天然气压气站余热利用有机工质循环发电系统的制作方法

文档序号:5191623阅读:166来源:国知局
专利名称:天然气压气站余热利用有机工质循环发电系统的制作方法
技术领域
本实用新型涉及一种余热发电系统,属于天然气工业节能技术领域。
背景技术
近年来,随着我国社会和经济快速发展,天然气作为能源其需求量增长迅猛,天然气高压长输管网的建设进入高速发展时期,其主要动力设施为燃机压气站,其产生高温烟气的排放到空中,如果通过余热回收利用将排放掉的热能转化为电能,不但提高了压气站整体的能效,同时也具有显著的环保效应。当前余热回收转化为电能的主要方法是以常规余热锅炉产生的蒸汽推动汽轮机进而带动发电机,将压气站燃机排放的烟气通过余热锅炉与水进行热交换后,以高温高压水蒸汽作为汽轮机工作介质,这种方案要求站场所在地理位置具有相对充足的水资源,因此,必须考虑水资源的获取和水循环及冷却处理等问题。目前我国的高压长输管道较多集中在西北部地区,压气站多数地处干旱缺水地区,余热锅炉结合汽轮机的发电方式在这些地区很难实现。

实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是克服现有的缺陷,提供了一种天然气压气站余热利用有机工质循环发电系统,利用导热油和有机工质进行热交换,克服缺水的困难。为了解决上述技术问题,本实用新型提供了如下的技术方案天然气压气站余热利用有机工质循环发电系统,包括导热油膨胀罐、导热油泵、余热换热器、导热油流量控制阀、导热油温控阀、凝液罐、有机工质循环泵、有机工质流量控制阀、有机工质液位控制阀、有机工质压力控制阀、膨胀机、发电机、空气冷却器、燃机高温烟气回收烟道、烟道温控挡板、高温烟气旁通烟道、第一预换热器、第二预换热器、蒸发器、有机工质过热器和有机工质换热器;所述燃机高温烟气回收通道分别与高温烟气旁通烟道以及余热换热器连接;所述导热油膨胀罐出口与导热油泵入口连接,导热油泵出口分别与导热油膨胀罐入口以及余热换热器导热油入口连接;所述余热换热器导热油出口分为两个分支第一分支管道与导热油膨胀罐入口连接,第二分支管道与导热油主管道连接;导热油主管道分为三个分支第一分支管道与导热油膨胀罐入口连接,第二分支管道与蒸发器导热油入口连接,第三分支管道与有机工质过热器导热油入口连接;所述有机工质过热器导热油出口与蒸发器导热油入口连接,蒸发器导热油出口依次与第二预换热器、第一预换热器连接,第一预换热器导热油出口与与导热油膨胀罐入口连接;所述凝液罐出口与有机工质循环泵入口连接,有机工质循环泵出口分别与凝液罐入口以及有机工质换热器第一入口连接,有机工质换热器第一出口依次与第一预换热器、第二预换热器连接,第二预换热器工质出口与蒸发器工质入口连接,蒸发器工质出口与有机工质过热器工质入口连接,有机工质过热器工质出口分别与膨胀机和空气冷却器连接,膨胀机与发电机连接,膨胀机工质出口与有机工质换热器第二入口连接,有机工质换热器第二出口与空气冷却器连接,空气冷却器与凝液罐入口连接。进一步地,所述燃机高温烟气回收通道为三条,高温烟气旁通烟道和余热换热器均为三个,在燃机高温烟气回收通道连接余热换热器的分支通道上分别设置有一个烟道温控挡板。进一步地,所述有机工质过热器、蒸发器、第一预换热器、第二预换热器和有机工质换热器采用管壳式换热器。进一步地,所述余热换热器导热油出口第一分支管道上安装有导热油流量控制阀,第二分支管道上安装有导热油流量控制阀;所述导热油主管道第一分支管道上安装有导热油温控阀,第二分支管道上安装有导热油温控阀;所述第一预换热器与导热油膨胀罐之间安装有导热油温控阀,导热油泵出口与导热油膨胀罐入口之间安装有导热油流量控制阀。进一步地,所述导热油泵与三个余热换热器之间分别安装有一个控制阀。 