CN107013271A - 天然气发电余能综合利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种天然气发电余能综合利用系统，其包括：与天然气输送站相连的天然气输送管，以及与天然气主管网相连的天然气输出管系统；膨胀机发电组件，包括膨胀机，膨胀机的进气口与天然气输送管相连，膨胀机的出气口与天然气输出管系统相连；加热天然气装置，置于所述天然气输出管道系统中，使天然气输出管系统内的天然气换热升温。本发明的天然气发电余能综合利用系统，其既能使天然气降压又使温度符合要求，且降压处可做功用于发电，而加热天然气装置还可充分利用天然气的低温或利用其他余热资源使天然气升温，实现了最充足的余能利用。

Description

天然气发电余能综合利用系统

技术领域

本发明涉及天然气与汽轮机发电技术领域，特别是涉及天然气发电余能综合利用系统。

背景技术

随着我国西部地区和近海海域油气田的开发，以及东南沿海的大中型城市液化天然气的引入，我国的天然气资源日渐丰富，天然气利用项目也日渐增多。

由于天然气管线输送距离较长，因此需采用高压输送方式才能满足大气量长距离的输气要求，而终端用户的用气压力则较低，天然气在送给终端用户使用之前必须进行减压。通常的做法是通过天然气调压站进行减压，这使天然气的压降消耗在克服流动阻力上，同时考虑到输送的流量，这是一种巨大的能量浪费。

因此，需要一种结合天然气压力来发电且能确保天然气正常传输的天然气发电余能综合利用系统。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种天然气发电余能综合利用系统，用于解决现有技术中天然气与汽轮机发电中余能未充分利用的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种天然气发电余能综合利用系统，其包括：与天然气输送站相连的天然气输送管，以及与天然气主管网相连的天然气输出管系统；

膨胀机发电组件，包括膨胀机，膨胀机的进气口与天然气输送管相连，膨胀机的出气口与天然气输出管系统相连，膨胀发电机是通过利用天然气输送过程中的压力差做功发电；

加热天然气装置，置于所述天然气输出管系统中，使天然气输出管系统内的天然气换热升温，升温后的温度需满足下游系统的供气要求。

优选的，所述天然气输送管包括主输送管和输送旁路，主输送管与所述膨胀机的进气口相连，输送旁路与所述膨胀机并联设置。

优选的，所述输送旁路上还设有调压阀和流量调节阀。

优选的，所述加热天然气装置为海水换热器，所述海水换热器的海水进口、海水出口均与汽轮机海水回收系统相连，汽轮机海水回收系统包括与汽轮机的冷凝管路相连通的海水回收井、以及置于海水回收井内的循环泵，循环泵的出口通过送水管路与所述海水进口相连，所述海水出口通过排水管路与海水回收井相连。

优选的，所述汽轮机的冷凝管路包括与汽轮机中凝汽器相连的进水管、与汽轮机中凝汽器相连的出水管，以及与进水管相连的抽取海水用的送水泵，所述出水管的末端伸入所述海水回收井中。

优选的，所述送水管路上具有一送水支路与所述进水管相连通，所述送水支路上设有开关阀。

优选的，所述排水管路上具有一排水支路与所述进水管相连通，所述排水支路上设有开关阀。

优选的，还包括置于所述天然气输送管内的天然气预热装置，所述天然气预热装置的热源为机组余热排水系统中的余热水，或者为其他低品位热源。

优选的，所述天然气输出管系统包括多条并联设置的天然气支路，至少两条天然气支路中设有所述加热天然气装置，所有天然气支路上均设有调节开关阀。

优选的，所述加热天然气装置为制冷空调，或者冷库的冷源吸取装置，或者其他利用余热的换热装置。

如上所述，本发明的天然气发电余能综合利用系统，具有以下有益效果：天然气输送站输出的天然气压力高于下游天然气管网所用的天然气压力，因而利用膨胀机发电组件来降低天然气的输送压力，但是做功后的天然气温度降低很多，不易于直接进入天然气主管网，因此再利用加热天然气装置来对做功后的天然气升温，使天然气既降压又温度符合要求，且降压处可做功用于发电，而加热天然气装置还可充分利用天然气的低温，实现了最充足的余能利用，天然气输送管接入天然气预热装置可利用电厂杂用水或其它低品质热源，加热进入膨胀机天然气温度，提高其做功能力。

