天然气压差能发电装置的制作方法

本实用新型涉及节能环保技术领域，特别涉及一种天然气压差能发电装置。

背景技术：

天然气在主输送管道中需要加压运输，其压强一般为4MPa左右，而天然气在使用过程中的压强一般为2MPa左右。因此，天然气在进入市政管道之前需要先进行降压处理。

目前，常规的做法时采用泄压阀降压。即，在主输送管道与市政管道之间设置泄压阀，通过空气泄压阀的开启程度来调节进入市政管道内的天然气的压强。由于天然气泄压后膨胀吸热，会导致管路温度降低或结冰。因此，还需设置电伴热。

一方面，电伴热需要消耗电能。另一方面，对天然气加压是需要消耗能量的，但天然气由泄压阀泄压膨胀的过程中则会将该部分能量流失，天然气的压差能未得到有效利用。因此，现有天然气在运输及使用过程中存在严重的能量浪费，其不符合环保需求。

技术实现要素：

基于此，有必要针对现有天然气在运输及使用过程中不够环保的问题，提供一种环保性能较好的天然气压差能发电装置。

一种天然气压差能发电装置，包括：

膨胀发电组件，包括膨胀管路、第一发电机、依次串联于所述膨胀管路上的膨胀机及换热器，所述第一发电机与所述膨胀机的转子传动连接；及

蒸汽发电组件，包括蒸汽管路、第二发电机、锅炉及汽轮机，所述锅炉的进水口及出水口通过所述蒸汽管路分别与所述汽轮机的出口及进口连通，所述第二发电机与所述汽轮机的转子传动连接；

其中，所述蒸汽管路位于所述出口与所述进水口之间的部分穿过所述换热器。

在其中一个实施例中，所述膨胀机为螺杆膨胀机。

在其中一个实施例中，所述膨胀发电组件还包括串联于所述膨胀管路上的控制阀，所述控制阀位于所述膨胀机远离所述换热器的一端。

在其中一个实施例中，所述蒸汽发电组件还包括串联于所述蒸汽管路上的增压泵，所述增压泵位于所述换热器与所述进水口之间。

在其中一个实施例中，还包括泄压组件，所述泄压组件包括与所述膨胀管路并联的泄压管路、设置于所述泄压管路的泄压阀及包覆于所述泄压管路外表面的电伴热。

在其中一个实施例中，所述膨胀管路位于所述换热器远离所述膨胀机一侧的部分与所述锅炉的燃烧室连通。

上述天然气压差能发电装置，主输送管道内的高压天然气可由膨胀管路直接进入膨胀机内膨胀做功，从而带动第一发电机发电。因此，天然气的压差能转化成电能，可得到有效地利用。高压天然气膨胀做功后，可得到低压低温天然气并进入换热器中。进一步的，蒸汽发电组件利用锅炉对水加热，产生蒸汽驱动汽轮机并带动第二发电机发电。在汽轮机中做完工的高温低压蒸汽可在换热器内与低温天然气发生热交换，从而快速冷凝并再次进入锅炉，而低温天然气的温度则显著升高。因此，无需额外设置电伴热。可见，上述天然气压差能发电装置可利用天然气的压差能发电，且在对高压天然气降压时无需消耗电能，故其环保性能较好。

附图说明

图1为本实用新型较佳实施例中天然气压差能发电装置的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，本实用新型较佳实施例中的天然气压差能发电装置100包括膨胀发电组件110及蒸汽发电组件120。

膨胀发电组件110包括膨胀管路(图未标)、第一发电机111、膨胀机113及换热器115。膨胀管路可以是由金属管、塑料管、波纹管等管材形成的气体传输管路。膨胀机113及换热器115依次串联于膨胀管路上。具体的，膨胀机113的出气口与换热器115之间通过膨胀管路连接。

此外，第一发电机111与膨胀机113的转子传动连接。工作时，膨胀机113的进气口与天然气主输送管道连通，故高压天然气可进入膨胀机113内做功并驱动膨胀机113的转子转动。膨胀机113的转子转动，便可带动第一发电机111进行发电。进一步的，主输送管道的高压天然气做功后，膨胀成低压低温的天然气便由膨胀机113的出气口排出，并经膨胀管路输送至换热器115内。

