CN201787329U - 高压天然气能量综合利用的装置 - Google Patents

Abstract

一种高压天然气能量综合利用的装置，其包括：高压天然气管线、低压天然气管线、调压器、阀门、透平膨胀机、透平膨胀机发电机组、内燃机发电机组及换热器、脱碳脱水机构、变频器及余热锅炉；脱碳脱水机构接高压天然气管线和透平膨胀机，透平膨胀机接发电机和换热器，换热器接低压天然气输配管线、热流体及冷能管线，内燃机接发电机、低压天然气管线及余热锅炉，余热锅炉热能输用热设备，两种电能经变频器输用电设备，其在完成高压天然气降压的同时，使天然气膨胀降压过程中产生的机械能、冷能，以及内燃机产生的化学能和热能得到综合利用，有效提高能源利用率。

Description

高压天然气能量综合利用的装置

技术领域

本实用新型涉及一种高压天然气能量综合利用的装置。

背景技术

随着2015年前建成“两横一纵”天然气输气管道大动脉、8条国内气田外输管线、8大天然气消费市场的区域管网以及相配套的四大地区地下储气库发展目标的制定，目前天然气行业广泛关注的仍然是输气能力建设问题。长输管线自身蕴含的巨大节能潜力尚未被广泛重视，这部分能量能否回收利用，对于提高我国天然气工业的能源利用效率具有重要的示范和现实意义。

对于燃气长输管线，为了提高其输气量，通常在沿途增设加压站对天然气进行压缩，这样就使得天然气通常以很高的压力供给某些城市门站或工业大用户。天然气做为燃料用，其使用压力要远远低于供给压力，通常的做法是用调压器进行减压后再进行使用。在节流降压过程中，它的压降完全消耗在克服流动阻力上，天然气在流动过程中没有推动任何机械做功，压力能未得到回收。

以西气东输某门站的气源条件对天然气长输管线余压能进行理论计算：

表1：气源条件

进站温度(℃)	进站压力(MPaG)	出站压力(MPaG)	气量(Nm3/h)
				20	2-4	0.25	25000

表2可利用能量理论计算结果

实际可回收能量与表2有差异。Aspen plus(Advanced System for ProcessEngineering)是大型通用流程模拟系统，采用ASPEN系统推荐的对应Transportation of oil and gas by pipeline的RKS-BM计算方法，采用透平膨胀机为压力能回收装置，分别取膨胀机效率为0.75，齿轮箱效率为0.98，发电机效率为0.96，进行计算后得出：

按膨胀机进口绝对压力4.1MPa、出口绝对压力0.35MPa、进口温度20℃、气量25000Nm3/h计算，得出其冷量、发电量最大点的值分别为冷量1017KW、发电量946KW。相应的，在膨胀机进口绝对压力2.1MPa、出口绝对压力0.35MPa、进口温度20℃、气量25000Nm3/h时，计算得最小点分别为冷量650KW、发电量612KW。

因此，天然气由2.1～4.1MPa(A)膨胀到0.35MPa(A)，气量为22500Nm3/h，出口温度低于-63℃经换热器后回温到0℃，每小时可产生大于680KW的冷量，同时每小时可产生680～930KW的电能。对于一个中型天然气接收站来说，节能效益十分显著。在能源日益紧张的今天，能够有效提高能源利用率尤为显得重要。

现有的利用天然气输配管线压差进行联合发电的设备，采用单台透平膨胀机与发电机构成的透平膨胀机发电机组、单台内燃机与发电机组成的内燃发电机组以及换热器构成的设备回收利用天然气减压过程中释放的机械能和发电机组发电过程中产生的热能，但是该设备不能适应天然气门站等站场供给压力、下游天然气用户使用量随时大幅波动的情况，致使电能输出的压力、频率和电量极不稳定，无法满足用电端的需要，限制了这类技术的实际运用。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于克服现有产品存在的上述缺点，而提供一种高压天然气能量综合利用的装置，其在完成高压天然气降压的同时，使天然气膨胀降压过程中产生的机械能、冷能，以及内燃机产生的化学能和热能得到综合利用，有效提高能源利用率。