附图说明

图1显示为本发明的天然气发电余能综合利用系统示意图。

图2显示为本发明的汽轮机海水回收系统示意图。

元件标号说明

1 天然气输送站

2 天然气输送管

21 输送支路

22 输送旁路

221 紧急切断阀

222 调压阀

223 流量调节阀

3 天然气预热装置

4 膨胀机

5 海水换热器

6 开关阀

7 天然气输出管系统

71 天然气支路

72 调节开关阀

8 天然气主管网

9 循环泵

10 海水回收井

11 送水管路

111 送水支路

12 排水管路

121 排水支路

13 送水泵

14 进水管

15 凝汽器

16 出水管

17、18 调节阀

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图2。须知，本说明书所附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，本发明提供一种天然气发电余能综合利用系统，其包括：

与天然气输送站1相连的天然气输送管2，以及与天然气主管网8相连的天然气输出管系统7；

膨胀机发电组件，包括膨胀机4，膨胀机4的进气口与天然气输送管2相连，膨胀机4的出气口与天然气输出管系统7相连，膨胀发电机是通过利用天然气输送过程中的压力差做功发电；本实施例中的膨胀发电机组是通过利用天然气输送过程中的压力差推动转子做功，产生电能；加热天然气装置，置于所述天然气输出管系统中，使天然气输出管系统内的天然气换热升温，升温后的温度需满足下游系统的供气要求。

本发明中的天然气输送站2输出的天然气压力高于天然气主管网8中天然气的压力，因而利用膨胀机发电组件来降低天然气的输送压力，但是做功后的天然气温度降低很多，不易于直接进入天然气主管网，因此再利用加热天然气装置来对做功后的天然气升温，使天然气既降压又使温度符合要求，且降压处可做功用于发电，而加热天然气装置还可充分利用天然气的低温，实现了最充足的余能利用。

本实施例中的天然气输送管2还可设有与膨胀机4并联设置的输送旁路22，输送旁路22上可设有开关阀6，与膨胀机相连的天然气输送支路上也设有开关阀6，本实施例通过输送旁路的设置来确保膨胀机故障情况下的紧急切换，保证天然气的正常输送。本实施例中的输送旁路22上还设有紧急切断阀221、调压阀222和流量调节阀223，输送主路和输送旁路均可对天然气输送压力和输送流量进行调节，满足下游供气要求。

为提高膨胀机的做功效能，本实施例中还包括置于天然气输送管2内的天然气预热装置3，所述天然气预热装置3的热源为机组余热排水系统中的余热水，或者为其他低品位热源；本实施例的天然气预热装置具有与机组余热排水系统相连的淡水换热管路，本实施例中天然气预热装置3其利用汽轮机组中排出的机组余热淡水，以此来加热做功前的天然气，不仅对膨胀机出口的天然气升温，还增加了膨胀机发电能力，进一步利用了机组发电时产生的余热能。

为确保整个天然气输送系统的正常输送，本实施例中的天然气输送管2包括并联的主输送管和输送支路21，主输送管上设置上述天然气预热装置3，输送支路21的设置是作为天然气预热装置检修隔绝使用，从而不影响正常供气。

