天然氣壓差發(fā)電及能量梯級(jí)利用耦合系統(tǒng)及使用方法
【專(zhuān)利摘要】天然氣壓差發(fā)電及能量梯級(jí)利用耦合系統(tǒng)及使用方法。通常通過(guò)采氣樹(shù)對(duì)開(kāi)采的天然氣進(jìn)行降壓處理，采氣樹(shù)多為節(jié)流閥組成，在節(jié)流過(guò)程中，雖然壓力降低了，但其所蘊(yùn)含的壓力能也被大量浪費(fèi)掉了。本發(fā)明方法包括：天然氣壓差能量冷電回收組（1），所述的天然氣壓差能量冷電回收組由單級(jí)或者多級(jí)串聯(lián)的天然氣壓差能量冷電回收裝置（2）組成，所述的天然氣壓差能量冷電回收組與汽輪機(jī)（3）連接，所述的汽輪機(jī)與余熱發(fā)電機(jī)（4）以及鍋爐（5）連接，所述的鍋爐通過(guò)增壓泵（6）與所述的天然氣壓差能量冷電回收組連接，所述的鍋爐還與燃?xì)廨啓C(jī)（7）連接。本發(fā)明用于天然氣壓差發(fā)電及能量梯級(jí)利用耦合系統(tǒng)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
天然氣壓差發(fā)電及能量梯級(jí)利用耦合系統(tǒng)及使用方法
[0001 ] 技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種天然氣壓差發(fā)電及能量梯級(jí)利用耦合系統(tǒng)及使用方法。
[0002]【背景技術(shù)】:
天然氣開(kāi)采過(guò)程中，從地底釋放出來(lái)的天然氣，帶有較高的壓力能，一般達(dá)到30 MPa到100 MPa，經(jīng)過(guò)調(diào)壓站分配的天然氣壓力在6MPa左右，實(shí)際用戶管線的壓力在0.4MPa。通常通過(guò)采氣樹(shù)對(duì)開(kāi)采的天然氣進(jìn)行降壓處理，采氣樹(shù)多為節(jié)流閥組成。在節(jié)流過(guò)程中，雖然壓力降低了，但其所蘊(yùn)含的壓力能也被大量浪費(fèi)掉了。
[0003]從油氣開(kāi)發(fā)的處理工藝上來(lái)說(shuō)，節(jié)流降壓的處理方式浪費(fèi)了很大一部分天然氣壓力能量。為了利用天然氣所蘊(yùn)藏的壓力勢(shì)能，最有效的方法是采用高壓天然氣膨脹產(chǎn)生機(jī)械功的轉(zhuǎn)化方式替代節(jié)流降壓過(guò)程，將天然氣的壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能進(jìn)行發(fā)電或者作為其他源動(dòng)力。這樣不僅能夠產(chǎn)生新能源，而且綠色環(huán)保，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益將非?？捎^。
[0004]目前天然氣壓力能的利用方式主要有發(fā)電和制冷兩大類(lèi)。
[0005]一是利用高壓天然氣膨脹驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。這種技術(shù)一般要在天然氣膨脹前將氣預(yù)熱，保證天然氣膨脹后的溫度在10°C以上，從而防止天然氣中的水汽凝結(jié)。二是利用高壓天然氣膨脹降溫，獲得冷能，用于制冷、冷卻或冷凍等方面。
[0006]通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有專(zhuān)利的檢索，目前國(guó)內(nèi)外已公開(kāi)的利用天然氣壓力能的專(zhuān)利，具有代表性的包括:
