CN105649777B - 节能型天然气加压装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种节能型天然气加压装置。该装置包括：包括燃气轮机和第一压缩机的第一压缩机组，燃气轮机具有排烟管路，燃气轮机与第一压缩机连接；包括余热换热器和循环管路的余热回收装置，余热换热器设置在循环管路上，且排烟管路与余热换热器连通；包括第二压缩机组以及依次连通且形成循环的介质换热器、介质蒸发器和膨胀发电机组的发电和电动压缩机机组，循环管路与介质换热器连通，膨胀发电机组与第二压缩机组电连接；设置在循环管路上的槽式聚焦太阳能集热器，且槽式聚焦太阳能集热器位于余热换热器的上游，并位于透平介质换热器的下游。本发明的技术方案可以解决现有技术中燃气轮机中燃气应用效率低的问题。

Description

节能型天然气加压装置
技术领域
本发明涉及天然气输送领域，具体而言，涉及一种节能型天然气加压装置。
背景技术
天然气是一种清洁能源，并且天然气通常经过管道输送给各个用户。为满足长距离管道输送的需要，在将天然气进行输送之前需要对其进行加压处理，例如西气东输需要将天然气加压至10MPa。
目前，天然气供应站一般采用燃气轮机压缩机组或者电动压缩机组队天然气进行加压处理。在燃气轮机压缩机组的压缩工作过程中，存在燃气轮机中燃气应用效率低的问题，燃气轮机的一般效率仅40％左右，燃气轮机排放出的烟气的排烟温度400℃以上。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种节能型天然气加压装置，以解决现有技术中燃气轮机中燃气应用效率低的问题。
为了实现上述目的，本发明的实施例提供了一种节能型天然气加压装置，包括第一压缩机组，第一压缩机组包括燃气轮机和第一压缩机，燃气轮机具有排烟管路，燃气轮机与第一压缩机连接以使第一压缩机压缩天然气；节能型天然气加压装置还包括：余热回收装置，余热回收装置包括余热换热器和循环管路，余热换热器设置在循环管路上，且排烟管路与余热换热器连通；发电和电动压缩机机组，发电和电动压缩机机组包括第二压缩机组以及依次连通且形成循环的介质换热器、介质蒸发器和膨胀发电机组，循环管路与介质换热器连通，膨胀发电机组与第二压缩机组电连接以提供压缩天然气所需的电能；槽式聚焦太阳能集热器，槽式聚焦太阳能集热器设置在循环管路上，且槽式聚焦太阳能集热器位于余热换热器的上游，并位于透平介质换热器的下游。
进一步地，该节能型天然气加压装置，包括第一压缩机组，第一压缩机组包括燃气轮机和第一压缩机，燃气轮机具有排烟管路，燃气轮机与第一压缩机连接以使第一压缩机压缩天然气；节能型天然气加压装置还包括：余热回收装置，余热回收装置包括余热换热器和循环管路，余热换热器设置在循环管路上，且排烟管路与余热换热器连通；发电和电动压缩机机组，发电和电动压缩机机组包括第二压缩机组以及依次连通且形成循环的介质换热器、介质蒸发器和膨胀发电机组，循环管路与介质换热器连通，膨胀发电机组与第二压缩机组电连接以提供压缩天然气所需的电能；加热循环管路，加热循环管路与循环管路并联设置；槽式聚焦太阳能集热器，槽式聚焦太阳能集热器设置在加热循环管路上，槽式聚焦太阳能集热器的介质出口与透平介质换热器的导热介质入口连通，槽式聚焦太阳能集热器的介质进口与透平介质换热器的导热介质出口连通。
进一步地，节能型天然气加压装置还包括太阳能蓄热器，太阳能蓄热器的第一端连通在槽式聚焦太阳能集热器与介质换热器之间的循环管路上，太阳能蓄热器的第二端连通在槽式聚焦太阳能集热器与余热换热器之间的循环管路上。
进一步地，节能型天然气加压装置还包括太阳能蓄热器，太阳能蓄热器的第一端与槽式聚焦太阳能集热器的介质出口连通，太阳能蓄热器的第二端与槽式聚焦太阳能集热器的介质入口连通。
进一步地，余热回收装置还包括第一循环泵，第一循环泵设置在循环管路上以使循环管路内的导热介质循环流动。
进一步地，余热回收装置还包括第一循环泵，第一循环泵设置在循环管路上以使循环管路内的导热介质循环流动，且加热循环管路上设置有单向阀以控制导热介质的流向。
