本發(fā)明涉及天然氣壓力能回收領(lǐng)域，特別涉及一種天然氣壓力能及冷能聯(lián)合回收系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

天然氣開采過(guò)程中常在井口或井筒內(nèi)安裝節(jié)流裝置，將氣井天然氣壓力節(jié)流降壓至集氣管線壓力，然后再經(jīng)過(guò)調(diào)壓分配站進(jìn)一步降壓，最后達(dá)到實(shí)際的輸運(yùn)壓力，運(yùn)送給用戶。目前天然降壓過(guò)程中普遍采用“節(jié)流降壓”措施，一方面這種方式導(dǎo)致大量的天然氣壓力能在降壓過(guò)程中被浪費(fèi)；另一方面常溫高壓的天然氣在膨脹過(guò)程中溫度會(huì)急劇降低，過(guò)低的溫度會(huì)對(duì)管道和設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，傳統(tǒng)的方式是利用空氣換熱器換熱，由于空氣比熱小，空氣換熱器體積大，成本高。對(duì)于天然氣降壓過(guò)程中的壓力能，可以通過(guò)多級(jí)透平膨脹發(fā)電機(jī)進(jìn)行回收；天然氣膨脹后產(chǎn)生的冷能可以作為二氧化碳CO₂發(fā)電循環(huán)熱力循環(huán)的冷端，提高循環(huán)發(fā)電效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

為了克服現(xiàn)有天然氣開采過(guò)程中壓力能節(jié)流損失以及膨脹回收過(guò)程中冷能浪費(fèi)的不足，本發(fā)明提供了一種天然氣壓力能及冷能聯(lián)合回收系統(tǒng)和方法。

(二)技術(shù)方案

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明提供了一種天然氣壓力能及冷能聯(lián)合回收系統(tǒng)，包括天然氣壓力能回收子系統(tǒng)、超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)和燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)：所述天然氣壓力能回收子系統(tǒng)將第一天然氣進(jìn)行多級(jí)膨脹，對(duì)外發(fā)電，并向系統(tǒng)外輸出壓力降低后的第二天然氣；經(jīng)所述天然氣壓力能回收子系統(tǒng)膨脹后的天然氣所需的吸熱量來(lái)自所述超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)的放熱量。所述超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)向經(jīng)所述天然氣壓力能回收子系統(tǒng)膨脹后的天然氣放熱，同時(shí)從所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)的排煙吸熱，通過(guò)超臨界CO₂工質(zhì)閉式循環(huán)發(fā)電。所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)以所述天然氣壓力能回收子系統(tǒng)輸出的部分第二天然氣為燃料，并通過(guò)排煙向所述超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)放熱，進(jìn)行燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電。

所述天然氣壓力能回收子系統(tǒng)包括高壓渦輪膨脹機(jī)、第一發(fā)電機(jī)、高壓換熱器、中壓渦輪膨脹機(jī)、中壓換熱器、低壓渦輪膨脹機(jī)、第二發(fā)電機(jī)及低壓換熱器；所述高壓渦輪膨脹機(jī)的入口端引入所述第一天然氣；所述高壓渦輪膨脹機(jī)的出口端、高壓換熱器的吸熱側(cè)、中壓渦輪膨脹機(jī)、中壓換熱器的吸熱側(cè)、低壓渦輪膨脹機(jī)和低壓換熱器的吸熱側(cè)入口端依次通過(guò)管道連接；所述低壓換熱器的吸熱側(cè)出口端輸出第二天然氣；所述第一發(fā)電機(jī)與高壓渦輪膨脹機(jī)同軸；所述第二發(fā)電機(jī)與中壓渦輪膨脹機(jī)和低壓渦輪膨脹機(jī)同軸；經(jīng)所述天然氣壓力能回收子系統(tǒng)膨脹后的天然氣從所述高壓換熱器的吸熱側(cè)、所述中壓換熱器的吸熱側(cè)和所述低壓換熱器的吸熱側(cè)依次吸收來(lái)自所述超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)的放熱量。