美國(guó)專(zhuān)利(US20090272115A1)公開(kāi)了一種利用膨脹機(jī)輸出機(jī)械功驅(qū)動(dòng)同軸發(fā)電機(jī)發(fā)電，但該專(zhuān)利未涉及低溫天然氣冷能的利用。美國(guó)專(zhuān)利(CN1179198A)，提供了一種“利用天然氣管道中過(guò)剩壓力發(fā)電的設(shè)備和方法”，通過(guò)使有壓氣體在流入位于裝滿液體的容器，氣體會(huì)置換容器中的一部分液體，產(chǎn)生的浮力會(huì)使貯槽向上運(yùn)動(dòng)并使浮力轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)能。我國(guó)專(zhuān)利(CN 101245956A)公開(kāi)了一種利用天然氣壓力能制冷的普適性方法。我國(guó)專(zhuān)利(CN101852529 A)公開(kāi)了一種利用天然氣管網(wǎng)壓力能高效利用的方法及裝置，該方法涉及了一種壓力能制冷用于冷庫(kù)和冷水空調(diào)工藝。我國(guó)專(zhuān)利(CN102383870A)公開(kāi)了一種“自適應(yīng)后端負(fù)荷變化的天然氣壓差發(fā)電系統(tǒng)”，其包括負(fù)荷自動(dòng)旁路降壓穩(wěn)壓系統(tǒng)和天然氣壓差發(fā)電系統(tǒng)。
[0007]以上專(zhuān)利多數(shù)是針對(duì)發(fā)電或制冷某一單項(xiàng)用途，同時(shí)專(zhuān)利所提方法較為理論化，屬于天然氣壓差能應(yīng)用的原則性思路和方法，具體可實(shí)用、涉及壓差能量綜合利用的技術(shù)專(zhuān)利還不多見(jiàn)。
[0008]因此，有必要針對(duì)上述問(wèn)題和現(xiàn)有工業(yè)需求，開(kāi)發(fā)能更加充分利用天然氣壓差能量、適應(yīng)發(fā)電冷卻等多種供能需求的、綠色環(huán)保高效的天然氣壓差能量利用裝置和技術(shù)。
[0009]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明的目的是提供一種天然氣壓差發(fā)電及能量梯級(jí)利用耦合系統(tǒng)及使用方法。
[0010]上述的目的通過(guò)以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種天然氣壓差發(fā)電及能量梯級(jí)利用耦合系統(tǒng)，其組成包括:天然氣壓差能量冷電回收組，所述的天然氣壓差能量冷電回收組由單級(jí)或者多級(jí)串聯(lián)的天然氣壓差能量冷電回收裝置組成，所述的天然氣壓差能量冷電回收組與汽輪機(jī)連接，所述的汽輪機(jī)與余熱發(fā)電機(jī)以及鍋爐連接，所述的鍋爐通過(guò)增壓栗與所述的天然氣壓差能量冷電回收組連接，所述的鍋爐還與燃?xì)廨啓C(jī)連接。
[0011]所述的天然氣壓差發(fā)電及能量梯級(jí)利用耦合系統(tǒng)，所述的天然氣壓差能量冷電回收裝置包括天然氣渦輪膨脹機(jī)、天然氣壓差發(fā)電機(jī)以及天然氣換熱器，所述的天然氣渦輪膨脹機(jī)與所述的天然氣壓差發(fā)電機(jī)以及所述的天然氣換熱器均連接，所述的天然氣換熱器與所述的汽輪機(jī)或所述的增壓栗連接，所述的燃?xì)廨啓C(jī)包括渦輪、壓氣機(jī)以及燃燒室，所述的天然氣渦輪膨脹機(jī)設(shè)置有高壓天然氣入口和低壓天然氣出口，所述的天然氣渦輪膨脹機(jī)內(nèi)部設(shè)置有渦輪軸磁轉(zhuǎn)子，所述的渦輪軸磁轉(zhuǎn)子外套設(shè)有外磁轉(zhuǎn)子和內(nèi)磁轉(zhuǎn)子，所述的外磁轉(zhuǎn)子和所述的內(nèi)磁轉(zhuǎn)子之間設(shè)置有隔離密封套，所述的天然氣壓差發(fā)電機(jī)中設(shè)置有一組徑向空氣軸承和一組止推空氣軸承，所述的徑向空氣軸承和所述的止推空氣軸承均與設(shè)置在所述的天然氣壓差發(fā)電機(jī)中的永磁轉(zhuǎn)子配合，所述的永磁轉(zhuǎn)子與設(shè)置在所述的天然氣壓差發(fā)電機(jī)中的永磁靜子適配。
