專利名稱：基于高精度控壓控溫的天然氣壓差發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種發(fā)電系統(tǒng)，具體地說，是涉及一種基于高精度控壓控溫的天然氣壓差發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
利用天然氣壓差發(fā)電技術(shù)發(fā)電自首次提出以來，已越來越受到人們的重視，我國自去年開始也涉及到這一方面的操作。由于利用天然氣壓差發(fā)電的一些獨特優(yōu)勢，從環(huán)境保護、提高能源效率出發(fā)，因此，發(fā)展天然氣壓差發(fā)電是合理的。與燃煤電廠相比，利用天然氣壓差發(fā)電的電廠具有投資少、對環(huán)境污染小、整體循
環(huán)效率高、調(diào)峰性能好、占地少、建設(shè)周期短、廠用電率低、耗水少、可用率高等優(yōu)點。通常，利用管道高壓天然氣發(fā)電時，需要減壓。天然氣被壓縮后，體積會因此而膨脹9倍，產(chǎn)生相當大的能量。天然氣壓差發(fā)電就是利用高壓氣體在降壓時產(chǎn)生的能量發(fā)電，亦稱“氣體直接膨脹做功發(fā)電”?，F(xiàn)有的天然氣壓差發(fā)電系統(tǒng)通常利用調(diào)壓站對氣體的壓力進行調(diào)節(jié)，并沒有對氣體的溫度進行調(diào)節(jié)。由于在系統(tǒng)中沒有設(shè)有用于調(diào)節(jié)溫度的設(shè)備，并且因為系統(tǒng)中的換熱設(shè)備自身的限制，導致很多時候系統(tǒng)都沒能很好地使用氣體的熱能；此外，簡單地利用調(diào)壓站對天然氣的壓力進行調(diào)節(jié)也會存在著誤差，并且因為這個誤差的存在，很多時候，出于安全考慮，工作人員通常都會把氣壓調(diào)低至一個明顯的安全值范圍，然后再用來進行壓差發(fā)電，因此，這也導致了發(fā)電系統(tǒng)沒能很充分地利用這部分天然氣的壓差能量，影響了整個發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率，發(fā)電的穩(wěn)定性也得不到保障，并且由于調(diào)壓站要經(jīng)常性地對氣體的實時氣壓進行微調(diào)，從而也影響了發(fā)電系統(tǒng)的工作效率，大大降低了整個天然氣壓差發(fā)電系統(tǒng)的性能。因此，如何提高整個天然氣壓差發(fā)電系統(tǒng)對傳輸?shù)奶烊粴獾目販睾涂貕壕?，以便充分利用氣體的熱能和壓差能量，從而大幅度提高發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電穩(wěn)定性及效率，優(yōu)化整個天然氣壓差發(fā)電系統(tǒng)的性能，便成為一道急需解決的技術(shù)難題。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種基于高精度控壓控溫的天然氣壓差發(fā)電系統(tǒng)，主要解決現(xiàn)有的天然氣壓差發(fā)電系統(tǒng)在氣壓輸送過程中對氣體的溫度和壓力控制精度不高的問題。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案如下基于高精度控壓控溫的天然氣壓差發(fā)電系統(tǒng)，包括由依次相連接的一級換熱器、單級或多級向心渦輪膨脹機組、再熱器、齒輪、減速器以及發(fā)電機組組成的發(fā)電系統(tǒng)，還包括與所述發(fā)電系統(tǒng)相連且由依次相連接的激光器、光纖光柵傳感器、調(diào)制解碼器、PC智能控制機組以及調(diào)壓閥組成的自動控壓控溫系統(tǒng)；所述的PC智能控制機組還分別與激光器和一級換熱器相連，所述的光纖光柵傳感器與單級或多級向心渦輪膨脹機組相連接。