[实用新型]一种利用天然气压力能膨胀发电与压缩制冷的一体化装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种压缩制冷的生产工艺及装置，具体涉及一种利用天然气压力能膨胀发电与压缩制冷的一体化装置。

背景技术

目前，城市燃气主要通过管网系统进行运输，天然气利用时，上游的天然气通过高压管网输送到城市燃气或大型用户。高压天然气需根据用户的供气压力要求进行调压，在各地的天然气接收站或者调压站调压后进行城市燃气管网系统供下游用户使用。高压天然气在调压的过程中会产生很大的压力降，释放大量的能量，以日生产50万立方米的门站为例，压力从4.0MPa降至0.4MPa，导致的压力能损失约101.7KJ/h。如果能采用适当的方式回收利用这部分压力能，将能在很大程度上提高能源利用率和天然气管网运行的经济性。“十二五”期间，各级政府全面推广余热余压回收利用技术，推进低品质热源的回收利用，形成能源的梯级综合利用。随着城市天然气应用力度的逐渐增加，天然气管网的发展，高压天然气的压力能回收利用技术将具有广阔的发展前景。

目前国内外回收利用天然气管网压力能的方式主要有发电和制冷两大类。利用压力能发电，产生的电能可进入城市电网，或用于发电站自身生活、生产使用，或用于分布式制氢。

美国专利US20040585238公开了一种回收利用天然气管网压力能发电及制备气体(如氢气)的方法及装置，该实用新型利用膨胀机输出机械功驱动同轴发电机发电，但低温天然气冷能没有得到利用。中国实用新型专利申请CN101245956A将天然气压力能用于膨胀发电。该实用新型以较低的运行成本将压力能转换成机械能，再转换至冷能，通过冷媒供调压站周边的冷库、冷水空调、废旧橡胶深冷粉碎等冷量用户使用，或制成冰块、干冰产品外运销售等，从而取得巨大经济效益，提高能源利用效率。但该实用新型未涉及具体的发电模拟，且因所提方法较为理论化，要实现工业实际应用较难。中国实用新型专利申请CN201310347177公开了一种小型天然气管网压力能发电的工艺及装置，提出了一种通过气体膨胀机、变速箱、发电机和变压同步器的连接，利用天然气管网压力进行发电的小型发电工艺及装置，但其发电的效率仅能提供1一5KW小功率用户进行回收利用，可利用范围很低，且对整个管网的安全性、损耗性考虑不足，容易造成严重安全事故。中国实用新型专利申请CN104213939公开了一种天然气管网压力能回收发电装置，该装置能将天然气管网中的压力能有效转为电能，通过采用PLC结合电磁阀、压力变送器、泄露探测器和密封机撬，能够自动化实时监控发电装置的运行状态，实现智能化操作。但该系统应对负载变化的灵敏度较弱，电动调节阀调节速度过慢，一旦负载变化过大，会影响发电机的稳定运行和效率。

发电机组目前能通过变速器控制发电量的相对稳定，但是下游负载在不同的时间段会有变化，会出现用电高峰和低谷，目前缺少能快速调控发电功率的系统，所以容易出现主轴转动速度及发电功率与负载不匹配的现象，即“小马拉大车”或者“大马拉小车”的现象，影响发电机组的稳定运行，造成发电效率的低下。上述的技术虽有涉及，但在发电的效率、利用范围、安全性等方面各有不足，难以满足实际管网因地理位置、特殊用电需求、安全性、稳定性等多方面的需求。在资源越来越受到世界重视的当下，急需一种利用效率高、安全性能高、能实现电力平衡和适应性强等各方面都更加突出的新型压力能回收装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种安全性能好，低能耗，易维护，效率高的利用天然气管网压力能发电的装置，回收利用高压管网燃气的压力能进行发电，作为调压站或计量站的电源，同时生产一定量的工业用或食品用冰，同时通过膨胀机-发电机-压缩机联轴实现电力平衡，达到发电量与负载的匹配的要求。

本实用新型实现上述目的的技术方案为：

一种利用天然气压力能膨胀发电与压缩制冷的一体化装置，包括监测调控系统、膨胀发电系统和冷媒制冷系统，

所述膨胀发电系统包括通过管路依次连接在高压管网和低压管网之间的透平膨胀机，所述透平膨胀机的输出轴依次连接变速器及双轴发电机的一轴，所述双轴发电机的电力输出端通过变压同步器向外供电；

所述冷媒制冷系统包括依靠管路依次连接形成冷媒循环回路的压缩机、换热器、膨胀机、制冷装置、冷媒储罐，所述透平膨胀机流出的天然气与换热器换热后连接中低压管网，所述压缩机与双轴发电机的另一轴驱动连接；