[0012]所述的天然氣壓差發(fā)電及能量梯級(jí)利用耦合系統(tǒng)的使用方法，高壓天然氣進(jìn)入天然氣壓差能量冷電回收裝置中的天然氣渦輪膨脹機(jī)膨脹做功，驅(qū)動(dòng)天然氣壓差發(fā)電機(jī)發(fā)電，同時(shí)天然氣降壓降溫，輸出低壓低溫天然氣，可以用于進(jìn)一步膨脹做功發(fā)電，也可直接通過(guò)高壓天然氣換熱器，為動(dòng)力裝置或其他需要冷源的設(shè)備提供冷卻和供冷，所以天然氣壓差能量冷電回收裝置可以完成天然氣壓差能量的提取和利用，用于發(fā)電和供冷，也可以根據(jù)天然氣壓力高低和實(shí)際使用需求，將天然氣壓差能量冷電回收裝置采用單級(jí)或者多級(jí)串聯(lián)的方式使用；也可以根據(jù)供能的需求，簡(jiǎn)便靈活的將其與其他能源動(dòng)力設(shè)備耦合集成在一起，構(gòu)建天然氣壓差能量利用設(shè)備與燃?xì)廨啓C(jī)、鍋爐和汽輪機(jī)等設(shè)備的耦合循環(huán)系統(tǒng)，發(fā)揮能量梯級(jí)利用的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保的能量回收與利用;耦合循環(huán)系統(tǒng)工作時(shí)，高壓天然氣進(jìn)入天然氣壓差能量冷電回收組中的第一級(jí)天然氣壓差能量冷電回收裝置的天然氣渦輪膨脹機(jī)，在其中膨脹做功驅(qū)動(dòng)天然氣壓差發(fā)電機(jī)發(fā)電，膨脹降溫的天然氣流經(jīng)高壓天然氣換熱器，作為換熱器的冷源;之后，天然氣依次流過(guò)天然氣壓差能量冷電回收組中的第二級(jí)、第三級(jí)一直到最后一級(jí)天然氣壓差能量冷電回收裝置中的天然氣渦輪膨脹機(jī)，最終輸出低壓天然氣，實(shí)現(xiàn)天然氣壓差的能量的充分利用，低壓天然氣的一部分作為燃料供給燃?xì)廨啓C(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)膺M(jìn)入到鍋爐中加熱冷凝水生成水蒸汽，水蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)中進(jìn)行膨脹做功，驅(qū)動(dòng)余熱發(fā)電機(jī)發(fā)電，膨脹做功后的水蒸汽依次先后流過(guò)天然氣壓差能量冷電回收組中的高壓天然氣換熱器，與膨脹后的天然氣換熱，這種換熱一方面利用水蒸汽的熱能為天然氣加溫，避免低溫天然氣損壞膨脹機(jī)；另一方面利用天然氣的冷能為水蒸汽冷卻，形成冷凝水，經(jīng)過(guò)增壓栗，冷凝水再回到鍋爐。
[0013]
有益效果:
1.本發(fā)明可利用低壓情況和中高壓情況下的天然氣壓差能量，在低壓情況下的天然氣壓差能量利用模式工作時(shí)，一般情況下，來(lái)自高壓管網(wǎng)的天然氣約為2.8?6MPa，溫度約為5?6°C。該部分天然氣進(jìn)入調(diào)壓分配站后，經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)等設(shè)備處理后，壓力降為0.4?
