[發明專利]天然氣管網壓力能在燃氣輪機作功領域的回收利用方法及裝置

無效

• 申請號: 200810055178.0
• 申請日: 2008-05-29
• 公開（公告）號: CN101280723A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發明（設計）人: 論立勇;謝英柏
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: F02C6/00
• 分類號: F02C6/00;F02C7/04;F02C7/224
• 代理公司: 石家莊冀科專利商標事務所有限公司
• 代理人: 李羨民;周曉萍

技術領域

本發明涉及一種天然氣壓力能回收方法及裝置，特別是基于渦流管降壓的天然氣管網壓力能回收方法及裝置，屬氣體儲藏和分配技術領域。

背景技術

天然氣是一種優質、高效、清潔的能源。近幾十年來全球天然氣工業發展速度很快，天然氣在世界一次能源結構中的比例也不斷提高，1981年為9.9％，20世紀末為23％，目前，在一些發達國家，這一比例已經達到25％以上。我國也在加快天然氣工業的發展，計劃到2010年使得天然氣在我國能源消費結構中所占的比重達到6％，到2020年達到10％。

天然氣工業發展的經驗表明，管道是天然氣發展必要環節，是溝通氣田與天然氣用戶的重要紐帶。隨著技術的發展，天然氣管網的輸氣能力和輸氣壓力不斷提高，如“西氣東輸”工程，設計輸氣量120億立方/年，輸氣壓力高達10MPa，“西氣東輸二線”工程，設計輸氣量300億立方/年，最高設計輸氣壓力12MPa。這種壓力氣體蘊藏著巨大的壓力能量，但是這種壓力能通常在通過調節閥調壓過程中被白白釋放掉。因此，在天然氣分輸站、城市門站等降壓過程中造成了巨大的能量損失，回收這部分壓力能將具有很大的經濟效益。回收這部分壓力能技術上可以通過膨脹機來實現，從而獲得膨脹功和制冷效應，但膨脹機結構復雜，運行維護等方面要求比較高，導致回收成本高。

渦流管是一種通過一個內部器件來控制和達到所需溫度和流量的裝置，其主要構成包括進氣管、噴嘴、渦流室、分離孔板和冷熱兩端管。高壓氣體由進氣管進入噴嘴，膨脹降壓后沿切線方向進入渦流室，形成自由流，經動能交換分離成溫度不等的兩部分，中心部分為冷氣流，邊緣部分為熱氣流，分別從渦流管的兩端流出，冷熱氣流的比例可以調節。然而，渦流管主要用于制冷、氣體混合物的分離、氣體的干燥等場合，在燃氣輪機作功發電領域尚未見其被利用的報道。

發明內容

本發明用于克服已有技術的缺陷而提供一種天然氣管網壓力能在燃氣輪機作功領域的回收利用方法，本發明還要提供利用這種方法的裝置。

本發明所稱問題是以下述技術方案解決的：

一種天然氣管網壓力能在燃氣輪機作功領域的回收利用方法，其特別之處是：它將管網高壓天然氣經渦流管降壓后所產生的冷氣流和熱氣流分別導出，其中，冷氣流在換熱器中通過對流換熱形式吸收沿相反方向流動的空氣和燃氣輪機排氣的熱量升溫后，與上述熱氣流匯合進入燃氣輪機組的燃燒室；經由換熱器被冷天然氣流降溫后的空氣直接進入燃氣輪機組的壓氣機，在壓氣機提高壓力后導入燃氣輪機組的燃燒室，在燃燒室中，天然氣與空氣混合燃燒，高溫高壓燃氣混合物推動燃氣輪機作功，驅動發電機或其它耗功設備。

一種天然氣管網壓力能在燃氣輪機作功領域的回收利用裝置，構成中包括渦流管、汽水分離器、第一換熱器、燃氣輪機組和相應的連接管路；所述燃氣輪機組由壓氣機、燃燒室、燃氣輪機和耗功設備組成；所述渦流管冷氣流端由冷氣流管路經第一換熱器連通燃燒室，渦流管熱氣流端由熱氣流管路與冷氣流管路匯合后進入燃燒室；空氣管路經第一換熱器進入壓氣機、再經壓氣機連通燃燒室，高溫高壓燃氣管路連通燃燒室與燃氣輪機。

上述天然氣管網壓力能在燃氣輪機作功領域的回收利用裝置，增設第二換熱器，所述第二換熱器連接于冷氣流管路和燃氣輪機的排氣余熱管路中。

上述天然氣管網壓力能在燃氣輪機作功領域的回收利用裝置，增設汽水分離器，所述汽水分離器連接于壓氣機前端的空氣管路中。

上述天然氣管網壓力能在燃氣輪機作功領域的回收利用裝置，所述渦流管為多組，各渦流管之間為并聯，渦流管的進氣管上設有調節閥。

上述天然氣管網壓力能在燃氣輪機作功領域的回收利用裝置，所述耗功設備為發電機、泵或壓縮機等。

本發明針對高壓天然氣分輸站、城市門站等降壓過程中造成巨大能量損失的問題，設計了采用渦流管為調壓部件的天然氣壓力能回收方法及裝置，其主要特點如下：1.有效回收利用天然氣管網壓力能，使其中的能量得以利用；2.選用構造簡單、造價低廉、工作穩定的渦流管完成天然氣降壓調壓過程；3.渦流管導出的低溫天然氣流冷卻燃氣輪機組壓氣機的進氣，然后進一步回收燃氣輪機排氣余熱后再與熱氣流混合進入燃氣輪機燃燒室，由于壓氣機的進氣被天然氣冷氣流冷卻后溫度降低，密度提高，增大了進入壓氣機空氣的質量流量，因而可大大提高燃氣輪機的出力和經濟性，使壓力能得到了有效的利用。上述方法可用于天然氣的使用與供給間存在壓差、需要調壓的場合，利用渦流管降壓后產生冷氣流和熱氣流還可以用于其它不同的運行場合。

附圖說明

圖1是本發明裝置的結構原理示意圖。