进一步地，余热回收装置还包括第一循环泵，第一循环泵设置在循环管路上以使循环管路内的导热介质循环流动；节能型天然气加压装置还包括第二循环泵，第二循环泵设置在加热循环管路上，第二循环泵用于使加热循环管路内的导热介质循环流动。
进一步地，发电和电动压缩机机组还包括介质冷却器，介质冷却器设置在介质换热器与膨胀发电机组之间，且介质冷却器分别与介质换热器与膨胀发电机组连通以冷却液化由膨胀发电机组输出的有机工质。
进一步地，发电和电动压缩机机组还包括介质循环泵，介质循环泵用于使有机工质实现循环流动。
进一步地，介质冷却器为水冷冷却器或空冷冷却器。
进一步地，第二压缩机组包括电动机机组和第二压缩机，电动机机组与膨胀发电机组电连接，电动机机组与第二压缩机连接以驱动第二压缩机压缩天然气。
应用本发明的技术方案，应用节能型天然气加压装置对天然气进行加压，在完成燃气轮机驱动第一压缩机对输入的第一部分天然气进行压缩的过程中，燃气轮机燃烧了第二部分天然气并输出含有一定热量的烟气，通过增设余热回收装置和发电和电动压缩机机组，从而能够对烟气中的热量进行回收以加热有机工质，并且导热介质通过槽式聚焦太阳能集热器进行先加热之后再通过余热换热器与烟气进行换热，并利用有机工质在膨胀发电机组中膨胀做功以产生电能，然后膨胀发电机组提供电能给第二压缩机组对第三部分天然气进行压缩并输出压缩后的天然气，这样就提高了燃气轮机中的天然气的应用效率，节约能源。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的节能型天然气加压装置的第一实施例的结构示意图；
图2示出了根据本发明的节能型天然气加压装置的第二实施例的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、第一压缩机组； 11、燃气轮机；
12、第一压缩机； 20、余热回收装置；
21、余热换热器； 22、循环管路；
23、槽式聚焦太阳能集热器； 24、太阳能蓄热器；
25、第一循环泵； 26、第二循环泵；
27、加热循环管路； 30、发电和电动压缩机机组；
31、第二压缩机组； 32、介质换热器；
33、介质蒸发器； 34、膨胀发电机组；
35、介质冷却器； 36、介质循环泵；
110、排烟管路； 311、电动机机组；
312、第二压缩机。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1和图2中的箭头表示流动方向。
如图1所示，本发明的第一实施例的节能型天然气加压装置包括第一压缩机组10，该第一压缩机组10包括燃气轮机11和第一压缩机12，燃气轮机11具有排烟管路110，燃气轮机11与第一压缩机12连接以使第一压缩机12压缩天然气，在本实施例中，该节能型天然气加压装置还包括余热回收装置20和发电和电动压缩机机组30(本发明中发电机组是ORC发电系统)，其中，余热回收装置20包括余热换热器21和循环管路22，余热换热器21设置在循环管路22上，且排烟管路110与余热换热器21连通，发电和电动压缩机机组30包括第二压缩机组31以及依次连通且形成循环的介质换热器32、介质蒸发器33和膨胀发电机组34，循环管路22与介质换热器32连通，膨胀发电机组34与第二压缩机组31电连接以提供压缩天然气所需的电能。
在第一实施例中，余热回收装置20还包括加热部，加热部设置在循环管路22上，且加热部位于余热换热器21的上游，并位于介质换热器32的下游。即第一实施例中的加热部与余热换热器21为串联设置方式。
优选地，第一实施例的加热部为槽式聚焦太阳能集热器23。当然，本实施例的加热部还可以选择采用电能加热器、工厂蒸汽锅炉等对导热油进行加热。