本实用新型的目的是由以下技术方案实现的。

本实用新型高压天然气能量综合利用的装置，包括高压天然气输配管线1、低压天然气输配管线6、调压器、阀门、天然气透平膨胀机、天然气透平膨胀机输出轴与发电机构成的天然气透平膨胀机发电机组、内燃机输出轴和发电机组成的内燃机发电机组以及换热器；其特征在于：还包括脱碳脱水机构、变频器以及余热锅炉；该脱碳脱水机构为吸附塔2，该吸附塔2的进口通过管道与高压天然气输配管线1连接，其出口通过管道与透平膨胀机进口和阀门连接；该透平膨胀机的输出轴连接发电机构成的天然气透平膨胀机发电机组，且透平膨胀机的出口通过阀门与换热器的冷流体进口连接；该换热器的冷流体出口通过管道与膨胀后的低压天然气输配管线6连接，且换热器的热流体入口与需要换热的热流体连接，而换热器的热流体出口与冷能利用管线13连接，输往用冷设备；该内燃机8的天然气进口端通过阀门与膨胀后的低压天然气输配管线6连接，内燃机8的空气进口端7与大气相通，而内燃机8的燃烧的高温烟气由管道通入余热锅炉11内，余热锅炉11产生的热能16由排出口排出输往用热设备，该内燃机的输出轴与发电机连接构成内燃机发电机组；该天然气透平膨胀机发电机组输出端与内燃机发电机组输出端之间设有变频器，两种发电机组输出的电能15经变频器汇合后输往用电设备18。

前述的高压天然气能量综合利用的装置，其中所述吸附塔2的进口与高压天然气输配管线1连接的管道上设有阀门22，其出口与透平膨胀机进口的管道上设有阀门23，且高压天然气输配管线1与吸附塔2出口之间的连接管道上设有起旁通作用的阀门21；所述吸附塔2出口连接的管道上设有阀门与多台透平膨胀机连接；

阀门33入口通过管道与透平膨胀机31的进口及阀门23的出口并联连接，阀门33出口通过管道与透平膨胀机32的入口及阀门34的入口并联连接，阀门34入口通过管道并联连接阀门33的出口及透平膨胀机32的入口，阀门34出口通过管道并联连接阀门35的入口及换热器51的冷流体出口，阀门35入口通过管道并联连接阀门34的出口及换热器51的冷流体出口，阀门35出口通过管道并联连接换热器52的冷流体出口及低压天然气管线6；

换热器51的冷流体入口与透平膨胀机31的出口连接，冷流体出口通过管线与阀门34的出口以及阀门35的入口并联连接；

换热器52的冷流体入口与透平膨胀机32的出口连接，冷流体出口与膨胀后的低压天然气输配管线6及阀门35的出口并联连接；

换热器51和52的热流体入口分别与需要换热的热流体12管道相连接，换热器51和52的热流体出口分别与冷能利用管线13连接，输往用冷设备；

阀门33、34和35的作用是实现透平膨胀机31和32的串并联，当需要透平膨胀机31和32串联时，阀门33和35关闭，阀门34打开；当需要透平膨胀机31和32并联时，阀门34关闭，阀门33和35打开；

所述内燃机8的天然气进口端通过阀门61与膨胀后的燃气管道6连接，内燃机8的空气进口端7与大气相通，而内燃机8的高温烟气10由管道通入余热锅炉11内，余热锅炉11产生的热能16由排出口排出输往用热设备；该内燃机的输出轴与发电机9连接构成内燃机发电机组；所述透平膨胀机31的输出轴与发电机41构成天然气透平膨胀机发电机组，该天然气透平膨胀机发电机组的输出端与内燃机发电机组输出端之间设有变频器171；所述透平膨胀机32的输出轴与发电机42构成天然气透平膨胀机发电机组，该天然气透平膨胀机发电机组的输出端与内燃机发电机组输出端之间设有变频器172；使两种发电机组输出的电能15经变频器171和172汇合后输往用电设备；

