一種利用小型天然氣管網(wǎng)壓力能發(fā)電的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種利用小型天然氣管網(wǎng)壓力能發(fā)電的裝置。該裝置的高壓管網(wǎng)通過管道與膨脹機的進氣口連接，膨脹機的排氣口與溫度平衡器的進氣口通過管道連接；溫度平衡器出口通過管道與中低壓燃氣管網(wǎng)連接；膨脹機的膨脹機的主軸與變速箱連接，變速箱與發(fā)電機連接，發(fā)電機與變壓同步器連接；膨脹機選用改進的AT15‐65型氣體膨脹機，主軸的一端與氣缸全封閉式連接，主軸的另一端與輪滾筒之間設(shè)有兩個具備密封作用的第一密封圈和第二密封圈，在兩個密封圈中間的密閉空腔中設(shè)有導流管，導流管與惰性氣體氣瓶連接；本實用新型能夠持續(xù)穩(wěn)定為可間斷、封閉性、1‐5kW小功率用戶供給220V/380V穩(wěn)定電源。
【專利說明】—種利用小型天然氣管網(wǎng)壓力能發(fā)電的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種壓力能膨脹發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種利用小型天然氣管網(wǎng)壓力能發(fā)電的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]管道是天然氣的主要運輸方式，加強輸氣干線建設(shè)是加快天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，不僅可以促進下游市場開發(fā)，又可激勵上游天然氣資源的勘探和開采，從而帶動整個天然氣產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。隨著天然氣管網(wǎng)的建設(shè)，如何提高管網(wǎng)輸送的經(jīng)濟性和安全性也成了人們?nèi)找骊P(guān)注的問題。高壓天然氣在調(diào)壓的過程中會產(chǎn)生很大的壓力降，釋放大量的能量，但這部分能量的利用在國內(nèi)尚未引起足夠的重視。如果能采用適當?shù)姆绞交厥绽眠@部分壓力能，將能在很大程度上提高能源利用率和天然氣管網(wǎng)運行的經(jīng)濟性?！笆晃濉逼陂g我國重點推進的十項節(jié)能工程之一是余熱余壓利用工程，隨著城市天然氣應(yīng)用力度的逐漸增力口，天然氣管網(wǎng)的發(fā)展，高壓天然氣的壓力能回收利用技術(shù)將具有廣闊的發(fā)展空間，具有現(xiàn)實意義。
[0003]天然氣發(fā)電管網(wǎng)壓力能的利用方式為發(fā)電和制冷兩種，其中發(fā)電的方式有兩種。美國專利US20040585238公開了一種回收利用天然氣管網(wǎng)壓力能發(fā)電及制備氣體(如氫氣)的方法及裝置，該實用新型利用膨脹機輸出機械功驅(qū)動同軸發(fā)電機發(fā)電，但未涉及低溫天然氣冷能的利用。中國實用新型專利申請CN101280723A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，公開了一種天然氣管網(wǎng)壓力能在燃氣輪機作功領(lǐng)域的回收利用方法及裝置。該實用新型選用渦流管完成天然氣降壓調(diào)壓過程，用低溫天然氣流冷卻壓氣機的進氣，使進氣質(zhì)量流量增大，因而可大大提高燃氣輪機的經(jīng)濟性，使壓力能得到了有效的利用，但該專利未利用壓力能進行發(fā)電。