CN220505189U - 一种串联布置的天然气加热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及闭式冷却水余热利用技术领域，特别是涉及一种串联布置的天然气加热系统，一种串联布置的天然气加热系统，包括至少一个天然气防结露换热器、至少一个天然气加热换热器、天然气调压系统，其特征在于，所述天然气防结露换热器天然气侧两侧通过天然气管道连接天然气调压系统及入厂天然气，所述天然气天然气调压系统一侧通过天然气管道连接天然气加热换热器天然气侧。本实用新型提供的串联布置的天然气加热系统，充分利用闭式冷却水的余热对天然气进行二次加热，即解决了天然气结露的安全性问题，又提升进入燃气轮机的天然气温度增加燃料显热，实现了能源的梯级利用，提高了整体能源利用效率。

Description

一种串联布置的天然气加热系统

技术领域

本实用新型涉及闭式冷却水余热利用技术领域，特别是涉及一种串联布置的天然气加热系统。

背景技术

天然气是指天然蕴藏于地层中的烃类和非烃类气体的混合物，主要用途是用作燃料，天然气水浴炉的加热方式，由于使用高品位的天然气作为燃料，系统损失较大，同时水浴炉还需配套单独的天然气调压系统，以满足其燃烧器要求，系统较为复杂，且运行成本较高。

根据燃气轮机燃烧的要求，入口天然气压力一般为3.0-3.2MPa左右，然而天然气管网提供的压力通常为3.6-4.9MPa左右，也有高压管网提供5.5-6MPa左右的天然气，这一降压过程需要通过天然气调压系统实现。但是这一降压过程由于焦耳-汤姆逊效应，造成降压后天然气温度的下降，较易导致降至露点温度后天然气中液态水、烃的析出。在GB17820-2018《天然气》中也对天然气液态水、液态烃有着相应规定。天然气中含有液态水、烃，容易造成天然气调压阀误动、拒动、异常调压及燃气轮机燃烧火焰过长导致透平叶片烧蚀等问题的发生。因此天然气温度或环境温度较低时，需要对进入天然气调压系统的天然气进行适当加热，以避免上述问题的产生。

通过上述描述可知，天然气经过调压系统降压时，由于焦耳-汤姆逊效应，天然气温度会下降，这就使得天然气有进一步被闭式冷却水加热的能力，以提升进入燃气轮机的天然气温度，增加燃料显热，降低天然气耗量。

当前燃气轮机天然气防结露系统常用的三种方式，分别为：

(1)天然气水浴炉加热方式：水浴炉加热系统由水浴炉本体及水浴炉换热器两部分组成，水浴炉使用天然气燃烧所产生的烟气加热除盐水，合适温度的热水从水浴炉中通过水泵、管道、阀门等进入水浴炉换热器，通过该管壳式换热器将热水的热量传递给天然气，以实现加热天然气的效果。由于使用高品位的天然气作为燃料，系统损失较大。同时水浴炉还需配套单独的天然气调压系统，以满足其燃烧器要求，系统较为复杂，且运行成本较高。

(2)天然气电加热方式：天然气电加热方式需要在天然气管道上增加一台电加热设备，利用电能直接加热天然气。同样使用高品位的电能作为能源，系统损失也较大。电加热器方式虽然系统简单，投资成本较低，但运行成本较高。

(3)蒸汽加热方式：天然气蒸汽加热方式是利用联合循环机组热力系统中产生的蒸汽作为热源，通过管壳式换热器将蒸汽的热量传递给天然气。同样使用较高品位的蒸汽作为热源，系统损失也较大，投资成本适中，但运行成本也较高。

当前天然气加热系统常用的中压给水加热方式，使用余热锅炉中压系统的高温给水对进入燃气轮机前的天然气进行加热。虽然这种方式可以将天然气加热到较高温度，但是加热热源均来自于余热锅炉，等效于减少了部分汽轮机做功的蒸汽，折算运行成本较高。

综上所述：目前燃气轮机天然气防结露系统以及加热系统都存在着系统损失较大及运行成本较高等问题。本实用新型使用低品位废热源即冷却用户后的闭式冷却水对天然气进行加热，可显著降低系统/>损失及运行成本。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种串联布置的天然气加热系统。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：一种串联布置的天然气加热系统，包括至少一个天然气防结露换热器、至少一个天然气加热换热器、天然气调压系统，其特征在于，所述天然气防结露换热器天然气侧两侧通过天然气管道连接天然气调压系统及入厂天然气，所述天然气调压系统一侧通过天然气管道连接天然气加热换热器天然气侧，所述天然气加热换热器天然气侧一侧通过天然气管道与燃气轮机连接，所述天然气加热换热器水侧一侧通过管道与机组冷却用户后闭式冷却水连接，所述天然气防结露换热器水侧一侧通过管道与机组闭式冷却水连接。

