一种高温管网天然气压差能发电系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种高温管网天然气压差能发电系统，利用锅炉尾部排烟的余热加热高压天然气，增加其焓值后再引入涡轮/螺杆膨胀机，涡轮/螺杆膨胀机对外做功能力大幅提升。此外，基于高压管网与低压城市管网天然气压力基本保持不变的特点，利用涡轮/螺杆膨胀机进口温度与排气温度的对应关系，通过调控涡轮/螺杆膨胀机入口天然气温度，可做到精确控制涡轮/螺杆膨胀机天然气排出温度。进一步通过排气侧设置的循环水系统，为附近办公建筑冬季供暖、夏季供冷。本系统的优点在于，提高了天然气压差发电的效率，同时又可作为空调系统的冷/热源，既可供热又能制冷。本实用新型专利技术尤其适用北方地区。

【技术实现步骤摘要】
一种高温管网天然气压差能发电系统
：本技术专利涉及能源节约与综合利用领域，尤其适用于高压长输天然气管网输送的天然气在调压过程中释放巨大压力能的回收和利用环节。
技术介绍
：我国干线天然气采用高压输送，输送压力达到了10MPa；而城市管网的天然气输送压力为0.4MPa。为此需要设置天然气接收门站或调压站，根据下游用户的供气压力要求进行调压后，再进入下游燃气管网供用户使用。为了利用干线与低压燃气管网间在调压过程中损失的压力能，可通过在高压管网与低压城市燃气管网之间设置涡轮/螺杆膨胀机发电机组代替传统的接收门站或调压站，利用压差进行发电，同时，高压天然气经膨胀降压后进入下游低压管网供用户使用。根据工程热力学理论，高压天然气进入膨胀机膨胀做功后，排出的天然气由于释放了能量，温度会降低许多，生成大量冷能。因此，可以利用天然气膨胀做功后的低温特性，回收冷能。中国专利CN102563958A提出一种利用管网天然气压力能发电与制冰的方法与装置，除了利用压差进行发电外，还可充分利用天然气的冷能生产大量的工业用或食品用冰；中国专利CN101245956A公开了一种利用天然气压力能制冷的普适性方法，该技术以较低的运行成本将压力能转换成冷能，提供给调压站周边的冷库、冷水空调、废旧橡胶深冷粉碎等用户使用或制成冰块、干冰产品外运销售等，但该技术未涉及发电。以上公开的工艺技术适用于夏季时间长，气温高的南方地区，湿热的南方地区对于冷能的需求量大,但是对于夏季时间短，冬季时间长，气温不高的北方地区，市场对于冷能的需求量不大，反而对热能需求量非常大。技术内容：本技术为了解决上述现有技术方案中的不足，提出一种先利用锅炉烟气余热对高压天然气加热，提高其温度后，再进入涡轮/螺杆膨胀机膨胀做功发电的方案。由于增加了天然气的焓值，因此发电量最大可提高70％以上。同时，通过改变天然气进口温度，可以控制涡轮/螺杆膨胀机的排气温度，既可以做到夏季为附近办公建筑提供空调的冷能，也能够冬季提供热能供暖。本技术的目的可通过以下技术方案实现：一种高温管网天然气压差能发电系统，其包括高压管网、发电机、涡轮/螺杆膨胀机和低压管网，其还包括高压换热器和低压换热器，所述高压管网的出口端与所述高压换热器的第一入口连通，所述高压换热器的第一出口与所述膨胀机的进气口连通，所述高压换热器的第二入口与温度调节器的出口连通，温度调节器的进口与烟气引风机的出口连通，烟气引风机的进口与高温烟气连通；所述膨胀机的出气口与所述低压换热器的第一入口连通，所述低压换热器的第一出口与所述低压管网的进口端连通；所述低压换热器的第二入口与水泵的出口连通，所述水泵的进口与用户循环水系统出口连通，所述低压换热器的第二出口与蓄水罐的入口连通，所述蓄水罐出口与所述用户循环水系统的进口连通。进一步的，所述温度调节器为烟气-空气掺混器，所述烟气-空气掺混器的第一进气口与烟气引风机的出口连通，所述烟气-空气掺混器的第二进气口与空气引风机的出口连通，所述烟气-空气掺混器的混合出气口与所述高压换热器的第二入口连通。进一步的，所述烟气-空气掺混器包括混合管，所述混合管的一端为第一进气口，所述混合管的另一端为混合出气口，在所述混合管的侧壁上连通有进气管；在所述混合管的内部固定有沿轴向设置的螺旋状布气管，在所述布气管上开设有若干气孔；所述布气管与所述混合出气口相邻的一端为封闭端，所述布气管的另一端与所述进气管的出口端连通，所述进气管的进口端为第二进气口；在所述进气管上装设有控制阀和止回阀。进一步的，所述布气管与所述混合管同轴设计，所述布气管的弯曲直径沿所述第一进气口到所述混合出气口的方向逐渐缩小。进一步的，所述布气管的最大弯曲半径小于所述混合管半径的1/2。进一步的，在所述布气管与所述出气口之间的所述混合管内设有直径等于混合管直径的多层金属丝网盘，金属丝网为5-18目的丝网。进一步的，在所述低压换热器的第二出口与所述用户循环水系统的进口之间装设有蓄水罐。进一步的，其还包括调压站，在所述高压管网的出口端和所述低压管网的进口端分别装设有高压三通阀和低压三通阀，所述高压三通阀的第一出口与所述高压换热器的第一入口连通，所述高压三通阀的第二出口与所述调压站的进气口连通；所述低压三通阀的第一入口与所述低压换热器的第一出口连通，所述低压三通阀的第二入口与所述调压站的出气口连通。具体流程与操作步骤如下：步骤一：高温烟气引入掺混器，低温环境空气通过布气管进入掺混器，烟气与空气充分掺混形成混合气体，且通过改变二者的流量比例来控制混合气的温度，达到设计温度后，作为热流体进入高压换热器。步骤二：高压管网与高压换热器连接，管网的天然气作为冷流体进入高压换热器冷流体侧，与高压换热器内热流体侧的混合气体发生热交换。步骤三：高压换热器冷流体侧出口与膨胀机进气口连接，加热后的高压天然气，进入涡轮/螺杆膨胀机膨胀作功，涡轮/螺杆膨胀机带动发电机组发电。涡轮/螺杆膨胀机排气口与低压换热器相连接，做功后的天然气进入低压换热器热流体侧与冷流体侧的循环水进行热交换。步骤四：低压换热器的热流体侧入口端与涡轮/螺杆膨胀机排气口连接，热流体侧出口端与中低压天然气管网连接。天然气在其中与循环水进行热交换后，进入中低压天然气管网，供用户使用。冷流体侧空调循环水获得热能、冷能为附近办公建筑供热、供冷。循环管路中设有蓄水罐，起到稳定压力和流量的作用。本技术的理论解释：根据工程热力学理论，涡轮/螺杆膨胀机内工质将热焓转化成动力发电，在保持膨胀机进出口工质压力不变的条件下，提高进口工质的温度，可提高膨胀机的热-功转换效率，提高发电量。同时，工质的进口温度决定了膨胀机工质的出口温度。表1是理论计算的结果,(膨胀机进气压力为1.6MPa，膨胀机排气压力为0.4MPa，机械效率0.85)表1.每公斤天然气经过膨胀机前后的参数变化以及膨胀功本技术相对于现有技术具有的优点及有益效果：通常，管网天然气的温度约为5-30℃，而来自锅炉的烟气温度约为160-350℃,利用烟气可将天然气加热到200℃以上，将被加热的高温天然气引入膨胀机进行压差发电，则效率可提升百分之七十以上，经济效益明显。本系统另外一个功能是：在掺混器内，通过不同质量烟气与空气的掺混，可以调整与控制掺混器混合气体出口温度并被引进天然气加热器，作为热流体的混合气的温度决定了天然气加热器中天然气的出口温度，随后，高温天然气引入膨胀机；不同的天然气进口温度对应不同的膨胀机出口天然气温度，(如表1所示)。综上所述，本技术路线可根据不同季节的需要，通过调整掺混器内混合气的出口温度，天然气加热器出口处可获得系统不同设计温度要求的天然气，不同温度的天然气进入涡轮/螺杆膨胀机做功发电后，还可以决定膨胀做功以后的天然气温度。这部分天然气再进入空调水换热器，将热量/冷能传递给空调循环水，冬季可提供热量供暖；夏季提供冷能降温。本方案尤其适用于北方地区。本技术系统中的关键设备之一为掺混器。为使掺混本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高温管网天然气压差能发电系统，其包括高压管网、发电机、涡轮/螺杆膨胀机和低压管网，其特征在于，其还包括高压换热器和低压换热器，所述高压管网的出口端与所述高压换热器的第一入口连通，所述高压换热器的第一出口与所述膨胀机的进气口连通，所述高压换热器的第二入口与温度调节器的出口连通，温度调节器的进口与烟气引风机的出口连通，烟气引风机的进口与高温烟气连通；所述膨胀机的出气口与所述低压换热器的第一入口连通，所述低压换热器的第一出口与所述低压管网的进口端连通；所述低压换热器的第二入口与水泵的出口连通，所述水泵的进口与用户循环水系统出口连通，所述低压换热器的第二出口与蓄水罐的入口连通，所述蓄水罐出口与所述用户循环水系统的进口连通。/n