通过本发明的节能型天然气加压装置对天然气进行加压，在完成燃气轮机11驱动第一压缩机12对输入的第一部分天然气进行压缩的过程中，燃气轮机11燃烧了第二部分天然气并输出含有一定热量的烟气，一般地，燃气轮机11输出的烟气所具有的温度能够达到400℃至450℃，通过增设余热回收装置20和发电和电动压缩机机组30，从而能够对烟气中的热量进行回收以有机工质(本发明的有机工质例如丙烷、戊烷等)。在该实施例中，导热介质(导热介质可以是水，也可以是导热油，优选地，第一实施例的导热介质为导热油)首先在加热部中进行加热，导热油的温度能够被加热到300℃左右，然后，导热油被输送至余热换热器21进行进一步换热，此时导热油的温度进一步升高(对烟气中的热量进行回收)，然后导热油再在介质换热器32中与有机工质进行换热。并利用有机工质在膨胀发电机组34中膨胀做功以产生电能(膨胀发电机组34包括膨胀机和发电机，有机工质在膨胀机中膨胀做功，然后膨胀机带动发动机工作发电)，然后膨胀发电机组34提供电能给第二压缩机组31对第三部分天然气进行压缩并输出压缩后的天然气，这样就提高了燃气轮机11中的天然气的应用效率，节约能源。
在第一实施例中，第二压缩机组31包括电动机机组311和第二压缩机312，电动机机组311与膨胀发电机组34电连接，电动机机组311与第二压缩机312连接以驱动第二压缩机312压缩天然气。膨胀发电机组34运转产生电能之后，由后续的稳压、稳流装置对电能进行调节，调节后的稳压、稳流电能输向电动机机组311以启动电动机运转，使得电动机机组311驱动第二压缩机312对第三部分天然气进行加压。
为了使电动机机组311能够有效、顺利地驱动第二压缩机312，因此在电动机机组311与第二压缩机312之间通过变速箱连接，而且，为了保证系统长时间运行，防止系统各部分的零部件之间磨损严重，因而该节能型天然气加压装置还包括润滑冷却系统，该润滑冷却系统分别与第一压缩机12、第二压缩机组31的电动机机组311和第二压缩机312、膨胀发电机组34和变速箱连接，以对其中的零部件进行润滑。
由于加热部应用的能量供应方式为太阳能供能，这样，在阳光充足的晴天，加热部能够正常工作，但是，在没有阳光的阴天或者雨天时，这时加热部无法正常工作。因此，为了保证在没有阳光的阴天或者雨天时仍然能够对导热油在进入余热换热器21之前进行加热，第一实施例的节能型天然气加压装置还包括太阳能蓄热器24，太阳能蓄热器24的第一端连通在加热部与介质换热器32之间的循环管路22上，太阳能蓄热器24的第二端连通在加热部与余热换热器21之间的循环管路22上。这样，在没有阳光的阴天或者雨天时，就可以利用太阳能蓄热器24对导热油进行加热。在第一实施例中，太阳能蓄热器24为熔盐型太阳能蓄热器。
如图1所示，发电和电动压缩机机组30还包括介质冷却器35，介质冷却器35设置在介质换热器32与膨胀发电机组34之间，且介质冷却器35分别与介质换热器32与膨胀发电机组34连通以冷却液化由膨胀发电机组34输出的有机工质。当有机工质经过膨胀发电机组34进行膨胀做功之后，为了使有机工质容易实现循环且能够在介质换热器32中吸收更多热量，因此有机工质在介质冷却器35降温冷凝成液态。
在第一实施例中，为了保证导热油的有效循环，因此，余热回收装置20还包括第一循环泵25，第一循环泵25设置在循环管路22上以使循环管路22内的导热介质循环流动。通过第一循环泵25实现导热油的单向循环。相同地，发电和电动压缩机机组30还包括介质循环泵36，介质循环泵36用于使有机工质实现循环流动。
此外，在另一个可行的实施方式中，由于在余热回收装置20中循环的导热油为封闭循环，因此，在循环管路22上设置一个单向阀，利用烟气携带的余热热量使导热油产生压差，就能够实现导热油的循环流动。同样地，在依次连通且形成循环的介质换热器32、介质蒸发器33、膨胀发电机组34及介质冷却器35的任意两者之间的连接管路上设置一个单向阀，利用有机工质在介质换热器32中换热后产生的压差便能够实现有机工质的循环流动。
具体地，在第一实施例中，介质冷却器35为水冷冷却器。当冷却水通过介质冷却器35对有机工质进行冷却降温后，冷却水带走有机工质的热量而升温，此时，升温后的冷却水能够作为洗漱用热水，从而实现进一步的热量回收，节约能源消耗。当然，介质冷却器35还可以为空冷冷却器。