中國實用新型專利申請CN101245956A將天然氣壓力能用于膨脹發(fā)電、液化天然氣自身重質(zhì)組分(比如C2，C3等)以及將壓力能轉(zhuǎn)換成冷能作進一步應(yīng)用。該實用新型以較低的運行成本將壓力能轉(zhuǎn)換成冷能，通過冷媒供調(diào)壓站周邊的冷庫、冷水空調(diào)、廢舊橡膠深冷粉碎等冷量用戶使用，或制成冰塊、干冰產(chǎn)品外運銷售等，從而取得巨大經(jīng)濟效益，提高能源利用效率。但該實用新型未涉及發(fā)電，且因該實用新型所提方法較為理論化，工業(yè)實際應(yīng)用受限較大。中國實用新型專利申請CN101852529A公開了一種利用天然氣管網(wǎng)壓力能制冷用于冷庫和冷水空調(diào)工藝的高效利用方法，但同樣該技術(shù)未涉及壓力能發(fā)電過程。上述這些專利技術(shù)都是通過特定設(shè)備有效回收天然氣管網(wǎng)壓力能的技術(shù)方法，且發(fā)電時要求天然氣壓力降和流量相對穩(wěn)定，制冷時一般要求制冷溫度較低，故而存在一定的局限性。
[0004]在天然氣實際應(yīng)用中，其用氣具有季節(jié)、日和小時的不均衡性，隨天然氣消費量的增加，各地都出現(xiàn)了天然氣調(diào)峰問題。目前在城市天然氣管網(wǎng)中，一般采用大型儲氣罐或LNG進行調(diào)峰，大型儲氣罐調(diào)峰占地面積大，維護不方便；LNG需要-160°C低溫，耗能大。為了進一步開發(fā)天然氣資源，需要一種投資費用低，既安全可靠又經(jīng)濟的利用方式。
[0005]上述現(xiàn)有均未涉及小型天然氣管網(wǎng)發(fā)電，而目前管網(wǎng)調(diào)壓站、計量站等封閉性、小功率的用戶因特殊的地理位置和較小的用電需求而拉建高成本的電網(wǎng)，經(jīng)濟性不夠。而一種小型天然氣管網(wǎng)壓力能發(fā)電裝置則能在低成本的條件下滿足類似調(diào)壓站、計量站等這些可間斷、封閉性、小功率(1- 5kff)的小型用戶。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種安全性能好，低能耗、低成本、占地小，壽命長、易維護的利用小型天然氣管網(wǎng)壓力能發(fā)電的裝置，回收利用部分高壓管網(wǎng)燃氣的壓力能進行發(fā)電，作為調(diào)壓站或計量站的小型電源。
[0007]本實用新型將采用一種無油結(jié)構(gòu)、低能耗、低成本、壽命長、易維護、體積小的新型膨脹機來實現(xiàn)設(shè)備和系統(tǒng)小型化，大大減小設(shè)備占地面積，并可將一套設(shè)備進行多地點循環(huán)使用，拓展高壓管網(wǎng)壓力能利用領(lǐng)域。整套工藝簡單易操作，由高壓管網(wǎng)調(diào)壓和壓力能發(fā)電兩部分組成；能夠持續(xù)穩(wěn)定為可間斷、封閉性、小功率(1- 5kff)的小型用戶供給220V/380V穩(wěn)定電源，尤其適用于無電源的調(diào)壓站、計量站等，填補了無電源中小功率用戶的市場空白，具有較大經(jīng)濟效益和廣闊發(fā)展空間。
[0008]本實用新型的目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0009]一種利用小型天然氣管網(wǎng)壓力能發(fā)電的裝置，包括第一電控閥、流量調(diào)節(jié)閥、膨脹機、變速箱、發(fā)電機、變壓同步器、壓力溫度平衡器、氣動調(diào)節(jié)閥、第二電控閥和PLC ;高壓管網(wǎng)通過管道與膨脹機的進氣口連接，高壓管網(wǎng)與膨脹機連接的管道上依次設(shè)有第一電控閥和流量調(diào)節(jié)閥；膨脹機的排氣口與溫度平衡器的進氣口通過管道連接；溫度平衡器出口通過管道與中低壓燃氣管網(wǎng)連接；膨脹機的主軸與變速箱連接，變速箱與發(fā)電機連接，發(fā)電機與變壓同步器連接；