进一步地,所述有机工质循环泵出口与凝液罐入口之间安装有有机工质流量控制阀;所述第二预换热器有机工质出口与蒸发器有机工质入口之间安装有有机工质液位控制阀;所述有机工质过热器有机工质出口与空气冷却器之间安装有有机工质压力控制阀。本实用新型天然气压气站余热利用有机工质循环发电系统,通过烟气余热回收装置使燃气轮机排放的高温烟气加热封闭式循环管道中的导热油,温升后的导热油与液态有机工质在换热器中进行热交换后,汽化的有机工质温度和压力升高,驱动膨胀机做功输出机械能带动发电机产生电能,有机工质经过空冷冷凝器循环后温降转为液态再循环使用。在烟气余热回收装置处设有烟气旁通出口,在导热油及有机工质的循环回路中也设置旁通回路并安装有温度或压力控制阀,根据系统的实际运行情况或紧急状态需要,可使高温烟气从旁通出口直接排放,保持燃机烟气出口原有的工况,也能分别使导热油或有机工质不经过换热器,直接经旁通回路流回导热油膨胀罐或凝液罐,同时控制每个与烟气余热回收装置相通的导热油管道开闭状态,维持发电系统的稳定和安全运行,保障不影响燃机的正常运转。其有益效果如下对燃机排放的高温烟气进行余热回收,把大量的热能转化为电力,提高能源使用效率,减低排放污染,节能环保;对于地理位置偏远或干旱的压气站,不需要水资源供给而发电,解决了常规余热锅炉与汽轮机发电系统在这些地区无法应用的难题;余热回收发电系统相对独立运行,对压气站燃气轮机及压缩机机组可靠性没有不良影响。

附图用来提供对本实用新型的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型,并不构成对本实用新型的限制。在附图中图1是本实用新型天然气压气站余热利用有机工质循环发电系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。[0018]如图1所示,压气站安装三台燃气轮机27,其中两台运行,一台备用,排放出的高温烟气分别由余热回收烟道A3、A5、A7经过烟道温控挡板4、6、8进入余热换热器3、5、7与导热油进行热交换。根据整个余热回收发电系统需要或燃气轮机27的工作状况,控制烟道温控挡板 4、6、8可分别开闭进入余热换热器3、5、7的通路,将高温烟气引入旁通烟道C3、C5、C7直接排放到空中。如图1所示,系统正常运行时,导热油膨胀罐1中的导热油经出口通过密闭管道由导热油泵2,(安装三台相同型号参数的油泵,其中两台正常运行,一台备用。)将导热油输送至余热换热器3、5、7内,与高温烟气在余热换热器3、5、7内进行热交换,导热油被加热后温度升高,而烟气热能减少产生温降,经由出口烟道B3、B5、B7排放出去。导热油温升后流出余热换热器3、5、7,经由热油流量控制阀9、11、13进入主管道汇合,继续运行流向分别连接导热油温控阀15、16和有机工质过热器E4导热油入口的三个支路,也可根据系统运行需要,导热油温升后流出余热换热器3、5、7,不流入主管道,而通过安装有导热油流量控制阀 10,12,14的旁通管道,流回导热油膨胀罐1。导热油进入所述有机工质过热器E4,加热其中的有机工质蒸汽,有机工质过热器 E4导热油出口管道与导热油温控阀15出口管道连接,使导热油汇合进入同一管道,继续流入蒸发器E3导热油入口,导热油在蒸发器E3内加热其中的液态有机工质使其形成饱和蒸汽,流出蒸发器E3并依次经过第二预换热器E2和第一预换热器E1,流出第一预换热器El 后经由导热油温控阀17流回导热油膨胀罐1,形成循环回路;根据系统运行要求或应急状态,导热油从导热油泵2出口流出后经过导热油流量控制阀18直接流回导热油膨胀罐1。