CN107388036A - 基于压缩天然气的节能系统及其应用方法 - Google Patents

基于压缩天然气的节能系统及其应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于压缩天然气的节能系统及其应用方法，包括筒式换热器、冷能回收装置、高压调压装置、外部管路及保温管；筒式换热器包括互不连通的第一管路、第二管路和第三管路，第二管路与第三管路设置于第一管路中；第一管路上设置有供冷凝水进入的第一入口和供冷凝水排出的第一出口，第一出口、冷能回收装置和第一入口通过保温管依次相连。上述系统通过冷能回收装置对具有第一温度的冷凝水进行冷能回收，为办公楼提供冷能，同时吸收办公楼的热量，以获得具有第二温度的冷凝水，让具有第二温度的冷凝水与CNG进行热交换，在节约了CNG进行减压时需额外消耗的能源的同时，实现了冷能的回收利用。

Description

基于压缩天然气的节能系统及其应用方法
技术领域
本发明涉及能源利用技术领域，尤其涉及一种基于压缩天然气的节能系统及其应用方法。
背景技术
压缩天然气(CompressedNaturalGas，简称CNG)是对天然气加压后以气态形式储存在容器中。目前在天然气管道未接通的区域，采用压缩天然气供应为一种常用方案。其常规技术方案为采用CNG撬车运到接收站，通过减压撬减压后供该区域的城市管网用户使用。因CNG减压时需要吸收热量，故目前采用电加热或锅炉供热水循环的方式提供能源，但是采用电加热或锅炉供热水循环会消耗大量的能量，不利于能源节约，因此，亟需一种节能系统，以减少能源消耗。
发明内容
本发明提供一种基于压缩天然气的节能系统及其应用方法，用以解决现有技术中在CNG减压时需要额外消耗能源为其提供热量的技术问题。
本发明一方面提供一种基于压缩天然气的节能系统，包括：筒式换热器、冷能回收装置、高压调压装置、外部管路及保温管；
所述筒式换热器包括互不连通的第一管路、第二管路和第三管路，所述第二管路与所述第三管路设置于所述第一管路中；
所述第一管路上设置有供冷凝水进入的第一入口和供冷凝水排出的第一出口，所述第一出口、所述冷能回收装置和所述第一入口通过所述保温管依次相连；
所述冷能回收装置用于接收从所述第一出口输出的具有第一温度的冷凝水，并输出具有第二温度的冷凝水，第一温度小于第二温度；
所述第二管路上设置有第二入口和第二出口，所述第三管路上设置有第三入口和第三出口；
所述第二出口、所述高压调压装置和所述第三入口依次通过外部管路连接；压缩天然气从所述第二入口进入所述第二管路，并依次经所述高压调压装置和所述第三入口进入所述第三管路后，由所述第三出口输出。
进一步的，上述系统还包括控制器、设置在所述第二入口处的第一控制阀和设置在所述第三出口处的压力传感器，所述控制器均与所述第一控制阀和所述压力传感器连接；当压力传感器测得所述第三出口处的压力大于第一预设阈值时，所述压力传感器发送第一信号给所述控制器，所述控制器控制第一控制阀工作，以切断压缩天然气从所述第二入口进入。
进一步的，上述系统还包括设置在所述第三出口处的安全阀，当压力传感器测得所述第三出口处的压力等于第二预设阈值时，所述安全阀自动开启泄压。
进一步的，上述系统还包括设置在所述第一入口和所述冷能回收装置之间的水泵。
进一步的，所述第二管路和所述第三管路均呈螺旋状设置。
进一步的，所述第二管路和所述第三管路均为不锈钢换热管。
进一步的，高压调压装置包括依次通过外部管路连接的第二控制阀、筒式过滤器、高压调压器和第三控制阀，其中，所述第二控制阀还与所述第二出口通过外部管路相连，所述第三控制阀还与所述第三入口通过外部管路相连。
本发明另一方面提供一种应用于上述基于压缩天然气的节能系统的方法，包括：
第一CNG从第二入口进入第二管路，与第一管路中的冷凝水进行热交换，获得第二CNG；
第二CNG从第二出口输出，经过高压调压装置处理之后，获得第三CNG；
第三CNG从第三入口进入第三管路，与第一管路中的冷凝水进行热交换，获得第四CNG；