所述膨胀后的低压天然气输配管线6上设有下游燃气用户64的控制阀门62：

所述高压天然气输配管线1与低压天然气输配管线6之间设有旁通管道，该管道上设有手动阀门24和26，以及调压器25，且调压阀25设置在手动阀门24和26之间。

本实用新型高压天然气能量综合利用的方法和装置的有益效果，本实用新型的技术核心是综合利用天然气管道降压产生的能量，该能量通过本实用新型设计的机械能发电、冷能回收而实现；化学能由内燃机通过燃烧来利用，途径是产生机械能发电和热能回收。该装置充分利用了高压天然气膨胀降压和内燃机燃烧过程中产生的机械能、冷能、化学能以及热能。其是利用高压天然气膨胀降压产生的机械能带动不同组合方式透平膨胀机发电机组进行发电，在发电的同时产生冷能并进行阶梯利用，利用天然气燃烧产生的化学能带动内燃机发电机组进行发电，在发电同时其产生的废热通入余热锅炉加以利用；透平膨胀机组全时工作，内燃发电机组间歇式工作，双发电方式耦合以提高压力能利用效率和系统稳定性；采用透平膨胀机工序前天然气水分脱除技术，而不是对进入透平膨胀机以前的天然气加热，既防止透平膨胀过程中结冰，也克服了现有技术为防止膨胀后的结冰现象而对进入透平膨胀机之前的天然气进行加热导致的能耗大的弊端。本实用新型设置变频器以调整透平膨胀发电机组的不稳定输出，并且利用变频器调整两种电能的参数，使得透平膨胀发电和内燃发电两种电力输出的品质相匹配，满足用电端对电力稳定性的要求。

由此可以充分利用高压天然气膨胀降压产生的机械能、冷能、化学能和热能，实现冷热电联产，有效提高能源利用率，节能效果非常显著，实现低碳、环保，能够广泛用于城市天然气门站、调压站以及天然气田的井口减压装置。

附图说明：

图1为本实用新型高压天然气能量综合利用装置整体结构示意图。

图中主要标号说明：1高压天然气输配管线、2吸附塔、21手动阀门、22手动阀门、23手动阀门、24手动阀门、25调压器、26手动阀门、31透平膨胀机、32透平膨胀机、33阀门、34阀门、35阀门、41发电机、42发电机、51低温换热器、52低温换热器、6低压天然气输配管线、61手动阀门、7空气进口端、8内燃机、9发电机、10高温烟气、11余热锅炉、12需要换热的热流体管线、13冷能利用管线、14化学能、15电能、16热能、171变频器、172变频器、18用电设备。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型高压天然气能量综合利用的装置，包括高压天然气输配管线1、低压天然气输配管线6、调压器、阀门、天然气透平膨胀机、天然气透平膨胀机输出轴与发电机构成的天然气透平膨胀机发电机组、内燃机输出轴和发电机组成的内燃机发电机组以及换热器；其改进之处在于：还包括脱碳脱水机构、变频器以及余热锅炉；该脱碳脱水机构为吸附塔2，该吸附塔2的进口通过管道与高压天然气输配管线1连接，其出口通过管道与透平膨胀机进口和阀门连接；该透平膨胀机的输出轴连接发电机构成的天然气透平膨胀机发电机组，且透平膨胀机的出口通过阀门与换热器的冷流体进口连接；该换热器的冷流体出口通过管道与膨胀后的低压天然气输配管线6连接，且换热器的热流体入口与需要换热的热流体连接，而换热器的热流体出口与冷能利用管线13连接，输往用冷设备；该内燃机8的天然气进口端通过阀门与膨胀后的低压天然气输配管线6连接，内燃机8的空气进口端7与大气相通，而内燃机8的燃烧的高温烟气由管道通入余热锅炉11内，余热锅炉11产生的热能16由排出口排出输往用热设备，该内燃机的输出轴与发电机连接构成内燃机发电机组；该天然气透平膨胀机发电机组输出端与内燃机发电机组输出端之间设有变频器，两种发电机组输出的电能15经变频器汇合后输往用电设备18。

本实用新型高压天然气能量综合利用的装置，其中，所述吸附塔2的进口与高压天然气输配管线1连接的管道上设有阀门22，其出口与透平膨胀机进口的管道上设有阀门23，且高压天然气输配管线1与吸附塔2出口之间的连接管道上设有起旁通作用的阀门21；所述吸附塔2出口连接的管道上设有阀门与多台透平膨胀机连接；