所述天然气防结露换热器天然气侧进口设置天然气防结露换热器进口隔绝门，所述天然气防结露换热器天然气侧出口设置天然气防结露换热器出口隔绝门，所述天然气防结露换热器天然气侧出口设置第一测温元件，用于测量所述天然气防结露换热器天然气侧出口被加热后的天然气温度。

所述天然气防结露换热器水侧出口设置第一调节阀，用于调节进入所述天然气防结露换热器闭式冷却水的流量，所述天然气加热换热器天然气侧进口设置天然气加热换热器进口隔绝门。

所述天然气加热换热器天然气侧出口设置天然气加热换热器出口隔绝门，所述天然气加热换热器天然气侧出口设置第二测温元件，用于测量所述天然气加热换热器天然气侧出口被加热后的天然气温度。

所述天然气加热换热器水侧出口设置第二调节阀，用于调节进入所述天然气加热换热器闭式冷却水的流量，作为本实用新型的一种优选技术方案，所述天然气加热换热器的一侧进出口之间设置天然气加热换热器旁路调节阀，用于部分或全部分流进入所述天然气加热换热器的闭式冷却水。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述天然气加热换热器天然气侧进出口之间设置天然气加热换热器天然气旁路门，用于分流进入所述天然气加热换热器的天然气，所述天然气防结露换热器为一个，所述天然气防结露换热器为多个，所述天然气加热换热器为一个，所述天然气加热换热器为多个。

所述天然气加热换热器水侧进口设置第一机组进口隔绝门，所述天然气防结露换热器水侧出口设置第一机组出口隔绝门，用于切换进入所述天然气加热换热器和所述天然气防结露换热器闭式冷却水来源。

所述天然气加热换热器水侧进口设置第二机组进口隔绝门，所述天然气防结露换热器水侧出口设置第二机组出口隔绝门，用于切换进入所述天然气加热换热器和所述天然气防结露换热器闭式冷却水来源，所述第二机组进口隔绝门为一个，所述第二机组出口隔绝门为一个，所述第二机组进口隔绝门为多个，所述第二机组出口隔绝门为多个。

所述天然气加热换热器水侧进口设置增压泵，所述天然气加热换热器水侧出口设置增压泵，所述天然气防结露换热器水侧出口设置增压泵，所述增压泵为一个，其中，整个设备中设置多个增压泵。

与现有技术相比，本实用新型能达到的有益效果是：

闭式冷却水是一种主要用来冷却机组辅助设备的冷却水，其通过闭式冷却水泵、闭式冷却器、用户等形成一个闭式循环。原系统中闭式冷却水吸收用户的热量在闭式冷却器中被开式冷却水带走。本实用新型使用闭式冷却水的热回水作为换热器热源，加热去天然气调压系统的天然气至合适的温度。仅增加少量水泵电耗，显著降低了天然气防结露系统的运行成本。

同时经过天然气调压系统的天然气又被闭式冷却水再次加热，以提升进入燃气轮机的天然气温度，增加燃料显热，降低天然气耗量。并且本实用新型可以叠加现有的中压给水加热天然气的方式，降低原先方式的热量消耗，提升整体效率。

附图说明

图1为本实用新型设备运行流程的示意图；

图2为本实用新型天然气调压系统的示意图；

图3为本实用新型换热器工作流程的示意图。

其中：1、第一调节阀；2、第一测温元件；3、天然气防结露换热器；4、天然气防结露换热器进口隔绝门；5、天然气防结露换热器出口隔绝门；6、天然气调压系统；7、天然气加热换热器进口隔绝门；8、天然气加热换热器出口隔绝门；9、天然气加热换热器天然气旁路门；10、天然气加热换热器；11、第二调节阀；12、天然气加热换热器旁路调节阀；13、第二测温元件；14、第一机组进口隔绝门；15、第二机组进口隔绝门；16、第一机组出口隔绝门；17、第二机组出口隔绝门；18、增压泵。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型，但下述实施例仅仅为本实用新型的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本实用新型的保护范围。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例:如图1、图2、图3所示，一种串联布置的天然气加热系统；

