化机械能系统II中的气动马达31动力输出端与机械能传动与利用系统III中的液力变矩器19的动力输入端相连接。

整体式天然气压缩机自适应燃气量调节系统I由整体式天然气压缩机1、飞轮2、电磁离合器I 3、低压进气总管4、质量流量计I 5、温压传感器I 6、质量流量计II 7、温压传感器II 8、高压出气总管9、排气总管10、燃气供给管11、电控比例阀12和质量流量计III13组成，其中整体式天然气压缩机燃气供给管11、排气总管10、高压出气总管9和低压进气总管4置于整体式天然气压缩机1上；低压进气总管4与整体式天然气压缩机1低压进气端固定联接，高压出气总管9与整体式天然气压缩机1高压出气端固定联接，燃气供给管11与整体式天然气压缩机1燃气供给端固定联接，飞轮2与整体式天然气压缩机1轴式连接；电控比例阀12和质量流量计III13置于燃气供给管11上，温压传感器II 8、质量流量计II 7和温压传感器I 6、质量流量计I 5分别置于高压出气总管9和低压进气总管4上。

有机朗肯循环废气余能转化机械能系统II由蒸发器27、气水分离器28、自吸泵29、温压传感器III30、气动马达31、温压传感器IV32、冷凝器33、水泵34、冷却塔35、温压传感器V 36、减压阀37、溢流平衡罐38、回流阀39、工质储存罐40和工质泵41组成。所述的整体式天然气压缩机1上的排气总管10与蒸发器27进气口、蒸发器27出气口与气水分离器28进气口、气水分离器28出气口与自吸泵29依次进行管道连接；所述的蒸发器27的工质出液口与气动马达31的进气口、气动马达31的出气口与冷凝器33的工质进气口、冷凝器33的工质出液口与减压阀37、减压阀37与工质储存罐40第I进液口、工质储存罐40出液口与工质泵41进口、工质泵41出口与蒸发器27的工质进液口依次进行管道连接。所述的冷凝器33的冷却水进口与水泵34出口、水泵34入口与冷却塔35出口、冷却塔35入口与冷凝器33的冷却水出口依次进行闭环管道连接；冷却塔35另一端与气水分离器28管道连接。所述的减压阀37另一端与溢流平衡罐38入口、溢流平衡罐38出口与回流阀39和工质储存罐40第II进液口依次管道连接。气动马达31的进气口与出气口端管路分别设置温压传感器III30和温压传感器IV32；冷凝器33工质出液口与减压阀37之间设置温压传感器V 36。

机械能传动与利用系统Ⅲ由天然气压缩机14、万向传动装置I 15、万向传动装置II16、电磁离合器II 17、动力分配箱18、液力变矩器19、电磁离合器III20、电磁离合器Ⅳ21、万向传动装置III22、发电机23、并网控制器24、UPS电源25和用电设备26组成。所述的气动马达31动力输出端与液力变矩器19、动力分配箱18轴式连接，动力分配箱18动力分配比为1∶3，其动力输出端分为三路：一路通过电磁离合器II 17与万向传动装置II 16、电磁离合器I 3轴式连接，电磁离合器I 3与整体式天然气压缩机1上的飞轮2固定联接；一路通过电磁离合器III20与万向传动装置I 15与天然气压缩机14动力输入端轴式连接；一路通过电磁离合器IV21与万向传动装置III22与发电机23轴式连接；发电机23与并网控制器24、UPS电源25以电路形式连接；UPS电源25以电路形式与用电设备26电路连接。

所述的控制器42分别与整体式天然气压缩机自适应燃气量调节系统I、有机朗肯循环废气余能转化机械能系统II和机械能传动与利用系统III中的各传感器与执行器相连接。

本发明的有益效果在于：整体式天然气压缩机节能技术利用装置一方面能够根据自适应燃气量供给模型实时调节动力燃气供给量，以降低动力端用燃气消耗量，另一方面能够根据自适应郎肯循环工质流量调节模型来实时调整工质泵的工作频率，使气动马达工作在高效率区域，提高废气能量利用率；机械能传动与利用系统中电磁离合器在静止状态啮合，并采用先啮合后脱离的控制策略，充分降低对离合器的冲击和破坏。

附图说明

图1为整体式天然气压缩机节能技术利用装置的结构框图；

其中：I.自适应燃气量调节系统  II.有机朗肯循环废气余能转化系统  III.机械传动与机械能利用系统  1.整体式天然气压缩机  2.飞轮  3.电磁离合器I  4.低压进气总管  5.质量流量计I  6.温压传感器I  7.质量流量计II  8.温压传感器II  9.高压出气总管  10.排气总管 11.燃气供给管  12.电控比例阀  13.质量流量计III  14.天然气压缩机  15.万向传动装置I  16.万向传动装置II  17.电磁离合器II  18.动力分配箱  19.液力变矩器  20.电磁离合器III  21.电磁离合器Ⅳ  22.万向传动装置III  23.发电机  24.并网控制器  25.UPS电源  26.用电设备  27.蒸发器  28.气水分离器  29.自吸泵  30.温压传感器III  31.气动马达  32.温压传感器Ⅳ  33.冷凝器  34.水泵  35.冷却塔  36.温压传感器V  37.减压阀  38.溢流平衡罐  39.回流阀  40.工质储存罐  41.工质泵  42.控制器构成。