所述超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)包括高壓換熱器、中壓換熱器、低壓換熱器、CO₂發(fā)電機(jī)、調(diào)節(jié)閥、CO₂膨脹機(jī)、CO₂壓縮機(jī)、煙氣-超臨界CO₂換熱器。所述CO₂壓縮機(jī)的出口端、煙氣-超臨界CO₂換熱器的吸熱側(cè)、CO₂膨脹機(jī)、高壓換熱器的放熱側(cè)、中壓換熱器的放熱側(cè)、低壓換熱器的放熱側(cè)入口端依次通過(guò)管道連接，并且所述低壓換熱器的放熱側(cè)的出口端與所述CO₂壓縮機(jī)的入口端通過(guò)管道連接，構(gòu)成超臨界CO₂閉式循環(huán)。所述CO₂發(fā)電機(jī)與CO₂膨脹機(jī)和CO₂壓縮機(jī)同軸；所述調(diào)節(jié)閥通過(guò)管道布置在CO₂膨脹機(jī)的出口端和高壓換熱器的入口端之間；所述調(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)進(jìn)入高壓換熱器的放熱側(cè)的超臨界CO₂的流量。所述超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)通過(guò)所述高壓換熱器的放熱側(cè)、中壓換熱器的放熱側(cè)、低壓換熱器的放熱側(cè)依次向經(jīng)所述天然氣壓力能回收子系統(tǒng)膨脹后的天然氣釋放熱量；同時(shí)，所述超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)通過(guò)所述煙氣-超臨界CO₂換熱器的吸熱側(cè)從所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)的排煙吸熱。

所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)包括控制閥、煙氣-天然氣換熱器、燃燒室、壓氣機(jī)、透平、燃?xì)獍l(fā)電機(jī)、回?zé)崞?、煙?超臨界CO₂換熱器。所述控制閥的入口端引入所述天然氣壓力能回收子系統(tǒng)輸出的部分第二天然氣；所述控制閥的出口端連接煙氣-天然氣換熱器吸熱側(cè)入口；所述煙氣-天然氣換熱器的吸熱側(cè)出口端通過(guò)管道連接至燃燒室的燃料入口端。所述壓氣機(jī)的入口端引入空氣；所述壓氣機(jī)的出口端、回?zé)崞鞯姆艧醾?cè)、燃燒室的氣體進(jìn)出口端、透平、回?zé)崞鞯奈鼰醾?cè)、煙氣-超臨界CO₂換熱器的放熱側(cè)、煙氣-天然氣換熱器的放熱側(cè)入口端依次通過(guò)管道連接；所述燃?xì)獍l(fā)電機(jī)與透平、壓氣機(jī)同軸。所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)的排煙通過(guò)所述煙氣-超臨界CO₂換熱器的放熱側(cè)向所述超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)放熱。

本發(fā)明還提供了一種天然氣壓力能及冷能聯(lián)合回收的方法，包括：

S1、天然氣壓力能回收子系統(tǒng)將第一天然氣進(jìn)行多級(jí)膨脹后向系統(tǒng)外輸出壓力降低后的第二天然氣，同時(shí)對(duì)外發(fā)電，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)所述第一天然氣的壓力能的回收；

S2、所述超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)向經(jīng)所述天然氣壓力能回收子系統(tǒng)膨脹后的天然氣放熱，并從所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)的排煙吸熱，實(shí)現(xiàn)超臨界CO₂工質(zhì)閉式循環(huán)，對(duì)外發(fā)電，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)所述第一天然氣冷能的回收；

S3、所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)以部分所述第二天然氣為燃料，進(jìn)行燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電；并通過(guò)排煙向所述超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)放熱。