[0010]為了進一步提高光纖光柵傳感器對氣體實時溫度和壓力的檢測靈敏度，所述的光纖光柵傳感器包括內(nèi)部封裝有光纖光柵的包層，波長分析器以及分別與該包層和波長分析器相連的3dB光纖定向I禹合器,且包層由合金材料或聚合物材料制成。本實用新型的設(shè)計原理在于，利用自動控壓控溫系統(tǒng)中的光纖光柵傳感器在所處環(huán)境的溫度和壓力兩種物理量發(fā)生變化時，光纖光柵的周期和有效折射率將發(fā)生變化，從而使反射光的中心波長發(fā)生變化，通過檢測物理量變化前后反射光波長的變化量，并利用PC智能控制機組對檢測結(jié)果進行分析就可以獲得待測物理量的變化情況，通過PC智能控制機組控制一級換熱器控制調(diào)節(jié)氣體溫度，以及控制調(diào)壓閥控制調(diào)節(jié)氣體壓力，便能實現(xiàn)整個天然氣壓差發(fā)電系統(tǒng)對氣體溫度和壓力的實時同步控制調(diào)節(jié)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下有益效果 ( I)本實用新型構(gòu)思嚴謹，設(shè)計巧妙，實現(xiàn)方便。(2)本實用新型在天然氣壓差發(fā)電系統(tǒng)中加入一套自動控壓控溫系統(tǒng)，利用光纖光柵傳感技術(shù)及其檢測原理，通過PC智能控制機組根據(jù)實際情況對檢測結(jié)果進行處理，不僅可以實現(xiàn)天然氣壓差發(fā)電系統(tǒng)對天然氣氣體的壓力和溫度的高精度智能控制，而且通過對氣體壓力和溫度的精確調(diào)節(jié)，也充分利用了氣體的壓差能量和熱能來進行發(fā)電，從而大幅度地提高了整個發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電穩(wěn)定性及效率，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其具有實質(zhì)性的特點和顯著的進步。(3)本實用新型中光纖光柵的包層采用合金材料或聚合物材料制成，相較于傳統(tǒng)的金屬材料，包層的制作材料極大地提高了光纖光柵傳感器的靈敏性能。(4)本實用新型利用光纖光柵傳感器對氣體壓力和溫度進行檢測，通過PC智能控制機組對測量結(jié)果的分析，并分別控制調(diào)壓閥和一級換熱器對氣體的壓力和溫度進行控制調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了對氣體壓力和溫度的實時和同步檢測調(diào)節(jié)，其不僅從側(cè)面上降低了整個發(fā)電系統(tǒng)發(fā)生安全事故的概率，而且極大地提高了發(fā)電系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性及效率，從根本上優(yōu)化了整個天然氣壓差發(fā)電系統(tǒng)的性能。(5)本實用新型不僅提高了資源的利用率，而且節(jié)約了成本，其很好地響應(yīng)了國家關(guān)于能源利用方面的號召，性價比高，具有相當大的市場潛力和廣泛的應(yīng)用前景，因此，本實用新型具有很高的實用價值和推廣價值。

圖I為本實用新型的系統(tǒng)框圖。圖2為光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為光纖光柵及其包層的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為自動控壓控溫系統(tǒng)的工作流程示意框圖。圖5為光纖光柵傳感器的工作原理圖。上述附圖中，附圖標記對應(yīng)名稱為I一一級換熱器，2—單級或多級向心渦輪膨脹機組，3—再熱器，4一齒輪，5—減速器，6—發(fā)電機組，7—激光器，8—光纖光柵傳感器，9一調(diào)制解碼器，10—PC智能控制機組，11一調(diào)壓閥，12一光纖光柵，13一包層，14一波長分析器,15一3dB光纖定向稱合器。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明，本實用新型的實施方式包括但不限于下列實施例。