图1和图2所示为本发明加热天然气装置的一具体实施例。

如图1所示，本实施例中的加热天然气装置为海水换热器5，所述海水换热器5的海水进口、海水出口均与汽轮机海水回收系统相连，见图2所示，汽轮机海水回收系统包括与汽轮机的冷凝管路相连通的海水回收井10、以及置于海水回收井10内的循环泵9，循环泵9的出口通过送水管路11与海水换热器5的海水进口相连，海水换热器5的海水出口通过排水管路12与海水回收井10相连。本实施例中采用汽轮机海水回收系统中回收到海水回收井中的吸热升温后的海水来加热做功后的低温天然气，使做功后的低温天然气升温至大于2℃，使其能符合进入天然气主管网的所需温度。本实施例中对汽轮机海水回收系统中的海水热能进行充分利用，使整个天然气汽轮机发电系统中的能量得到最大利用，提高能效，节约能源。

为保证对做功后的天然气正常升温，本实施例中天然气输出管系统7包括多条并联设置的天然气支路71，至少两条天然气支路71中设有所述海水换热器5，所有天然气支路上均设有调节开关阀72。本实施例通过多条并联设置的天然气支路来满足做功后天然气的正常升温，并且可根据天然气的流量来选择不同的天然气支路的使用。

如图2所示，本实施例中的汽轮机的冷凝管路包括与汽轮机中凝汽器15相连的进水管14、与汽轮机中凝汽器15相连的出水管16，以及与进水管14相连的抽取海水用的送水泵13，所述出水管16的末端伸入所述海水回收井10中。图2所示的实施例中具有四个汽轮机组，每个汽轮机组均配备一个对应的送水泵13，且相邻的汽轮机组可共用一路进水管和一路出水管。

当汽轮机停机时，为节约能耗，本实施例在送水管路11上具有一送水支路111与所述进水管14相连通，所述送水支路111上设有开关阀17。即当汽轮机停机时，可关闭送水泵13，打开开关阀17，使循环泵9抽取海水回收井中的海水通过送水支路111送入各机组，为各机组的凝汽器提供备用冷却水，在停机时关闭送水泵可节约送水泵使用的电能等，又为本发明的整个系统达到更好的余能利用。进一步地，排水管路12上具有一排水支路121与所述进水管14相连通，所述排水支路121上设有开关阀18；本实施例进一步从连接海水换热器的出水口的排水管路12上连设一排水支路121，使在汽轮机运行或停机时，换热后的海水经排水支路121后进入各汽轮机组的凝汽器，使机组凝汽器可进一步利用天然气的冷能。

本实施例中针对天然气、海水余热和机组排水余热的利用，主要分为以下几个能量利用路线：天然气输送站1内的高压天然气进入天然气输送管2中，天然气输送管可分为并联的主输送管和输送支路21，输送支路21根据需要通过阀门来开通，一般天然气经主输送管进入膨胀机4内做功并产生电能，且当天然气经主输送管内的天然气预热装置3时吸热，做功后的天然气降温进入天然气输出管系统7，天然气的温度最低至零下20℃以下，在天然气输出管系统7内经海水换热器5吸热后升温，升温后的天然气至少可达2℃，满足进入天然气主管网8的温度要求。

上述天然气预热装置3中流经的是汽轮机组中的锅炉定排放水等排出的淡水，淡水经经天然气预热装置后换热给天然气，使主输送管内的天然气吸收余热后升温。

上述送水泵13抽取海水经进水管14进入汽轮机凝汽器中吸热，作为凝汽器15的冷源，吸热后的海水经出水管16排至海水回收井10中，上述循环泵9抽取海水回收井10中的海水通过送水管路11进入海水换热器5中，此时被回收的海水作为天然气的热源，而换热降温后的海水再由排水管路12进入海水回收井10中。

当汽轮机组停机或运行时，本实施例中上述循环泵9抽取的海水还可经送水支路111和\或排水支路121进入与汽轮机中凝汽器15相连的进水管14内，此时循环泵抽取的海水作为汽轮机组凝汽器15所用的冷却水，在汽轮机组停机时，可全部停用各送水泵13。