[0010]所述膨脹機選用改進的AT15 -65型氣體膨脹機，所述改進為主軸的一端與氣缸全封閉式連接，主軸的另一端與輪滾筒之間設(shè)有兩個具備密封作用的第一密封圈和第二密封圈，在兩個密封圈中間的密閉空腔中設(shè)有導流管，導流管與惰性氣體氣瓶連接；
[0011]在壓力溫度平衡器與中低壓燃氣管網(wǎng)連接的管道上依次設(shè)有氣動調(diào)節(jié)閥和第二電控閥；變速箱與發(fā)電機之間設(shè)有速度變送器，氣動調(diào)節(jié)閥與第二電控閥之間設(shè)有壓力變送器；PLC通過導線分別與第一電控閥、流量調(diào)節(jié)閥、第二電控閥、速度變送器及壓力變送器連接。
[0012]進一步地，所述第一電控閥與流量調(diào)節(jié)閥之間的管道上，以及第二電控閥與中低壓管網(wǎng)之間的管道上均設(shè)有壓力現(xiàn)場顯示器、溫度現(xiàn)場顯示器。所述變壓同步器優(yōu)先選用XC-SG型三相變壓同步器。所述壓力溫度平衡器優(yōu)先選用不銹鋼平衡罐PLZ- 206。所述第一電控閥和第二電控閥優(yōu)先選用緊急切斷功能電磁閥；所述流量調(diào)節(jié)閥和氣動調(diào)節(jié)閥選用電動調(diào)節(jié)閥；所述發(fā)電機選用同步發(fā)電機。
[0013]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型具有如下的優(yōu)點及有益效果:
[0014](I)本實用新型可以實現(xiàn)天然氣壓力能安全發(fā)電?，F(xiàn)有的AT15-65型氣體膨脹機主軸與輪滾筒僅依靠一個密封膠圈進行密封，該密封結(jié)構(gòu)不能保證來自管網(wǎng)的天然氣完全不泄露，即不具備防爆性能。本實用新型將原膨脹機的密封膠圈換成兩個具備密封作用的第一密封圈和第二密封圈，在兩個密封圈中間的密閉空腔中，增加一根導流管，導流管與惰性氣體氣瓶連接；通過導流管輸入壓力略高于天然氣的惰性氣體，從而保證天然氣不會泄露，有效地解決的該氣動馬達無法防爆的難題。
[0015](2)設(shè)備成本低，投資小:本實用新型應(yīng)用改進的AT15 -65型氣體膨脹機，可實現(xiàn)小型化，大大減小設(shè)備占地面積，且一套設(shè)備可多地點循環(huán)使用，從而可減小設(shè)備成本和投資費用，避免造成設(shè)備浪費。
[0016](3)輕量化、無冷媒、無電源、無能耗、無影響；整個發(fā)電系統(tǒng)能量由高壓燃氣的壓力能提供，無需冷媒、無需外接電源，更沒有其他能耗，同時加入發(fā)電系統(tǒng)后對管網(wǎng)也無影響。
[0017](4)發(fā)電穩(wěn)定、可靠、安全性高:系統(tǒng)可輸出穩(wěn)定的220/380V交流電，安全性高，可供封閉性、小功率(1- 5KW)的小型用戶使用。
[0018](5)工藝簡單，易控制:本實用新型裝置主要由高壓管網(wǎng)調(diào)壓和壓力能發(fā)電2部分組成，工藝簡單，發(fā)電量可根據(jù)用戶需求進行調(diào)節(jié)控制。
[0019](6)易于推廣使用:本實用新型采用一種無油結(jié)構(gòu)、低能耗、低成本、壽命長、易維護、體積小的膨脹機；可建在無電網(wǎng)的偏遠地區(qū)，減少因建設(shè)電網(wǎng)產(chǎn)生的高額成本，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為一種利用小型天然氣管網(wǎng)壓力能發(fā)電的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2為圖1中的膨脹機的截面示意圖。