步驟S1的天然氣壓力能回收子系統(tǒng)包括高壓渦輪膨脹機(jī)、第一發(fā)電機(jī)、高壓換熱器、中壓渦輪膨脹機(jī)、中壓換熱器、低壓渦輪膨脹機(jī)、第二發(fā)電機(jī)及低壓換熱器。步驟S1包括：所述高壓渦輪膨脹機(jī)的入口端引入所述第一天然氣；第一天然氣依次經(jīng)過(guò)所述高壓渦輪膨脹機(jī)一次膨脹、從高壓換熱器一次吸熱、在中壓渦輪膨脹機(jī)二次膨脹、從中壓換熱器二次吸熱、在低壓渦輪膨脹機(jī)三次膨脹和從低壓換熱器三次吸熱后，轉(zhuǎn)換為第二天然氣并輸出至系統(tǒng)外；所述第一天然氣在所述高壓渦輪膨脹機(jī)一次膨脹的同時(shí)帶動(dòng)所述第一發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)外發(fā)電；所述第一天然氣在所述中壓渦輪膨脹機(jī)中二次膨脹和在低壓渦輪膨脹機(jī)三次膨脹的同時(shí)，帶動(dòng)所述第二發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)外發(fā)電；經(jīng)所述天然氣壓力能回收子系統(tǒng)膨脹后的天然氣從所述高壓換熱器的一次吸熱、所述中壓換熱器的二次吸熱和所述低壓換熱器的三次吸熱的熱量均來(lái)自所述超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)的放熱。

步驟S2的超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)包括高壓換熱器、中壓換熱器、低壓換熱器、CO₂發(fā)電機(jī)、調(diào)節(jié)閥、CO₂膨脹機(jī)、CO₂壓縮機(jī)、煙氣-超臨界CO₂換熱器。步驟S2包括：CO₂壓縮機(jī)引入超臨界CO₂工質(zhì)；所述超臨界CO₂工質(zhì)依次經(jīng)過(guò)所述CO₂壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮、從煙氣-超臨界CO₂換熱器吸熱、在CO₂膨脹機(jī)中膨脹、向高壓換熱器一次放熱、再向中壓換熱器二次放熱、向低壓換熱器三次放熱，最后又回到CO₂壓縮機(jī)中進(jìn)行循環(huán)；所述超臨界CO₂工質(zhì)在CO₂膨脹機(jī)中膨脹的同時(shí)帶動(dòng)所述CO₂發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)外發(fā)電。

步驟S3的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)包括控制閥、煙氣-天然氣換熱器、燃燒室、壓氣機(jī)、透平、燃?xì)獍l(fā)電機(jī)、回?zé)崞鳌煔?超臨界CO₂換熱。步驟S3包括：所述控制閥將所述第二天然氣引入燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)；所述第二天然氣經(jīng)過(guò)在煙氣-天然氣換熱器吸熱后進(jìn)入燃燒室。所述壓氣機(jī)引入空氣；所述空氣經(jīng)所述壓氣機(jī)的壓縮、在回?zé)崞魑鼰岷筮M(jìn)入燃燒室與天然氣混合后燃燒形成煙氣。所述煙氣進(jìn)入透平膨脹后排出成為排煙，并依次向回?zé)崞饕淮畏艧?、向煙?超臨界CO₂換熱器二次放熱、向煙氣-天然氣換熱器三次放熱。所述煙氣在透平中膨脹的同時(shí)帶動(dòng)壓氣機(jī)和燃?xì)獍l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；所述燃?xì)獍l(fā)電機(jī)對(duì)外發(fā)電。所述排煙二次放熱的熱量被所述超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)吸收。

(三)有益效果

1、本發(fā)明提供的天然氣壓力能及冷能聯(lián)合回收系統(tǒng)和方法，可同時(shí)回收天然氣膨脹過(guò)程中的壓力能以及膨脹后的冷能，不需要搭建額外的輔助系統(tǒng)來(lái)回收不同形式的能量。

2、本發(fā)明提供的天然氣壓力能及冷能聯(lián)合回收系統(tǒng)和方法，采用燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)以及余熱超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)的閉式布雷頓循環(huán)發(fā)電循環(huán)，系統(tǒng)整體體積小，啟動(dòng)快。

3、本發(fā)明提供的天然氣壓力能及冷能聯(lián)合回收系統(tǒng)和方法，利用超臨界CO₂工質(zhì)與膨脹后的低溫天然氣換熱，CO₂工質(zhì)比熱容比空氣大，因此所需的換熱器體積小，初始投資少。

