调压发电集成系统的制作方法

本发明涉及能量转换及利用领域，特别涉及一种调压发电集成系统。

背景技术：

天然气作为一种高效清洁的能源，近年来得到了广泛的应用。天然气主气管道在进入城市门站或燃气电厂之前，要根据不同的要求，对天然气进行降压处理后才可使用。

由于天然气长输管线压力高，通常都在6.0mpa以上。因此在进入天然气用户前，需要使用调压设备对压力进行调节。现有技术中常用调压阀降低压力，从热力学理论可知，通过调压阀调节后，天然气的压力和温度降低，但此部分压差能没有被利用，而被完全浪费了。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有技术中天然气输送过程中压力能被浪费的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种调压发电集成系统，包括进气口和出气口，所述进气口通入低温的高压气体介质，所述出气口与低压管网连通，所述调压发电集成系统还包括：调压单元，通过降压输气管路连接在所述进气口和所述出气口之间，所述调压单元包括：设于降压输气管路上的第一流量调节阀、截止阀和减压阀，流经所述降压输气管路的高压气体介质通过所述第一流量调节阀、所述截止阀以及所述减压阀而实现降压；发电单元，通过发电输气管路连接在所述进气口和所述出气口之间而与所述调压单元并联，所述发电单元包括设于所述发电输气管路上的膨胀发电模块，所述膨胀发电模块包括发电机和与所述发电机机械传动连接的至少一台膨胀机，所述膨胀机将流经所述发电输气管路的高压气体介质的压力能转化成机械能而实现降压，并将机械能传动至所述发电机而进行发电。

优选地，所述膨胀发电模块包括两台相互串联的所述膨胀机，两台所述膨胀机的动力输出轴均通过齿轮箱与所述发电机的动力输入轴传动相连。

优选地，所述膨胀发电模块包括两组膨胀机组，分别为第一膨胀机组和第二膨胀机组，所述第一膨胀机组与所述第二膨胀机组串联；所述第一膨胀机组和所述第二膨胀机组均包括两台膨胀机，各所述膨胀机的动力输出轴均通过齿轮箱与所述发电机的动力输入轴传动相连。

优选地，所述膨胀发电模块包括四台串联设置的膨胀机，各所述膨胀机的动力输出轴均通过齿轮箱与所述发电机的动力输入轴传动相连。

优选地，所述膨胀发电模块包括一组膨胀机组和与所述膨胀机组依次串联的两台膨胀机，所述膨胀机组包括两台并联的膨胀机，各所述膨胀机的动力输出轴均通过齿轮箱与所述发电机的动力输入轴传动相连。

优选地，所述膨胀发电模块与所述进气口之间的发电输气管路上设置有换热器，所述膨胀发电模块与所述出气口之间的发电输气管路上设置有换热器，当所述发电单元具有多台所述膨胀机时，至少在两台所述膨胀机之间的发电输气管路上设置有换热器。

优选地，所述膨胀发电模块与所述进气口之间的发电输气管路上的换热器被脱水模块替换。

优选地，所述膨胀发电模块与所述出气口之间的发电输气管路上的换热器被低温利用系统替换，所述低温利用系统包括：通过媒介与所述高压气体介质经膨胀后变成的低温气体换热而降低媒介温度的热交换模块和将所述媒介供给至冷源场合的供给模块。

优选地，所述调压单元还包括第一开关阀和第二开关阀，所述第一开关阀设置在所述进气口与所述第一流量调节阀之间的降压输气管路上，所述第二开关阀设置在所述减压阀与所述出气口之间的降压输气管路上。

优选地，所述出气口与所述膨胀发电模块之间的发电输气管路上依次设有第三开关阀和第二流量调节阀，所述膨胀发电模块与所述出气口之间的发电输气管路上设有第四开关阀。

由上述技术方案可知，本发明的有益效果为：

本发明的调压发电集成系统中，高压的天然气可通过调压单元经过减压稳压进入低压管网，以供下游用户的使用需求；同时高压的天然气还可以通过发电单元进行减压稳压，且减压过程中产生的压力能还可以被回收并转化成电能，从而同时实现低气压天然气和电能的供给。该调压发电集成系统的可靠性较高，可以在调压降压的基础上实现发电的功能，节能增效，避免天然气输送过程中压力能的浪费；此外调压单元和发电单元可以单独运行、也可以同时全负荷运行、还可以协调部分负荷运行，调压单元和发电单元还能够互为备份，加强整个调压发电集成系统的可靠性。