實施例如圖I所示，本實用新型由發(fā)電系統(tǒng)和自動控壓控溫系統(tǒng)組成，其中，發(fā)電系統(tǒng)包括依次相連接的一級換熱器I、單級或多級向心渦輪膨脹機組2、再熱器3、齒輪4、減速器5以及發(fā)電機組6 ;而自動控壓控溫系統(tǒng)則由依次相連接的激光器7、光纖光柵傳感器8、調(diào)制解碼器9、PC智能控制機組10以及調(diào)壓閥11組成，所述的PC智能控制機組10還分別與激光器7和一級換熱器I相連。所述的光纖光柵傳感器8包括內(nèi)部封裝有光纖光柵12的包層13，波長分析器14，以及分別與該包層13和波長分析器14相連的3dB光纖定向耦合器15，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。本實施例中的光纖光柵傳感器8設(shè)為四個，兩個設(shè)置在調(diào)壓閥11的兩旁，一個與單級或多級向心渦輪膨脹機組2相連接，用于對在單級或多級向心渦輪膨脹機組2中進行加熱的氣體實時溫度的檢測，并將檢測出來的結(jié)果傳輸給PC智能控制機組10，由PC智能控制機組10控制一級換熱器I對氣體溫度進行調(diào)節(jié)，由于天然氣在輸送時的壓力大約為4. OMPa，在進入城市管網(wǎng)時需將其壓力降到約O. 4MPa，故最后一個光纖光柵傳感器8設(shè)置在天然氣通入城市管網(wǎng)的傳輸管道中，用于對流向城市管網(wǎng)的天然氣進行再次的調(diào)壓，并且與設(shè)置在調(diào)壓閥11兩側(cè)的光纖光柵傳感器8—起，實現(xiàn)對系統(tǒng)氣體壓力的并聯(lián)控制調(diào)節(jié)。本實用新型中采用的調(diào)壓方式也可以運用于各類利用余壓發(fā)電的系統(tǒng)。本實用新型光纖光柵傳感器8中的包層13由合金材料或聚合物材料制成，可以進一步提高光纖光柵傳感器8對氣體實時壓力和溫度的檢測靈敏度。在本實用新型中，光纖光柵傳感器8對氣體壓力和溫度的檢測精度和靈敏度是關(guān)鍵，而光纖光柵傳感器8起主要檢測作用的部分，則是設(shè)置在其中的光纖光柵12，針對本實用新型的使用范圍，該光纖光柵12及其包層13的制作方法如下(I)選擇光敏單模光纖，該光敏單模光纖由纖芯和光纖涂覆層組成，選擇纖芯的直徑約為3 μ m 4 μ m，采用相位掩模板技術(shù)，以248nmKrF準分子激光器作為紫外光源在所述的光敏單模光纖中寫入周期為O. 530 μ m、柵格數(shù)為25000的光纖光柵；該種光纖光柵是一種參數(shù)周期性變化的波導，其縱向折射率的變化將引起不同光波模式之間的耦合，并且可以通過將一個光纖模式的功率部分或完全地轉(zhuǎn)移到另一個光纖模式中去來改變?nèi)肷涔獾念l譜；(2)通過伺服電機控制砂磨紙對該光纖光柵進行研磨，使其透射譜線寬度增加約O. 05nm ；(3)選取長方形的包層，包層的寬度尺寸大于3cm，由合金材料或是聚合物材料制成，在包層的兩端分別開兩個半圓槽，其功能是用來固定光敏單模光纖在包層中的兩個端點，再在包層的中央位置，使用激光加工技術(shù)，加工一個用于裝載光纖光柵的光纖槽，光纖槽的直徑比光纖直徑略大；(4)將制作好的光纖光柵放置于包層的光纖槽中，并使光纖光柵位于包層正中間的位置，同時在高倍率的顯微鏡的監(jiān)控下，保證光纖光柵平的一面與包層的上端面基本水平；(5)在包層的兩端的兩個半圓槽中加入半透明的環(huán)氧樹脂，功能是把光纖光柵的兩端粘合在包層的兩個半圓槽中，再使用半透明的環(huán)氧樹脂填滿光纖槽的空隙部分，從而便完成了整個光纖光柵及其包層的制作，如圖3所示。通過上述制備方法，便可以確保光纖光柵傳感器8應(yīng)用于天然氣壓差發(fā)電系統(tǒng)的氣體壓力和溫度方面的檢測時其具有非常優(yōu)異的抗電磁干擾、電絕緣、難腐蝕等性能，并且該光纖光柵傳感器8自身還具有體積小、重量輕、傳輸損耗小、傳輸容量大等特點。