因此，经过膨胀发电组件110，一方面可将主输送管道内的高压天然气降压至低压天然气以满足市政供气需求。另一方面，在对天然气降压的过程中还可利用压差能实现发电。

为了提升发电效率。具体在本实施例中，膨胀机113为螺杆膨胀机。

蒸汽发电组件120包括蒸汽管路(图未标)、第二发电机121、锅炉123及汽轮机125。膨胀管路可以是由金属管、塑料管、波纹管等管材形成的水蒸气及水传输管路。锅炉123具有进水口及出水口。锅炉123内用于盛水，且可通过电能、地热能、化学能等对水进行加热以得到水蒸气。汽轮机125具有进口及出口。高压水蒸气可经进口进入汽轮机125内做功，驱动汽轮机125的转子转动，并从汽轮机125的出口排出低压蒸汽及水分。

其中，锅炉123的进水口及出水口通过蒸汽管路分别与汽轮机125的出口及进口连通。因此，锅炉123与汽轮机125之间可形成水蒸汽的循环回路。此外，第二发电机121与汽轮机125的转子传动连接。

因此，高温蒸汽驱动驱动汽轮机125的转子转动时，第二发电机121可进行发电。从汽轮机125的出口排出的低压蒸汽及水分具有较高的温度，其经过冷凝后经进水口再次进入锅炉123内，从而实现水蒸气的循环。

具体在本实施例中，蒸汽发电组件120还包括串联于蒸汽管路上的增压泵127。增压泵127位于换热器115与进水口之间。增压泵127可提供额外的泵送压力，能加快冷凝水进入锅炉的速率，以保证水蒸气循环顺利进行。

进一步的，蒸汽管路位于汽轮机125出口与锅炉123进水口之间的部分穿过换热器115。

具体的，从汽轮机125的出口排出的低压蒸汽及水分具有较高的温度，需冷凝后才能继续循环。而经膨胀机113的出口排出的低压天然气则温度较低(通常零下10度以下)，需要升温才能防止冻结管路。

此时，由于高温的水蒸气与低温的天然气均通过换热器115，故两者可交换热量，从而使得高温水蒸气冷凝，而低温的天然气升温。因此，无需额外设置电伴热对低温天然气加热。而且，高温水蒸汽的冷凝速率提升，还能提高蒸汽发电组件120的发电效率。

在本实施例中，膨胀发电组件110还包括串联于膨胀管路上的控制阀117，控制阀117位于膨胀机113远离换热器115的一端。

具体的，控制阀117的开启程度可调，从而可对进入膨胀机113内的高压天然气的量进行控制。因此，根据蒸汽发电组件120的发电功率可调整高压天然气的进气量，即可避免天然气气量过大而导致与高温蒸汽换热后温度依然较低，也可避免天然气气量过小而导致与高温蒸汽换热后温度过高。

在本实施例中，天然气压差能发电装置100还包括泄压组件130。泄压组件130包括与膨胀管路并联的泄压管路(图未标)、设置于泄压管路的泄压阀131及包覆于泄压管路外表面的电伴热133。

具体的，当需要对膨胀发电组件110及蒸汽发电组件120进行检修时，可开启泄压组件130。由泄压阀131对高压天然气进行降压，并通过电伴热133对低温天然气加热。因此，天然气传输无需中断，从而可保证天然气供气的连续性。

在本实施例中，膨胀管路位于换热器115远离膨胀机113一侧的部分与锅炉123的燃烧室连通。

具体的，锅炉123具有燃烧室，用于燃烧化学能源为锅炉123内的水加热。降压的天然气在换热器115中加热后，可经膨胀管路进入燃烧室内燃烧，从而为蒸汽发电组件120供能。

上述天然气压差能发电装置100，主输送管道内的高压天然气可由膨胀管路直接进入膨胀机113内膨胀做功，从而带动第一发电机111发电。因此，天然气的压差能转化成电能，可得到有效地利用。高压天然气膨胀做功后，可得到低压低温天然气并进入换热器115中。进一步的，蒸汽发电组件120利用锅炉123对水加热，产生蒸汽驱动汽轮机125并带动第二发电机121发电。在汽轮机125中做完工的高温低压蒸汽可在换热器115内与低温天然气发生热交换，从而快速冷凝并再次进入锅炉123，而低温天然气的温度则显著升高。因此，无需额外设置电伴热。可见，上述天然气压差能发电装置100可利用天然气的压差能发电，且在对高压天然气降压时无需消耗电能，故其环保性能较好。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。