基于高精度控压控温的天然气压差发电系统技术方案

本实用新型专利技术公开了基于高精度控压控温的天然气压差发电系统，包括发电系统及自动控压控温系统，发电系统包括换热器、单级或多级向心涡轮膨胀机组、再热器、齿轮、减速器以及发电机组；而自动控压控温系统包括激光器、光纤光栅传感器、调制解码器、PC智能控制机组以及调压阀，光纤光栅传感器包括内部封装有光纤光栅且由合金材料或聚合物材料制成的包层，波长分析器以及分别与该包层和波长分析器相连的3dB光纤定向耦合器。本实用新型专利技术解决了现有的天然气压差发电系统在气压输送过程中对气体的压力控制精度不高且不能检测气体温度的问题，不仅大幅度提高了整个发电系统发电的稳定性及效率，而且从根本上优化了整个天然气压差发电系统的性能。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种发电系统，具体地说，是涉及一种基于高精度控压控温的天然气压差发电系统。
技术介绍
利用天然气压差发电技术发电自首次提出以来，已越来越受到人们的重视，我国自去年开始也涉及到这一方面的操作。由于利用天然气压差发电的一些独特优势，从环境保护、提高能源效率出发，因此，发展天然气压差发电是合理的。与燃煤电厂相比，利用天然气压差发电的电厂具有投资少、对环境污染小、整体循环效率高、调峰性能好、占地少、建设周期短、厂用电率低、耗水少、可用率高等优点。通常，利用管道高压天然气发电时，需要减压。天然气被压缩后，体积会因此而膨胀9倍，产生相当大的能量。天然气压差发电就是利用高压气体在降压时产生的能量发电，亦称“气体直接膨胀做功发电”。现有的天然气压差发电系统通常利用调压站对气体的压力进行调节，并没有对气体的温度进行调节。由于在系统中没有设有用于调节温度的设备，并且因为系统中的换热设备自身的限制，导致很多时候系统都没能很好地使用气体的热能；此外，简单地利用调压站对天然气的压力进行调节也会存在着误差，并且因为这个误差的存在，很多时候，出于安全考虑，工作人员通常都会把气压调低至一个明显的安全值范围，然后再用来进行压差发电，因此，这也导致了发电系统没能很充分地利用这部分天然气的压差能量，影响了整个发电系统的发电效率，发电的稳定性也得不到保障，并且由于调压站要经常性地对气体的实时气压进行微调，从而也影响了发电系统的工作效率，大大降低了整个天然气压差发电系统的性能。因此，如何提高整个天然气压差发电系统对传输的天然气的控温和控压精度，以便充分利用气体的热能和压差能量，从而大幅度提高发电系统的发电稳定性及效率，优化整个天然气压差发电系统的性能，便成为一道急需解决的技术难题。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种基于高精度控压控温的天然气压差发电系统，主要解决现有的天然气压差发电系统在气压输送过程中对气体的温度和压力控制精度不高的问题。为了实现上述目的，本技术采用的技术方案如下基于高精度控压控温的天然气压差发电系统，包括由依次相连接的一级换热器、单级或多级向心涡轮膨胀机组、再热器、齿轮、减速器以及发电机组组成的发电系统，还包括与所述发电系统相连且由依次相连接的激光器、光纤光栅传感器、调制解码器、PC智能控制机组以及调压阀组成的自动控压控温系统；所述的PC智能控制机组还分别与激光器和一级换热器相连，所述的光纤光栅传感器与单级或多级向心涡轮膨胀机组相连接。为了进一步提高光纤光栅传感器对气体实时温度和压力的检测灵敏度，所述的光纤光栅传感器包括内部封装有光纤光栅的包层，波长分析器以及分别与该包层和波长分析器相连的3dB光纤定向I禹合器,且包层由合金材料或聚合物材料制成。本技术的设计原理在于，利用自动控压控温系统中的光纤光栅传感器在所处环境的温度和压力两种物理量发生变化时，光纤光栅的周期和有效折射率将发生变化，从而使反射光的中心波长发生变化，通过检测物理量变化前后反射光波长的变化量，并利用PC智能控制机组对检测结果进行分析就可以获得待测物理量的变化情况，通过PC智能控制机组控制一级换热器控制调节气体温度，以及控制调压阀控制调节气体压力，便能实现整个天然气压差发电系统对气体温度和压力的实时同步控制调节。与现有技术相比，本技术具有以下有益效果 ( I)本技术构思严谨，设计巧妙，实现方便。