0.6MPa，溫度約為2°C左右，繼而進(jìn)入城市燃?xì)馐姓芫W(wǎng)，當(dāng)在調(diào)壓站進(jìn)行天然氣壓差能量利用的時(shí)候，由于出口壓力為低壓，可直接采用一個(gè)天然氣壓差能量冷電回收裝置，將調(diào)壓站天然氣在2.SMPa到0.6MPa之間的壓力能充分利用，利用天然氣壓差進(jìn)行膨脹發(fā)電，并將膨脹后的冷量回收，實(shí)現(xiàn)壓力能的“冷電回收”；在中高壓情況下的天然氣壓差能量利用模式工作時(shí)，天然氣采氣與輸送利用之間存在加大的壓力差，利用膨脹機(jī)可以回收這部分壓差能發(fā)電，但是由于天然氣膨脹過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)溫度下降，為了保持膨脹過(guò)程中天然氣溫度不至于降低過(guò)大而對(duì)膨脹機(jī)造成損害，需要采用分級(jí)膨脹方式，同時(shí)在膨脹過(guò)程中加熱天然氣，針對(duì)中高壓情況下的天然氣壓差能量利用的以上問(wèn)題，本專(zhuān)利提出了一種天然氣壓差能量發(fā)電及能量梯級(jí)利用的耦合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，采用多個(gè)天然氣壓差能量冷電回收裝置串聯(lián)形成的天然氣壓差能量冷電回收組與燃?xì)廨啓C(jī)、鍋爐、汽輪機(jī)耦合集成耦合循環(huán)系統(tǒng)，該耦合循環(huán)系統(tǒng)利用天然氣膨脹后的冷能作為燃?xì)廨啓C(jī)、鍋爐、汽輪機(jī)系統(tǒng)中燃?xì)?、水蒸汽循環(huán)的冷端，降低了燃機(jī)、鍋爐、汽輪機(jī)循環(huán)中的水蒸氣冷凝溫度，提高了燃機(jī)、鍋爐、汽輪機(jī)聯(lián)合循環(huán)的效率;利用燃?xì)?、水蒸汽循環(huán)的熱能作為天然氣壓差能量利用系統(tǒng)的熱端，加熱天然氣以便避免膨脹過(guò)程中溫度過(guò)低，這種耦合循環(huán)結(jié)構(gòu)形式，實(shí)現(xiàn)了冷、熱、電多種形式的能量供給，以及天然氣、燃?xì)?、水蒸氣多種工質(zhì)的高效循環(huán)利用。
[0014]本發(fā)明中的天然氣渦輪膨脹機(jī)和天然氣壓差發(fā)電機(jī)配合時(shí)，考慮到天然氣的進(jìn)出口參數(shù)，結(jié)合膨脹機(jī)軸系與渦輪葉輪的使用要求，在轉(zhuǎn)速為5000?20000rpm的低轉(zhuǎn)速使用情況下，選取單級(jí)或多級(jí)軸流渦輪的方式，實(shí)現(xiàn)大流量、多級(jí)降壓使用要求，在轉(zhuǎn)速為20000?60000rpm的高轉(zhuǎn)速情況下，選取徑流式渦輪的方式實(shí)現(xiàn)大膨脹比、中小流量的使用要求；由于天然氣工質(zhì)具有高壓、易燃、易爆等特點(diǎn)，常規(guī)軸端密封形式(如迷宮、梳齒、刷齒、指尖等密封)均不易實(shí)現(xiàn)高壓氣體工質(zhì)的零泄漏密封，因此提出一種帶有隔離密封的磁力傳動(dòng)發(fā)電機(jī)一體化結(jié)構(gòu)，解決天然氣密封、傳動(dòng)和發(fā)電的問(wèn)題，該結(jié)構(gòu)由外磁轉(zhuǎn)子、內(nèi)磁轉(zhuǎn)子及不導(dǎo)磁的隔離密封套等關(guān)鍵部件組成，單級(jí)及多級(jí)渦輪中天然氣膨脹做功過(guò)程在隔離密封套內(nèi)部完成，可以完全封閉天然氣向外界泄露，同時(shí)，天然氣膨脹渦輪驅(qū)動(dòng)渦輪軸磁轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)外磁轉(zhuǎn)子、內(nèi)磁轉(zhuǎn)子組成的磁力傳動(dòng)部分實(shí)現(xiàn)功率傳遞，內(nèi)磁轉(zhuǎn)子和外磁轉(zhuǎn)子均為筒形永磁轉(zhuǎn)子，確保了磁力傳動(dòng)系統(tǒng)效率高、滑差小