CN103423591A - 一种用于天然气加气站的分布式能源综合利用系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于天然气加气站的分布式能源综合利用系统及方法，所述系统包括天然气压缩机组、换热器、水处理器、热水储箱、二次换热器、进水冷却器、循环水泵、连接管道及调节阀门等主要设备，压缩过程中会产生大量热能，换热器进水经过水处理器处理成为软水，升温后汇总进入热水储箱，并与供热用二次换热器回水进行热交换用于供热，多余部分还可通过二次换热器带动一个沸水器提供生活饮用沸水，也可以提供生活热水，经过二次换热的压缩机冷却水再进入一个进水冷却器使其将至常温，达到冷却水进水条件。该系统利用压缩过程的间冷热量加热冷水，将提升温度的水经过二次换热，实现了能量的充分利用，提高了系统的能源利用率，降低了能源成本。

Description

一种用于天然气加气站的分布式能源综合利用系统及方法

技术领域

本发明涉及能源节约与综合利用领域，特别是涉及一种用于天然气加气站的余热分布式能源综合利用系统及方法。

背景技术

我国能源增速较快，供需矛盾突出，环境问题日益严重，节能减排对经济社会可持续发展具有重要意义。压缩机是国民经济中的重要耗能设备，据统计全国压缩机能耗占总电耗的10%，压缩过程产生大量的热能，为了节约压缩电耗，并适应压缩机对工质温度的要求，现有技术一般均采用多级压缩、级间冷却的方式获取高压。压缩热大多通过冷却水带走，由于换热器设计限制，冷却水水量一般较大，出口水温较低，冷却水直接排放或通过空冷塔简单冷却后循环使用，导致大量热能的浪费。由于这部分冷却水的热量品位很低，较难利用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺点和不足，而提供一种用于天然气加气站的余热分布式能源综合利用系统及方法，利用天然气加气站压缩机压缩过程产生的间冷热量，在控制系统调控下用于加气站或周边建筑供热、提供生活饮用沸水或提供生活热水，提高了冷却水的热量品位和利用效率。为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种用于天然气加气站的余热分布式能源综合利用系统，包括通过气体管路连接的多级压缩机组、多个换热器、储气装置，其特征在于，

各换热器设置于各级压缩机的排气管线上，最后一级压缩机排出的高压压缩天然气经换热器冷却后通入所述储气装置；

各所述换热器内的热流体为压缩天然气，冷流体为循环冷却水；

所述循环冷却水经供水管路分流至各所述换热器的冷流体侧，且各所述换热器的冷流体进口处的供水管路上均设有流量控制阀，以控制进入各所述换热器的冷流体的速度和流量，各所述换热器内的循环冷却水吸收压缩天然气的热量后汇流至热水储箱，

所述系统还包括至少一个二次换热器，所述热水储箱中蓄积的热水分流至各所述二次换热器的热流体侧，各所述二次换热器的冷流体侧通入待加热冷流体，且各所述二次换热器的热流体进口处的供水管路上均设有流量控制阀，各所述二次换热器内的热流体释放热量后汇流至所述循环冷却水经供水管路，

所述循环冷却水经供水管路上设有循环水泵、三通控制阀以及可选择性地切入或切出所述供水管路的进水冷却器，所述三通控制阀包括两个进水口和一个出水口，其中一个进水口与所述循环水泵的出水口连接，另一个进水口与补水管路连接，所述三通控制阀的出水口经管路分别与各所述换热器的进水口连接。

优选地，所述系统还包括控制系统，所述控制系统分别与各所述流量控制阀及所述三通控制阀电连接，用以根据设置于各换热器中的温度传感器采集到的信息控制各所述流量控制阀的开度，以及控制所述三通控制阀中两个进水口的开闭。

优选地，所述循环冷却水的供水管路上设有水处理器，用以对进入各所述换热器的冷却水进行软化和净化处理。

优选地，所述二次换热器包括至少一个供热换热器，其冷流体侧通入供热回水，热流体侧为由所述热水储箱供应的热水，所述供热回水升温后进入供热用户。

优选地，所述二次换热器还包括至少一个生活热水换热器，其冷流体侧通入生活用水，热流体侧为由所述热水储箱供应的热水。

优选地，所述二次换热器还包括至少一个饮用沸水换热器，其冷流体侧通入饮用水，热流体侧为由所述热水储箱供应的热水。

优选地，所述压缩机组由驱动电机带动。

优选地，仅第一级压缩机连接的换热器，其压缩气体所加热的循环冷却水通入所述热水储箱。

优选地，所述压缩机组为活塞式、轴流式、离心式、螺杆式或混合式压缩机，级数至少为一级。

优选地，所述换热器为是板式、管壳式或板翅式换热器，至少包括一级，其进水是经过水处理器处理后的软化水，各换热器中至少有一级的出口连接热水储箱，并可有更多级的出口连接热水储箱。