因此，通過加入的自動控壓控溫系統(tǒng)便能提高整個天然氣壓差發(fā)電系統(tǒng)對氣體壓力和溫度的精確檢測和精密控制。此外，為了配合上述硬件系統(tǒng)設(shè)置，本實用新型還提供了該天然氣壓差發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，對該系統(tǒng)的實現(xiàn)過程進行詳細說明，其中，自動控壓控溫系統(tǒng)的工作流程如圖4所不。首先，將天然氣管道出氣口與天然氣壓差發(fā)電系統(tǒng)相連并對其進行通氣，一級換 熱器I對通入的氣體進行加熱，接著，整個天然氣壓差發(fā)電系統(tǒng)便會進行如下工作流程(I)PC智能控制機組控制激光器向光纖光柵傳感器發(fā)射光源；(2)光纖光柵傳感器根據(jù)通入天然氣壓力和溫度的變化使發(fā)射在該光纖光柵傳感器中的光源產(chǎn)生相對應(yīng)的光信號，光纖光柵傳感器將該光信號傳輸至調(diào)制解碼器；該步驟為光纖光柵傳感器對光源的處理過程，如圖5所示，具體地說，該過程為(a)光源進入光纖光柵傳感器后，包層將外界天然氣壓力和溫度的變化傳至光纖光柵，光纖光柵感應(yīng)該變化并對射入光源發(fā)生相應(yīng)的反射并將反射后的光信號傳輸?shù)?dB光纖定向I禹合器；(b) 3dB光纖定向耦合器將接收到的反射光信號進行耦合并傳輸至波長分析器進行處理，波長分析器將處理后的光信號傳輸?shù)秸{(diào)制解碼器；(3)調(diào)制解碼器將接收到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，并將該電信號傳輸至PC智能控制機組；(4)PC智能控制機組對接收到的電信號進行分析、處理，并根據(jù)處理結(jié)果分別對氣體的壓力和溫度進行調(diào)節(jié)，使氣體的壓力和溫度均符合發(fā)電的要求，該步驟中，對氣體壓力和溫度的檢測情況包括第一種PC智能控制機組對調(diào)制解碼器傳輸?shù)碾娦盘栠M行分析，判斷氣體的壓力和溫度是否均符合發(fā)電要求，是，則不需對氣體的壓力和溫度進行調(diào)節(jié)，否，則控制調(diào)壓閥對氣體的壓力進行調(diào)節(jié)，同時還控制一級換熱器對氣體的溫度進行調(diào)節(jié)；第二種PC智能控制機組對調(diào)制解碼器傳輸?shù)碾娦盘栠M行分析，判斷氣體的壓力和溫度是否均符合發(fā)電要求，氣體的壓力符合要求，而氣體的溫度不符合要求，則不需對氣體的壓力進行調(diào)節(jié)，而控制一級換熱器對氣體的溫度進行調(diào)節(jié)，氣體的壓力不符合要求，而氣體的溫度符合要求，則控制調(diào)壓閥對氣體的壓力進行調(diào)節(jié)，而不需對氣體的溫度進行調(diào)節(jié);(5)經(jīng)過步驟(4)處理后，天然氣在發(fā)電系統(tǒng)中加熱膨脹做功并帶動齒輪高速轉(zhuǎn)動，該高速轉(zhuǎn)動的齒輪經(jīng)減速器減速后帶動發(fā)電機組發(fā)電。本實用新型發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電過程為天然氣通過一級換熱器I對天然氣進行預熱，再熱器3對天然氣進行再次加熱，加熱后的天然氣經(jīng)過單級或多級向心渦輪膨脹機組2后，輸出機械能并帶動齒輪4高速轉(zhuǎn)動并通過減速器5減速后帶動發(fā)電機組6發(fā)出電能。值得一提的是，在步驟(5)中的氣體做完功，并在流向城市管網(wǎng)以便向用戶提供天然氣前，將會再次重復上述步驟(I) (4)對氣體進行調(diào)壓，然后再輸送至城市管網(wǎng)，通過這樣的措施，不僅能夠最大限度地利用天然氣的壓差能量來進行發(fā)電，提高發(fā)電穩(wěn)定性及效率，而且還能安全地將天然氣輸送給用戶。