，傳動(dòng)效率可達(dá)90%以上，經(jīng)過(guò)磁力同步傳動(dòng)裝置輸出的機(jī)械能，由高速永磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能輸出，高速永磁發(fā)電機(jī)主要包括發(fā)電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)永磁靜子等組件，解決了傳統(tǒng)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)制下結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率低、體積重量大的問(wèn)題，永磁轉(zhuǎn)子采用徑向空氣軸承和止推空氣軸承支承，實(shí)現(xiàn)軸承工作狀態(tài)零磨損，使整機(jī)使用壽命和可靠性大大提高，具有轉(zhuǎn)速高、功率密度大、轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、體積重量小等優(yōu)點(diǎn)。
[0015]本發(fā)明提供了一種天然氣“綠色”壓差發(fā)電及能量梯級(jí)利用耦合系統(tǒng)技術(shù)，與傳統(tǒng)系統(tǒng)和技術(shù)相比，具有綠色環(huán)保、適應(yīng)性高、集成性好、可控性強(qiáng)等特點(diǎn)，構(gòu)建了天然氣壓差能量利用系統(tǒng)及其與其他形式能源動(dòng)力系統(tǒng)耦合集成的模式與方法，實(shí)現(xiàn)了多種類(lèi)工質(zhì)、多梯級(jí)能量的系統(tǒng)化、功能化高效循環(huán)與利用，符合綠色環(huán)保的能源動(dòng)力和環(huán)境保護(hù)的要求，還可用于煤礦煤層氣和油頁(yè)巖開(kāi)采中的可燃?xì)怏w能量利用的相關(guān)工藝和技術(shù)。
[0016]【附圖說(shuō)明】:
附圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]附圖2是本發(fā)明天然氣渦輪膨脹機(jī)和天然氣壓差發(fā)電機(jī)配合的磁力傳動(dòng)發(fā)電機(jī)一體化結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]【具體實(shí)施方式】:
實(shí)施例1:
一種天然氣壓差發(fā)電及能量梯級(jí)利用耦合系統(tǒng)，其組成包括:天然氣壓差能量冷電回收組I，所述的天然氣壓差能量冷電回收組由單級(jí)或者多級(jí)串聯(lián)的天然氣壓差能量冷電回收裝置2組成，所述的天然氣壓差能量冷電回收組與汽輪機(jī)3連接，所述的汽輪機(jī)與余熱發(fā)電機(jī)4以及鍋爐5連接，所述的鍋爐通過(guò)增壓栗6與所述的天然氣壓差能量冷電回收組連接，所述的鍋爐還與燃?xì)廨啓C(jī)7連接。
[0019]實(shí)施例2:
根據(jù)實(shí)施例1所述的天然氣壓差發(fā)電及能量梯級(jí)利用耦合系統(tǒng)，所述的天然氣壓差能量冷電回收裝置包括天然氣渦輪膨脹機(jī)、天然氣壓差發(fā)電機(jī)以及天然氣換熱器，所述的天然氣渦輪膨脹機(jī)與所述的天然氣壓差發(fā)電機(jī)以及所述的天然氣換熱器均連接，所述的天然氣換熱器與所述的汽輪機(jī)或所述的增壓栗連接，所述的燃?xì)廨啓C(jī)包括渦輪、壓氣機(jī)以及燃燒室，所述的天然氣渦輪膨脹機(jī)設(shè)置有高壓天然氣入口和低壓天然氣出口，所述的天然氣渦輪膨脹機(jī)內(nèi)部設(shè)置有渦輪軸磁轉(zhuǎn)子，所述的渦輪軸磁轉(zhuǎn)子外套設(shè)有外磁轉(zhuǎn)子和內(nèi)磁轉(zhuǎn)子，所述的外磁轉(zhuǎn)子和所述的內(nèi)磁轉(zhuǎn)子之間設(shè)置有隔離密封套，所述的天然氣壓差發(fā)電機(jī)中設(shè)置有一組徑向空氣軸承和一組止推空氣軸承，所述的徑向空氣軸承和所述的止推空氣軸承均與設(shè)置在所述的天然氣壓差發(fā)電機(jī)中的永磁轉(zhuǎn)子配合，所述的永磁轉(zhuǎn)子與設(shè)置在所述的天然氣壓差發(fā)電機(jī)中的永磁靜子適配。