[0022]圖3為圖1中的膨脹機的主要轉(zhuǎn)動元件的轉(zhuǎn)動原理示意圖。
[0023]圖中示出:第一電控閥1、流量調(diào)節(jié)閥2、膨脹機3、變速箱4、發(fā)電機5、變壓同步器
6、壓力溫度平衡器7、氣動調(diào)節(jié)閥8、第二電控閥9、PLC10、減壓閥11、主軸12、輪滾筒13、第一密封圈14、第二密封圈15、導流管16、氣缸17、氣體輸入口 18 - 1、氣體輸出口 18 - 2、凹槽19、旋閥片20、旋閥片支撐芯軸21、行星活塞輪22和環(huán)形活塞空間23。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的描述，需要說明的是，【具體實施方式】并不構(gòu)成對本實用新型要求保護范圍的限定。
[0025]如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)在高壓管網(wǎng)與中低壓管網(wǎng)之間通過減壓閥11直接連接；本實用新型在高壓管網(wǎng)與中低壓管網(wǎng)之間設(shè)置利用小型天然氣管網(wǎng)壓力能發(fā)電的裝置，將天然氣進行分流并利用其壓力能進行發(fā)電。該裝置包括第一電控閥1、流量調(diào)節(jié)閥2、膨脹機3、變速箱4、發(fā)電機5、變壓同步器6、壓力溫度平衡器7、氣動調(diào)節(jié)閥8、第二電控閥9和PLClO ;高壓管網(wǎng)通過管道與膨脹機3的進氣口連接，高壓管網(wǎng)與膨脹機3連接的管道上依次設(shè)有第一電控閥I和流量調(diào)節(jié)閥2 ;膨脹機3的排氣口與溫度平衡器7的進氣口通過管道連接；溫度平衡器7出口通過管道與中低壓燃氣管網(wǎng)連接；壓力溫度平衡器7對天然氣的壓力及溫度進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)后的天然氣從溫度平衡器7出口通過管道進入中低壓燃氣管網(wǎng)；膨脹機3的膨脹機的主軸12與變速箱4連接，變速箱4與發(fā)電機5連接，發(fā)電機5與變壓同步器6連接，發(fā)電機5產(chǎn)生的交變電流，由變壓同步器6通過電磁感應(yīng)作用輸送電流，變壓同步器6的輸出端與外界的儀表、閥門等小型用電設(shè)備連接。具體的操作過程為:天然氣通過膨脹機3后，經(jīng)過壓力溫度平衡器7調(diào)節(jié)后，溫度與壓力符合標準后輸入下游天然氣管網(wǎng)。膨脹機3在天然氣膨脹的過程中輸出機械功，同時帶動變速箱4及發(fā)電機5轉(zhuǎn)動，變速箱4通過變速調(diào)節(jié)，使得膨脹機3與發(fā)電機5的轉(zhuǎn)速相匹配，發(fā)電機5輸出電功，通過變壓同步器6，輸出標準電壓，最終供給儀表、閥門等小型用電設(shè)備使用。
[0026]變壓同步器6可選用XC -SG型三相變壓同步器，壓力溫度平衡器7可選用不銹鋼平衡罐PLZ - 206。第一電控閥1、第二電控閥9可選用緊急切斷功能電磁閥，簡稱ZCRB型燃氣緊急切斷閥。流量調(diào)節(jié)閥2和氣動調(diào)節(jié)閥8可選用電動調(diào)節(jié)閥。發(fā)電機5可選用同步發(fā)電機。