4、本發(fā)明提供的天然氣壓力能及冷能聯(lián)合回收系統(tǒng)和方法，最終輸出的能量形式都是電能，能夠?qū)崿F(xiàn)回收能量的統(tǒng)一運(yùn)輸。

5、本發(fā)明提供的天然氣壓力能及冷能聯(lián)合回收系統(tǒng)和方法，中間循環(huán)采用超臨界CO₂閉式布雷頓循環(huán)，以膨脹后的低溫天然氣作為中間循環(huán)的低溫側(cè)，能夠提高中間循環(huán)的發(fā)電效率。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的的天然氣壓力能及冷能聯(lián)合回收系統(tǒng)的示意圖；

圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的的天然氣壓力能及冷能聯(lián)合回收方法流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，圖1是一實(shí)施例的天然氣壓力能及冷能聯(lián)合回收系統(tǒng)示意圖，該天然氣壓力能及冷能聯(lián)合回收系統(tǒng)包括天然氣壓力能回收子系統(tǒng)100、超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)200及燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)300。

天然氣壓力能回收子系統(tǒng)100將第一天然氣進(jìn)行多級(jí)膨脹，對(duì)外發(fā)電，并向系統(tǒng)外輸出壓力降低后的第二天然氣。經(jīng)天然氣壓力能回收子系統(tǒng)100膨脹后的天然氣所需的吸熱量來(lái)自超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)200的放熱量。

超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)200向經(jīng)天然氣壓力能回收子系統(tǒng)100膨脹后的天然氣放熱，同時(shí)從燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)300的排煙吸熱，通過(guò)超臨界CO₂工質(zhì)閉式循環(huán)發(fā)電。

燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)300以天然氣壓力能回收子系統(tǒng)100輸出的部分第二天然氣為燃料，并通過(guò)排煙向超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)200放熱，進(jìn)行燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電。

本實(shí)施例中的第一天然氣包括但不限于從開采井口得到的具有較高壓力的天然氣。本實(shí)施例的天然氣壓力能及冷能聯(lián)合回收系統(tǒng)通過(guò)將天然氣壓力能回收子系統(tǒng)100、超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)200及燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)300結(jié)合起來(lái)，使井口開采的具有一定壓力能的第一天然氣膨脹做功，對(duì)外發(fā)電，實(shí)現(xiàn)了對(duì)第一天然氣的壓力能的回收。同時(shí)，本實(shí)施例系統(tǒng)以天然氣壓力能回收子系統(tǒng)100膨脹后的溫度較低的天然氣作為超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)200的冷源，并以燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)300的高溫的排煙作為超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)200的熱源，通過(guò)超臨界CO₂工質(zhì)閉式循環(huán)發(fā)電，有效實(shí)現(xiàn)了第一天然氣膨脹后的冷能的回收，同時(shí)不需要搭建額外的輔助系統(tǒng)來(lái)回收不同形式的能量。

一實(shí)施例的天然氣壓力能回收子系統(tǒng)100包括高壓渦輪膨脹機(jī)1、第一發(fā)電機(jī)2、高壓換熱器3、中壓渦輪膨脹機(jī)4、中壓換熱器5、低壓渦輪膨脹機(jī)6、第二發(fā)電機(jī)7及低壓換熱器8。高壓渦輪膨脹機(jī)1的入口端引入第一天然氣。高壓渦輪膨脹機(jī)1的出口端、高壓換熱器3的吸熱側(cè)、中壓渦輪膨脹機(jī)4、中壓換熱器5的吸熱側(cè)、低壓渦輪膨脹機(jī)6和低壓換熱器8的吸熱側(cè)入口端依次通過(guò)管道連接。第一發(fā)電機(jī)2與高壓渦輪膨脹機(jī)1同軸。第二發(fā)電機(jī)7與中壓渦輪膨脹機(jī)4和低壓渦輪膨脹機(jī)6同軸。經(jīng)天然氣壓力能回收子系統(tǒng)100膨脹后的天然氣從高壓換熱器3的吸熱側(cè)、中壓換熱器5的吸熱側(cè)和低壓換熱器8的吸熱側(cè)依次吸收來(lái)自超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)200的放熱量。