(2)本技术在天然气压差发电系统中加入一套自动控压控温系统，利用光纤光栅传感技术及其检测原理，通过PC智能控制机组根据实际情况对检测结果进行处理，不仅可以实现天然气压差发电系统对天然气气体的压力和温度的高精度智能控制，而且通过对气体压力和温度的精确调节，也充分利用了气体的压差能量和热能来进行发电，从而大幅度地提高了整个发电系统的发电稳定性及效率，与现有技术相比，其具有实质性的特点和显著的进步。(3)本技术中光纤光栅的包层采用合金材料或聚合物材料制成，相较于传统的金属材料，包层的制作材料极大地提高了光纤光栅传感器的灵敏性能。(4)本技术利用光纤光栅传感器对气体压力和温度进行检测，通过PC智能控制机组对测量结果的分析，并分别控制调压阀和一级换热器对气体的压力和温度进行控制调节，实现了对气体压力和温度的实时和同步检测调节，其不仅从侧面上降低了整个发电系统发生安全事故的概率，而且极大地提高了发电系统的工作稳定性及效率，从根本上优化了整个天然气压差发电系统的性能。(5)本技术不仅提高了资源的利用率，而且节约了成本，其很好地响应了国家关于能源利用方面的号召，性价比高，具有相当大的市场潜力和广泛的应用前景，因此，本技术具有很高的实用价值和推广价值。附图说明图I为本技术的系统框图。图2为光纤光栅传感器的结构示意图。图3为光纤光栅及其包层的结构示意图。图4为自动控压控温系统的工作流程示意框图。图5为光纤光栅传感器的工作原理图。上述附图中，附图标记对应名称为I一一级换热器，2—单级或多级向心涡轮膨胀机组，3—再热器，4一齿轮，5—减速器，6—发电机组，7—激光器，8—光纤光栅传感器，9一调制解码器，10—PC智能控制机组，11一调压阀，12一光纤光栅，13一包层，14一波长分析器,15一3dB光纤定向稱合器。具体实施方式以下结合附图和实施例对本技术作进一步说明，本技术的实施方式包括但不限于下列实施例。实施例如图I所示，本技术由发电系统和自动控压控温系统组成，其中，发电系统包括依次相连接的一级换热器I、单级或多级向心涡轮膨胀机组2、再热器3、齿轮4、减速器5以及发电机组6 ;而自动控压控温系统则由依次相连接的激光器7、光纤光栅传感器8、调制解码器9、PC智能控制机组10以及调压阀11组成，所述的PC智能控制机组10还分别与激光器7和一级换热器I相连。所述的光纤光栅传感器8包括内部封装有光纤光栅12的包层13，波长分析器14，以及分别与该包层13和波长分析器14相连的3dB光纤定向耦合器15，其结构如图2所示。本实施例中的光纤光栅传感器8设为四个，两个设置在调压阀11的两旁，一个与单级或多级向心涡轮膨胀机组2相连接，用于对在单级或多级向心涡轮膨胀机组2中进行加热的气体实时温度的检测，并将检测出来的结果传输给PC智能控制机组10，由PC智能控制机组10控制一级换热器I对气体温度进行调节，由于天然气在输送时的压力大约为4. OMPa，在进入城市管网时需将其压力降到约O. 4MPa，故最后一个光纤光栅传感器8设置在天然气通入城市管网的传输管道中，用于对流向城市管网的天然气进行再次的调压，并且与设置在调压阀11两侧的光纤光栅传感器8—起，实现对系统气体压力的并联控制调节。本技术中采用的调压方式也可以运用于各类利用余压发电的系统。本技术光纤光栅传感器8中的包层13由合金材料或聚合物材料制成，可以进一步提高光纤光栅传感器8对气体实时压力和温度的检测灵敏度。在本技术中，光纤光栅传感器8对气体压力和温度的检测精度和灵敏度是关键，而光纤光栅传感器8起主要检测作用的部分，则是设置在其中的光纤光栅12，针对本技术的使用范围，该光纤光栅12及其包层13的制作方法如下(I)选择光敏单模光纤，该光敏单模光纤由纤芯和光本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于高精度控压控温的天然气压差发电系统，包括由依次相连接的一级换热器（1）、单级或多级向心涡轮膨胀机组（2）、再热器（3）、齿轮（4）、减速器（5）以及发电机组（6）组成的发电系统，其特征在于，还包括与所述发电系统相连且由依次相连接的激光器（7）、光纤光栅传感器（8）、调制解码器（9）、PC智能控制机组（10）以及调压阀（11）组成的自动控压控温系统；所述的PC智能控制机组（10）还分别与激光器（7）和一级换热器（1）相连，所述的光纤光栅传感器（8）与单级或多级向心涡轮膨胀机组（2）相连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李建，
申请(专利权)人：李建，
类型：实用新型
国别省市：