CN105626267A - 一种天然气多联供发电装置及方法 - Google Patents

一种天然气多联供发电装置及方法 Download PDF

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Abstract

一种天然气多联供发电装置，包括压能发电装置、冷能发电装置和燃气轮机，其特征在于，所述压能发电装置包括第一膨胀机、第一发电机、第一油分离器和第一油泵，冷能发电装置包括第二膨胀机、第二发电机、第二油分离器和第二油泵，第一油分离器的出气端和第二油分离器的出气端分别通过管路与燃气轮机连接，该燃气轮机的烟气出口端与废热换热器连接，该废热换热器内设有换热水管，该换热水管与保温水箱连接。本发明利用天然气的压能进行发电，并且将膨胀后产生的冷能进行储存利用，通过对烟气的回收制成热水，实现余热回收利用，有效节省能源。

Description

一种天然气多联供发电装置及方法
技术领域
本发明涉及一种天然气多联供发电装置及方法。
背景技术
天然气已经成为石油和煤炭的重要补充能源，许多国家都建设了天然气长途输运管网。2007年全球天然气消耗量达3.2万亿m3，减压站超过250万个。由于长途输运的需要，从气井输出到终端用户，降压级别分为好几个层次逐级递减，基本上距离在100km以上，管道压力在5～10MPa，超过20km的，压力在2～5MPa，在城市的分输管网内只需1MPa压力，送至家庭用户只要略高于大气压即可。我国长输天然气大多采用高压管输方式，输送的高压天然气经调压站降至中压标准进入城市燃气管网，再借助调压箱或调压柜将压力降至低压后供用户使用。天然气在调压过程中将损失大量的压力能，还会产生巨大冷量，在阀口产生霜冻，堵塞管道，对调压及管道设备运行安全构成威胁。传统的解决方案是通过燃烧锅炉或换热器，提前对高压气体加热，以防止冻结事故的发生并满足天然气用户使用温度的要求。这不仅需要消耗燃气，预热成本高，并且会释放污染物，压降能量全部浪费。随着全球天然气使用范围的快速扩大，输送压力的逐年递增，充分利用天然气压能以及工艺过程产生的冷能存在着极大的节能潜力，对增加天然气管网运行的经济性具有重大意义。
目前已经有利用天然气的压力能进行回收发电，但是基本上都只是单纯的对压力能进行利用，而天然气由高压降成低压的过程中，会产生冷能，对这部分冷能，往往没有很好的利用，导致能源的浪费。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种天然气多联供发电装置及方法，利用天然气的压能发电，并且利用膨胀后产生的冷能，以空气或者或海水等就近能源作为热源，进一步实施冷能发电，有效提高发电效率，节省能源。
为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：
一种天然气多联供发电装置，包括压能发电装置、冷能发电装置和燃气轮机，所述压能发电装置包括第一膨胀机、第一发电机、第一油分离器和第一油泵，第一膨胀机、第一油分离器和第一油泵通过管路依次连接，第一油泵通过管路回接至第一膨胀机，第一发电机与第一膨胀机连接，第一油分离器的出气端还连接有冷凝器；
冷能发电装置包括第二膨胀机、第二发电机、第二油分离器和第二油泵，第二膨胀机、第二油分离器和第二油泵通过管路依次连接，第二油泵通过管路回接至第二膨胀机，第二发电机与第二膨胀机装接，第二油分离器的出气端接入冷凝器中，该冷凝器装接有储液器，该储液器通过输送泵与蒸发器连接，该蒸发器通过管路与第二膨胀机连接；
第一油分离器的出气端和第二油分离器的出气端分别通过管路与燃气轮机连接，该燃气轮机的烟气出口端与废热换热器连接，该废热换热器内设有换热水管，该换热水管与保温水箱连接。
所述燃气轮机的烟气出口端通过换热管路连接至蒸发器，该换热管路上设有控制阀门。
所述第一膨胀机和第二膨胀机为螺杆式膨胀机或者透平膨胀机。
所述废热换热器上还装设有太阳能集热板。
一种天然气多联供发电装置的发电方法，包括以下步骤：
S1，向第一膨胀机输入高压天然气，该高压天然气在第一膨胀机中膨胀降压和降温，带动第一发电机发电，经过膨胀降压和降温后的天然气成为低压低温天然气；
S2，将低压低温天然气送至冷凝器中作为冷源与该冷凝器中的工质交换热量，使得该天然气的温度上升并向下游管网输出，而释放热量后的工质成为液体输送至蒸发器中；
S3，液体工质在蒸发器中吸收热量成为饱和或过热的蒸汽，将该蒸汽输送至第二膨胀机中做功，并带动第二发电机发电，从第二膨胀机排出的工质气体再输送至冷凝器中；
S4，第一膨胀机和第二膨胀机排出的气体还有一部分输送至燃气轮机中进行发电，并且将该燃气轮机排出的烟气引入废热换热器内，与该废热换热器内的水循环管进行换热加热，从而得到热水。
对第一膨胀机和第二膨胀机排出的气体还进行气油分离，将分离出来的润滑油输送回该第一膨胀机中和第二膨胀机中。
本发明利用天然气压能及膨胀产生的冷能联合发电，取代传统天然气的预热和降压过程，最大限度地回收天然气压能冷能，提高能源利用效率，减少环境污染排放。因此，将本发明运用在天然气管网系统中，不但能回收减压站损失的压力能，并可以充分利用产生的冷能同时进行发电，此外还能节省用于提前预热的高品位热能，实现节能减排。另外，还利用燃气轮机作进一步的发电，还对烟气余热进行回收制成热水，从而实现能源的节省。