所述阀门33入口通过管道与透平膨胀机31的进口及阀门23的出口并联连接，阀门33出口通过管道与透平膨胀机32的入口及阀门34的入口并联连接，阀门34入口通过管道并联连接阀门33的出口及透平膨胀机32的入口，阀门34出口通过管道并联连接阀门35的入口及换热器51的冷流体出口，阀门35入口通过管道并联连接阀门34的出口及换热器51的冷流体出口，阀门35出口通过管道并联连接换热器52的冷流体出口及低压天然气管线6；

换热器51的冷流体入口与透平膨胀机31的出口连接，冷流体出口通过管线与阀门34的出口以及阀门35的入口并联连接；

换热器52的冷流体入口与透平膨胀机32的出口连接，冷流体出口与膨胀后的低压天然气输配管线6及阀门35的出口并联连接；

换热器51和52的热流体入口分别与需要换热的热流体12管道相连接，换热器51和52的热流体出口分别与冷能利用管线13连接，输往用冷设备；

阀门33、34和35的作用是实现透平膨胀机31和32的串并联，当需要透平膨胀机31和32串联时，阀门33和35关闭，阀门34打开；当需要透平膨胀机31和32并联时，阀门34关闭，阀门33和35打开；

所述内燃机8的天然气进口端通过阀门61与膨胀后的燃气管道6连接，内燃机8的空气进口端7与大气相通，而内燃机8的高温烟气10由管道通入余热锅炉11内，余热锅炉11产生的热能16由排出口排出输往用热设备；该内燃机的输出轴与发电机9连接构成内燃机发电机组；所述透平膨胀机31的输出轴与发电机41构成天然气透平膨胀机发电机组，该天然气透平膨胀机发电机组的输出端与内燃机发电机组输出端之间设有变频器171；所述透平膨胀机32的输出轴与发电机42构成天然气透平膨胀机发电机组，该天然气透平膨胀机发电机组的输出端与内燃机发电机组输出端之间设有变频器172；使两种发电机组输出的电能15经变频器171和172汇合后输往用电设备；

所述膨胀后的低压天然气输配管线6上设有下游燃气用户64的控制阀门62；

所述高压天然气输配管线1与低压天然气输配管线6之间设有旁通管道，该管道上设有手动阀门24和26，以及调压器25，且调压阀25设置在手动阀门24和26之间。

实施例：

如图1所示，通过高压天然气管网1输送的高压天然气，压力波动范围为1.6至3.5Mpa，温度为25℃左右，含有0.2％二氧化碳及饱和水，流量为2万Nm3/H，经分子筛脱碳脱水塔2后，露点温度降低到-35℃，二氧化碳含量降低到50PPM，进入透平膨胀降压工序，该工序根据下游用户使用天然气流量和压力的变化，可有两种运行模式：

1、透平膨胀机串联运行：

当天然气压力处于2.0-3.5Mpa、流量处于2000--6000Nm³/H时，采用透平膨胀机串联运行方式，这时阀门33和35关闭，阀门34打开，洁净天然气首先通过型号为NG30/10-5000的透平膨胀机31，与透平膨胀机31输出轴连接的发电机41进行发电，产生电量约100KW，经过该透平膨胀机31后的低温低压的天然气压力为1.0Mpa、温度为-30℃，该膨胀降压后的天然气经过不锈钢列管式低温换热器51与20℃的中央空调冷冻水进行换热，将中央空调冷冻水温度降到到15℃，冷能得以利用约90KW，然后将复热后的天然气通入型号为NG10/2.5-8000的透平膨胀机32，与透平膨胀机32输出轴连接的发电机42进行发电，产生电量约75KW，经过透平膨胀机32降压后的低温低压的天然气压力为0.25Mpa、温度为-30℃，该膨胀降压后的经过不锈钢列管式低温换热器52与20℃的中央空调冷冻水进行换热，将中央空调冷冻水温度降到到15℃，冷能13得以利用约85KW，使降压膨胀后天然气温度复热到15℃，关闭阀门61，打开阀门62，低压天然气进入下游用户64。