[0027]如圖2、3所示，AT15 - 65型氣體膨脹機是一種星旋式流體馬達，該膨脹機是一種無油結(jié)構(gòu)的氣動馬達。該氣動馬達的主軸12與輪滾筒13之間屬于轉(zhuǎn)動連接，主軸12的一端與氣缸17全封閉式連接(圖2右邊部分)，主軸12的另一端(左邊部分)與輪滾筒13原僅依靠一個密封膠圈進行密封，該密封結(jié)構(gòu)不能保證來自管網(wǎng)的天然氣完全不泄露，即不具備防爆性能。本實用新型膨脹機3選用AT15 - 65型氣體膨脹機，并進行如下改進:將原膨脹機的密封膠圈換成兩個具備密封作用的第一密封圈14和第二密封圈15，在兩個密封圈中間的密閉空腔中，增加一根導流管16，導流管16與惰性氣體氣瓶連接；通過導流管16輸入壓力略高于天然氣的惰性氣體，從而保證天然氣不會泄露，有效地解決的該氣動馬達無法防爆的難題。本實用新型首次將AT15 - 65型氣體膨脹機進行適當改進并應(yīng)用在天然氣膨脹發(fā)電中。
[0028]高壓管網(wǎng)天然氣從氣缸17的輸入口 18 -1到凹槽19，天然氣推動旋閥片20以旋閥片支撐芯軸21為中心沿凹槽19的一個側(cè)面向下做擺動，旋閥片20的頭部推動行星活塞輪22向前轉(zhuǎn)動，隨之天然氣沖入到環(huán)形活塞空間23繼續(xù)推動行星活塞輪22向前沿著環(huán)形活塞空間23轉(zhuǎn)動，向前轉(zhuǎn)動的行星活塞輪22擠壓天然氣從輸出口 18 -2排出，并且在由旋閥片20擺動到輪滾筒13后隔開的相鄰活塞空間形成氣體壓差，行星活塞輪22在向前轉(zhuǎn)動的過程中壓迫旋閥片20向上擺動復(fù)位進入下一個往復(fù)周期。
[0029]AT15 - 65型氣體膨脹機為無油結(jié)構(gòu)，低能耗、低成本、壽命長、易維護、體積小的新型膨脹機。因相較于傳統(tǒng)的膨脹機體積小質(zhì)量輕，使實用新型裝置實現(xiàn)了輕量化，而新型膨脹機的無油結(jié)構(gòu)、低能耗且無需外接電源使得本實用新型裝置具有無冷媒、無電源、無能耗的特點，加之膨脹機有較長的使用壽命、維護簡單使得外界對實用新型裝置的影響可忽略不計，從而具有了無影響的特點。
[0030]本實用新型在壓力溫度平衡器7與中低壓燃氣管網(wǎng)連接的管道上依次設(shè)有氣動調(diào)節(jié)閥8和第二電控閥9 ;第一電控閥I與流量調(diào)節(jié)閥2之間的管道上，以及第二電控閥9與中低壓管網(wǎng)之間的管道上均設(shè)有壓力現(xiàn)場顯示器P1、溫度現(xiàn)場顯示器TI，進行現(xiàn)場壓力和溫度監(jiān)視。變速箱4與發(fā)電機5之間設(shè)有速度變送器ST，氣動調(diào)節(jié)閥8與第二電控閥9之間設(shè)有壓力變送器PT。PLClO通過導線分別與第一電控閥1、流量調(diào)節(jié)閥2、第二電控閥
9、速度變送器ST及壓力變送器PT連接。
[0031]自控系統(tǒng)的操作過程為:第一電控閥I與第二電控閥9屬于聯(lián)動裝置，同時關(guān)閉或開啟。當壓力現(xiàn)場顯示器PI顯示壓力在允許范圍波動時，第一電控閥I和第二電控閥9均同時開啟，保證整套裝置正常運轉(zhuǎn)。當壓力現(xiàn)場顯示器PI顯示壓力較長時間超出允許范圍時，通過壓力變送器(PT)將壓力信號轉(zhuǎn)換成標準電信號反饋至PLC10，PLC10輸出切斷設(shè)備指令，通過程序控制輸出切斷指令作用于第一電控閥I和第二電控閥9，將整套裝置與高壓主管網(wǎng)徹底脫離，從而保證高壓網(wǎng)管的正常運行。流量調(diào)節(jié)閥2主要是調(diào)節(jié)進入膨脹機3的天然氣流量，當天然氣流量在正常范圍時，膨脹機3的轉(zhuǎn)速與發(fā)電機轉(zhuǎn)速成倍數(shù)關(guān)系而發(fā)電。