具有第一温度的冷凝水从第一管路上的第一出口输出，进入冷能回收装置，以获得具有第二温度的冷凝水，第一温度小于第二温度；
具有第二温度的冷凝水从第一入口输入至第一管路中。
本发明提供的基于压缩天然气的节能系统及其应用方法，通过冷能回收装置对具有第一温度的冷凝水进行冷能回收，为办公楼提供冷能，同时吸收办公楼的热量，以获得具有第二温度的冷凝水，让具有第二温度的冷凝水与CNG进行热交换，一方面，高压CNG在调压时所需要吸收的热量由具有第二温度的冷凝水提供，无需额外消耗能量，另一方面，高压CNG(或者次高压CNG)与具有第二温度的冷凝水进行热交换之后，使得冷凝水的温度由第二温度降低至第一温度，该第一温度的冷凝水流向冷能回收装置，冷能回收装置向办公楼释放冷能，保证办公楼的空调效果，实现了冷能的回收利用。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1为本发明实施例提供的基于压缩天然气的节能系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的应用于基于压缩天然气的节能系统的方法的流程示意图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的基于压缩天然气的节能系统的结构示意图，如图1所示，本发明提供一种基于压缩天然气的节能系统，包括：筒式换热器1、冷能回收装置2、高压调压装置3、外部管路4及保温管5；筒式换热器1包括互不连通的第一管路11、第二管路12和第三管路13，第二管路12与第三管路13设置于第一管路11中；第一管路11上设置有供冷凝水进入的第一入口111和供冷凝水排出的第一出口112，第一出口112、冷能回收装置2和第一入口111通过保温管5依次相连；冷能回收装置2用于接收从第一出口112输出的具有第一温度的冷凝水，并输出具有第二温度的冷凝水，第一温度小于第二温度；第二管路12上设置有第二入口121和第二出口122，第三管路13上设置有第三入口131和第三出口132；第二出口122、高压调压装置3和第三入口131依次通过外部管路4连接；压缩天然气从第二入口121进入第二管路12，并依次经高压调压装置3和第三入口131进入第三管路13后，由第三出口132输出。
具体的，如图1所示，第二管路12与第三管路13内置于第一管路11中，第二管路12与第三管路13中通过的CNG可与第一管路11中的冷凝水进行热交换。首先，常温高压CNG从储液罐中输出，从第二入口121输入至第二管路12。由于第一管路11中的冷凝水由冷能回收装置2输出，且冷能回收装置2接收从第一出口112输出的具有第一温度的冷凝水，并输出具有第二温度的冷凝水，从第一入口111输入的冷凝水温度较高(比常温要高)，此时，第二管路12中的常温高压CNG与第一管路11中的高温(指高于常温)冷凝水进行热交换，常温高压CNG升温后，从第二出口122输出至高压调压装置3，由高压调压装置3对升温后的高压CNG进行调压，由于高压CNG减压时需要吸收热量，因此，经过调压后的高压CNG的温度又会下降(低于常温)。经过调压后的CNG(即次高压CNG)从第三入口131进入第三管路13，与第一管路11中的常温的冷凝水进行热交换，升温后的次高压CNG从第三出口132输出，一部分进入储气管调峰，另一部分进入二级调压向城市燃气管网供气。另一方面，与第二管网和第三管网中的CNG进行热交换后的冷凝水从第一出口112输出至冷能回收装置2，冷能回收装置2包括多个设置在办公楼的风机21，风机21向办公楼释放冷能，完成办公楼制冷空调的工作，同时吸收办公楼的热量，以将从第一出口112输出的具有第一温度的冷凝水加温至具有第二温度的冷凝水，具有第二温度的冷凝水在设置于第一入口111和冷能回收装置2之间的水泵6提供的压力下，从第一入口111进入第一管路11中，参与新一轮的热交换。