如图2所示，其示出了本发明的第二实施例的结构示意图。第二实施例与第一实施例相比，第二实施例具有以下不同之处。第二实施例的节能型天然气加压装置还包括加热部和加热循环管路27，加热循环管路27与循环管路22之间并联设置，加热部设置在加热循环管路27上，加热部的介质出口与介质换热器32的导热介质入口连通，加热部的介质进口与介质换热器32的导热介质出口连通。即第二实施例的加热部与余热回收装置20为并联方式。此时，加热部中加热的介质也为导热介质。并且，为了保证导热油的循环流动，余热回收装置20还包括第一循环泵25，第一循环泵25设置在循环管路22上以使循环管路22内的导热介质循环流动；为了保证加热循环管路27中的导热介质循环流动，节能型天然气加压装置还包括第二循环泵26，第二循环泵26设置在加热循环管路27上，第二循环泵26用于使加热循环管路27内的导热介质循环流动。当然，在循环管路22和加热循环管路27加上分别设置一个单向阀，利用介质换热后产生的压差，也能够实现导热油循环流动。第二实施例中的加热部也为槽式聚焦太阳能集热器23，在该实施例中，太阳能蓄热器24的第一端与槽式聚焦太阳能集热器23的介质出口连通，太阳能蓄热器24的第二端与槽式聚焦太阳能集热器23的介质入口连通。第二实施例相对于第一实施例除上述不同之处外，其余结构均相同，在此不再赘述。
此外，在本发明的第三实施例中(未图示)，第三实施例与第二实施例相比较，第三实施例将第二实施例中的第二循环泵26替换为单向阀，利用第一循环泵25产生的压力差使得导热油通过单向阀，从而控制导热油在加热循环管路27中的流向。第三实施例与第二实施例相比较，除了上述结构不同之外，其余结构均相同，在此不再赘述。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种节能型天然气加压装置，包括第一压缩机组(10)，所述第一压缩机组(10)包括燃气轮机(11)和第一压缩机(12)，所述燃气轮机(11)具有排烟管路(110)，所述燃气轮机(11)与所述第一压缩机(12)连接以使所述第一压缩机(12)压缩天然气；
其特征在于，所述节能型天然气加压装置还包括：
余热回收装置(20)，所述余热回收装置(20)包括余热换热器(21)和循环管路(22)，所述余热换热器(21)设置在所述循环管路(22)上，且所述排烟管路(110)与所述余热换热器(21)连通；
发电和电动压缩机机组(30)，所述发电和电动压缩机机组(30)包括第二压缩机组(31)以及依次连通且形成循环的介质换热器(32)、介质蒸发器(33)和膨胀发电机组(34)，所述循环管路(22)与所述介质换热器(32)连通，所述膨胀发电机组(34)与所述第二压缩机组(31)电连接以提供压缩天然气所需的电能；
槽式聚焦太阳能集热器(23)，所述槽式聚焦太阳能集热器(23)设置在所述循环管路(22)上，且所述槽式聚焦太阳能集热器(23)位于所述余热换热器(21)的上游，并位于所述介质换热器(32)的下游。
2.根据权利要求1所述的节能型天然气加压装置，其特征在于，所述节能型天然气加压装置还包括太阳能蓄热器(24)，所述太阳能蓄热器(24)的第一端连通在所述槽式聚焦太阳能集热器(23)与所述介质换热器(32)之间的所述循环管路(22)上，所述太阳能蓄热器(24)的第二端连通在所述槽式聚焦太阳能集热器(23)与所述余热换热器(21)之间的所述循环管路(22)上。
3.根据权利要求2所述的节能型天然气加压装置，其特征在于，所述余热回收装置(20)还包括第一循环泵(25)，所述第一循环泵(25)设置在所述循环管路(22)上以使所述循环管路(22)内的导热介质循环流动。
4.根据权利要求1所述的节能型天然气加压装置，其特征在于，所述发电和电动压缩机机组(30)还包括介质冷却器(35)，所述介质冷却器(35)设置在所述介质换热器(32)与所述膨胀发电机组(34)之间，且所述介质冷却器(35)分别与所述介质换热器(32)与所述膨胀发电机组(34)连通以冷却液化由所述膨胀发电机组(34)输出的有机工质。