當天然氣流量處于異常范圍時，通過速度變送器ST將速度信號轉(zhuǎn)換成標準電信號反饋至PLC10，通過程序控制輸出調(diào)節(jié)指令作用于流量調(diào)節(jié)閥2，調(diào)節(jié)進入膨脹機的天然氣流量，從而改變膨脹機的轉(zhuǎn)速并使之與發(fā)電機匹配發(fā)電。氣動調(diào)節(jié)閥8的作用是調(diào)節(jié)壓力，以保證天然氣具有足夠的壓力進入天然氣主管路。當壓力現(xiàn)場顯示器PI現(xiàn)實壓力過小時，通過壓力變送器PT將壓力信號轉(zhuǎn)換成標準電信號反饋至PLC10，通過程序控制作用于氣動調(diào)節(jié)閥8，減小氣動調(diào)節(jié)閥8的開度。反之，當壓力過大時，通過增大氣動調(diào)節(jié)閥8的開度。從而保證天然氣能正常進入天然氣主管路。
[0032]本實用新型是利用天然氣的壓力差進行發(fā)電的原理是能量守恒原理，即動能+壓力勢能=常數(shù)，當壓力能減少時，減少的部分將轉(zhuǎn)化為動能，其動能增加，通過設(shè)備將其動能轉(zhuǎn)化為電能。高壓天然氣通過膨脹機3膨脹將壓力能轉(zhuǎn)化成機械能，然后通過變速箱4使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與發(fā)電機5頻率匹配發(fā)電，用于供給無法安裝電網(wǎng)的調(diào)壓站或計量站等小型用戶使用或者進行變電上網(wǎng)。
[0033]應(yīng)用上述裝置的發(fā)電方法，包括以下步驟:
[0034](I)滿足城市管網(wǎng)瞬時需求量的1.6 -4MPa天然氣通過第一電控閥1、流量調(diào)節(jié)閥2后進入膨脹機3膨脹降壓，經(jīng)壓力溫度平衡器7回溫后，由氣動調(diào)節(jié)閥8、第二電控閥9調(diào)節(jié)壓強至0.2 - 1.6MPa，再進入下游中低壓燃氣管網(wǎng)；
[0035](2)高壓天然氣通過膨脹機3膨脹將壓力能轉(zhuǎn)化成機械能，然后通過變速箱4使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與發(fā)電機5頻率匹配發(fā)電，用于供給無法安裝電網(wǎng)的調(diào)壓站或計量站等小型用戶使用或者進行上網(wǎng)。
[0036]從膨脹機3出來的天然氣氣流氣壓不穩(wěn)、氣體溫度在-107.7?-13.8°C，壓力溫度平衡器7的作用就是穩(wěn)定氣流速度、壓力，對氣體進行回溫，防止氣流擾動、亂竄以及氣體超低溫對設(shè)備的損害。
[0037]因天然氣調(diào)壓站、計量站多設(shè)置在偏遠地區(qū)，這些地方要么是沒有電網(wǎng)，如果要安裝電網(wǎng)成本又大，而這樣的調(diào)壓站、計量站本身功率又小，消耗少，如若單單為了滿足這些樣的用戶去安裝電網(wǎng)顯然不劃算，而本實用新型發(fā)電系統(tǒng)恰好因其體積小方便挪動，且發(fā)電功率也在1-5KW，故發(fā)電系統(tǒng)可滿足于無法安裝電網(wǎng)、封閉性、用電功率小(1-5KW)的小型用戶使用。
[0038]實施例
[0039]實施例的設(shè)備組成參考圖1 ;膨脹機的結(jié)構(gòu)簡圖如圖2、3所示。
[0040](I)滿足城市管網(wǎng)瞬時需求量的1.6 -4MPa天然氣通過第一電控閥1、流量調(diào)節(jié)閥2后進入膨脹機3膨脹降壓，經(jīng)壓力溫度平衡器7回溫后，由氣動調(diào)節(jié)閥8、第二電控閥9調(diào)節(jié)至0.2 - 1.6MPa，再進入下游中低壓燃氣管網(wǎng)；