上述系统通过冷能回收装置2对具有第一温度的冷凝水进行冷能回收，为办公楼提供冷能，同时吸收办公楼的热量，以获得具有第二温度的冷凝水，让具有第二温度的冷凝水与CNG进行热交换，一方面，高压CNG在调压时所需要吸收的热量由具有第二温度的冷凝水提供，无需额外消耗能量，另一方面，高压CNG(或者次高压CNG)与具有第二温度的冷凝水进行热交换之后，使得冷凝水的温度由第二温度降低至第一温度，该第一温度的冷凝水流向冷能回收装置2，冷能回收装置2向办公楼释放冷能，保证办公楼的空调效果。
上述系统优选适用的场景为室内温度10℃以上，主要应用在夏季，可为办公楼节约主机购置费用，代替电空调的使用。
在本发明一个具体实施例中，上述系统还包括控制器(图中未示出)、设置在第二入口121处的第一控制阀7和设置在第三出口132处的压力传感器(图中未示出)，控制器均与第一控制阀7和压力传感器连接；当压力传感器测得第三出口132处的压力大于第一预设阈值时，压力传感器发送第一信号给控制器，控制器控制第一控制阀7工作，以切断压缩天然气从第二入口121进入，防止超压以确保安全。
进一步的，上述系统还包括设置在第三出口132处的安全阀，当压力传感器测得第三出口132处的压力等于第二预设阈值时，安全阀自动开启泄压。第一预设阈值和第二预设阈值可根据实际情况进行设置，一般的，第二预设阈值与第一预设阈值大，如设置第一预设阈值为1.1倍的设定压力，第二预设阈值为1.2倍的设定压力。当压力大于第一预设阈值，小于第二预设阈值时，由控制器控制第一控制阀7工作，通过切断CNG的进入来确保安全。为了进一步确保安全，以防第一控制阀7出现问题，在第三出口132处设置有安全阀，当第三出口132处的压力等于第二预设阈值时，安全阀自动开启泄压。
为了充分进行热交换，第二管路12和第三管路13均呈螺旋状设置，以增大热交换面积和热交换时间。第二管路12和第三管路13均为不锈钢换热管。
在本发明一个具体实施例中，高压调压装置3包括依次通过外部管路4连接的第二控制阀31、筒式过滤器32、高压调压器33和第三控制阀34，其中，第二控制阀31还与第二出口122通过外部管路4相连，第三控制阀34还与第三入口131通过外部管路4相连。
下面列举具体实施例进行说明。
从第二入口121进入的常温高压CNG经第二管路12后，温度达15度的高压CNG从第二出口122输出，经第二控制阀31、筒式过滤器32、高压调压器33、第三控制阀34后降压，降温后变成-5度的次高压CNG；-5度次高压CNG经过第三入口131进入第三管路13，吸收冷凝水能量后升温达10度左右次高压天然气，这个换热过程中CNG提供冷能给冷凝水。10度次高压CNG经第三出口132输出，少部分进入储气管调峰，大部分进入二级调压向城市燃气管网供气；
从冷能风机21装置输出的冷凝水温度变成15度，15度的冷凝水从第一入口111进入第一管路11，吸收-5度次高压CNG的冷能，将次高压CNG的温度升高到10度，吸收冷能的冷凝水温度降至7度-8度，此过程完成冷能的回收。7度-8度的冷凝水，经保温管5流向冷能回收装置2，冷能回收装置2包括多个风机21，风机21设置在办公楼中，风机21向办公楼释放冷能，完成办公楼的制冷空调工作，保证办公楼的空调效果，回收的冷能得到合理利用。冷凝水在向办公楼提供冷能时，吸收了办公楼的热量，将8度的冷凝水加热到15度，完成了冷凝水的吸热过程。吸热后的15度冷凝水，经过水泵6提供压力，流向第一管路11，经第一入口111进入，吸收冷能变成8度的冷水，再经第一出口112输出出，完成了冷能吸收与利用。
进一步的，如图2所示，本发明实施例还提供一种应用于上述基于压缩天然气的节能系统的方法，包括步骤101-步骤105。
其中，步骤101，第一CNG从第二入口121进入第二管路12，与第一管路11中的冷凝水进行热交换，获得第二CNG。此处第一CNG为常温高压CNG。第二CNG为高于常温的高压CNG。
步骤102，第二CNG从第二出口122输出，经过高压调压装置3处理之后，获得第三CNG。第三CNG为低于常温的次高压CNG。
步骤103，第三CNG从第三入口131进入第三管路13，与第一管路11中的冷凝水进行热交换，获得第四CNG；第四CNG为温度高于第三CNG的次高压CNG。