【技术特征摘要】
1.一种高温管网天然气压差能发电系统，其包括高压管网、发电机、涡轮/螺杆膨胀机和低压管网，其特征在于，其还包括高压换热器和低压换热器，所述高压管网的出口端与所述高压换热器的第一入口连通，所述高压换热器的第一出口与所述膨胀机的进气口连通，所述高压换热器的第二入口与温度调节器的出口连通，温度调节器的进口与烟气引风机的出口连通，烟气引风机的进口与高温烟气连通；所述膨胀机的出气口与所述低压换热器的第一入口连通，所述低压换热器的第一出口与所述低压管网的进口端连通；所述低压换热器的第二入口与水泵的出口连通，所述水泵的进口与用户循环水系统出口连通，所述低压换热器的第二出口与蓄水罐的入口连通，所述蓄水罐出口与所述用户循环水系统的进口连通。


2.根据权利要求1所述的一种高温管网天然气压差能发电系统，其特征在于，所述温度调节器为烟气-空气掺混器，所述烟气-空气掺混器的第一进气口与烟气引风机的出口连通，所述烟气-空气掺混器的第二进气口与空气引风机的出口连通，所述烟气-空气混合器的混合出气口与所述高压换热器的第二入口连通。


3.根据权利要求2所述的一种高温管网天然气压差能发电系统，其特征在于，所述烟气-空气掺混器包括混合管，所述混合管的一端为第一进气口，所述混合管的另一端为混合出气口，在所述混合管的侧壁上连通有进气管；在所述混合管的内部固定有沿轴向设置的螺旋状布气管，在所述布气管上开设有若干气孔；所述布气管与所述混合出气口相邻的一端为封闭端，所述布气管的另一端与所述进气管的出口端连通，所述进气管的进口端为第二进气口；在所述进气管上装设有控制阀和止回阀。


4.根据权利要求3所述的一种高温...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹和平，陈焕倬，曹云鹏，韩晓东，刘民，马东，
申请(专利权)人：曹和平，陈焕倬，
类型：新型
国别省市：内蒙古;15