附图说明

图1是本发明调压发电集成系统第一实施例的结构示意图。

图2是本发明调压发电集成系统第二实施例的结构示意图。

图3是本发明调压发电集成系统第三实施例中膨胀发电模块的结构示意图。

图4是本发明调压发电集成系统第四实施例中膨胀发电模块的结构示意图。

图5是本发明调压发电集成系统第五实施例中膨胀发电模块的结构示意图。

附图标记说明如下：10、进气口；20、出气口；30、调压单元；31、第一流量调节阀；32、截止阀；33、减压阀；34、第一开关阀；35、第二开关阀；40、发电单元；41、膨胀发电模块；411、发电机；4111、动力输入轴；412、膨胀机；4121、动力输出轴；413、膨胀机组；414、第一膨胀机组；415、第二膨胀机组；42、第三开关阀；43、第四开关阀；44、第二流量调节阀；50、降压输气管路；60、发电输气管路；70、齿轮箱；80、换热器；90、脱水模块；91、低温利用系统。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

第一实施例

参阅图1，本实施例提供一种调压发电集成系统，其包括进气口10和出气口20。其中进气口10通入低温的高压气体介质，出气口20与低压管网连通。本实施例的调压发电集成系统尤其适用天然气的输送，且该调压发电集成系统还包括相互并联的调压单元30和发电单元40。

由进气口10通入的高压天然气可通过调压单元30，经过减压稳压进入低压管网，以供下游用户的使用需求；同时高压的天然气还可以通过发电单元40进行减压稳压，且减压过程中产生的压力能还可以被回收并转化成电能，从而同时实现低气压天然气和电能的供给。

在本实施例的调压发电集成系统中，调压单元30与发电单元40可以互为备用，也可以同时运行。该调压发电集成系统的可靠性较高，可以在调压降压的基础上实现发电的功能，节能增效，避免天然气输送过程中压力能的浪费。

具体地，本实施例的调压单元30通过降压输气管路50连接在进气口10和出气口20之间。该调压单元30包括设有降压输气管路50上的第一流量调节阀31、截止阀32和减压阀33。流经降压输气管路50的高压气体介质通过第一流量调节阀31、截止阀32以及减压阀33而实现降压。

其中，第一流量调节阀31用于控制流经降压输气管路50的天然气的流量。截止阀32和减压阀33配合作用，可降低降压输气管路50中天然气的压力，以保证下游用户的使用需求。当降压输气管路50中的压强过大时，可切断截止阀32，以确保整台调压发电系统的安全性。

本实施例的发电单元40通过发电输气管路60连接在进气口10和出气口20之间而与调压单元30并联。该发电单元40包括设有发电输气管路60上的膨胀发电模块41。膨胀发电模块41包括发电机411和与该发电机411机械传动连接的至少一台膨胀机412。膨胀机412可将流经发电输气管路60的天然气的压力转化成机械能而实现降压，并能够将机械能传动至发电机411而进行发电。

进一步地，本实施例的膨胀发电模块41包括两台相互串联的膨胀机412。两台膨胀机412的动力输出轴4121均通过齿轮箱70与发电机411的动力输入轴4111传动相连。本实施例中的两台膨胀机412采取的是共轴的形式，且分别进行一级膨胀和二级膨胀。天然气的压力由两台膨胀机412将转化成机械能后可由齿轮箱70汇集，并输送至发电机411进行发电。

较佳地，在本实施例的调压发电集成系统中，膨胀发电模块41与进气口10之间的发电输气管路60上设置有换热器80，膨胀发电模块41与出气口20之间的发电输气管路60上设置有换热器80，且两台膨胀机412之间也设置有换热器80。此种设置可在膨胀前、膨胀级间以及膨胀后对天然气进行加热，以避免天然气温度过低时产生水合物而阻塞管道和阀门。

本实施例中换热器80的加热方式可以采用电加热、燃烧部分气体介质加热，或利用环境温度、地热、工业余热而进行加热。

此外，本实施例的调压单元30还包括第一开关阀34和第二开关阀35，以控制调压单元30的开启和关闭。其中第一开关阀34设置在进气口10与第一流量调节阀31之间的降压输气管路50上，第二开关阀35设置在减压阀33和出气口20之间的降压输气管路50上。

