逯景濤

(南京師范大學(xué)資產(chǎn)經(jīng)營(yíng)公司 ,江蘇南京 210097)

關(guān)于天然氣輸送壓差發(fā)電的分析

逯景濤

(南京師范大學(xué)資產(chǎn)經(jīng)營(yíng)公司 ,江蘇南京 210097)

介紹了膨脹機(jī)的工作原理,對(duì)應(yīng)用天然氣壓差進(jìn)行膨脹發(fā)電的能力進(jìn)行了分析。

焓 ;熵 ;膨脹 ;節(jié)電

1概述

改革開(kāi)放三十年來(lái),我國(guó)的經(jīng)濟(jì)獲得了飛速的發(fā)展,人民的生活水平得到了極大提高。但是,回首三十年的發(fā)展歷程,不難看出,我們走過(guò)的是一條粗放型的發(fā)展之路:能源浪費(fèi)、資源緊張、環(huán)境污染等問(wèn)題日益突出,正是在這樣的背景下,中央提出要保增長(zhǎng),調(diào)結(jié)構(gòu),走一條可持續(xù)發(fā)展之路。

天然氣作為高效清潔能源,近年來(lái)獲得了廣泛的應(yīng)用,從居民生活到用天然氣發(fā)電?？梢灶A(yù)見(jiàn),隨著世界各國(guó)對(duì)能源需求的不斷增長(zhǎng)和環(huán)境保護(hù)的日益加強(qiáng),天然氣的推廣應(yīng)用已成必然趨勢(shì)。專家預(yù)測(cè),由于天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電具有高效、運(yùn)行靈活、投資少和建設(shè)時(shí)間短等優(yōu)勢(shì),其發(fā)電占全世界發(fā)電燃料的比例,將從 2003年的 19%增加到 2030年的22%。但是,天然氣在進(jìn)入城市門站或燃?xì)怆姀S前,還要根據(jù)不同的要求,用調(diào)壓器對(duì)天然氣進(jìn)行降壓處理。

由工程熱力學(xué)理論可知,當(dāng)天然氣具備一定的壓力和溫度時(shí),就具備了一定的能量,即由壓力所體現(xiàn)的勢(shì)能和由溫度所體現(xiàn)的動(dòng)能,二者合稱為天然氣的內(nèi)能。在用減壓器進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí),部分內(nèi)能損失。在膨脹機(jī)技術(shù)出現(xiàn)之前,人們還無(wú)法對(duì)這部分能量進(jìn)行回收。今天利用天然氣在膨脹機(jī)內(nèi)進(jìn)行絕熱膨脹,內(nèi)能降低而對(duì)外做功,并由膨脹機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)將能量轉(zhuǎn)換為電能進(jìn)行回收已成為可能。

2透平膨脹機(jī)發(fā)電機(jī)組的工作原理

2.1工作原理

膨脹機(jī)按能量轉(zhuǎn)換方式的不同,可分為速度式和容量式兩大類。速度式膨脹機(jī)適用于流量大、負(fù)荷穩(wěn)定的場(chǎng)合,如蒸汽透平、燃?xì)馔钙降?容量式膨脹機(jī)適用于小流量、負(fù)荷波動(dòng)大的場(chǎng)合,如螺桿膨脹機(jī)等。本文以速度式膨脹機(jī)為例,介紹其工作原理。

透平膨脹機(jī)是一種使壓縮氣體膨脹并輸出功率,因而壓力降低和能量減少的原動(dòng)機(jī),在透平膨脹機(jī)中,氣體的能量交換發(fā)生在導(dǎo)流器的噴嘴葉片間與工作葉輪內(nèi)。高壓氣流在噴嘴內(nèi)進(jìn)行部分膨脹,然后以一定的速度進(jìn)入葉輪,推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)。氣流進(jìn)入葉輪后還會(huì)進(jìn)一步膨脹,氣流的反沖力進(jìn)一步推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)的葉輪軸可驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電。由于氣體在膨脹機(jī)中通過(guò)的時(shí)間極短,來(lái)不及與周圍環(huán)境進(jìn)行熱量交換,因而,絕熱效率很高,此過(guò)程可視為等熵膨脹。進(jìn)入透平膨脹機(jī)的氣體流量可以通過(guò)導(dǎo)流葉片來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié),以適應(yīng)系統(tǒng)負(fù)荷的變化。

根據(jù)能量轉(zhuǎn)換和守恒定律,氣體在透平膨脹機(jī)內(nèi)進(jìn)行絕熱膨脹對(duì)外做功時(shí),氣體的熱力學(xué)能減少,從而使氣體的溫度降低。因此,透平膨脹機(jī)的主要特點(diǎn)是既可降低輸氣壓力做功,又可獲得制冷效果。

2.2壓能回收能力分析

絕熱膨脹透平發(fā)電機(jī)作功與氣流的壓能之間的關(guān)系如下:

式中:W——透平發(fā)電機(jī)端的出力,kW;

△Hi——天然氣高壓端與低壓端之間的絕熱焓降,kJ/kg;

G——天然氣質(zhì)量流量,kg/s;

ηt——透平機(jī)效率;

ηg——發(fā)電機(jī)效率;

絕熱焓降的計(jì)算:

式中:Cp——天然氣質(zhì)量等壓比熱,kJ/(kg·K);

T1——天然氣入口溫度,K;

p1——天然氣入口壓力,MPa;

p2——天然氣出口壓力,MPa;

K——天然氣的絕熱指數(shù)。

調(diào)壓站電力回收能力計(jì)算:

本文以向某天然氣電廠輸送天然氣的調(diào)壓站為例,進(jìn)行差壓發(fā)電能力的分析。該天然氣調(diào)壓站將8.5MPa的天然氣,通過(guò)調(diào)壓撬進(jìn)行調(diào)壓,將壓力降到約 5.5MPa,再輸送到電廠做進(jìn)一步調(diào)壓。若采用膨脹發(fā)電機(jī)組取代調(diào)壓撬,即可實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣進(jìn)行降壓的同時(shí)發(fā)出電能。

從表 1數(shù)據(jù)可知,最大外供天然氣量出現(xiàn)在每天的 9:00～10:00,供氣量為 139.46t。選取這天的外供天然氣為研究對(duì)象進(jìn)行分析計(jì)算。以 9:00～10:00的數(shù)據(jù)為例:

調(diào)壓撬入口壓力 p1:8.24MPa;調(diào)壓撬出口壓力 p2:5.614MPa;調(diào)壓撬入口溫度 T1:300.5K;透平機(jī)效率按 0.82;發(fā)電機(jī)效率按 0.95;天然氣絕熱指數(shù)K:1.3;取平均等壓比熱Cp為2.2kJ/(kg·K)。

經(jīng)計(jì)算可知,一天可發(fā)電約 29260kW·h。

表 1天然氣調(diào)壓站輸送至電廠的一天計(jì)量統(tǒng)計(jì)

3結(jié)束語(yǔ)

節(jié)能降耗、節(jié)約挖潛是企業(yè)降低生產(chǎn)成本,實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要舉措,也是落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀的最佳實(shí)踐。從以上估算可以看出利用膨脹發(fā)電機(jī)組進(jìn)行壓能回收的潛力巨大,有條件的地方可推廣應(yīng)用。

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1003-3467(2010)24-0033-02

2010-12-20

逯景濤 (1966-),男,長(zhǎng)期從事電器設(shè)備的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用 ,電話 :13851523288。