具体实施方式

以下结合附图1对本发明整体式天然气压缩机节能技术利用装置作进一步详细阐述：

整体式天然气压缩机1运行时，控制单元42分别通过采集低压进气总管4上的质量流量计I 5和温压传感器I 6以及高压出气总管9上的质量流量计II7和温压传感器II8的信号，计算出负荷要求，构建自适应燃气量供给模型，依据所构建的自适应燃气量供给模型，控制器42采集燃气供给管11上的温压传感器III13的信号，通过电控比例阀12实时调节动力燃气供给量，在满足所需高压气体压力和温度的前提下，以降低整体式天然气压缩机1工作所需天燃气供给量。

朗肯循环所用工质储存在工质储存罐40中，工质泵41将工质传输至蒸发器27中，整体式天然气压缩机1所排放的尾气通过排气总管10输送至蒸发器27，尾气在蒸发器27中释放出热量后，通过气水分离器28流向自吸泵29，为避免整体式天然气压缩机1排气背压过高，自吸泵在整体式天然气压缩机1工作过程中始终开启，气水分离器将尾气中的水冷凝，并输送至冷却塔35；在蒸发器27中，工质吸收尾气所释放出的热量，气化成过热蒸汽，过热蒸汽传输至气动马达31，气动马达31对外输出做功；乏气传输至冷凝器33，在冷凝器33中冷凝为液态工质，若气动马达31工作不正常，冷凝后的液态工质压力将高于规定压力，工质通过减压阀37传输至溢流平衡罐38；工质压力恢复正常时，打开回流阀39，工质将直接通过回流阀39传输至工质储存罐40。当气动马达31正常工作时，打开回流阀38，溢流平衡罐38内的工质通过回流阀38流入工质储存罐40中。冷凝器33在工作过程中需要冷却，控制单元42通过采集冷凝器33前、后温压传感器IV32和温压传感器V36的信号值，确定工质实时流动条件下冷凝器33所需的冷却水流量；控制单元42通过调节水泵的工作频率实时调节冷却水流量，冷却水本身通过冷却塔35冷却。控制单元42采集气动马达31前、后温压传感器Ⅲ31和温压传感器Ⅳ32的信号，构建自适应朗肯循环工质流量调节模型，依据所构建的自适应朗肯循环工质流量调节模型调节工质泵41的工作频率，使气动马达31工作在高效率区，提高废气能量利用率。

气动马达31所输出的动力通过液力变矩器19以共轴形式传至动力分配箱18，动力分配箱18动力输出端输出动力分别或同时用于整体式天然气压缩机1、驱动天然气压缩机14和发电机23发电，其动力输出端分别定义为第I动力输出端、第II动力输出端和第III动力输出端；其中用于整体式天然气压缩机的动力传递路线为：电磁离合器I 3首先与整体式天然气压缩机1上的飞轮2在静止状态啮合，然后电磁离合器Ⅱ17与动力分配箱18的动力输出端啮合，当整体式天然气压缩机1运转时，能够有效减小电磁离合器I 3与电磁离合器II 17的冲击损失，并使各电磁离合器的摩擦损失较小，整体式天然气压缩机1的第I动力输出端通过电磁离合器II 17、万向传动装置II 16与电磁离合器I 3，将动力传递至飞轮2，用于辅助驱动整体式天然气压缩机1。用于驱动天然气压缩机14的动力传递路线为：动力分配箱18的第II动力输出端将动力通过电磁离合器III20和万向传动装置I15传输至天然气压缩机14，驱动天然气压缩机14作为补充高压气源，当需要辅助高压气源时，控制器42通过驱动电磁离合器III20啮合，动力传输至天然气压缩机14，以产生高压燃气。用于发电机23发电的动力传递路线为：动力分配箱18的第III动力输出端将动力通过电磁离合器IV21和万向传动装置III2，2将动力传输至发电机23，发电机23输出的电能通过并网控制器24传输至UPS电源25，用于为用电设备26供电；当需要给用电设备26供电时，控制器42驱动电磁离合器IV21啮合，动力传输至发电机23，发电机23输出电能提供给用电设备26。

以上仅就整体式天然气压缩机的实施案例说明了本发明技术方案的结构原理，按此方案完全可以利用到更多的燃烧式动力机械中。

实际应用中由蒸发器27、气动马达31、冷凝器33、水泵34、减压阀37、溢流平衡罐38、回流阀39、工质储存罐40和工质泵41作为主要构件的有机朗肯循环废气余能转化机械能系统Ⅱ和以动力分配箱18、液力变矩器19、发电机23和各电磁离合器为主要构件构成的机械能传动与利用系统III可单独与燃烧式动力机械构成相应的废气能量回收完整系统。

Claims (1)

1.一种整体式天然气压缩机节能技术利用装置，其特征在于控制器(42)分别与整体式天然气压缩机自适应燃气量调节系统I、有机朗肯循环废气余能转化机械能系统II、机械能传动与利用系统III连接；整体式天然气压缩机自适应燃气量调节系统I中的排气总管(10)与有机朗肯循环废气余能转化机械能系统II中的蒸发器(27)的入口连接；有机朗肯循环废气余能转化机械能系统II中的气动马达(31)动力输出端与机械能传动与利用系统III中的液力变矩器(19)的动力输入端相连接。