一种储气库余压余热耦合发电系统及方法

技术领域

本发明涉及天然气储运技术领域，尤其涉及一种储气库余压余热耦合发电系统以及一种储气库余压余热耦合发电方法。

背景技术

天然气作为城市燃气，其消费量随季节性变化幅度较大，调峰问题日益突出，目前大多依托地下储气库来解决季节和月份的不均匀性。储气库注气期将管网天然气增压储存到地下，采气期即用气高峰期时从地下采出供给各用户。

由于天然气管网来气压力波动范围较大，当注气期管网来气压力较高，高于储气库注气压缩机所能适应的入口压力时，需要经过节流将压力降低到注气压缩机所需入口压力再进行增压注入地下；同时，由于储气库注气期注入气量大且注入压力较高，注气压缩机运行时产生大量的热量，一般会通过压缩机机组配置的冷却系统对压缩后的高温天然气进行冷却，使得储气库注气期大量的压力能及注气压缩机的余热未得到有效利用，造成能量浪费。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种储气库余压余热耦合发电系统及方法，通过第二换热器与第一换热器之间的循环换热，将注气压缩机进行增压过程中的热量传递至储气库输出的天然气，加热后的天然气通过膨胀机及发电机组进行降压的同时实现发电，实现了注气压缩机的余热回收以及注气期的余压发电，加强了储气库余能回收利用，有效提高了储气库的能量利用率。

为实现上述目的，本发明提供了一种储气库余压余热耦合发电系统，包括：第一换热器、膨胀机及发电机组、注气压缩机、发电并网接入组件、第二换热器和中间介质循环泵；

输气管网通过所述第一换热器与所述膨胀机及发电机组的输入端相连通，所述膨胀机及发电机组的输出端与所述注气压缩机相连通，所述膨胀机及发电机组与所述发电并网接入组件相连接；

所述注气压缩机的输出端通过注气管道连通至储气库，所述第二换热器安装于所述注气压缩机的多级压缩机的级间，所述第二换热器与所述第一换热器通过所述中间介质循环泵循环换热；

所述输气管网输入的天然气通过所述第一换热器加热后，通过所述膨胀机及发电机组进行降压的同时进行发电，并由所述发电并网接入组件进行电力并网，所述注气压缩机对降压后的天然气进行逐级压缩至预设压力，并输出至所述注气管道，所述第二换热器对所述注气压缩机压缩过程中产生的热量进行换热，并通过所述中间介质循环泵将热量循环传递至所述第一换热器。

在上述技术方案中，优选地，所述输气管网的输出端设置过滤分离器，所述过滤分离器与所述第一换热器相连接，所述输气管网输入的天然气通过所述过滤分离器进行过滤分离后输出至所述第一换热器进行换热。

在上述技术方案中，优选地，所述注气压缩机包括一级压缩机、二级压缩机和三级压缩机，所述一级压缩机、所述二级压缩机和所述三级压缩机依次串联连接，所述一级压缩机的输入端与所述膨胀机及发电机组的输出端相连通，所述三级压缩机的输出端与所述注气管道相连通，所述第二换热器安装于所述二级压缩机与所述三级压缩机之间。

在上述技术方案中，优选地，所述第二换热器的输出端与所述第一换热器的输入端相连通，所述中间介质循环泵的输入端与所述第一换热器的输出端相连通，所述中间介质循环泵的输出端与所述第二换热器的输入端相连通，所述中间介质循环泵的泵送作用实现所述第二换热器至所述第一换热器的循环换热。