当天然气流量降低到小于2000Nm³/H时，打开阀门61，使天然气进入内燃机8与空气进口端7进入的空气混合燃烧，利用其燃烧时产生的化学能带动与内燃机输出轴连接的发电机9进行发电，天然气的流量范围为50至2000Nm³/H，产生电量150至6000KW，内燃机8燃烧过程中产生的400℃高温烟气10通入型号为Q4.5/400-900KW的余热锅炉11产生热能16(蒸汽)，该蒸汽通过溴化锂制冷机组，将其产生的热能得以利用，热能约75-3000kw。

2、透平膨胀机并联运行：

当天然气压力处于1.0至2.0Mpa、流量处于2000至6000Nm3/H时，采用透平膨胀机并联运行方式，这时阀门33和35打开，阀门34关闭，洁净天然气同时通过型号为NG30/10-8000的透平膨胀机31及型号为NG10/2.5-8000的透平膨胀机32，分别与两台透平膨胀机31和32输出轴连接的发电机41和42进行发电，产生电量约200KW，经过透平膨胀机后的低温低压的天然气压力为0.4至0.25Mpa、温度为-45至-30℃，经过不锈钢列管式低温换热器51和5.2与20℃的中央空调冷冻水进行换热，将中央空调冷冻水温度降到到15℃，冷能13得以利用约175KW，低温低压的天然气温度复热到15℃，关闭阀门61，打开阀门62，低压天然气进入下游用户64。

当天然气流量降低到小于2000Nm³/H时，打开阀门61，低温低压的天然气进入内燃机8与空气进口端7进入的空气混合燃烧，利用燃烧过程中产生的化学能带动发电机9进行发电，天然气流量范围为50至2000Nm³/H，产生电量150-6000KW，内燃机8燃烧过程中产生的400℃高温烟气10通入型号为Q4.5/400-900KW余热锅炉11产生热能16(蒸汽)，该蒸汽通过溴化锂制冷机组将其热能得以利用，热能约75至3000kw。

本实用新型高压天然气能量综合利用装置的工作原理是：正常工况下，系统处于膨胀机运行、内燃机停止的工作状态。当工况改变(下游用气量减少)导致透平膨胀机发电机组输出电能不足时，开启内燃机带动内燃机发电机组进行工作，以保证电力输出量和输出指标的稳定，并使透平膨胀机处于正常的工作状态，因此该透平膨胀机是全时工作，内燃机是间歇工作。当需要串联使用透平膨胀机发电机组发电时，关闭阀门33和35，打开阀门34；当需要并联使用透平膨胀机发电机组发电时，阀门33和35打开，阀门34关闭。在内燃机需要启动时开启阀门61向内燃机供应燃料天然气。

本实用新型高压天然气能量综合利用的装置中：

设置变频器的作用是为了改变透平膨胀电能的输出参数，包括频率、幅值等。变频器入口连接透平膨胀机驱动的发电机41和42的输出端，变频器出口与内燃机发电机组的发电机出口相连接。内燃机发电机组因为工况稳定，无需设置变频器调整电能参数。通过变频器可以改变透平膨胀发电机组输出的电能参数，以保证透平膨胀机发电机组产生的电能与内燃机发电机组产生的电能保持频率和幅值的一致性。

设置低温换热器51和52的作用是使水在其中与透平膨胀后降温的天然气通过换热，从而生产冷冻水供空调等制冷负荷使用，实现冷量回收。

设置余热锅炉的作用是利用内燃机排出的高温烟气加热水，以生产蒸汽或热水，供取暖等加热负荷使用。余热锅炉可以产生蒸汽或者热水，其产生的蒸汽或热水进行热量利用可以将其热能充分利用起来，而现有技术的换热器是用于加热天然气，导致透平膨胀后天然气的冷能被损失掉。

设置的由手动阀门和调压阀组成的节流降压装置作为旁通备用，在本实用新型高压天然气能量综合利用装置故障检修时启用，因此，在正常工作状态下该节流降压装置的阀门是关闭的。

总之，本实用新型的技术核心是综合利用天然气在透平膨胀机中降压膨胀所做的涡轮功。高压天然气在透平膨胀机中的膨胀做功过程可近似为比热容为定值的多变过程，则气体所做的涡轮功为：