并且經(jīng)過測試，發(fā)現(xiàn)本實用新型中的光纖光柵傳感器8在檢測光源信號方面，其檢測精度可達I X 10_5nm，超高精度的光源信號檢測極大方便了調(diào)壓閥11和一級換熱器I對氣體壓力和溫度的精確控制調(diào)節(jié)，不僅能監(jiān)測壓力，而且還能監(jiān)測溫度，從而使發(fā)電系統(tǒng)能夠最大限度地利用天然氣的壓差能量來進行發(fā)電，大幅度提高了整個系統(tǒng)發(fā)電的穩(wěn)定性及效率。并且自動控壓控溫系統(tǒng)的設(shè)置不僅從側(cè)面上降低了天然氣壓差發(fā)電系統(tǒng)發(fā)生安全事故的概率，而且提高了天然氣壓差發(fā)電系統(tǒng)的工作效率，從根本上優(yōu)化了整個發(fā)電系統(tǒng)的性能，并且還很好地響應(yīng)了國家的號召，本實用新型較現(xiàn)有技術(shù)來說，是相當具有實質(zhì)性特點和顯著進步的。 按照上述實施例，便可很好地實現(xiàn)本實用新型。
權(quán)利要求1.基于高精度控壓控溫的天然氣壓差發(fā)電系統(tǒng)，包括由依次相連接的一級換熱器(I)、單級或多級向心渦輪膨脹機組(2)、再熱器(3)、齒輪(4)、減速器(5)以及發(fā)電機組(6)組成的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，還包括與所述發(fā)電系統(tǒng)相連且由依次相連接的激光器(7)、光纖光柵傳感器(8)、調(diào)制解碼器(9)、PC智能控制機組(10)以及調(diào)壓閥(11)組成的自動控壓控溫系統(tǒng)；所述的PC智能控制機組(10)還分別與激光器(7)和一級換熱器(I)相連，所述的光纖光柵傳感器(8)與單級或多級向心渦輪膨脹機組(2)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于高精度控壓控溫的天然氣壓差發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述的光纖光柵傳感器(8)包括內(nèi)部封裝有光纖光柵(12)的包層(13)，波長分析器(14)以及分別與該包層(13)和波長分析器(14)相連的3dB光纖定向耦合器(15)，且包層(13)由合金材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于高精度控壓控溫的天然氣壓差發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述的光纖光柵傳感器(8)包括內(nèi)部封裝有光纖光柵(12)的包層(13)，波長分析器(14)以及分別與該包層(13)和波長分析器(14)相連的3dB光纖定向耦合器(15)，且包層(13)由聚合物材料制成。
專利摘要本實用新型公開了基于高精度控壓控溫的天然氣壓差發(fā)電系統(tǒng)，包括發(fā)電系統(tǒng)及自動控壓控溫系統(tǒng)，發(fā)電系統(tǒng)包括換熱器、單級或多級向心渦輪膨脹機組、再熱器、齒輪、減速器以及發(fā)電機組；而自動控壓控溫系統(tǒng)包括激光器、光纖光柵傳感器、調(diào)制解碼器、PC智能控制機組以及調(diào)壓閥，光纖光柵傳感器包括內(nèi)部封裝有光纖光柵且由合金材料或聚合物材料制成的包層，波長分析器以及分別與該包層和波長分析器相連的3dB光纖定向耦合器。本實用新型解決了現(xiàn)有的天然氣壓差發(fā)電系統(tǒng)在氣壓輸送過程中對氣體的壓力控制精度不高且不能檢測氣體溫度的問題，不僅大幅度提高了整個發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電的穩(wěn)定性及效率，而且從根本上優(yōu)化了整個天然氣壓差發(fā)電系統(tǒng)的性能。
文檔編號G01K11/32GK202645901SQ201220331890
公開日2013年1月2日 申請日期2012年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月10日
發(fā)明者李建 申請人:李建