[0041](2)高壓天然氣通過膨脹機3膨脹將壓力能轉(zhuǎn)化成機械能，然后通過變速箱4使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與發(fā)電機5頻率匹配發(fā)電，用于供給無法安裝電網(wǎng)的調(diào)壓站或計量站等小型用戶使用或者進行變電上網(wǎng)。
[0042]在天然氣發(fā)電領(lǐng)域，常用透平膨脹機代替?zhèn)鹘y(tǒng)的調(diào)壓閥來回收壓力能用于發(fā)電，但透平膨脹機由于存在轉(zhuǎn)速高且對工質(zhì)要求高等特點，使得它在城市管網(wǎng)壓力能發(fā)電存在較大的困難，一方面是城市天然氣調(diào)壓站布局分散，不利于建設(shè)大型的電力回收系統(tǒng)，而小型高效的天然氣發(fā)電氣動裝置在現(xiàn)有市場中難以找到。另一方面，發(fā)電時要求天然氣壓力和流量相對穩(wěn)定，而天然氣的使用存在嚴重的季節(jié)、晝夜及小時的不均勻性，無法滿足該膨脹機的穩(wěn)定運行。而本實用新型采用的膨脹機本身體積小，成本低，保養(yǎng)維護簡單，介質(zhì)要求低，可用于小功率發(fā)電，與天然氣調(diào)壓站的工況及用電要求非常吻合。
[0043] ASPEN模擬顯示:(I)滿足城市管網(wǎng)瞬時需求量47kg/h的天然氣，壓力4MPa、溫度20°C通過第一電控閥1、流量調(diào)節(jié)閥2后進入膨脹機3膨脹降壓，經(jīng)壓力溫度平衡器7回溫后，由氣動調(diào)節(jié)閥8、第二電控閥9調(diào)節(jié)后，壓力降為1.6MPa、溫度降為-30.2°C，然后再進入下游中低壓燃氣管網(wǎng)；
[0044](2)高壓天然氣通過膨脹機3膨脹將壓力能轉(zhuǎn)化成機械能，然后通過變速箱4使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與發(fā)電機5頻率匹配發(fā)電，可發(fā)出1.0lKW的電用于供給無法安裝電網(wǎng)的調(diào)壓站或計量站等小型用戶使用或者進行上網(wǎng)。
[0045]當流量發(fā)生變化時需要通過PLC進行信號調(diào)節(jié)，比如系統(tǒng)從停止狀態(tài)到工作狀態(tài)時，就需要通過PLC進行不斷的信號調(diào)節(jié)，使整個發(fā)電裝置可進行正常運作。
[0046](3)表1顯示了膨脹機3出入口在不同壓力狀態(tài)下的燃氣流量與發(fā)電率的關(guān)系。
[0047]從表1可以看出，利用小型天然氣管網(wǎng)壓力能發(fā)電的裝置的進氣壓力范圍為
0.4-4MPa，說明發(fā)電系統(tǒng)可操作彈性大，能夠利用的壓力能范圍大。根據(jù)不同的進出氣壓力即不同的壓差，通過調(diào)節(jié)天然氣流量可將發(fā)電功率控制在1-5kW。當進氣壓力為較大的4MPa，而出氣壓力也為較大的L6MPa，此時燃氣流量在47kg/h ;或出氣壓力為較小的
0.4MPa，而出氣壓力也為較小的0.2MPa，此時燃氣流量為54kg/h ;發(fā)電率都為1.0lkW。當進氣壓力為較大的4MPa，而出氣壓力為較小的0.4MPa，此時燃氣流量為65kg/h ;或出氣壓力為1.6MPa，而出氣壓力為較小的0.4MPa，此時燃氣流量為較大的90kg/h ;發(fā)電率都在3kW左右。當進氣壓力為較大的4MPa，而出氣壓力為較小的0.2MPa，此時燃氣流量為較大的88kg/h;發(fā)電率為5.00kW?？梢?，該實用新型設(shè)備可以適用于偏遠地區(qū)的小型用電設(shè)備，不再用巨大代價進行電網(wǎng)架設(shè)，具有良好的節(jié)能減排效果。