一實(shí)施例的天然氣壓力能回收子系統(tǒng)100工作時(shí)，天然氣井口產(chǎn)生的第一天然氣首先進(jìn)入高壓渦輪膨脹機(jī)1，并在高壓渦輪膨脹機(jī)1中進(jìn)行一次膨脹，帶動(dòng)高壓渦輪膨脹機(jī)1的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)第一發(fā)電機(jī)2的軸轉(zhuǎn)動(dòng)從而發(fā)電。一次膨脹后的天然通過(guò)管道進(jìn)入高壓換熱器3進(jìn)行一次吸熱，吸熱升溫至進(jìn)入中壓渦輪機(jī)4的溫度要求后，通過(guò)管道進(jìn)入中壓渦輪膨脹機(jī)4進(jìn)行二次膨脹做功。二次膨脹后的天然氣通過(guò)管道從中壓換熱器5的二次吸熱，吸熱升溫至低壓渦輪機(jī)6的溫度要求后，通過(guò)管道到低壓渦輪膨脹機(jī)6膨脹做功。最后在低壓換熱器8中進(jìn)行三次吸熱，吸熱升溫達(dá)到常溫后進(jìn)入到輸運(yùn)管道。天然氣在中壓渦輪膨脹機(jī)4和低壓渦輪膨脹機(jī)6中膨脹做功，推動(dòng)中壓渦輪膨脹機(jī)4和低壓渦輪膨脹機(jī)6的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)同軸的第二發(fā)電機(jī)7轉(zhuǎn)動(dòng)，從而發(fā)電。

本實(shí)施例的天然氣壓力能回收子系統(tǒng)100通過(guò)將天然氣井口的具有一定壓力能的天然氣通過(guò)多級(jí)膨脹發(fā)電，實(shí)現(xiàn)了天然氣壓力能的有效回收利用。

一實(shí)施例的超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)200包括高壓換熱器3、中壓換熱器5、低壓換熱器8、CO₂發(fā)電機(jī)9、調(diào)節(jié)閥10、CO₂膨脹機(jī)11、CO₂壓縮機(jī)12、煙氣-CO₂換熱器13。管道中超臨界的CO₂(7.5MPa，35℃)工質(zhì)。其中，CO₂壓縮機(jī)12的出口端、煙氣-CO₂換熱器13的吸熱側(cè)、CO₂膨脹機(jī)11、高壓換熱器3的放熱側(cè)、中壓換熱器5的放熱側(cè)、低壓換熱器8的放熱側(cè)入口端依次通過(guò)管道連接，并且低壓換熱器8放熱側(cè)的出口端與CO₂壓縮機(jī)12的入口端通過(guò)管道連接，構(gòu)成超臨界CO₂閉式循環(huán)。CO₂發(fā)電機(jī)9與CO₂膨脹機(jī)11和CO₂壓縮機(jī)12同軸。調(diào)節(jié)閥10通過(guò)管道布置在CO₂膨脹機(jī)11的出口端和高壓換熱器3的入口端之間。調(diào)節(jié)閥10用于調(diào)節(jié)進(jìn)入高壓換熱器3的放熱側(cè)的超臨界CO₂的流量。超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)200通過(guò)高壓換熱器3的放熱側(cè)、中壓換熱器5的放熱側(cè)、低壓換熱器8的放熱側(cè)依次向經(jīng)天然氣壓力能回收子系統(tǒng)100膨脹后的天然氣釋放熱量。同時(shí)，超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)200通過(guò)煙氣-超臨界CO₂換熱器13的吸熱側(cè)從燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)300的排煙吸熱。

