燃气电厂天然气管道压力能的利用

徐斐

江苏镇江燃气热电有限公司 212003

摘要：为了解决天然气可能产生的远距离的传输问题，大部分的时候，都是采用天然气的高压传输。但是，在中国，仍然存在使用节流和减压方法来连接高压管网和用户管网的情况，并且，在压力调节的过程中会有其产生的很大一部分的压力能量损失。对于燃气发电厂的压力能源发电设备的建设，可以直接消耗发电厂中其设备所产生的电力，而没有并网问题，但是燃气轮机可以消耗稳定的气体并且将其产生的余热进行合理的利用，或者在发电厂的周边对膨胀后的低温天然气进行加热利用。采用前加热方式时，膨胀发电效率可以达到惊人的百分之六十二到六十九，并且可以把废热等劣质热量用于进一步的发电，所以说，建设天然气压力能源发电是国内许多燃气电厂的最佳选择，特别是大型的燃气发电厂。

关键词：天然气管道；压力能；燃气电厂；透平膨胀

引言

所谓的天然气，具有高效、优质、清洁的特点。自从上个世纪七十年代以后，在全世界范围，整个天然气工业的发展极其迅猛，天然气工业的发展速度与传统高利润的石油工业相比较，前者远远高与后者。天然气在能源生产结构中的比重迅速提高。因此，我国天然气管网的发展也非常迅速。西气东输二线、西气东输二线和西气东输三线已建成并集中在同一区域。建设分布在东南沿海的大型液化天然气接收站，大量引进国外液化天然气资源。天然气管网干线建设同步，天然气供应趋于多样化。为解决天然气长距离输送问题，一般情况下，都是采用天然气的高压输送。对于上游用户来说，网络压力远大于实际用户。所以高压天然气在进入用户管网前，通过调压站，达到中压标准。目前，我国高压管网与用户管网仍采用节流减压的方式连接，造成了调压过程中大量的压力能损失。随着高压大口径天然气管道的发展，管网压力越来越大。

1 管网压力能利用存在的问题

在此之前，国家的一部分院校以及一部分科研院所对于天然气管网压力能的回收进行了探讨和研究，并且探究出其能够利用的概念，并且，在火用方面对压力能的利用进行了深层次的研究以及分析。然而，压力能在工业管道网络中的利用还存在未普及并且没有得到应用的问题，其根本和主要原因如下进行了说明与发表。

1.1 接入问题

家庭并网发电需要向电力公司支付接入费用，需要保持发电的稳定性，同时也增加了发电成本。

1.2 城市门站用气量变化大，不稳定

通常，城市门站的风量很小，随时间变化很大。因此，一般来说，上的所有天然气都不能用于扩展和发电，只能使用最少的连续供气作为扩展。发电量小，没有规模效应。与节流和减压相比，温差更大，膨胀后天然气的气体温度不能满足气体连接要求。

1.3 膨胀降压法

进行传统的节流和减压操作，平均下来会导致其温度下降约4.56(每(每MPa))，具体则就取决于气体中的成分。温度降至15-20(每(每MPa))，膨胀减压。也就是说，当压降相同时，气体连接的温度降低。对于常规管道天然气，露点相对较高(国家标准规定露点温度比输送条件下的最低环境温度低5摄氏度)，若果说是温度比较低，那么，就很难生成难以通畅的水合物。

2 燃气电厂管道压力能的回收

截至2012年之前，在中国已经建成一百六十八个燃气电厂，总的装机容量超过了惊人的三千三百万千瓦，用于发电的天然气占中国天然气的百分之十五的消耗。2015年，我国天然气发电厂的装机容量非常有希望能够突破超过六千万千瓦，接近曾经的两倍。燃气电厂的压力能源发电设施的建设可以直接消耗电厂设备产生的电力，而没有并网问题。

2.1 常规管道供燃气电厂压力能利用方案

天然气管道露点温度高。为了避免膨胀、冷却和冻结的问题出现，采用了预热的方法。假设，燃气管道工作压力为5.5(每MPa)，出口温度设定为5C，预热后膨胀机出口温度为5C。调节出口压力可以改变膨胀机的入口加热温度和系统热效率(即天然气的输出功率/热负荷)。当燃气压力升高时，所需加热温度降低，但压力能的利用效率降低。所以大气不会产生压力。目前，世界上一些9e级燃气轮发电机通常需要1.95~2.59(每(每MPa))的燃气连接压力。上述两座9e燃气发电厂的天然气产量约为7.0104m/h，计算出的燃气连接压力为2.5(每MPa)。当压力升高时，效率降低，加热温度需要升高。

2.2 LNG接收站供气电厂压力能利用方案

从浓缩营供应的天然气在膨胀后可以重新加热，因为露点温度低并且膨胀后不存在冻结问题。提供氢气的燃气发电厂的分类如下：其中之一远离大海，可以利用冷凝蒸汽产生的废热来加热天然气。接收站的送风温度必须高于0C，在计算中使用1C。膨胀和发电后，必须将天然气重新加热到1，然后再重新加热。因此，如果我们没有在燃气发电厂就近的地方使用加热介质(比如说海水)，那么，就不建议将这种模式用于压力的能量回收。另一种便是沿海的发电厂，这种发电厂靠近大海，可以重新加热大海中膨胀的天然气。如果说，在典型的发电厂中使用节流过程，则必须将天然气重新加热至0 C或更高，因此使用涡轮膨胀机不需要额外的进水，而只会增加加热设施的能力。例如，如果将海水入口和出口之间的

温度差设置为5，则设计计算压力能量扩展发电量可以达到1750 kW。膨胀后，天然气温度为-48.2，加热所需的海水量约为660m3/h，海水泵的功率约为105kW，装置的净发电量为一千六百四十五千瓦时，年发电量为493.5104千瓦时除了设备的初始投资外，不需要额外的燃料投资，而且更经济。

结语

燃气发电厂是家用天然气管道压力能源回收的最佳用户。对于海上建造的燃气发电厂，膨胀后用海水加热更为有利。在没有周围热源的燃气发电厂和没有常规气体供应管的燃气发电厂的情况下，用预热方法发电并回收压力能具有很高热效率，并且废热被用于发电。可以有效利用压力能量。特别是在"十二五"的期间，以及在中国正在积极发展天然气发电的大背景下，经济效益这很好，工程技术出色，应用潜力很大。

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