[0020]實(shí)施例3:
一種利用實(shí)施例1或2所述的天然氣壓差發(fā)電及能量梯級(jí)利用耦合系統(tǒng)的使用方法，高壓天然氣進(jìn)入天然氣壓差能量冷電回收裝置中的天然氣渦輪膨脹機(jī)膨脹做功，驅(qū)動(dòng)天然氣壓差發(fā)電機(jī)發(fā)電，同時(shí)天然氣降壓降溫，輸出低壓低溫天然氣，可以用于進(jìn)一步膨脹做功發(fā)電，也可直接通過(guò)高壓天然氣換熱器，為動(dòng)力裝置或其他需要冷源的設(shè)備提供冷卻和供冷，所以天然氣壓差能量冷電回收裝置可以完成天然氣壓差能量的提取和利用，用于發(fā)電和供冷，也可以根據(jù)天然氣壓力高低和實(shí)際使用需求，將天然氣壓差能量冷電回收裝置采用單級(jí)或者多級(jí)串聯(lián)的方式使用；也可以根據(jù)供能的需求，簡(jiǎn)便靈活的將其與其他能源動(dòng)力設(shè)備耦合集成在一起，構(gòu)建天然氣壓差能量利用設(shè)備與燃?xì)廨啓C(jī)、鍋爐和汽輪機(jī)等設(shè)備的耦合循環(huán)系統(tǒng)，發(fā)揮能量梯級(jí)利用的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保的能量回收與利用;耦合循環(huán)系統(tǒng)工作時(shí)，高壓天然氣進(jìn)入天然氣壓差能量冷電回收組中的第一級(jí)天然氣壓差能量冷電回收裝置的天然氣渦輪膨脹機(jī)，在其中膨脹做功驅(qū)動(dòng)天然氣壓差發(fā)電機(jī)發(fā)電，膨脹降溫的天然氣流經(jīng)高壓天然氣換熱器，作為換熱器的冷源;之后，天然氣依次流過(guò)天然氣壓差能量冷電回收組中的第二級(jí)、第三級(jí)一直到最后一級(jí)天然氣壓差能量冷電回收裝置中的天然氣渦輪膨脹機(jī)，最終輸出低壓天然氣，實(shí)現(xiàn)天然氣壓差的能量的充分利用，低壓天然氣的一部分作為燃料供給燃?xì)廨啓C(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)膺M(jìn)入到鍋爐中加熱冷凝水生成水蒸汽，水蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)中進(jìn)行膨脹做功，驅(qū)動(dòng)余熱發(fā)電機(jī)發(fā)電，膨脹做功后的水蒸汽依次先后流過(guò)天然氣壓差能量冷電回收組中的高壓天然氣換熱器，與膨脹后的天然氣換熱，這種換熱一方面利用水蒸汽的熱能為天然氣加溫，避免低溫天然氣損壞膨脹機(jī);另一方面利用天然氣的冷能為水蒸汽冷卻，形成冷凝水，經(jīng)過(guò)增壓栗，冷凝水再回到鍋爐。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種天然氣壓差發(fā)電及能量梯級(jí)利用耦合系統(tǒng)，其組成包括:天然氣壓差能量冷電回收組，其特征是:所述的天然氣壓差能量冷電回收組由單級(jí)或者多級(jí)串聯(lián)的天然氣壓差能量冷電回收裝置組成，所述的天然氣壓差能量冷電回收組與汽輪機(jī)連接，所述的汽輪機(jī)與余熱發(fā)電機(jī)以及鍋爐連接，所述的鍋爐通過(guò)增壓栗與所述的天然氣壓差能量冷電回收組連接，所述的鍋爐還與燃?xì)廨啓C(jī)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣壓差發(fā)電及能量梯級(jí)利用耦合系統(tǒng)，其特征是:所述的天然氣壓差能量冷電回收裝置包括天然氣渦輪膨脹機(jī)、天然氣壓差發(fā)電機(jī)以及天然氣換熱器，所述的天然氣渦輪膨脹機(jī)與所述的天然氣壓差發(fā)電機(jī)以及所述的天然氣換熱器均連接，所述的天然氣換熱器