一種利用天然氣壓力能膨脹發(fā)電與壓縮制冷的一體化裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種壓縮制冷的生產(chǎn)工藝及裝置，具體涉及一種利用天然氣壓力 能膨脹發(fā)電與壓縮制冷的一體化裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，城市燃?xì)庵饕ㄟ^管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)輸，天然氣利用時(shí)，上游的天然氣通過高 壓管網(wǎng)輸送到城市燃?xì)饣虼笮陀脩簟８邏禾烊粴庑韪鶕?jù)用戶的供氣壓力要求進(jìn)行調(diào)壓，在 各地的天然氣接收站或者調(diào)壓站調(diào)壓后進(jìn)行城市燃?xì)夤芫W(wǎng)系統(tǒng)供下游用戶使用。高壓天然 氣在調(diào)壓的過程中會(huì)產(chǎn)生很大的壓力降，釋放大量的能量，以日生產(chǎn)50萬立方米的門站為 例，壓力從4. OMPa降至0. 4MPa，導(dǎo)致的壓力能損失約101. 7KJ/h。如果能采用適當(dāng)?shù)姆绞?回收利用這部分壓力能，將能在很大程度上提高能源利用率和天然氣管網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。 "十二五"期間，各級(jí)政府全面推廣余熱余壓回收利用技術(shù)，推進(jìn)低品質(zhì)熱源的回收利用，形 成能源的梯級(jí)綜合利用。隨著城市天然氣應(yīng)用力度的逐漸增加，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)展前景。
[0003]目前國(guó)內(nèi)外回收利用天然氣管網(wǎng)壓力能的方式主要有發(fā)電和制冷兩大類。利用壓 力能發(fā)電，產(chǎn)生的電能可進(jìn)入城市電網(wǎng)，或用于發(fā)電站自身生活、生產(chǎn)使用，或用于分布式 制氫。
[0004] 美國(guó)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(shí)用新型利用膨脹機(jī)輸出機(jī)械功驅(qū)動(dòng)同軸發(fā)電機(jī)發(fā)電，但低 溫天然氣冷能沒有得到利用。中國(guó)實(shí)用新型專利申請(qǐng)CN101245956A將天然氣壓力能用于 膨脹發(fā)電。該實(shí)用新型以較低的運(yùn)行成本將壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，再轉(zhuǎn)換至冷能，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(yùn)銷售等，從而取得巨大經(jīng)濟(jì)效益，提高能源利用效率。但該實(shí)用新型未涉及具體 的發(fā)電模擬，且因所提方法較為理論化，要實(shí)現(xiàn)工業(yè)實(shí)際應(yīng)用較難。中國(guó)實(shí)用新型專利申 請(qǐng)CN201310347177公開了一種小型天然氣管網(wǎng)壓力能發(fā)電的工藝及裝置，提出了一種通 過氣體膨脹機(jī)、變速箱、發(fā)電機(jī)和變壓同步器的連接，利用天然氣管網(wǎng)壓力進(jìn)行發(fā)電的小型 發(fā)電工藝及裝置，但其發(fā)電的效率僅能提供1 一 5KW小功率用戶進(jìn)行回收利用，可利用范 圍很低，且對(duì)整個(gè)管網(wǎng)的安全性、損耗性考慮不足，容易造成嚴(yán)重安全事故。中國(guó)實(shí)用新型 專利申請(qǐng)CN104213939公開了一種天然氣管網(wǎng)壓力能回收發(fā)電裝置，該裝置能將天然氣管 網(wǎng)中的壓力能有效轉(zhuǎn)為電能，通過采用PLC結(jié)合電磁閥、壓力變送器、泄露探測(cè)器和密封機(jī) 撬，能夠自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)控發(fā)電裝置的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)智能化操作。但該系統(tǒng)應(yīng)對(duì)負(fù)載變化的 靈敏度較弱，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)速度過慢，一旦負(fù)載變化過大，會(huì)影響發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行和效 率。
[0005] 發(fā)電機(jī)組目前能通過變速器控制發(fā)電量的相對(duì)穩(wěn)定，但是下游負(fù)載在不同的時(shí)間 段會(huì)有變化，會(huì)出現(xiàn)用電高峰和低谷，目前缺少能快速調(diào)控發(fā)電功率的系統(tǒng)，所以容易出現(xiàn) 主軸轉(zhuǎn)動(dòng)速度及發(fā)電功率與負(fù)載不匹配的現(xiàn)象，即"小馬拉大車"或者"大馬拉小車"的現(xiàn) 象，影響發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，造成發(fā)電效率的低下。上述的技術(shù)雖有涉及，但在發(fā)電的效 率、利用范圍、安全性等方面各有不足，難以滿足實(shí)際管網(wǎng)因地理位置、特殊用電需求、安全 性、穩(wěn)定性等多方面的需求。在資源越來越受到世界重視的當(dāng)下，急需一種利用效率高、安 全性能高、能實(shí)現(xiàn)電力平衡和適應(yīng)性強(qiáng)等各方面都更加突出的新型壓力能回收裝置。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 本實(shí)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， 易維護(hù)，效率高的利用天然氣管網(wǎng)壓力能發(fā)電的裝置，回收利用高壓管網(wǎng)燃?xì)獾膲毫δ苓M(jìn) 行發(fā)電，作為調(diào)壓站或計(jì)量站的電源，同時(shí)生產(chǎn)一定量的工業(yè)用或食品用冰，同時(shí)通過膨脹 機(jī)-發(fā)電機(jī)-壓縮機(jī)聯(lián)軸實(shí)現(xiàn)電力平衡，達(dá)到發(fā)電量與負(fù)載的匹配的要求。