优选地，所述二次换热器组至少包括一个换热器，用于将压缩机间冷热回收用于供热、生产生活热水或生产饮用沸水。

本发明的用于天然气加气站的余热分布式能源综合利用系统，其工作流程为：压缩机组由驱动电机带动，对进入的天然气或其他气体介质进行多级间冷压缩，然后进入储气装置，在压缩过程中产生大量压缩热，通过各高效换热器进行热交换，冷却水首先经过水处理器进行软化和净化处理，然后进入高效换热器，取出压缩热后水温升高，进入热水储箱中汇合，二次换热器可以根据实际生产说需要设置为供热换热器、生活热水换热器、饮用沸水换热器。从热水储箱流出并经过二次换热器后的压缩机冷却水有可能温度仍较高，此时通过一个风冷或水冷进水冷却器进行降温，使其符合压缩机冷却水进口温度要求，然后经阀门循环进入换热器，在运行过程中水处理器通过阀门控制对冷却水进行补充。循环水泵提供压缩机循环冷却水在管路内运行的动力和所需压力。

本发明的所述系统中，换热器系统非常完整，在具体应用中随压缩机功率和用户需求变化可以进行灵活调整。当用户供热、热水、饮用沸水需求较少时，可以减少高效换热器的数目，最少一个换热器即可满足全部热量；当热水储箱中热水经过二次换热可以满足压缩机冷却水进口要求时，进水冷却器可以取消；另外当加气站只有供热需求或压缩热仅能满足供热需求时，热水二次换热器和饮用沸水二次换热器及水处理器、沸水水箱等均可取消。

根据本发明的另一方面，还提供了一种用于天然气加气站的余热分布式能源综合利用方法，利用本发明提供的天然气加气站的余热分布式能源综合利用系统，其特征在于，在各级压缩机的排气管线上均设置换热器，最后一级压缩机排出的高压压缩天然气经换热器冷却后通入所述储气装置，各所述换热器的热流体侧通压缩天然气，冷流体侧通循环冷却水，循环冷却水吸收压缩天然气的热量后汇流至热水储箱；热水储箱后设至少一个二次换热器，所述热水储箱中蓄积的热水分流至各所述二次换热器的热流体侧，各所述二次换热器的冷流体侧通入各类待加热冷流体；各所述二次换热器内的热流体释放热量后汇流至所述循环冷却水经供水管路；在各所述换热器的冷流体进口处的供水管路上均设有流量控制阀，在各所述二次换热器的热流体进口处的供水管路上均设有流量控制阀，在所述循环冷却水经供水管路上设有循环水泵、三通控制阀以及可选择性地切入或切出所述供水管路的进水冷却器，所述三通控制阀包括两个进水口和一个出水口，其中一个进水口与所述循环水泵的出水口连接，另一个进水口与补水管路连接，所述三通控制阀的出水口经管路分别与各所述换热器的进水口连接；通过控制系统控制各所述流量控制阀的开度，以及控制所述三通控制阀中两个进水口的开闭。

现有的天然气加气站压缩机间冷热一般随冷却水直接排放，本发明所述的余热分布式能源综合利用系统及方法，主要包括压缩气体热交换的高效换热器、水处理器和温度流量集成控制系统，它通过提高压缩机间冷冷却水的出口温度和品位，可以将其直接用来供热、生产生活热水和饮用沸水，从而替代供热能耗和部分电力消耗，可以实现能量的充分利用，提高系统能源利用率，降低能源成本，对加气站而言效益显著。例如对于一个占地面积1000平米的加气站而言，按照北方地区6个月、60W/㎡设计供热负荷，则需天然气燃料30m³/㎡，总计年供热需天然气30000m³，约合6万元/年，折合标煤40吨，使用该技术后，压缩机部分级的冷却热即足以完全取代天然气供热，效益显著。

附图说明

图1为本发明的天然气加气站的余热分布式能源系统装置实施例1的结构示意图；

图2为本发明的天然气加气站的余热分布式能源系统装置实施例2的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细描述。

图1为本发明的天然气加气站的余热分布式能源系统装置实施例1。该系统装置主要包括压缩机组（用2、3、4分别代表压缩机的低压级、中压级、高压级），高效换热器5、6、7，二次换热器10、12、14，储气装置8，热水储箱9，水处理器1、13，热用户11、15，进水冷却器16、以及相互连接的管路及其阀门。