一實(shí)施例的超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)200工作時(shí)，初始狀態(tài)(7.5MPa，35℃)的超臨界CO₂工質(zhì)進(jìn)入CO₂壓縮機(jī)12中進(jìn)行壓縮，壓力和溫度升高，然后進(jìn)入到煙氣-CO₂換熱器13中吸收熱量。超臨界CO₂工質(zhì)在煙氣-CO₂換熱器13中吸收熱量后，溫度進(jìn)一步升高，進(jìn)入到CO₂膨脹機(jī)11中進(jìn)行膨脹做功。CO₂膨脹機(jī)11輸出的功一部分克服CO₂壓縮機(jī)12的耗功，一部分驅(qū)動(dòng)CO₂發(fā)電機(jī)9發(fā)電。膨脹后的CO₂工質(zhì)溫度和壓力降低，但仍然處于過(guò)熱狀態(tài)，然后進(jìn)入到高壓換熱器3中的放熱側(cè)進(jìn)行一次放熱。CO₂工質(zhì)再依次向中壓換熱器5二次放熱、低壓換熱器8的放熱側(cè)進(jìn)行三次放熱，然后CO₂工質(zhì)變回初始狀態(tài)(7.5MPa，35℃)。

本實(shí)施例的超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)200中的調(diào)節(jié)閥10可以控制進(jìn)入高壓換熱器3的放熱側(cè)以及中壓換熱器5的放熱側(cè)和低壓換熱器8的放熱側(cè)的CO₂工質(zhì)質(zhì)量流量，從而調(diào)節(jié)CO₂工質(zhì)在上述3個(gè)換熱器中的放熱量。

本實(shí)施例的高壓換熱器3、中壓換熱器5、低壓換熱器8是天然氣-超臨界CO₂換熱器。其中，上述三個(gè)換熱器的吸熱側(cè)工質(zhì)為膨脹后的溫度較低的天然氣，放熱側(cè)工質(zhì)為臨界CO₂。由于CO₂工質(zhì)比熱容比空氣大，因此上述三個(gè)換熱器所需的體積要比常用的天然氣-空氣換熱器小，從而減少初始投資。

本實(shí)施例的天然氣壓力能及冷能聯(lián)合回收系統(tǒng)通過(guò)超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)200，利用超臨界CO₂工質(zhì)與膨脹后的低溫天然氣換熱，將膨脹后的天然氣作為超臨界CO₂循環(huán)的低溫冷源，回收第一天然氣膨脹后的冷能，提高了超臨界CO₂循環(huán)效率，而且不需要搭建額外的輔助系統(tǒng)來(lái)回收不同形式的能量。

一實(shí)施例的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)300包括控制閥14、煙氣-天然氣換熱器15、燃燒室16、壓氣機(jī)17、透平18、CO₂發(fā)電機(jī)19、回?zé)崞?0和煙氣-CO₂換熱器13。其中，控制閥14的入口端引入天然氣壓力能回收子系統(tǒng)100輸出的第二天然氣?？刂崎y14的出口端連接煙氣-天然氣換熱器15吸熱側(cè)入口。煙氣-天然氣換熱器15的吸熱側(cè)出口端通過(guò)管道連接至燃燒室16的燃料入口端。壓氣機(jī)17的入口端引入空氣。壓氣機(jī)17的出口端、回?zé)崞?0的放熱側(cè)、燃燒室16的氣體進(jìn)出口端、透平18、回?zé)崞?0的吸熱側(cè)、煙氣-CO₂換熱器13的放熱側(cè)、煙氣-天然氣換熱器15的放熱側(cè)入口端依次通過(guò)管道連接。燃?xì)獍l(fā)電機(jī)19與透平18、壓氣機(jī)17同軸。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)300的排煙通過(guò)煙氣-超臨界CO₂換熱器13的放熱側(cè)向超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)200放熱。

