关于天然气输送压差发电的分析
2010-09-24逯景涛
逯景涛
(南京师范大学资产经营公司 ,江苏南京 210097)
关于天然气输送压差发电的分析
逯景涛
(南京师范大学资产经营公司 ,江苏南京 210097)
介绍了膨胀机的工作原理,对应用天然气压差进行膨胀发电的能力进行了分析。
焓 ;熵 ;膨胀 ;节电
1概述
改革开放三十年来,我国的经济获得了飞速的发展,人民的生活水平得到了极大提高。但是,回首三十年的发展历程,不难看出,我们走过的是一条粗放型的发展之路:能源浪费、资源紧张、环境污染等问题日益突出,正是在这样的背景下,中央提出要保增长,调结构,走一条可持续发展之路。
天然气作为高效清洁能源,近年来获得了广泛的应用,从居民生活到用天然气发电。可以预见,随着世界各国对能源需求的不断增长和环境保护的日益加强,天然气的推广应用已成必然趋势。专家预测,由于天然气联合循环发电具有高效、运行灵活、投资少和建设时间短等优势,其发电占全世界发电燃料的比例,将从 2003年的 19%增加到 2030年的22%。但是,天然气在进入城市门站或燃气电厂前,还要根据不同的要求,用调压器对天然气进行降压处理。
由工程热力学理论可知,当天然气具备一定的压力和温度时,就具备了一定的能量,即由压力所体现的势能和由温度所体现的动能,二者合称为天然气的内能。在用减压器进行调节时,部分内能损失。在膨胀机技术出现之前,人们还无法对这部分能量进行回收。今天利用天然气在膨胀机内进行绝热膨胀,内能降低而对外做功,并由膨胀机驱动发电机将能量转换为电能进行回收已成为可能。
2透平膨胀机发电机组的工作原理
2.1工作原理
膨胀机按能量转换方式的不同,可分为速度式和容量式两大类。速度式膨胀机适用于流量大、负荷稳定的场合,如蒸汽透平、燃气透平等;容量式膨胀机适用于小流量、负荷波动大的场合,如螺杆膨胀机等。本文以速度式膨胀机为例,介绍其工作原理。
透平膨胀机是一种使压缩气体膨胀并输出功率,因而压力降低和能量减少的原动机,在透平膨胀机中,气体的能量交换发生在导流器的喷嘴叶片间与工作叶轮内。高压气流在喷嘴内进行部分膨胀,然后以一定的速度进入叶轮,推动叶轮旋转。气流进入叶轮后还会进一步膨胀,气流的反冲力进一步推动叶轮旋转,旋转的叶轮轴可驱动发电机组进行发电。由于气体在膨胀机中通过的时间极短,来不及与周围环境进行热量交换,因而,绝热效率很高,此过程可视为等熵膨胀。进入透平膨胀机的气体流量可以通过导流叶片来进行调节,以适应系统负荷的变化。
根据能量转换和守恒定律,气体在透平膨胀机内进行绝热膨胀对外做功时,气体的热力学能减少,从而使气体的温度降低。因此,透平膨胀机的主要特点是既可降低输气压力做功,又可获得制冷效果。
2.2压能回收能力分析
绝热膨胀透平发电机作功与气流的压能之间的关系如下:
式中:W——透平发电机端的出力,kW;
△Hi——天然气高压端与低压端之间的绝热焓降,kJ/kg;
G——天然气质量流量,kg/s;
ηt——透平机效率;
ηg——发电机效率;
绝热焓降的计算:
式中:Cp——天然气质量等压比热,kJ/(kg·K);
T1——天然气入口温度,K;
p1——天然气入口压力,MPa;
p2——天然气出口压力,MPa;
K——天然气的绝热指数。
调压站电力回收能力计算:
本文以向某天然气电厂输送天然气的调压站为例,进行差压发电能力的分析。该天然气调压站将8.5MPa的天然气,通过调压撬进行调压,将压力降到约 5.5MPa,再输送到电厂做进一步调压。若采用膨胀发电机组取代调压撬,即可实现对天然气进行降压的同时发出电能。
从表 1数据可知,最大外供天然气量出现在每天的 9:00～10:00,供气量为 139.46t。选取这天的外供天然气为研究对象进行分析计算。以 9:00～10:00的数据为例:
调压撬入口压力 p1:8.24MPa;调压撬出口压力 p2:5.614MPa;调压撬入口温度 T1:300.5K;透平机效率按 0.82;发电机效率按 0.95;天然气绝热指数K:1.3;取平均等压比热Cp为2.2kJ/(kg·K)。
经计算可知,一天可发电约 29260kW·h。
表 1天然气调压站输送至电厂的一天计量统计
3结束语
节能降耗、节约挖潜是企业降低生产成本,实现可持续发展的重要举措,也是落实科学发展观的最佳实践。从以上估算可以看出利用膨胀发电机组进行压能回收的潜力巨大,有条件的地方可推广应用。
T M619
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1003-3467(2010)24-0033-02
2010-12-20
逯景涛 (1966-),男,长期从事电器设备的开发与应用 ,电话 :13851523288。