系统根据监测流向膨胀机M入口的气态有机工质的压力和温度,通过控制导热油温控阀15,16,调节导热油分别流入有机工质过热器E4和导热油温控阀15,16所在三个支路的导热油流量,使导热油与有机工质进行热交换后,流向膨胀机M入口的气态有机工质的压力和温度接近或保持在膨胀做功的正常工作要求区间。当监测到气态有机工质的压力和温度低于要求区间时,导热油温控阀16关闭,使导热油全部流入有机工质过热器E4和导热油温控阀15所在支路,与有机工质进行充分热交换;当监测到气态有机工质的压力和温度高于要求区间时,导热油温控阀16打开,使一部分导热油直接返回导热油膨胀罐1,减少加热有机工质的导热油流量。调节导热油温控阀15控制所在支路的导热油流量,相应增加或减少流入有机工质过热器E4的导热油流量。可根据系统运行状况调整导热油与有机工质在过热器E4和蒸发器E3内进行热交换的热量,使流向膨胀机M入口的气态有机工质达到压力和温度要求。如图1所示,液态有机工质由凝液罐19出口通过密闭管道,经有机工质循环泵20, (安装三台相同型号参数循环泵,其中两台正常运行,一台备用。)输送至有机工质换热器 E5,有机工质循环泵20输出端设置旁通回路,安装有流量控制阀21,根据系统运行要求或应急状态,可使液态有机工质返回凝液罐19。在有机工质换热器E5内,液态有机工质与膨胀机M出口流出的气态有机工质进行热交换,液态有机工质获得热量温升后流出有机工质换热器E5,顺序依次进入第一预换热器El和第二预换热器E2,在其中与导热油进行热交换,继续获得热量温升后流出第二预换热器E2,经液位控制阀22进入蒸发器E3 ;
5[0027]在蒸发器E3内,液态有机工质被导热油加热至蒸发状态,形成饱和蒸汽,液位控制阀22根据系统设定值控制蒸发器E3的液体总量,液体裕量经由分流支路返回预换热器 E2,有机工质饱和蒸汽流出蒸发器E3,进入有机工质过热器E4 ;在有机工质过热器E4中,气态有机工质与高温导热油进行热交换,温度和压力继续升高,达到膨胀做功的工作温度和压力后,流出有机工质过热器E4,进入膨胀机M内;在膨胀机M中,高温高压气态有机工质经过等熵绝热过程膨胀做功,使膨胀机输出机械能,带动发电机25产生电能;而做功后温度压力降低的有机工质气体流出膨胀机M,经过管道进入有机工质换热器E5,与液态有机工质进行热交换后温度进一步降低,流出有机工质换热器E5进入空气冷却器沈,经过冷却降温并产生相变,成为液态有机工质,流出空气冷却器沈后返回凝液罐19,继续循环使用。有机工质过热器E4出口端设置安装压力控制阀23的旁通回路,根据系统运行要求,可使流出有机工质过热器E4的气态有机工质直接流入空气冷却器26,以调节进入膨胀机M的有机工质气体流量。导热油全部管道外层包有隔热保温材料,以减少循环过程中的散热损耗。本实用新型天然气压气站余热利用有机工质循环发电系统,对燃机排放的高温烟气进行余热回收,把大量的热能转化为电力,提高能源使用效率,减低排放污染,节能环保; 对于地理位置偏远或干旱的压气站,不需要水资源供给而发电,解决了常规余热锅炉与汽轮机发电系统在这些地区无法应用的难题;余热回收发电系统相对独立运行,对压气站燃气轮机及压缩机机组可靠性没有不良影响。最后应说明的是以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已,并不用于限制本实用新型,尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.