與所述的汽輪機(jī)或所述的增壓栗連接，所述的燃?xì)廨啓C(jī)包括渦輪、壓氣機(jī)以及燃燒室，所述的天然氣渦輪膨脹機(jī)設(shè)置有高壓天然氣入口和低壓天然氣出口，所述的天然氣渦輪膨脹機(jī)內(nèi)部設(shè)置有渦輪軸磁轉(zhuǎn)子，所述的渦輪軸磁轉(zhuǎn)子外套設(shè)有外磁轉(zhuǎn)子和內(nèi)磁轉(zhuǎn)子，所述的外磁轉(zhuǎn)子和所述的內(nèi)磁轉(zhuǎn)子之間設(shè)置有隔離密封套，所述的天然氣壓差發(fā)電機(jī)中設(shè)置有一組徑向空氣軸承和一組止推空氣軸承，所述的徑向空氣軸承和所述的止推空氣軸承均與設(shè)置在所述的天然氣壓差發(fā)電機(jī)中的永磁轉(zhuǎn)子配合，所述的永磁轉(zhuǎn)子與設(shè)置在所述的天然氣壓差發(fā)電機(jī)中的永磁靜子適配。3.—種利用根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的天然氣壓差發(fā)電及能量梯級(jí)利用耦合系統(tǒng)的使用方法，其特征是:高壓天然氣進(jìn)入天然氣壓差能量冷電回收裝置中的天然氣渦輪膨脹機(jī)膨脹做功，驅(qū)動(dòng)天然氣壓差發(fā)電機(jī)發(fā)電，同時(shí)天然氣降壓降溫，輸出低壓低溫天然氣，可以用于進(jìn)一步膨脹做功發(fā)電，也可直接通過(guò)天然氣換熱器，為動(dòng)力裝置或其他需要冷源的設(shè)備提供冷卻和供冷，所以天然氣壓差能量冷電回收裝置可以完成天然氣壓差能量的提取和利用，用于發(fā)電和供冷，也可以根據(jù)天然氣壓力高低和實(shí)際使用需求，將天然氣壓差能量冷電回收裝置采用單級(jí)或者多級(jí)串聯(lián)的方式使用；也可以根據(jù)供能的需求，簡(jiǎn)便靈活的將其與其他能源動(dòng)力設(shè)備耦合集成在一起，構(gòu)建天然氣壓差能量利用設(shè)備與燃?xì)廨啓C(jī)、鍋爐和汽輪機(jī)等設(shè)備的耦合循環(huán)系統(tǒng)，發(fā)揮能量梯級(jí)利用的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保的能量回收與利用;耦合循環(huán)系統(tǒng)工作時(shí)，高壓天然氣進(jìn)入天然氣壓差能量冷電回收組中的第一個(gè)天然氣壓差能量冷電回收裝置的天然氣渦輪膨脹機(jī)，在其中膨脹做功驅(qū)動(dòng)天然氣壓差發(fā)電機(jī)發(fā)電，膨脹降溫的天然氣流經(jīng)天然氣換熱器，作為換熱器的冷源;之后，天然氣依次流過(guò)天然氣壓差能量冷電回收組中的第二級(jí)、第三級(jí)一直到最后一級(jí)天然氣壓差能量冷電回收裝置，最終輸出低壓天然氣，實(shí)現(xiàn)天然氣壓差的能量的充分利用，低壓天然氣的一部分作為燃料供給燃?xì)廨啓C(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)膺M(jìn)入到鍋爐中加熱冷凝水生成水蒸汽，水蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)中進(jìn)行膨脹做功，驅(qū)動(dòng)余熱發(fā)電機(jī)發(fā)電，膨脹做功后的水蒸汽依次先后流過(guò)天然氣壓差能量冷電回收組中的高壓天然氣換熱器，與膨脹后的天然氣換熱，這種換熱一方面利用水蒸汽的熱能為天然氣加溫，避免低溫天然氣損壞膨脹機(jī)；另一方面利用天然氣的冷能為水蒸汽冷卻，形成冷凝水，經(jīng)過(guò)增壓栗，冷凝水再回到鍋爐。
【文檔編號(hào)】F01D15/10GK105927491SQ201610456154
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年6月22日
【發(fā)明人】劉洪鵬, 楊力平, 單國(guó)斌, 邱敬樂(lè)
【申請(qǐng)人】哈爾濱耦合動(dòng)力工程技術(shù)中心有限公司