專利名稱：天然氣管網(wǎng)壓力能在燃氣輪機作功領(lǐng)域的回收利用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種天然氣壓力能回收裝置，特別是基于渦流管降壓的天然氣管網(wǎng)壓力能回收 裝置。
背景技術(shù)：
天然氣是一種優(yōu)質(zhì)、高效、清潔的能源。近幾十年來全球天然氣工業(yè)發(fā)展速度很決，天然氣 在世界一次能源結(jié)構(gòu)中的比例也不斷提高，1981年為9. 9%， 20世鄉(xiāng)抹為23%,目前,在一些發(fā)達國 家這一比例已經(jīng)達到25%以丄我國也在加快天然氣工業(yè)的發(fā)展，計劃到2010年使得天然氣在 我國能源消費結(jié)構(gòu)中所占的比重達到6%，到2020年達到10%。
天然氣工業(yè)發(fā)展的經(jīng)驗表明，管道是天然氣發(fā)展必要環(huán)節(jié)，是溝通氣田與天然氣用戶的重要紐 帶。隨著技術(shù)的發(fā)展，天然氣管網(wǎng)的輸氣能力和輸氣壓力不斷提高，如"西氣東輸"工程，設(shè)計輸 氣量120億立方/年，輸氣壓力高達10MPa，"西氣東輸二線"工程，設(shè)計輸氣量300 ^5l方/年， 最高設(shè)計輸氣壓力12MPa。這種壓力氣體 *巨大的壓力能量，但是這種壓力能通常在通過調(diào)節(jié) 閥調(diào)壓過程中被白白釋放掉。因此，在天然氣併lT站、城市門站等降壓過程中造成了巨大的能量損 失，回收這部分壓力能將具剤艮大的經(jīng)濟 爐?；厥者@部分壓力能技術(shù)上可以通過膨脹機來實現(xiàn)， 從而獲得膨脹功和制冷效應(yīng)，但膨脹機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運行維護等方面要求比較高，導(dǎo)致回收成本高。
渦流管是一種通過一個內(nèi)部器件來控制和達到所需溫度和流量的裝置，其主要構(gòu)成包括進氣
管、噴嘴、渦流室、分離孑L板和冷熱兩端管。高壓氣體由進氣管駄噴嘴，膨脹降壓后ffiia線方向
進入渦流室，形成自由流，經(jīng)動能交換分離成溫度不等的兩部分，中心部分為7^t流，邊緣部分為
熱氣流，分別從渦流管的兩端流出，冷熱氣流的比例可以調(diào)節(jié)。然而，渦流管主要用于制冷、氣體
混合物的分離、氣體的^P燥等場合，在燃氣輪機作功發(fā)電領(lǐng)域尚未見其被利用的報道。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型用于克服已有技術(shù)的缺陷而提供一種天然氣管網(wǎng)壓力能在燃氣輪機作功領(lǐng)域的回 收利用裝置。
本實用新型所稱問題是以下述技術(shù)方案解決的
一種天然氣管網(wǎng)壓力能在燃氣輪機作功領(lǐng)域的回收利用裝置，構(gòu)成中包括渦流管、汽7乂分離 器、第一換熱器、燃氣輪機組和相應(yīng)的連接管路；所述燃氣輪機組由壓氣機、燃燒室、燃氣輪機和 耗功設(shè)備組成；所述渦流管^^流端由7tn流管路經(jīng)第一換熱器魏燃燒室，渦流管熱氣流端由熱
氣流管路與冷氣流管路匯合后進入燃燒室；空氣管路經(jīng)第一換熱器進入壓氣機、再經(jīng)壓氣misa燃
燒室，高溫高壓燃氣管路艦燃燒室與燃氣輪機。
上述天然氣管網(wǎng)壓力能在燃氣輪機作功領(lǐng)域的回收利用裝置，增設(shè)第二換熱器，所述第二換 熱器連接于)^t流管路和燃氣輪機的排氣余熱管路中。
上述天然氣管網(wǎng)壓力能在燃氣輪機作功領(lǐng)域的回收利用裝置，增設(shè)汽水分離器，所述汽水分 離器連接于壓氣機前端的空氣管路中。
上述天然氣管網(wǎng)壓力能在燃氣輪機作功領(lǐng)域的回收利用裝置，所述渦流管為多組，各渦流管 之間為并聯(lián)，渦流管的進氣管上設(shè)有調(diào)節(jié)閥。
上述天然氣管網(wǎng)壓力能在燃氣輪機作功領(lǐng)域的回收利用裝置，0MII功設(shè)備為發(fā)電機、泵或 壓縮機等。