在汽轮机组运行时，若送水泵13供水有余量，且海水换热器用水量亦可满足的情况下，可以不运行循环泵9，直接通过循环泵13以及送水支路111和调节阀17，直接向凝汽器15和海水换热器5同时供冷却水。这样就不需要增开循环泵9，也可以达到节能的目的。

作为本发明的加热天然气装置的另一具体实施例，本实施例中的加热天然气装置为制冷空调，或者冷库的冷源吸取装置，以及其他利用余热的换热装置。本实施例中把做功后低温的天然气作为冷源，使其作为制冷空调或者冷库的冷源，既能实现天然气自身的升温，又能进行冷能的再利用。

综上所述，本发明的天然气发电余能综合利用系统，其中天然气输送站输出的天然气为高压然气，而天然气主管网所用天然气为低压然气，因而利用膨胀机发电组件来降低天然气的输送压力，但是做功后的天然气温度降低很多，不易于直接进入天然气主管网，因此再利用加热天然气装置来对做功后的天然气升温，使天然气既降压又使温度符合要求，且降压处可做功用于发电，而加热天然气装置还可充分利用天然气的低温，实现了最充足的余能利用。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种天然气发电余能综合利用系统，其特征在于，包括：

与天然气输送站相连的天然气输送管，以及与天然气主管网相连的天然气输出管系统；

膨胀机发电组件，包括膨胀机，膨胀机的进气口与天然气输送管相连，膨胀机的出气口与天然气输出管系统相连，膨胀发电机是通过利用天然气输送过程中的压力差做功发电；

加热天然气装置，置于所述天然气输出管系统中，使天然气输出管系统内的天然气换热升温，升温后的温度需满足下游系统的供气要求。

2.根据权利要求1所述的天然气发电余能综合利用系统，其特征在于：所述天然气输送管包括主输送管和输送旁路，主输送管与所述膨胀机的进气口相连，输送旁路与所述膨胀机并联设置。

3.根据权利要求2所述的天然气发电余能综合利用系统，其特征在于：所述输送旁路上还设有调压阀和流量调节阀。

4.根据权利要求1所述的天然气发电余能综合利用系统，其特征在于：所述加热天然气装置为海水换热器，所述海水换热器的海水进口、海水出口均与汽轮机海水回收系统相连，汽轮机海水回收系统包括与汽轮机的冷凝管路相连通的海水回收井、以及置于海水回收井内的循环泵，循环泵的出口通过送水管路与所述海水换热器的海水进口相连，所述海水换热器的海水出口通过排水管路与海水回收井相连。

5.根据权利要求4所述的天然气发电余能综合利用系统，其特征在于：所述汽轮机的冷凝管路包括与汽轮机中凝汽器相连的进水管、与汽轮机中凝汽器相连的出水管，以及与进水管相连的抽取海水用的送水泵，所述出水管的末端伸入所述海水回收井中。

6.根据权利要求4所述的天然气发电余能综合利用系统，其特征在于：所述送水管路上具有一送水支路与所述进水管相连通，所述送水支路上设有调节阀。

7.根据权利要求4所述的天然气发电余能综合利用系统，其特征在于：所述排水管路上具有一排水支路与所述进水管相连通，所述排水支路上设有调节阀。

8.根据权利要求1所述的天然气发电余能综合利用系统，其特征在于：还包括置于所述天然气输送管内的天然气预热装置，所述天然气预热装置的热源为机组余热排水系统中的余热水，或者为其他低品位热源。

9.根据权利要求1所述的天然气发电余能综合利用系统，其特征在于：所述天然气输出管系统包括多条并联设置的天然气支路，至少两条天然气支路中设有所述加热天然气装置，所有天然气支路上均设有调节开关阀。

10.根据权利要求1所述的天然气发电余能综合利用系统，其特征在于：所述加热天然气装置为制冷空调，或者冷库的冷源吸取装置，或者其他利用余热的换热装置。