上述第一CNG、第二CNG、第三CNG和第四CNG的区别在于温度或者压强的不同，具体区别可参见上述实施例中对节能系统的记载。
步骤101-步骤103为常温高压CNG吸收热量降压的过程，整个降压过程由第一管路11中的冷凝水提供热量。
步骤104，具有第一温度的冷凝水从第一管路11上的第一出口112输出，进入冷能回收装置2，以获得具有第二温度的冷凝水，第一温度小于第二温度。
步骤105，具有第二温度的冷凝水从第一入口111输入至第一管路11中。
步骤104-步骤105为冷凝水通过冷能回收装置2进行升温，然后与CNG进行热交换降温，最后通过冷能回收装置2向办公楼释放冷能的过程，实现了冷能的回收利用。
上述基于压缩天然气的节能系统的方法，改变常规只能采用电加热或锅炉加热CNG的方式，一方面节约了能源，另一方面又实现了冷能的回收利用。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (8)

1.一种基于压缩天然气的节能系统，其特征在于，包括：筒式换热器、冷能回收装置、高压调压装置、外部管路及保温管；
所述筒式换热器包括互不连通的第一管路、第二管路和第三管路，所述第二管路与所述第三管路设置于所述第一管路中；
所述第一管路上设置有供冷凝水进入的第一入口和供冷凝水排出的第一出口，所述第一出口、所述冷能回收装置和所述第一入口通过所述保温管依次相连；
所述冷能回收装置用于接收从所述第一出口输出的具有第一温度的冷凝水，并输出具有第二温度的冷凝水，第一温度小于第二温度；
所述第二管路上设置有第二入口和第二出口，所述第三管路上设置有第三入口和第三出口；
所述第二出口、所述高压调压装置和所述第三入口依次通过外部管路连接；压缩天然气从所述第二入口进入所述第二管路，并依次经所述高压调压装置和所述第三入口进入所述第三管路后，由所述第三出口输出。
2.根据权利要求1所述的基于压缩天然气的节能系统，其特征在于，还包括控制器、设置在所述第二入口处的第一控制阀和设置在所述第三出口处的压力传感器，所述控制器均与所述第一控制阀和所述压力传感器连接；当压力传感器测得所述第三出口处的压力大于第一预设阈值时，所述压力传感器发送第一信号给所述控制器，所述控制器控制第一控制阀工作，以切断压缩天然气从所述第二入口进入。
3.根据权利要求2所述的基于压缩天然气的节能系统，其特征在于，还包括设置在所述第三出口处的安全阀，当压力传感器测得所述第三出口处的压力等于第二预设阈值时，所述安全阀自动开启泄压。
4.根据权利要求1所述的基于压缩天然气的节能系统，其特征在于，还包括设置在所述第一入口和所述冷能回收装置之间的水泵。
5.根据权利要求1-4任一项所述的基于压缩天然气的节能系统，其特征在于，所述第二管路和所述第三管路均呈螺旋状设置。
6.根据权利要求1-4任一项所述的基于压缩天然气的节能系统，其特征在于，所述第二管路和所述第三管路均为不锈钢换热管。
7.根据权利要求1-4任一项所述的基于压缩天然气的节能系统，其特征在于，高压调压装置包括依次通过外部管路连接的第二控制阀、筒式过滤器、高压调压器和第三控制阀，其中，所述第二控制阀还与所述第二出口通过外部管路相连，所述第三控制阀还与所述第三入口通过外部管路相连。
8.一种应用于上述权利要求1-7任一项所述的基于压缩天然气的节能系统的方法，其特征在于，包括：
第一CNG从第二入口进入第二管路，与第一管路中的冷凝水进行热交换，获得第二CNG；
第二CNG从第二出口输出，经过高压调压装置处理之后，获得第三CNG；
第三CNG从第三入口进入第三管路，与第一管路中的冷凝水进行热交换，获得第四CNG；
具有第一温度的冷凝水从第一管路上的第一出口输出，进入冷能回收装置，以获得具有第二温度的冷凝水，第一温度小于第二温度；
具有第二温度的冷凝水从第一入口输入至第一管路中。
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