一實(shí)施例的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)300工作時(shí)，第二天然氣從控制閥14的進(jìn)入煙氣-天然氣換熱器15的吸熱側(cè)進(jìn)行吸熱，溫度升高后從燃燒室16的燃料入口端進(jìn)入燃燒室，為燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)300提供燃料?？諝膺M(jìn)入壓氣機(jī)17壓縮，然后通過(guò)管道進(jìn)入回?zé)崞?0的吸熱側(cè)吸熱，然后通過(guò)管道從燃燒室16的氣體進(jìn)口端進(jìn)入燃燒室16，為進(jìn)入燃燒室16的第二天然氣混合，為第二天然氣的燃燒提供氧。燃燒室16內(nèi)部的空氣和第二天然氣混合后燃燒成為高溫的煙氣。然后，高溫?zé)煔膺M(jìn)入到透平18中膨脹做功，驅(qū)動(dòng)透平18的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)同軸的燃?xì)獍l(fā)電機(jī)19發(fā)電。經(jīng)過(guò)透平膨脹后的煙氣排出成為排煙。接下來(lái)，排煙先進(jìn)入回?zé)崞?0的放熱側(cè)進(jìn)行一次放熱，然后再進(jìn)入到煙氣-CO₂換熱器13的放熱側(cè)二次放熱，最后進(jìn)入到煙氣-天然氣換熱器15的放熱側(cè)進(jìn)行三次放熱。

本實(shí)施例中的控制閥14可以控制引入燃燒室16的第二天然氣流量，煙氣-CO₂換熱器13的放熱側(cè)工質(zhì)為煙氣，吸熱側(cè)工質(zhì)為超臨界CO₂。煙氣-天然氣換熱器15的放熱側(cè)工質(zhì)為煙氣，吸熱側(cè)工質(zhì)為第二天然氣。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)300在回?zé)崞?0中回收煙氣一次放熱的熱量，來(lái)提高進(jìn)入燃燒室16的空氣溫度。在煙氣-天然氣換熱器15中回收排煙三次放熱的熱量，來(lái)提高進(jìn)入燃燒室16的第二天然氣溫度。從而使得最終進(jìn)入燃燒室16的空氣和第二天然氣溫度升高，提高了燃燒室16的燃燒效率。

圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的天然氣壓力能及冷能聯(lián)合回收方法流程圖，包括以下步驟：

S1、天然氣壓力能回收子系統(tǒng)100將第一天然氣進(jìn)行多級(jí)膨脹后向系統(tǒng)外輸出壓力降低后的第二天然氣，同時(shí)對(duì)外發(fā)電，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)第一天然氣的壓力能的回收。

S2、超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)200向經(jīng)天然氣壓力能回收子系統(tǒng)100膨脹后的天然氣放熱，并從燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)300的排煙吸熱，實(shí)現(xiàn)超臨界CO₂工質(zhì)閉式循環(huán)，對(duì)外發(fā)電，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)第一天然氣冷能的回收。

S3、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)300以部分第二天然氣為燃料，進(jìn)行燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，并通過(guò)排煙向超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)200放熱。

其中，本實(shí)施例的超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)200向經(jīng)天然氣壓力能回收子系統(tǒng)100膨脹后的天然氣放熱的CO₂工質(zhì)是超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)200中進(jìn)入的CO₂壓縮機(jī)前的CO₂工質(zhì)。這樣降低了CO₂工質(zhì)進(jìn)入CO₂壓縮機(jī)時(shí)的進(jìn)口溫度，能夠有效地提到CO₂壓縮機(jī)的效率，充分利用膨脹后的天然氣的冷能。

本實(shí)施例的超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)200從燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)300的排煙吸熱，是由超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)200中進(jìn)入CO₂膨脹機(jī)前的CO₂工質(zhì)從燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)300的排煙吸熱，這樣一方面能夠提高進(jìn)入CO₂膨脹機(jī)的CO₂工質(zhì)溫度，有效地提高CO₂膨脹機(jī)的效率，同時(shí)能夠充分利用燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)300的排煙熱量，回收廢熱。

一實(shí)施例的天然氣壓力能及冷能聯(lián)合回收的方法具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：

