天然氣差壓能發(fā)電系統(tǒng)的可行性研究

曲福有

摘 要：隨著天然氣使用范圍的擴(kuò)大，將會(huì)有大量的差壓能可以利用發(fā)電。燃?xì)馔ㄟ^(guò)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?xì)夤艿蓝氯?。常?guī)的解決方案是通過(guò)換熱器，對(duì)高壓的天然氣進(jìn)行提前加熱，這樣不僅需要消耗大量天然氣，而且會(huì)排放污染物，壓降能量全部浪費(fèi)，若采用透平膨脹機(jī)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(jì)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(jī)

1 概述

本工程建設(shè)規(guī)模為2×200MW級(jí)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電機(jī)組，供熱能力200t/h以上，考慮擴(kuò)建的條件。本工程燃料采用“西氣東輸”一線的天然氣，來(lái)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(jìn)廠天然氣管線自分輸站直埋敷設(shè)進(jìn)廠，天然氣管道接入點(diǎn)壓力暫時(shí)按照4.0MPa考慮。

2 常規(guī)設(shè)計(jì)描述

本工程常規(guī)的設(shè)計(jì)方案為：來(lái)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(jìn)入廠區(qū)之后天然氣首先進(jìn)入布置在廠區(qū)的天然氣調(diào)壓站，對(duì)廠外來(lái)氣起控制、調(diào)壓、加熱、安全保護(hù)等作用，達(dá)到滿(mǎn)足燃?xì)廨啓C(jī)天然氣進(jìn)氣品質(zhì)的要求。天然氣調(diào)壓站主要由進(jìn)口開(kāi)關(guān)閥、過(guò)濾器、調(diào)壓器、切斷閥、安全放散閥、出口開(kāi)關(guān)閥等部分組成。天然氣經(jīng)過(guò)調(diào)壓站處理后，可以有效地清除燃?xì)庵械囊旱魏凸腆w顆粒雜質(zhì)，并在燃?xì)廨啓C(jī)入口處維持主機(jī)允許的進(jìn)氣壓力，保障機(jī)組運(yùn)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(jī)作功，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)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(shí)產(chǎn)生的管道振動(dòng)和霜凍堵塞，這種能量回收的透平發(fā)電裝置，無(wú)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(jī)、發(fā)電機(jī)、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(jī)將高壓氣體膨脹做功轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)生電能；并將產(chǎn)生的大量熱能通過(guò)換熱器傳遞給透平膨脹機(jī)高壓氣體，避免在透平膨脹機(jī)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(shí)，透平膨脹機(jī)仍能保持平穩(wěn)運(yùn)行口。

天然氣經(jīng)透平透平膨脹機(jī)后，壓力將下降到2.5MPa左右，然后進(jìn)入天然氣前置模塊，作為燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電的燃料。

5 運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性

本工程燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組滿(mǎn)負(fù)荷發(fā)電時(shí)，天然氣流量約為80000 Nm3/h，每小時(shí)發(fā)電量約為850kW·h，按照全年設(shè)備運(yùn)行6220小時(shí)計(jì)算，年發(fā)電量約528萬(wàn)kW·h。

天然氣在調(diào)壓過(guò)程中將損失大量的壓力能，還會(huì)因?yàn)榧眲〗禍貙?duì)調(diào)壓及管道設(shè)備運(yùn)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(fèi)，對(duì)于堅(jiān)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(cè)算

6.1 投資成本估算

項(xiàng)目的全部成本包括：透平透平膨脹機(jī)、變速箱、發(fā)電機(jī)、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(fèi)用。項(xiàng)目總投資約500萬(wàn)元。

6.2 效益評(píng)估

本工程燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組滿(mǎn)負(fù)荷發(fā)電時(shí)，天然氣流量約為80000 Nm3/h，透平膨脹發(fā)電機(jī)組每小時(shí)發(fā)電量約為850kW·h，按照全年設(shè)備運(yùn)行6220小時(shí)計(jì)算，年發(fā)電量約528萬(wàn)kW·h，按照上網(wǎng)電價(jià)為682.44元/MWh（含增值稅）計(jì)算，每年節(jié)約價(jià)值約360萬(wàn)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(yǔ)

（1）通過(guò)以上的分析和計(jì)算可以看出，采用余壓透平膨脹發(fā)電裝置投資少、見(jiàn)效快，可降低發(fā)電成本，彌補(bǔ)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(wú)需消耗其他能源，運(yùn)行費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)效益顯著，按照全年設(shè)備運(yùn)行6220小時(shí)計(jì)算，投資回收年限約為1.47年（未考慮設(shè)備折舊）。