5.根据权利要求4所述的节能型天然气加压装置，其特征在于，所述发电和电动压缩机机组(30)还包括介质循环泵(36)，所述介质循环泵(36)用于使有机工质实现循环流动。
6.根据权利要求4所述的节能型天然气加压装置，其特征在于，所述介质冷却器(35)为水冷冷却器或空冷冷却器。
7.根据权利要求1所述的节能型天然气加压装置，其特征在于，所述第二压缩机组(31)包括电动机机组(311)和第二压缩机(312)，所述电动机机组(311)与所述膨胀发电机组(34)电连接，所述电动机机组(311)与所述第二压缩机(312)连接以驱动所述第二压缩机(312)压缩天然气。
8.一种节能型天然气加压装置，包括第一压缩机组(10)，所述第一压缩机组(10)包括燃气轮机(11)和第一压缩机(12)，所述燃气轮机(11)具有排烟管路(110)，所述燃气轮机(11)与所述第一压缩机(12)连接以使所述第一压缩机(12)压缩天然气；
其特征在于，所述节能型天然气加压装置还包括：
余热回收装置(20)，所述余热回收装置(20)包括余热换热器(21)和循环管路(22)，所述余热换热器(21)设置在所述循环管路(22)上，且所述排烟管路(110)与所述余热换热器(21)连通；
发电和电动压缩机机组(30)，所述发电和电动压缩机机组(30)包括第二压缩机组(31)以及依次连通且形成循环的介质换热器(32)、介质蒸发器(33)和膨胀发电机组(34)，所述循环管路(22)与所述介质换热器(32)连通，所述膨胀发电机组(34)与所述第二压缩机组(31)电连接以提供压缩天然气所需的电能；
加热循环管路(27)，所述加热循环管路(27)与所述循环管路(22)并联设置；
槽式聚焦太阳能集热器(23)，所述槽式聚焦太阳能集热器(23)设置在所述加热循环管路(27)上，所述槽式聚焦太阳能集热器(23)的介质出口与所述介质换热器(32)的导热介质入口连通，所述槽式聚焦太阳能集热器(23)的介质进口与所述介质换热器(32)的导热介质出口连通。
9.根据权利要求8所述的节能型天然气加压装置，其特征在于，所述节能型天然气加压装置还包括太阳能蓄热器(24)，所述太阳能蓄热器(24)的第一端与所述槽式聚焦太阳能集热器(23)的介质出口连通，所述太阳能蓄热器(24)的第二端与所述槽式聚焦太阳能集热器(23)的介质入口连通。
10.根据权利要求9所述的节能型天然气加压装置，其特征在于，所述余热回收装置(20)还包括第一循环泵(25)，所述第一循环泵(25)设置在所述循环管路(22)上以使所述循环管路(22)内的导热介质循环流动，且所述加热循环管路(27)上设置有单向阀以控制导热介质的流向。
11.根据权利要求9所述的节能型天然气加压装置，其特征在于，
所述余热回收装置(20)还包括第一循环泵(25)，所述第一循环泵(25)设置在所述循环管路(22)上以使所述循环管路(22)内的导热介质循环流动；
所述节能型天然气加压装置还包括第二循环泵(26)，所述第二循环泵(26)设置在所述加热循环管路(27)上，所述第二循环泵(26)用于使所述加热循环管路(27)内的导热介质循环流动。
12.根据权利要求8所述的节能型天然气加压装置，其特征在于，所述发电和电动压缩机机组(30)还包括介质冷却器(35)，所述介质冷却器(35)设置在所述介质换热器(32)与所述膨胀发电机组(34)之间，且所述介质冷却器(35)分别与所述介质换热器(32)与所述膨胀发电机组(34)连通以冷却液化由所述膨胀发电机组(34)输出的有机工质。
13.根据权利要求12所述的节能型天然气加压装置，其特征在于，所述发电和电动压缩机机组(30)还包括介质循环泵(36)，所述介质循环泵(36)用于使有机工质实现循环流动。
14.根据权利要求12所述的节能型天然气加压装置，其特征在于，所述介质冷却器(35)为水冷冷却器或空冷冷却器。
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