曲福有

摘 要：隨著天然氣使用范圍的擴大，將會有大量的差壓能可以利用發(fā)電。燃氣通過節(jié)流閥壓力下降，產(chǎn)生差壓能并釋放大量冷量，在減壓閥口發(fā)生霜凍現(xiàn)象，造成燃氣管道堵塞。常規(guī)的解決方案是通過換熱器，對高壓的天然氣進行提前加熱，這樣不僅需要消耗大量天然氣，而且會排放污染物，壓降能量全部浪費，若采用透平膨脹機在節(jié)流閥處吸收差壓能用以發(fā)電，將取得顯著地經(jīng)濟效益和節(jié)能效果。文章介紹了天然氣差壓能發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成及工藝流程，并分析了系統(tǒng)的可行性。

關(guān)鍵詞：天然氣；差壓能發(fā)電；透平膨脹機

1 概述

本工程建設(shè)規(guī)模為2×200MW級燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電機組，供熱能力200t/h以上，考慮擴建的條件。本工程燃料采用“西氣東輸”一線的天然氣，來自于新疆塔里木盆地。本工程所需天然氣擬由城市分輸站引接，廠址處于城市分輸站東側(cè)約500m，進廠天然氣管線自分輸站直埋敷設(shè)進廠，天然氣管道接入點壓力暫時按照4.0MPa考慮。

2 常規(guī)設(shè)計描述

本工程常規(guī)的設(shè)計方案為：來自于天然氣供應(yīng)公司輸氣管道的天然氣在電廠邊界外一米處與廠區(qū)天然氣管道連接。進入廠區(qū)之后天然氣首先進入布置在廠區(qū)的天然氣調(diào)壓站，對廠外來氣起控制、調(diào)壓、加熱、安全保護等作用，達到滿足燃氣輪機天然氣進氣品質(zhì)的要求。天然氣調(diào)壓站主要由進口開關(guān)閥、過濾器、調(diào)壓器、切斷閥、安全放散閥、出口開關(guān)閥等部分組成。天然氣經(jīng)過調(diào)壓站處理后，可以有效地清除燃氣中的液滴和固體顆粒雜質(zhì)，并在燃氣輪機入口處維持主機允許的進氣壓力，保障機組運行的安全性。

3 優(yōu)化方案描述

系統(tǒng)擬定

天然氣差壓能回收透平發(fā)電裝置是利用差壓能，將天然氣導(dǎo)入透平膨脹機作功，驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電的一種能量回收裝置。該裝置能回收原先由天然氣調(diào)壓站釋放的能量，并解決原調(diào)壓閥組減壓時產(chǎn)生的管道振動和霜凍堵塞，這種能量回收的透平發(fā)電裝置，無污染，零排放，是公認(rèn)的節(jié)能環(huán)保裝置。天然氣降壓發(fā)電系統(tǒng)布置在高壓管線和低壓管線之間。主要設(shè)備包括透平膨脹機、發(fā)電機、燃料電池以及換熱器、電能適配器、穩(wěn)壓閥等配套設(shè)備。透平膨脹機將高壓氣體膨脹做功轉(zhuǎn)換成機械能，帶動發(fā)電機運轉(zhuǎn)，產(chǎn)生電能；并將產(chǎn)生的大量熱能通過換熱器傳遞給透平膨脹機高壓氣體，避免在透平膨脹機內(nèi)的溫度驟降中產(chǎn)生霜凍損壞設(shè)備。穩(wěn)壓閥用于調(diào)節(jié)氣流，當(dāng)負(fù)荷變化時，透平膨脹機仍能保持平穩(wěn)運行口。

天然氣經(jīng)透平透平膨脹機后，壓力將下降到2.5MPa左右，然后進入天然氣前置模塊，作為燃氣輪機發(fā)電的燃料。

5 運行經(jīng)濟性

本工程燃氣輪機機組滿負(fù)荷發(fā)電時，天然氣流量約為80000 Nm3/h，每小時發(fā)電量約為850kW·h，按照全年設(shè)備運行6220小時計算，年發(fā)電量約528萬kW·h。

天然氣在調(diào)壓過程中將損失大量的壓力能，還會因為急劇降溫對調(diào)壓及管道設(shè)備運行安全構(gòu)成威脅。如果能采取適當(dāng)?shù)拇胧┗厥绽脡毫δ?，將提高能源的利用率，減少資源浪費，對于堅持節(jié)約高效、清潔環(huán)保的新利能源發(fā)展具有重大意義。

6 投資與效益測算

6.1 投資成本估算

項目的全部成本包括：透平透平膨脹機、變速箱、發(fā)電機、預(yù)熱器、連接設(shè)備、控制設(shè)備、管網(wǎng)連接設(shè)備成本和安裝費用。項目總投資約500萬元。

6.2 效益評估

本工程燃氣輪機機組滿負(fù)荷發(fā)電時，天然氣流量約為80000 Nm3/h，透平膨脹發(fā)電機組每小時發(fā)電量約為850kW·h，按照全年設(shè)備運行6220小時計算，年發(fā)電量約528萬kW·h，按照上網(wǎng)電價為682.44元/MWh（含增值稅）計算，每年節(jié)約價值約360萬元，投資回收年限約為1.47年（未考慮設(shè)備折舊）。

7 結(jié)束語

（1）通過以上的分析和計算可以看出，采用余壓透平膨脹發(fā)電裝置投資少、見效快，可降低發(fā)電成本，彌補部分電力缺口。

（2）本工程利用天然氣在調(diào)壓站的壓力差膨脹發(fā)電，無需消耗其他能源，運行費用低，經(jīng)濟效益顯著，按照全年設(shè)備運行6220小時計算，投資回收年限約為1.47年（未考慮設(shè)備折舊）。