本實用新型針對高壓天然氣^$*站、城市門站等降壓過程中造成巨大能量損失的問題，設(shè)計了 采用渦流管為調(diào)壓部件的天然氣壓力能回收裝置，其主要特點如下1.有效回收利用天然氣管網(wǎng)壓 力能，使其中的能量得以利用；2.選用構(gòu)造簡單、造側(cè)驢、工作穩(wěn)定的渦流管完成天然氣降壓調(diào) 壓過程；3.渦流管導(dǎo)出的低溫天然氣流冷卻燃氣輪機組壓氣機的進氣，然后進一步回收燃氣輪機排 氣余熱后再與熱氣流混，入燃氣輪機燃燒室，由于壓氣機的進氣被天然氣冷氣流冷卻后、溫度降 低，密度提高，增大了進入壓氣機空氣的質(zhì)量流量，因而可大大提高燃氣輪機的出力和經(jīng)濟性，使 壓力能得到了有效的利用。上述方法可用于天然氣的使用與供給間存在壓差、需要調(diào)壓的場合，利 用渦流管降壓后產(chǎn)生^^流和熱氣流還可以用于其它不同的運行場合。

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
附圖中標號表示如下l.高壓天然氣管路；2.調(diào)節(jié)閥；3.渦流管；3 — 1.渦流管冷氣流端； 3—2.渦流管熱氣流端；4.第一換熱器；5.汽7K分離器；6.第二換熱器；7.壓氣機；8.燃燒室； 9.燃氣輪機；IO.耗功設(shè)備；11.熱氣流管路；12.高溫高壓燃氣管路；13.冷氣流管路；14.排 氣余熱管路；15.空氣管路。
具體實施方式

本實用新型的設(shè)計思路為選用渦流管為調(diào)壓部件，將高壓天然氣的壓力能經(jīng)渦流管降壓后所 產(chǎn)生的^t流和熱氣流分別輸出，其中，^t流經(jīng)換熱器吸收逆流空氣和燃氣輪機排氣的熱量升溫 后，與熱氣流匯合進入燃氣輪機組的燃燒室；而經(jīng)由換熱淑^t流降溫的空氣i4A燃氣輪機組的壓 氣機，提高壓力后再導(dǎo)入燃氣輪機組的燃燒室。在燃燒室中，天然氣與空氣混合燃燒，高溫高壓燃 氣混合物進入燃氣輪機作功，驅(qū)動發(fā)電機或其它作功設(shè)備。
本實用新型用渦流管代替通常的壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)天然氣的壓力，不但實現(xiàn)了壓力調(diào)節(jié)的目的， 而且可以有效不l」用同時產(chǎn)生的冷天然氣流和熱天然氣流，使進入壓氣機的空氣被天然氣^^流冷卻
后、鵬斷氐，密度提高，增大了進入壓氣機空氣的質(zhì)量流量，因麗大大提高燃氣輪機的出力和經(jīng) 濟性。
燃氣輪機組通常由空氣壓縮機和燃氣輪機等組成，空氣從環(huán)境狀態(tài)吸入空氣壓縮機，在壓縮機
屮壓力和溫度都^^高，然后m燃燒室與燃料混合燃燒產(chǎn)生高溫高壓燃氣混合物，推動燃氣輪機
對外輸出功量。燃氣輪秒iX寸進口空氣的溫度比較敏感,在高溫季節(jié)或年平均氣溫較高的地區(qū)，燃氣輪 機的出力和效率往往低T標準工況。iftA壓縮機空氣的鵬降低，進入壓縮機空氣的質(zhì)量流量增大， 燃氣輪機出力增人，熱耗率斷氏，因此希望進氣纟鵬盡可制氐。但進氣7驢受大氣環(huán)境影響，為了 降低壓氣l腿氣纟鵬，改善燃氣輪機的循環(huán)性能，通常都是釆用蒸發(fā)式、吸收式及蓄冰式等M冷 卻的方法來降低進口空氣^Jt，然而，這些方法都需要消耗的倉巨量而且系統(tǒng)比較復(fù)雜。采用本實用 新型中調(diào)壓過程中渦流管產(chǎn)生的冷天然氣流冷卻壓氣機的進氣，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，無運動部件，維護 工作量很小，經(jīng)濟實用。
參看圖1，本實用新型由渦流管3、換熱器4、汽ZR分離器5、第一換熱器4、第二換熱器6、 燃氣輪機組和各連接管路組成，燃氣輪機組包括壓氣機7、燃燒室8、燃氣輪機9和耗功設(shè)備10， 耗功設(shè)備為發(fā)電機、泵Sffi縮機等，由燃氣輪機9驅(qū)動耗功設(shè)備。所用渦流管的數(shù)目據(jù)其需要而定， 各渦流管釆用并聯(lián)方式連接，各渦流管的進氣管與高壓天然氣管路1 ，為調(diào)節(jié)天然氣的進氣量， 在渦流管的進氣管上設(shè)有調(diào)節(jié)閥2。各渦流管;^流端3—1由y^t流管路13經(jīng)第一換熱器、第二 換熱器M燃燒室，渦流管熱氣流端3—2由熱氣流管路11與從第二換熱器導(dǎo)出的經(jīng)過換熱升溫的 7^C流管匯合共同aX燃燒室，空氣管路15經(jīng)第一換熱器和汽水分離器5后進入壓氣機、再經(jīng)壓 氣機魏燃燒室，高溫高壓燃氣管路12 M燃燒室與燃氣輪機。燃氣輪機9的排氣余熱管路14 M第二換熱器。換熱器可采用氣-氣表面式換熱器，當(dāng)然，也可采用其他形式的散熱器。
