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)的構成及工藝流程，并分析了系統(tǒng)的可行性。

關鍵詞：天然氣；差壓能發(fā)電；透平膨脹機

1 概述

本工程建設規(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)設計描述

本工程常規(guī)的設計方案為：來自于天然氣供應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閥、過濾器、調(diào)壓器、切斷閥、安全放散閥、出口開關閥等部分組成。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)生霜凍損壞設備。穩(wěn)壓閥用于調(diào)節(jié)氣流，當負荷變化時，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)壓及管道設備運行安全構成威脅。如果能采取適當?shù)拇胧┗厥绽脡毫δ埽瑢⑻岣吣茉吹睦寐剩瑴p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、預熱器、連接設備、控制設備、管網(wǎng)連接設備成本和安裝費用。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，按照全年設備運行6220小時計算，投資回收年限約為1.47年（未考慮設備折舊）。