本实施例的发电单元40还包括第三开关阀42和第四开关阀43，以控制发电单元40的开启和关闭。其中第三开关阀42设置在进气口10与膨胀发电模块41之间的发电输气管路60上，且位于进气口10与膨胀前的换热器80之间。第四开关阀43设置在膨胀发电模块41与出气口20之间的发电输气管路60上，且位于膨胀发电模块41与膨胀后的换热器80之间。

在本实施例的发电单元40中，第三开关阀42和膨胀前的换热器80之间的发电输气管路60上还设有第二流量调节阀44，以控制发电单元40中天然气的流量。当调压单元30与发电单元40同时工作时，第一流量调节阀31和第二流量调节阀44可配合作用，从而调控天然气流量的分配。

第二实施例

参阅图2，本申请还提供一种调压发电系统，其结构与第一实施例的调压发电系统大致相同，其不同之处在于：在发电单元40中，膨胀发电模块41与进气口10之间的发电输气管路60上的换热器80被脱水模块90替换；膨胀发电模块41与出气口20之间的发电输气管路60上的换热器80被低温利用系统91替换。

具体地，脱水模块90可对膨胀前的天然气进行脱水处理，以避免天然气水合物堵塞管道和阀门。脱水模块90可采用分子筛脱水或三甘醇脱水的方式。本实施例的低温利用系统91包括热交换模块和供给模块。其中，热交换模块通过媒介与天然气换热而使媒介的温度降低，供给模块将低温的媒介供给至冷源场合。冷源场合一般是空调、冷库等低温环境的场所。

第三实施例

参阅图3，本申请还提供一种调压发电系统，其结构与第一实施例的调压发电系统大致相同，其不同之处在于：膨胀发电模块41包括两组膨胀机组413，分别为第一膨胀机组414和第二膨胀机组415。其中，第一膨胀机组414与第二膨胀机组415串联，且第一膨胀机组414和第二膨胀机组415均包括两台膨胀机412，各膨胀机412的动力输出轴4121均通过齿轮箱70与发电机411的动力输入轴4111传动相连。

流经第一膨胀机组414的天然气可进行分流而分配至两台并联的膨胀机412中，并在两台膨胀机412中同时进行膨胀发电；由第一膨胀机组414流出的天然气可在第二膨胀机组415中进行分流而分配至两台并联的膨胀机412中，并在这两台膨胀机412中同时进行膨胀发电，从而解决天然气流量过大时的降压输送问题。

在本实施例的调压发电系统中，第一膨胀机组414与进气口10之间的发电输气管路60上设有换热器80，第二膨胀机组415与出气口20之间的发电输气管路60上设有换热器80，且第一膨胀机组414与第二膨胀机组415之间的发电输气管路60上设有换热器80。

第四实施例

参阅图4，本申请还提供一种调压发电系统，其结构与第一实施例的调压发电系统大致相同，其不同之处在于：膨胀发电模块41包括四台串联设置的膨胀机412，各膨胀机412的动力输出轴4121均通过齿轮箱70与发电机411的动力输入轴4111传动相连。

由进气口10流入的天然气可经四台串联设置的膨胀机412逐级进行膨胀发电处理，以实现降压发电的目的。四台串联设置的膨胀机412可对天然气依次进行减压的膨胀发电处理，以解决天然气压力过大时的降压输送问题。

在本实施例的调压发电系统中，除膨胀发电模块41与进气口10、出气口20之间的发电输气管路60上各设有一台换热器80之外，在膨胀发电模块41中，相邻两台膨胀机412之间的发电输气管路60上均设有一台换热器80。

第五实施例

参阅图5，本申请还提供一种调压发电系统，其结构与第一实施例的调压发电系统大致相同，其不同之处在于：膨胀发电模块41包括一膨胀机组413和与该膨胀机组413依次串联的两台膨胀机412。膨胀机组413包括两台并联的膨胀机412，各膨胀机412的动力输出轴4121均通过齿轮箱70与发电机411的动力输入轴4111相连。

由进气口10流入的天然气可先在膨胀机组413中进行分流而分配至两台并联的膨胀机412中，并在两台膨胀机412中同时进行膨胀发电；由膨胀机组413流出的天然气再由两台串联设置的膨胀机412进行逐级的降压发电处理，从而解决天然气流量及压力均过大时的降压输送问题。

在本实施例的调压发电系统中，除膨胀发电模块41与进气口10、出气口20之间的发电输气管路60上各设有一台换热器80之外，在膨胀发电模块41中，膨胀机组413与其相邻的膨胀机412之间的发电输气管路60上设有换热器80。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。