天然气压气站余热利用有机工质循环发电系统,其特征在于包括导热油膨胀罐、 导热油泵、余热换热器、导热油流量控制阀、导热油温控阀、凝液罐、有机工质循环泵、有机工质流量控制阀、有机工质液位控制阀、有机工质压力控制阀、膨胀机、发电机、空气冷却器、燃机高温烟气回收烟道、烟道温控挡板、高温烟气旁通烟道、第一预换热器、第二预换热器、蒸发器、有机工质过热器和有机工质换热器;所述燃机高温烟气回收通道分别与高温烟气旁通烟道以及余热换热器连接;所述导热油膨胀罐出口与导热油泵入口连接,导热油泵出口分别与导热油膨胀罐入口以及余热换热器导热油入口连接;所述余热换热器导热油出口分为两个分支第一分支管道与导热油膨胀罐入口连接,第二分支管道与导热油主管道连接;导热油主管道分为三个分支第一分支管道与导热油膨胀罐入口连接,第二分支管道与蒸发器导热油入口连接,第三分支管道与有机工质过热器导热油入口连接;所述有机工质过热器导热油出口与蒸发器导热油入口连接,蒸发器导热油出口依次与第二预换热器、第一预换热器连接,第一预换热器导热油出口与与导热油膨胀罐入口连接;所述凝液罐出口与有机工质循环泵入口连接,有机工质循环泵出口分别与凝液罐入口以及有机工质换热器第一入口连接,有机工质换热器第一出口依次与第一预换热器、第二预换热器连接,第二预换热器工质出口与蒸发器工质入口连接,蒸发器工质出口与有机工质过热器工质入口连接,有机工质过热器工质出口分别与膨胀机和空气冷却器连接,膨胀机与发电机连接,膨胀机工质出口与有机工质换热器第二入口连接,有机工质换热器第二出口与空气冷却器连接,空气冷却器与凝液罐入口连接。
2.根据权利要求1所述的天然气压气站余热利用有机工质循环发电系统,其特征在于所述燃机高温烟气回收通道为三条,高温烟气旁通烟道和余热换热器均为三个,在燃机高温烟气回收通道连接余热换热器的分支通道上分别设置有一个烟道温控挡板。
3.根据权利要求1所述的天然气压气站余热利用有机工质循环发电系统,其特征在于所述有机工质过热器、蒸发器、第一预换热器、第二预换热器和有机工质换热器采用管壳式换热器。
4.根据权利要求1所述的天然气压气站余热利用有机工质循环发电系统,其特征在于所述余热换热器导热油出口第一分支管道上安装有导热油流量控制阀,第二分支管道上安装有导热油流量控制阀;所述导热油主管道第一分支管道上安装有导热油温控阀,第二分支管道上安装有导热油温控阀;所述第一预换热器与导热油膨胀罐之间安装有导热油温控阀,导热油泵出口与导热油膨胀罐入口之间安装有导热油流量控制阀。
5.根据权利要求1或2所述的天然气压气站余热利用有机工质循环发电系统,其特征在于所述导热油泵与三个余热换热器之间分别安装有一个控制阀。
6.根据权利要求1所述的天然气压气站余热利用有机工质循环发电系统,其特征在于所述有机工质循环泵出口与凝液罐入口之间安装有有机工质流量控制阀;所述第二预换热器有机工质出口与蒸发器有机工质入口之间安装有有机工质液位控制阀;所述有机工质过热器有机工质出口与空气冷却器之间安装有有机工质压力控制阀。
专利摘要本实用新型提供天然气压气站余热利用有机工质循环发电系统,以导热油经过换热器吸收压气站燃气轮机所排放高温烟气的热能,继而通过有机工质与导热油进行热交换,有机工质受热膨胀后作为工作介质推动膨胀机做功,输出机械能驱动发电机产生电能,这一系统不需要水源供给,充分利用了压气站燃机的余热,提高了能效利用率并具有环保减排效应,同时系统设计充分考虑了余热回收发电运行波动或应急状况,保持整个系统与压气站燃机机组的相对独立,完全不影响燃机运转工作。
文档编号F02C6/18GK202140176SQ201120210739
公开日2012年2月8日 申请日期2011年6月20日 优先权日2011年6月20日
发明者叶鹏程, 张英辰, 李宏伟, 王磊 申请人:新疆西拓能源股份有限公司
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