本實用新型的工作過程如下具有壓力能的高壓天然氣由高壓天然氣管路1經(jīng)過各并聯(lián)的調(diào)節(jié)
閥2后導(dǎo)入各渦流管3，經(jīng)渦流管降壓后產(chǎn)生的冷氣流和熱氣流由渦流管的兩個出口端輸出。其中，
各渦流管7^t流端3—l流出的低溫低壓天然氣3I31第一換熱器，并在第一換熱器中吸i]爐流空氣 的熱量，然后再M第二換熱器進一步回收燃氣輪機排氣余熱。渦流管熱氣流端3—2流出的高溫 低壓天然氣與從第二換熱器流出的升溫后的天然氣匯^4入燃燒室8。來自環(huán)境狀態(tài)的空氣在第一 換熱器中被低溫天然氣流冷卻降溫后經(jīng)汽水分離器5 fflA壓氣機7，在壓氣機提高壓力后導(dǎo)入燃燒 室。在燃燒室中，天然氣與空氣混合燃燒，高溫高壓燃氣混合物進入燃氣輪機9作功，馬陶J耗功設(shè) 備10。
權(quán)利要求1. 一種天然氣管網(wǎng)壓力能在燃氣輪機作功領(lǐng)域的回收利用裝置，其特征在于構(gòu)成中包括渦流管(3)、汽水分離器(5)、第一換熱器(4)、燃氣輪機組和相應(yīng)的連接管路；所述燃氣輪機組由壓氣機(7)、燃燒室(8)、燃氣輪機(9)和耗功設(shè)備(10)構(gòu)成；所述渦流管冷氣流端(3—1)由冷氣流管路(13)經(jīng)第一換熱器連通燃燒室，渦流管熱氣流端(3—2)由熱氣流管路(11)與冷氣流管路(13)匯合后進入燃燒室；空氣管路(15)經(jīng)第一換熱器連通壓氣機、再經(jīng)壓氣機連通燃燒室，高溫高壓燃氣管路(12)連通燃燒室與燃氣輪機。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣管網(wǎng)壓力能在燃氣輪機作功領(lǐng)域的回收利用裝置，其特征在 于，增設(shè)第二換熱器(6)，所述第二換熱器(6)連接于^^t流管路(13)和燃氣輪機的排氣余熱 管路(14)中。
3. 根據(jù)權(quán)禾腰求2所述的天然氣管網(wǎng)壓力能在燃氣輪機作功領(lǐng)域的回收禾傭裝置，其特征在 于，增設(shè)汽7K分離器(5)，所述汽水分離器連接于壓氣機(7)前端的空氣管路(15)中。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的天然氣管網(wǎng)壓力能在燃氣輪機作功領(lǐng)域的回收利用裝置， 其特征在于，所述渦流管為多組，各渦流管之間為并聯(lián)，渦流管的進氣管上設(shè)有調(diào)節(jié)闊(2)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的天然氣管網(wǎng)壓力能在燃氣輪機作功領(lǐng)域的回收禾傭裝置，其特征在 于，戶7f^功設(shè)備(10)為發(fā)電機、泵g縮機等。
專利摘要一種天然氣管網(wǎng)壓力能在燃氣輪機作功領(lǐng)域的回收利用裝置，用于解決高壓天然氣降壓中能量損失問題。其技術(shù)方案為構(gòu)成中包括渦流管、汽水分離器、第一換熱器、燃氣輪機組和相應(yīng)的連接管路；所述燃氣輪機組由壓氣機、燃燒室、燃氣輪機和耗功設(shè)備構(gòu)成；渦流管冷氣流端由冷氣流管路經(jīng)第一換熱器連通燃燒室，渦流管熱氣流端由熱氣流管路與冷氣流管路匯合后進入燃燒室；空氣管路經(jīng)第一換熱器連通壓氣機、再經(jīng)壓氣機連通燃燒室，高溫高壓燃氣管路連通燃燒室與燃氣輪機。本實用新型選用渦流管完成天然氣降壓調(diào)壓過程，將低溫天然氣流冷卻壓氣機進氣溫度，使進氣質(zhì)量流量增大，因而可大大提高燃氣輪機出力和經(jīng)濟性，使壓力能得到有效利用。
文檔編號F02C7/224GK201202536SQ20082007737
公開日2009年3月4日 申請日期2008年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月29日
發(fā)明者論立勇, 謝英柏 申請人:華北電力大學(xué)