$w_T=h_2-h_3=c_p(T_2-T_3)$

$=c_p\left[T_2{-T}_2{\left(\frac{p_3}{p2}\right)}^{(n-1)/n}\right]$

$=\frac{n{R}_g{T}_2}{n-1}(1-\frac{1}{{{\mathrm{\π}}_T}^{(n-1)/n}})$

式中：c_p-比定压热容/J·(kg·K)^-1；h-比焓/J·kg^-1；n-多变指数；p-压力/Pa；R_g-天然气气体常数/J·(kg·K)^-1；T-热力学温度/K；w_T-透平膨胀机比涡轮功/J·kg^-1；

透平膨胀机降压比；2、3-透平膨胀机入口和出口状态点。

涡轮功通过本实用新型设计的机械能发电、冷能回收而实现；系统为保持所发电能输出的稳定性需要使用部分天然气的化学能，化学能由内燃机通过燃烧来利用，途径是产生机械能发电和热能回收。

本实用新型高压天然气能量综合利用的装置的优点：

1、对于燃气长输管线，为了提高其输气量，通常在沿途增设加压站对天然气进行压缩，这样就使得天然气通常以很高的压力供给某些城市门站或工业大用户。天然气做为燃料用，其使用压力要远远低于供给压力，通常的做法是用调压器进行减压后再进行使用。在节流降压过程中，它的压降完全消耗在克服流动阻力上，天然气在流动过程中没有推动任何机械做功，也未回收节能降压过程中产生的冷能，压力能未得到回收。本实用新型的意义在于，使原来通过调压阀节流降压的天然气，全部通过包括分子筛脱碳脱水塔、透平膨胀发电机组、内燃发电机组、低温换热器以及余热锅炉构成的压力能回收装置，通过回收天然气压力能以实现冷热电联产。其将高压天然气经过分子筛脱碳脱水塔除去天然气中的杂质和水分，经脱碳脱水后的天然气进入透平发电机组输出电能和冷能，天然气得到降压；降压后的天然气可以满足下游用户对低压天然气的用气需要，同时在内燃发电机组运行时向机组供应燃料天然气；天然气经透平膨胀后产生的冷能由低温换热器回收，内燃机的高温燃烧烟气由余热锅炉回收。

2、本实用新型高压天然气能量综合利用的装置中设有由手动阀门和调压阀组成的节流降压装置，作为旁通备用，在压力能回收装置故障检修时启用。

3、本实用新型设置两台以上天然气透平膨胀机发电机组，以适应下游天然气用户使用量随时大幅波动的情况，当下游用户天然气用气量小、供气压力高时，采用串联多台天然气透平膨胀机发电机组的方式，当下游用户天然气用气量大、供气压力低时，采用并联多台天然气透平膨胀机发电机组的方式。同时，由于设置多台透平膨胀机组可以进行并联和串联的灵活安排，无论在对于压力变化的适应能力还是流量变化的适应能力方面都增强了，同时克服了单台透平膨胀机对压力和流量大幅度波动的实际工况适应能力差的缺陷，有效避免了现有系统面对多变工况需要设备经常工作在一个并不经济合理的很大的流量和压力标定区间的弊端，从而增加了系统的柔性，使得系统能够适应多变工况，提高设备寿命。以对大范围波动的流量的适应能力为例，系统以每台透平发电机组流量标定值为系统最大流量的一半来设计，因此当流量减半时可以只开一台透平膨胀发电机组以使系统工作在设备标定值以内。但如果只有一台透平发电机组来满足场站的流量和压力大幅波动的工况，则设备标定值范围将非常大，如果流量只有标定值上限的一半，则设备将工作在很不经济的状态，设备效率也会下降。以串联方式可以使每台设备压力范围标定值为场站最大压力波动范围的一半，而单台设备满足整个压力波动范围也将影响设备效能。

4、本实用新型设置变频器，可以调整天然气透平膨胀机发电机组发电能量的不稳定输出，使得天然气透平膨胀发电和内燃机发电两种电力输出的品质相匹配，满足用电端对电力稳定性的要求，并且可以利用变频器调整两种电能的参数，实现耦合。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，例如将内燃机用燃气轮机等其它热机替换、吸附塔用旋流分离等其它脱碳脱水设备替换等，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (2)