装置组成和工作过程如下：压缩机组由驱动电机M带动，经过多级间冷压缩将进口天然气或空气等其他介质A进行压缩，最后进入储气装置8；每个压缩级2、3、4所产生的压缩热由高效换热器5、6、7分别带走，压缩级和换热器一一对应，经冷却后的压缩空气进入下一级压缩级入口，直至进入储气装置8；高效换热器的进口冷却水经过一个水处理器1和控制阀门提供，通过温度流量控制系统控制其进水温度和流量，水处理器负责软化和净化水，换热器出口是吸热后的高温热水，汇合进入热水储箱9中；热水储箱9为二次换热器提供热源，经冷却后再经过一个进水冷却器16达到压缩机进口需要，作为循环冷却水使用，水处理器1将根据需要补充循环冷却水；供热用二次换热器10吸收热水储箱9中部分热水的热量后升温用于供热，回水循环加热；自来水经过生活用水二次换热器12后升温用于提供生活热水，也可在其后添加热水水箱；自来水经过水处理器13净化和软化后进入饮用沸水二次换热器14加热沸腾，进入沸水储箱15中提供生活饮用沸水。循环水泵17提供压缩机循环冷却水在管路内运行的动力和所需压力。

图2是本发明的实施例2，其原理和主体结构与1相同但做了简化，是一个仅用于供热的实施例。压缩机组由驱动电机M带动，经过多级间冷压缩将进口天然气或空气等其他介质A进行压缩，最后进入储气装置8；由于仅有供热需求且所需供热量较少，仅将压缩级2产生的压缩热由高效换热器5带走，经过热水储箱9起到缓冲作用，热水储箱9中的热水经过供热二次换热器10加热供热循环回水，升温后的供水供热用户11所用，换热后的热水进入进水冷却器16进一步冷却达到换热器5的进口要求；水处理器1将根据需要补充循环冷却水；高效换热器5的进口冷却水经过一个水处理器1和控制阀门提供，通过温度流量控制系统控制其进水温度和流量，水处理器负责软化和净化水，换热器出口是吸热后的高温热水；换热器6、7由于不需提供热水，使用普通换热器即可，且其进水无需经过水处理器处理，按照原水路进水排水即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于天然气加气站的余热分布式能源综合利用系统，包括通过气体管路连接的多级串联的压缩机组、多个换热器、储气装置，其特征在于，

各换热器设置于各级压缩机的排气管线上，最后一级压缩机排出的高压压缩天然气经换热器冷却后通入所述储气装置；

各所述换热器内的热流体侧的流体为压缩天然气，冷流体侧的流体为循环冷却水；

所述循环冷却水经供水管路分流至各所述换热器的冷流体侧，且各所述换热器的冷流体进口处的供水管路上均设有流量控制阀，以控制进入各所述换热器的冷流体的流量和流速，各所述换热器内的循环冷却水吸收压缩天然气的热量后汇流至热水储箱，

所述系统还包括至少一个二次换热器，所述热水储箱中蓄积的热水分流至各所述二次换热器的热流体侧，各所述二次换热器的冷流体侧通入待加热冷流体，且各所述二次换热器的热流体进口处的供水管路上均设有流量控制阀，各所述二次换热器内的热流体释放热量后汇流至所述循环冷却水的供水管路，

所述循环冷却水的供水管路上设有循环水泵、三通控制阀以及可选择性地切入或切出所述供水管路的进水冷却器，所述三通控制阀包括两个进水口和一个出水口，其中一个进水口与所述循环水泵的出水口连接，另一个进水口与补水管路连接，所述三通控制阀的出水口经管路分别与各所述换热器的进水口连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括控制系统，所述控制系统分别与各所述流量控制阀及所述三通控制阀电连接，用以根据设置于各换热器中的温度传感器采集到的信息控制各所述流量控制阀的开度，以及控制所述三通控制阀中两个进水口的开闭。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述循环冷却水的供水管路上设有水处理器，用以对进入各所述换热器的冷却水进行软化和净化处理。

4.根据上述任一项权利要求所述的系统，其特征在于，所述二次换热器包括至少一个供热换热器，其冷流体侧通入供热回水，热流体侧为由所述热水储箱供应的热水，所述供热回水升温后进入供热用户。

5.根据上述任一项权利要求所述的系统，其特征在于，所述二次换热器还包括至少一个生活热水换热器，其冷流体侧通入生活用水，热流体侧为由所述热水储箱供应的热水。

6.根据上述任一项权利要求所述的系统，其特征在于，所述二次换热器还包括至少一个饮用沸水换热器，其冷流体侧通入饮用水，热流体侧为由所述热水储箱供应的热水。

7.根据上述任一项权利要求所述的系统，其特征在于，所述压缩机组由驱动电机带动。

8.根据上述任一项权利要求所述的系统，其特征在于，所述压缩机组为活塞式、轴流式、离心式、螺杆式或混合式压缩机，级数至少为一级。

9.根据上述任一项权利要求所述的系统，其特征在于，所述换热器为是板式、管壳式或板翅式换热器，至少包括一级，其进水是经过水处理器处理后的软化水，各换热器中至少有一级的出口连接热水储箱，并可有更多级的出口连接热水储箱。

10.根据上述任一项权利要求所述的系统，其特征在于，所述二次换热器组至少包括一个换热器，用于将压缩机间冷热回收用于供热、生产生活热水或生产饮用沸水。

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