[0048]表1燃氣流量、發(fā)電率關(guān)系表
【權(quán)利要求】
1.一種利用小型天然氣管網(wǎng)壓力能發(fā)電的裝置，其特征在于，包括第一電控閥、流量調(diào)節(jié)閥、膨脹機、變速箱、發(fā)電機、變壓同步器、壓力溫度平衡器、氣動調(diào)節(jié)閥、第二電控閥和PLC;高壓管網(wǎng)通過管道與膨脹機的進氣口連接，高壓管網(wǎng)與膨脹機連接的管道上依次設(shè)有第一電控閥和流量調(diào)節(jié)閥；膨脹機的排氣口與溫度平衡器的進氣口通過管道連接；溫度平衡器出口通過管道與中低壓燃氣管網(wǎng)連接；膨脹機的膨脹機的主軸與變速箱連接，變速箱與發(fā)電機連接，發(fā)電機與變壓同步器連接； 所述膨脹機選用改進的AT15 -65型氣體膨脹機，所述改進為主軸的一端與氣缸全封閉式連接，主軸的另一端與輪滾筒之間設(shè)有兩個具備密封作用的第一密封圈和第二密封圈，在兩個密封圈中間的密閉空腔中設(shè)有導流管，導流管與惰性氣體氣瓶連接； 在壓力溫度平衡器與中低壓燃氣管網(wǎng)連接的管道上依次設(shè)有氣動調(diào)節(jié)閥和第二電控閥；變速箱與發(fā)電機之間設(shè)有速度變送器，氣動調(diào)節(jié)閥與第二電控閥之間設(shè)有壓力變送器；PLC通過導線分別與第一電控閥、流量調(diào)節(jié)閥、第二電控閥、速度變送器及壓力變送器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用小型天然氣管網(wǎng)壓力能發(fā)電的裝置，其特征在于，所述第一電控閥與流量調(diào)節(jié)閥之間的管道上，以及第二電控閥與中低壓管網(wǎng)之間的管道上均設(shè)有壓力現(xiàn)場顯示器、溫度現(xiàn)場顯示器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用小型天然氣管網(wǎng)壓力能發(fā)電的裝置，其特征在于，所述變壓同步器選用Xe - SG型三相變壓同步器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用小型天然氣管網(wǎng)壓力能發(fā)電的裝置，其特征在于，所述壓力溫度平衡器選用不銹鋼平衡罐PLZ - 206。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用小型天然氣管網(wǎng)壓力能發(fā)電的裝置，其特征在于，所述第一電控閥和第二電控閥選用緊急切斷功能電磁閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用小型天然氣管網(wǎng)壓力能發(fā)電的裝置，其特征在于，所述流量調(diào)節(jié)閥和氣動調(diào)節(jié)閥選用電動調(diào)節(jié)閥；所述發(fā)電機選用同步發(fā)電機。
【文檔編號】F01C20/24GK203430574SQ201320488672
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年8月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月9日
【發(fā)明者】徐文東, 段嬌, 劉宗斌, 潘季榮 申請人:華南理工大學, 廣州華豐能源科技有限公司