1.一种高压天然气能量综合利用的装置，包括高压天然气输配管线(1)、低压天然气输配管线(6)、调压器、阀门、天然气透平膨胀机、天然气透平膨胀机输出轴与发电机构成的天然气透平膨胀机发电机组、内燃机输出轴和发电机组成的内燃机发电机组以及换热器；其特征在于：还包括脱碳脱水机构、变频器以及余热锅炉；该脱碳脱水机构为吸附塔(2)，该吸附塔(2)的进口通过管道与高压天然气输配管线(1)连接，其出口通过管道与透平膨胀机进口和阀门连接；该透平膨胀机的输出轴连接发电机构成天然气透平膨胀机发电机组，且透平膨胀机的出口通过阀门与换热器的冷流体进口连接；该换热器的冷流体出口通过管道与膨胀后的低压天然气输配管线(6)连接，且换热器的热流体入口与需要换热的热流体连接，而换热器的热流体出口与冷能利用管线(13)连接，输往用冷设备；该内燃机(8)的天然气进口端通过阀门与膨胀后的低压天然气输配管线(6)连接，内燃机(8)的空气进口端(7)与大气相通，而内燃机(8)的燃烧的高温烟气由管道通入余热锅炉(11)内，余热锅炉(11)产生的热能(16)由排出口排出输往用热设备，该内燃机的输出轴与发电机连接构成内燃机发电机组；该天然气透平膨胀机发电机组输出端与内燃机发电机组输出端之间设有变频器，两种发电机组输出的电能(15)经变频器汇合后输往用电设备(18)。

2.根据权利要求1所述的高压天然气能量综合利用的装置，其特征在于，所述吸附塔(2)的进口与高压天然气输配管线(1)连接的管道上设有阀门(22)，其出口与透平膨胀机进口的管道上设有阀门(23)，且高压天然气输配管线(1)与吸附塔(2)出口之间的连接管道上设有起旁通作用的阀门(21)；所述吸附塔(2)出口连接的管道上设有阀门与多台透平膨胀机连接；

阀门(33)入口通过管道与透平膨胀机(31)的进口及阀门(23)的出口并联连接，阀门(33)出口通过管道与透平膨胀机(32)的入口及阀门(34)的入口并联连接，阀门(34)入口通过管道并联连接阀门(33)的出口及透平膨胀机(32)的入口，阀门(34)出口通过管道并联连接阀门(35)的入口及换热器(51)的冷流体出口，阀门(35)入口通过管道并联连接阀门(34)的出口及换热器(51)的冷流体出口，阀门(35)出口通过管道并联连接换热器(52)的冷流体出口及低压天然气管线(6)；

换热器(51)的冷流体入口与透平膨胀机(31)的出口连接，冷流体出口通过管线与阀门(34)的出口以及阀门(35)的入口并联连接；

换热器(52)的冷流体入口与透平膨胀机(32)的出口连接，冷流体出口与膨胀后的低压天然气输配管线(6)及阀门(35)的出口并联连接；

换热器(51)和(52)的热流体入口分别与需要换热的热流体(12)管道相连接，换热器(51)和(52)的热流体出口分别与冷能利用管线(13)连接，输往用冷设备；

所述内燃机(8)的天然气进口端通过阀门61与膨胀后的燃气管道(6)连接，内燃机(8)的空气进口端(7)与大气相通，而内燃机(8)的高温烟气(10)由管道通入余热锅炉(11)内，余热锅炉(11)产生的热能(16)由排出口排出输往用热设备；该内燃机的输出轴与发电机(9)连接构成内燃机发电机组；所述透平膨胀机(31)的输出轴与发电机(41)构成天然气透平膨胀机发电机组，该天然气透平膨胀机发电机组的输出端与内燃机发电机组输出端之间设有变频器(171)；所述透平膨胀机(32)的输出轴与发电机(42)构成天然气透平膨胀机发电机组，该天然气透平膨胀机发电机组的输出端与内燃机发电机组输出端之间设有变频器(172)使两种发电机组输出的电能(15)经变频器(171)和(172)汇合后输往用电设备；

所述膨胀后的低压天然气输配管线(6)上设有下游燃气用户(64)的控制阀门(62)；

所述高压天然气输配管线(1)与低压天然气输配管线(6)之间设有旁通管道，该管道上设有手动阀门(24)和(26)，以及调压器(25)，且调压阀(25)设置在手动阀门(24)和(26)之间。

Images