附图说明
附图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述。
如附图1所示，一种天然气多联供发电装置，包括压能发电装置、冷能发电装置和燃气轮机，所述压能发电装置包括第一膨胀机21、第一发电机22、第一油分离器23和第一油泵24，第一膨胀机21、第一油分离器23和第一油泵24通过管路依次连接，第一油泵24通过管路回接至第一膨胀机21，第一发电机22与第一膨胀机21连接，第一油分离器23的出气端还连接有冷凝器；冷能发电装置包括第二膨胀机31、第二发电机32、第二油分离器33和第二油泵34，第二膨胀机31、第二油分离器33和第二油泵34通过管路依次连接，第二油泵34通过管路回接至第二膨胀机31，第二发电机32与第二膨胀机31装接，第二油分离器33的出气端接入冷凝器中，该冷凝器装接有储液器4，该储液器4通过输送泵5与蒸发器6连接，该蒸发器6通过管路与第二膨胀机31连接；第一油分离器23的出气端和第二油分离器33的出气端分别通过管路与燃气轮机连接，该燃气轮机的烟气出口端与废热换热器7连接，该废热换热器7内设有换热水管8，该换热水管与保温水箱连接。
燃气轮机的烟气出口端通过换热管路连接至蒸发器，该换热管路上设有控制阀门。废热换热器上还装设有太阳能集热板，该太阳能集执业板可以进行辅助吸收热量，提高水的加热速度。第一膨胀机和第二膨胀机为螺杆式膨胀机或者透平膨胀机。
本发明还揭示了一种天然气多联供发电装置的发电方法，包括以下步骤：
S1，向第一膨胀机输入高压天然气，该高压天然气在第一膨胀机中膨胀降压和降温，带动第一发电机发电，经过膨胀降压和降温后的天然气成为低压低温天然气。
S2，将低压低温天然气送至冷凝器中作为冷源与该冷凝器中的工质交换热量，使得该天然气的温度上升并向下游管网输出，而释放热量后的工质成为液体输送至蒸发器中。
S3，液体工质在蒸发器中吸收热量成为饱和或过热的蒸汽，将该蒸汽输送至第二膨胀机中做功，并带动第二发电机发电，从第二膨胀机排出的工质气体再输送至冷凝器中。
S4，第一膨胀机和第二膨胀机排出的气体还有一部分输送至燃气轮机中进行发电，并且将该燃气轮机排出的烟气引入废热换热器内，与该废热换热器内的水循环管进行换热加热，从而得到热水。
对第一膨胀机和第二膨胀机排出的气体还进行气油分离，将分离出来的润滑油输送回该第一膨胀机中和第二膨胀机中，实现润滑油的回收利用。
需要说明的是，以上所述并非是对本发明技术方案的限定，在不脱离本方案的创造构思的前提下，任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种天然气多联供发电装置，包括压能发电装置、冷能发电装置和燃气轮机，其特征在于，所述压能发电装置包括第一膨胀机、第一发电机、第一油分离器和第一油泵，第一膨胀机、第一油分离器和第一油泵通过管路依次连接，第一油泵通过管路回接至第一膨胀机，第一发电机与第一膨胀机连接，第一油分离器的出气端还连接有冷凝器；
冷能发电装置包括第二膨胀机、第二发电机、第二油分离器和第二油泵，第二膨胀机、第二油分离器和第二油泵通过管路依次连接，第二油泵通过管路回接至第二膨胀机，第二发电机与第二膨胀机装接，第二油分离器的出气端接入冷凝器中，该冷凝器装接有储液器，该储液器通过输送泵与蒸发器连接，该蒸发器通过管路与第二膨胀机连接；
第一油分离器的出气端和第二油分离器的出气端分别通过管路与燃气轮机连接，该燃气轮机的烟气出口端与废热换热器连接，该废热换热器内设有换热水管，该换热水管与保温水箱连接。
2.根据权利要求1所述的天然气多联供发电装置，其特征在于，所述燃气轮机的烟气出口端通过换热管路连接至蒸发器，该换热管路上设有控制阀门。
3.根据权利要求2所述的天然气多联供发电装置，其特征在于，所述第一膨胀机和第二膨胀机为螺杆式膨胀机或者透平膨胀机。
4.根据权利要求3所述的天然气多联供发电装置，其特征在于，所述废热换热器上还装设有太阳能集热板。
5.一种利用权利要求1～4所述的天然气多联供发电装置的发电方法，包括以下步骤：
S1，向第一膨胀机输入高压天然气，该高压天然气在第一膨胀机中膨胀降压和降温，带动第一发电机发电，经过膨胀降压和降温后的天然气成为低压低温天然气；
S2，将低压低温天然气送至冷凝器中作为冷源与该冷凝器中的工质交换热量，使得该天然气的温度上升并向下游管网输出，而释放热量后的工质成为液体输送至蒸发器中；
S3，液体工质在蒸发器中吸收热量成为饱和或过热的蒸汽，将该蒸汽输送至第二膨胀机中做功，并带动第二发电机发电，从第二膨胀机排出的工质气体再输送至冷凝器中；
S4，第一膨胀机和第二膨胀机排出的气体还有一部分输送至燃气轮机中进行发电，并且将该燃气轮机排出的烟气引入废热换热器内，与该废热换热器内的水循环管进行换热加热，从而得到热水。
6.根据权利要求5所述的发电方法，其特征在于，对第一膨胀机和第二膨胀机排出的气体还进行气油分离，将分离出来的润滑油输送回该第一膨胀机中和第二膨胀机中。
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