实施例1；冷却用户后闭式冷却水进入天然气加热换热器10加热经过天然气调压系统6调压后温度降低的天然气，被加热后的天然气通过第二测温元件13测量天然气温度，同时或分别控制第二调节阀11、天然气加热换热器旁路调节阀12开度以调节流经天然气加热换热器10的闭式冷却水流量，保证加热后天然气温度维持在合适的范围。随后闭式冷却水进入天然气防结露换热器3加热进入天然气调压系统6前的天然气，避免天然气调压阀误动、拒动、异常调压等安全事件的产生，被加热后的天然气通过第一测温元件2测量天然气温度，通过控制第一调节阀1开度以调节流经换热器3天然气加热换热器的闭式冷却水流量，保证加热后天然气温度维持在合适的范围。

实施例2；相较实例1，本实例增加增压泵18，可配置一台或多台以克服新增管道、阀门及换热器的阻力，该增压泵18可配置在闭式冷却水系统中的任何位置，增加第一机组进口隔绝门14、第二机组进口隔绝门15、第一机组出口隔绝门16、第二机组出口隔绝门17，通常电厂有两台或以上燃气轮机机组，本系统可以通过关闭第一机组进口隔绝门14、第一机组出口隔绝门16，并打开第二机组进口隔绝门15、第二机组出口隔绝门17，将系统热源供水切换至第二机组运行，同时反之亦然也可切换至任一机组运行，当电厂有多台机组时可对应设置进水隔绝门及回水隔绝门，以满足多台机组切换运行需要。

实施例3；相较实例2，根据不同类型机组闭式冷却水温度、天然气温度等要求不同，冷却用户后闭式冷却水可以先经过天然气防结露换热器3加热进入天然气调压系统6前的天然气，再经过天然气加热换热器10，利用闭式冷却水冷却用户后的热水这种低品位废热作为热源，取代原有天然气防结露系统的水浴炉、电加热装置或蒸汽换热装置，利用低品位废热源，取代原有高品位能源，实现能源的梯级利用，提高能源利用效率，显著降低系统损失。

工作原理：

第一步，天然气通过外部管网进入厂区后，一般会经过计量、过滤后进入调压系统天然气调压系统可由一条或多条调压支路组成，每条支路上配置有天然气调压阀或天然气调压阀组及其管道，天然气防结露换热器3可配置在调压系统之前的任何流程中，可配置一台或多台天然气防结露换热器3及相应天然气防结露换热器进口隔绝门4、天然气防结露换热器出口隔绝门5，通过开/关进、出口隔绝门，实现一台或多台换热器并列运行。天然气通过调压系统后，一般会经过机组前置模块的计量、过滤系统，天然气加热换热器10可配置在调压系统之后、进入燃气轮机之前的任何流程中，可配置一台或多台天然气加热换热器10及相应天然气加热换热器进口隔绝门7、天然气加热换热器出口隔绝门8，通过开/关进、出口隔绝门，实现一台或多台换热器并列运行，并可以通过关闭天然气加热换热器进口隔绝门7、天然气加热换热器出口隔绝门8进、出口隔绝门，打开天然气加热换热器天然气旁路门9，实现天然气不经过天然气加热换热器10而通过天然气加热换热器天然气旁路门9不加热，直接进入燃气轮机，并可通过该方式检修天然气加热换热器10。

冷却用户后闭式冷却水进入天然气加热换热器10加热经过天然气调压系统6调压后温度降低的天然气，被加热后的天然气通过第二测温元件13测量天然气温度，同时或分别控制第二调节阀11、旁路调节阀12开度以调节流经天然气加热换热器10的闭式冷却水流量，保证加热后天然气温度维持在合适的范围。随后闭式冷却水进入天然气防结露换热器3加热进入天然气调压系统6前的天然气，避免天然气调压阀误动、拒动、异常调压等安全事件的产生，被加热后的天然气通过第一测温元件2测量天然气温度，通过控制第一调节阀1开度以调节流经天然气防结露换热器3天然气加热换热器的闭式冷却水流量，保证加热后天然气温度维持在合适的范围。

第二步，通过增加增压泵18，可配置一台或多台以克服新增管道、阀门及换热器的阻力，该增压泵18可配置在闭式冷却水系统中的任何位置，增加第一机组进口隔绝门14、第二机组进口隔绝门15、第一机组出口隔绝门16、第二机组出口隔绝门17，通常电厂有两台或以上燃气轮机机组，本系统可以通过关闭第一机组进口隔绝门14、第一机组出口隔绝门16，并打开第二机组进口隔绝门15、第二机组出口隔绝门17，系统热源供水切换至第二机组运行，同时反之亦然也可切换至任一机组运行，当电厂有多台机组时可对应设置进水隔绝门及回水隔绝门，以满足多台机组切换运行需要，可以根据不同类型机组闭式冷却水温度、天然气温度等要求不同，冷却用户后闭式冷却水可以先经过天然气防结露换热器3加热进入天然气调压系统6前的天然气，再经过天然气加热换热器10，利用闭式冷却水冷却用户后的热水这种低品位废热作为热源，提高能源利用效率。