[0007] 本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案為：
[0008] -種利用天然氣壓力能膨脹發(fā)電與壓縮制冷的一體化裝置，包括監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)、 膨脹發(fā)電系統(tǒng)和冷媒制冷系統(tǒng)，
[0009] 所述膨脹發(fā)電系統(tǒng)包括通過管路依次連接在高壓管網(wǎng)和低壓管網(wǎng)之間的透平膨 脹機(jī)，所述透平膨脹機(jī)的輸出軸依次連接變速器及雙軸發(fā)電機(jī)的一軸，所述雙軸發(fā)電機(jī)的 電力輸出端通過變壓同步器向外供電；
[0010] 所述冷媒制冷系統(tǒng)包括依靠管路依次連接形成冷媒循環(huán)回路的壓縮機(jī)、換熱器、 膨脹機(jī)、制冷裝置、冷媒儲(chǔ)罐，所述透平膨脹機(jī)流出的天然氣與換熱器換熱后連接中低壓管 網(wǎng)，所述壓縮機(jī)與雙軸發(fā)電機(jī)的另一軸驅(qū)動(dòng)連接；
[0011] 所述監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)包括：PLC ;依次設(shè)置在高壓管網(wǎng)與透平膨脹機(jī)進(jìn)氣口之間管 路上的第一電控閥、壓力現(xiàn)場(chǎng)顯示器、溫度現(xiàn)場(chǎng)顯示器、第一流量計(jì)、第一流量調(diào)節(jié)閥；依次 設(shè)置在所述透平膨脹機(jī)與換熱器之間管路上的壓力現(xiàn)場(chǎng)顯示器、溫度現(xiàn)場(chǎng)顯示器、氣動(dòng)調(diào) 節(jié)閥；依次設(shè)置在換熱器于低壓管網(wǎng)之間管路上的壓力變送器、第二電控閥、壓力現(xiàn)場(chǎng)顯示 器、溫度現(xiàn)場(chǎng)顯示器；設(shè)置在變速器與雙軸發(fā)電機(jī)之間的速度變送器；依次設(shè)置在壓縮機(jī) 與冷媒儲(chǔ)罐之間管路上的第二流量計(jì)和第二流量調(diào)節(jié)閥；所述PLC通過電路分別連接第二 電控閥、壓力變送器、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、第一電控閥、第一流量調(diào)節(jié)閥、速度變送器、第二流量調(diào) 節(jié)閥。
[0012] 進(jìn)一步地，所述制冷裝置為片冰機(jī)，所述膨脹機(jī)與制冰系統(tǒng)之間的管路上還設(shè)置 有新鮮水預(yù)冷器，這樣新鮮水在流經(jīng)制冰系統(tǒng)之前首先通過新鮮水預(yù)冷器與低溫冷媒初步 換熱變成過冷水，之后再進(jìn)入制冰系統(tǒng)完成制冰過程，進(jìn)一步提高制冰效果，制冰速度快， 生產(chǎn)的片冰質(zhì)地干燥、柔軟無銳角。
[0013] 進(jìn)一步地，所述壓縮機(jī)為往復(fù)式壓縮機(jī)，其利用氣環(huán)實(shí)現(xiàn)活塞和氣缸壁之間的密 封，無論冷媒流量如何變化，均能達(dá)到壓縮機(jī)出口壓力要求，穩(wěn)定可靠，靈活性高。
[0014] 進(jìn)一步地，所述變壓同步器為XC-SG型三相變壓同步器，具有體積小、重量輕、維 護(hù)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)。
[0015] 進(jìn)一步地，所述雙軸發(fā)電機(jī)為隔爆永磁發(fā)電機(jī)，安全可靠，穩(wěn)定性高。
[0016] 進(jìn)一步地，所述換熱器為套管式換熱器，膨脹后的低溫天然氣流經(jīng)換熱器的環(huán)隙， 經(jīng)壓縮的高溫冷媒流經(jīng)換熱器的管內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、換熱效果好等優(yōu)點(diǎn)。
[0017] 進(jìn)一步地，所述膨脹機(jī)為膨脹閥或星旋流體馬達(dá)，膨脹閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu) 點(diǎn)，而星旋流體馬達(dá)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)有浮 動(dòng)密封環(huán)，與傳統(tǒng)馬達(dá)相比，該馬達(dá)是無油結(jié)構(gòu)的馬達(dá)，具有低轉(zhuǎn)速、高扭矩、低能耗、低成 本、壽命長(zhǎng)、易維護(hù)、體積小、重量輕等多項(xiàng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在壓縮冷媒制冷循環(huán)中，充當(dāng)節(jié)流閥 的作用，可大大提高節(jié)流效率。
[0018] 進(jìn)一步地，所述制冷裝置為干冰機(jī)，用于制造干冰。
[0019] 進(jìn)一步地，所述冷媒為R404a、R134a、R22、0)2或氨氣。
[0020] 進(jìn)一步地，所述透平膨脹機(jī)為6805型透平膨脹機(jī)，該型號(hào)的透平膨脹機(jī)的主軸的 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)有浮動(dòng)密封環(huán)，壓縮比為可選用 8~10,等熵效率高