[實用新型]一種新型天然氣高壓管網余壓發電系統

有效

• 申請號: 201420447948.7
• 申請日: 2014-08-08
• 公開（公告）號: CN204002944U
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 韓穗奇;趙新
• 申請（專利權）人: 南京天膜科技股份有限公司
• 主分類號: F01D15/10
• 分類號: F01D15/10
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 李曉峰;徐冬濤

技術領域

本實用新型屬于發電領域，具體涉及一種新型天然氣高壓管網余壓發電系統。

背景技術

天然氣的長距離輸送一般均采用高壓管輸的方式。近年來，從世界范圍來看管道輸送壓力越來越高。各國陸上輸氣管道的最高設計壓力分別為：美國10MPa，前蘇聯7.5MPa，德國和意大利8MPa。海底輸氣管道的設計壓力一般比陸地更高，我國“西氣東輸”和“陜-京二線”等的輸氣壓力為10MPa，忠武線的設計壓力為6.3MPa～7.0MPa。上游天然氣通過高壓管網送至各城市或大型用戶，由各級調壓站降壓至0.4-1.6MPa左右送至用戶使用。

壓力能理論分析：從熱力學角度，天然氣管道可視作一開口系統，利用分析法可對此系統進行分析。處于溫度、壓力的天然氣，其物理值為：

Ψ＝h-h0-T×(s-s0)＝(h-h0)-T0(cp×ln(T/T0)-R/M×ln(P/P0))＝(h-h0-T0×cp×ln(T/T0))+T0×R/M×ln(P/P0)

其中：Ψ——天然氣的比，J/kg；

h、h0——分別為天然氣所處溫度T和環境溫度T0下的比焓，J/kg；

s、s0——分別為天然氣所處溫度T和環境溫度T0下的比熵，J/(kg·K)；

cp——天然氣的定壓比熱，J/(kg·K)；

R——通用氣體常數，8.314J/(mol·K)；

M——天然氣的分子量，kg/mol。

若定義：溫度ΨT＝h-h0-T0*cp*ln(T/T0)；

壓力ΨP＝T0*R/M*ln(P/P0)，

則有：Ψ＝ΨT+ΨP

顯然壓力相當于天然氣等溫流動時由于膨脹而做出的技術功。簡單起見，可設天然氣為100％甲烷，取環境溫度為25℃，環境壓力(絕對壓力)為0.1MPa，天然氣的定壓比熱為cp＝2.2kJ/kg·K，可計算得出不同輸氣壓力下，天然氣(甲烷)的比壓力。

對同一輸氣壓力，當用戶端壓力(即p0)不同時，壓力也不同。環境溫度為25℃，輸氣管道壓力(表壓)p分別為10MPa、8MPa、6MPa、4MPa時，可計算出天然氣(甲烷)從管網進入不同壓力用戶端所具有的比壓力。

如果某城市天然氣供應規模達到100億m³/a。假設其中50％可經由4MPa～0.4MPa壓力段來回收壓力能，那么每年可回收12825×10⁸kJ，相當于40MW發電站全年的滿負荷發電量。

調壓站目前一般采用調壓閥進行降壓，管網壓力能無法回收利用。因此，隨著天然氣壓力的降低，損失了大量的壓力能，例如高壓天然氣由4.0MPa降為0.4MPa時，可回收的最大壓力能約為322kJ/kg，以120億m³/a的輸氣量計算，每年可回收壓力能約為3.5×10¹²kJ。

天然氣壓力能利用的歷史可追溯1980年代的日本，其時是做LNG電廠發電工藝的一個環節。現有技術中利用高壓管網天然氣壓力能發電的方法為以膨脹機代替傳統的調壓器來回收高壓天然氣降壓過程中的壓力能，并將其用于發電，在利用膨脹機做功的同時也利用膨脹后天然氣的冷量。近些年來隨著全球節能浪潮而再度成為熱門話題；但該技術在城市天然氣管網中的應用受到場站條件、工藝要求、電力并網等的限制，實際工程也非常少。

現有技術中，推廣利用高壓管網天然氣壓力能發電存在諸多不利因素，在城市天然氣管網中，使用壓力能回收技術時，必須考慮以下情況：(1)天然氣調壓站布局分散，不利于建設大型電力回收系統：以上海為例，現有6.0MPa-4.0MPa-2.5MPa-1.6MPa等高壓輸氣干管系統，級間的壓差不大，建設發電或制冷等壓力能回收系統的經濟性勢必大大下降。(2)發電或制冷均要求天然氣壓力和流量相對穩定，而天然氣使用存在著嚴重的季節、晝夜以及小時的不均勻性。上海某4.0MPa-1.6MPa調壓站在一年(8760h)內的出口小時流量，其最大/最小流量比例超過10。(3)余壓發電成套進口設備價格昂貴，使得余壓發電的收益大打折扣。

針對以上技術問題需要設計一種新穎可靠、性價比高的系統，徹底解決了天然氣流量、壓力大幅波動情況下穩定發電并并網的難題，就可以推廣應用天然氣余壓發電。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種新型天然氣高壓管網余壓發電系統。

本實用新型的目的可以通過以下技術方案實現：