上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于此，在所属技术领域的技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本实用新型宗旨的前提下还可以作出各种变化。

Claims (10)

1.一种串联布置的天然气加热系统，包括至少一个天然气防结露换热器(3)、至少一个天然气加热换热器(10)、天然气调压系统(6)，其特征在于，所述天然气防结露换热器(3)天然气侧两侧通过天然气管道连接天然气调压系统(6)及入厂天然气，所述天然气天然气调压系统(6)一侧通过天然气管道连接天然气加热换热器(10)天然气侧，所述天然气加热换热器(10)天然气侧一侧通过天然气管道与燃气轮机连接，所述天然气加热换热器(10)水侧一侧通过管道与机组冷却用户后闭式冷却水连接，所述天然气防结露换热器(3)水侧一侧通过管道与机组闭式冷却水连接。

2.根据权利要求1所述的一种串联布置的天然气加热系统，其特征在于，所述天然气防结露换热器(3)天然气侧进口设置天然气防结露换热器进口隔绝门(4)，所述天然气防结露换热器(3)天然气侧出口设置天然气防结露换热器出口隔绝门(5)，所述天然气防结露换热器(3)天然气侧出口设置第一测温元件(2)，用于测量所述天然气防结露换热器(3)天然气侧出口被加热后的天然气温度。

3.根据权利要求1所述的一种串联布置的天然气加热系统，其特征在于，所述天然气防结露换热器(3)水侧出口设置第一调节阀(1)，用于调节进入所述天然气防结露换热器(3)闭式冷却水的流量，所述天然气加热换热器(10)天然气侧进口设置天然气加热换热器进口隔绝门(7)，所述天然气加热换热器(10)天然气侧出口设置天然气加热换热器出口隔绝门(8)。

4.根据权利要求1所述的一种串联布置的天然气加热系统，其特征在于，所述天然气加热换热器(10)天然气侧出口设置第二测温元件(13)，用于测量所述天然气加热换热器(10)天然气侧出口被加热后的天然气温度，所述天然气加热换热器(10)水侧出口设置第二调节阀(11)，用于调节进入所述天然气加热换热器(10)闭式冷却水的流量。

5.根据权利要求1所述的一种串联布置的天然气加热系统，其特征在于，所述天然气加热换热器(10)水侧进出口之间设置天然气加热换热器旁路调节阀(12)，用于部分或全部分流进入所述天然气加热换热器(10)的闭式冷却水，所述天然气加热换热器(10)天然气侧进出口之间设置天然气加热换热器天然气旁路门(9)，用于分流进入所述天然气加热换热器(10)的天然气。

6.根据权利要求1所述的一种串联布置的天然气加热系统，其特征在于，所述天然气防结露换热器(3)为一个，所述天然气防结露换热器(3)为多个，所述天然气加热换热器(10)为一个，所述天然气加热换热器(10)为多个。

7.根据权利要求1所述的一种串联布置的天然气加热系统，其特征在于，所述天然气加热换热器(10)水侧进口设置第一机组进口隔绝门(14)，所述天然气防结露换热器(3)水侧出口设置第一机组出口隔绝门(16)，用于切换进入所述天然气加热换热器(10)和所述天然气防结露换热器(3)闭式冷却水来源。

8.根据权利要求1所述的一种串联布置的天然气加热系统，其特征在于，所述天然气加热换热器(10)水侧进口设置第二机组进口隔绝门(15)，所述天然气防结露换热器(3)水侧出口设置第二机组出口隔绝门(17)，用于切换进入所述天然气加热换热器(10)和所述天然气防结露换热器(3)闭式冷却水来源。

9.根据权利要求8所述的一种串联布置的天然气加热系统，其特征在于，所述第二机组进口隔绝门(15)为一个，所述第二机组出口隔绝门(17)为一个，所述第二机组进口隔绝门(15)为多个，所述第二机组出口隔绝门(17)为多个，所述天然气加热换热器(10)水侧进口设置增压泵(18)，所述天然气加热换热器(10)水侧出口设置增压泵(18)。

10.根据权利要求1所述的一种串联布置的天然气加热系统，其特征在于，所述天然气防结露换热器(3)水侧出口设置增压泵(18)，所述增压泵(18)为一个，

其中，在整个设备中设置多个增压泵(18)。