步驟S1包括：高壓渦輪膨脹機(jī)1的入口端引入第一天然氣。第一天然氣依次經(jīng)過(guò)高壓渦輪膨脹機(jī)1一次膨脹、從高壓換熱器3中一次吸熱、在中壓渦輪膨脹機(jī)4二次膨脹、從中壓換熱器5中二次吸熱、在低壓渦輪膨脹機(jī)6三次膨脹和從低壓換熱器8中三次吸熱后，轉(zhuǎn)換為第二天然氣并輸出至系統(tǒng)外。第一天然氣在高壓渦輪膨脹機(jī)1一次膨脹的同時(shí)帶動(dòng)第一發(fā)電機(jī)2轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)外發(fā)電。第一天然氣在中壓渦輪膨脹機(jī)4中二次膨脹和在低壓渦輪膨脹機(jī)6三次膨脹的同時(shí)，帶動(dòng)第二發(fā)電機(jī)7轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)外發(fā)電。經(jīng)天然氣壓力能回收子系統(tǒng)100膨脹后的天然氣從高壓換熱器3的一次吸熱、中壓換熱器5的二次吸熱和低壓換熱器8的三次吸熱的熱量均來(lái)自超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)200的放熱。

步驟S2包括：CO₂壓縮機(jī)12引入超臨界CO₂工質(zhì)。超臨界CO₂工質(zhì)依次經(jīng)過(guò)CO₂壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮、從煙氣-超臨界CO₂換熱器13吸熱、在CO₂膨脹機(jī)11中膨脹、向高壓換熱器3放熱一次放熱、向中壓換熱器5二次放熱、向低壓換熱器8三次放熱后，又回到CO₂壓縮機(jī)12中進(jìn)行循環(huán)。超臨界CO₂工質(zhì)在CO₂膨脹機(jī)11中膨脹的同時(shí)帶動(dòng)CO₂發(fā)電機(jī)9轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)外發(fā)電。

步驟S3包括：控制閥14引入第二天然氣。第二天然氣經(jīng)過(guò)在煙氣-天然氣換熱器15吸熱后進(jìn)入燃燒室16。壓氣機(jī)17引入空氣。空氣經(jīng)壓氣機(jī)17的壓縮、在回?zé)崞?0吸熱后進(jìn)入燃燒室16與進(jìn)入燃燒室(16)的天然氣混合后燃燒，產(chǎn)生煙氣。煙氣依次進(jìn)入透平18膨脹、向回?zé)崞?0一次放熱、向煙氣-超臨界CO₂換熱器13二次放熱、向煙氣-天然氣換熱器15三次放熱。煙氣在透平18中膨脹的同時(shí)帶動(dòng)壓氣機(jī)17和燃?xì)獍l(fā)電機(jī)19轉(zhuǎn)動(dòng)。燃?xì)獍l(fā)電機(jī)19對(duì)外發(fā)電。排煙二次放熱的熱量被超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)200吸收。

本實(shí)施例的天然氣壓力能及冷能聯(lián)合回收系統(tǒng)及方法中，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)300和超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)200共用煙氣-CO₂換熱器13，使得超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)200通過(guò)煙氣-CO₂換熱器13從燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)300的排煙吸熱。其中，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)300的排煙在煙氣-CO₂換熱器13的三次放熱，同時(shí)超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)的CO₂工質(zhì)在13的吸熱側(cè)吸收排煙三次放熱的熱量，充分利用了燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)300的排煙熱量，減少了超臨界CO₂發(fā)電子系統(tǒng)所需的外熱源，提高了能量整體利用效率。

本實(shí)施例結(jié)合燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電循環(huán)、余熱超臨界CO₂發(fā)電循環(huán)以及天然氣膨脹發(fā)電循環(huán)組成天然氣壓力能及冷能聯(lián)合回收系統(tǒng)，利用多級(jí)透平膨脹發(fā)電回收天然氣壓力能，同時(shí)通過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)-超臨界CO₂發(fā)電聯(lián)合循環(huán)回收天然氣膨脹冷能，可實(shí)現(xiàn)天然氣采氣過(guò)程中的壓力能和冷能的同時(shí)回收利用，減少能源的浪費(fèi)。

以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。