在上述技术方案中，优选地，所述膨胀机及发电机组中的膨胀机与发电机为同轴安装，所述膨胀机在对天然气进行降压的同时带动同轴的所述发电机运转实现发电。

本发明还提出一种储气库余压余热耦合发电方法，应用于上述技术方案中任一项公开的储气库余压余热耦合发电系统，包括：

将输气管网的天然气输出至第一换热器进行加热，加热后的天然气输出至膨胀机及发电机组；

所述膨胀机及发电机组对加热后的高压天然气进行降压的同时实现发电，并通过发电并网接入组件实现电力并网；

通过注气压缩机对降压后的天然气进行逐级压缩，并通过第二换热器对压缩过程中产生的热量进行换热，天然气压缩至预设压力后通过注气管道注入储气库；

所述第二换热器换热得到的热量通过中间介质循环泵传递至所述第一换热器，实现循环换热。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：通过第二换热器与第一换热器之间的循环换热，将注气压缩机进行增压过程中的热量传递至输气管网输入的天然气，加热后的天然气通过膨胀机及发电机组进行降压的同时实现发电，实现了注气压缩机的余热回收以及注气期的余压发电，加强了储气库余能回收利用，有效提高了储气库的能量利用率。

附图说明

图1为本发明一种实施例公开的储气库余压余热耦合发电系统的工艺流程示意图。

图中，各组件与附图标记之间的对应关系为：

1.第一换热器，2.膨胀机及发电机组，3.一级压缩机，4.二级压缩机，5.三级压缩机，6.发电并网接入组件，7.第二换热器，8.中间介质循环泵，9.过滤分离器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

如图1所示，根据本发明提供的一种储气库余压余热耦合发电系统，包括：第一换热器1、膨胀机及发电机组2、注气压缩机、发电并网接入组件6、第二换热器7和中间介质循环泵8；

输气管网通过第一换热器1与膨胀机及发电机组2的输入端相连通，膨胀机及发电机组2的输出端与注气压缩机相连通，膨胀机及发电机组2与发电并网接入组件6相连接；

注气压缩机的输出端通过注气管道连通至储气库，第二换热器7安装于注气压缩机的多级压缩机的级间，第二换热器7与第一换热器1通过中间介质循环泵8循环换热；

输气管网输入的天然气通过第一换热器1加热后，通过膨胀机及发电机组2进行降压的同时进行发电，并由发电并网接入组件6进行电力并网，注气压缩机对降压后的天然气进行逐级压缩至预设压力，并输出至注气管道，第二换热器7对注气压缩机压缩过程中产生的热量进行换热，并通过中间介质循环泵8将热量循环传递至第一换热器1。

在该实施方式中，通过第二换热器7与第一换热器1之间的循环换热，将注气压缩机进行增压过程中的热量传递至储气库输出的天然气，加热后的天然气通过膨胀机及发电机组2进行降压的同时实现发电，实现了注气压缩机的余热回收以及注气期的余压发电，加强了储气库余能回收利用，有效提高了储气库的能量利用率。

具体地，输气管网输入的天然气，首先进入第一换热器1与中间介质换热后进入膨胀机及发电机组2，膨胀降压后进入下游已建的注气压缩机；同时中间介质经第二换热器7与注气压缩机的级间工艺气换热之后，循环至第一换热器1与天然气进行换热，再经中间介质循环泵8增压循环换热。其中，膨胀降压过程中，天然气降压过程中的势能转换为动能，再由动能转换为电能，所发电力并网使用，实现余压余热的耦合发电，从而有效利用储气库的余压余热资源，减少了能量的浪费，有利于节能减排、实现绿色发展，同时为储气库带来经济收益与环保价值。

在上述实施方式中，优选地，输气管网的输出端设置过滤分离器9，过滤分离器9与第一换热器1相连接，输气管网输入的天然气通过过滤分离器9进行过滤分离后输出至第一换热器1进行换热。其中，过滤分离器9不仅能滤除天然气中的各种微小颗粒，而且能有效的滤除天然气中的水份、纤维和悬浮物，是一种理想的油料净化设备，也适用于各类需净化的精细化工原料。

在上述实施方式中，优选地，注气压缩机包括一级压缩机3、二级压缩机4和三级压缩机5，一级压缩机3、二级压缩机4和三级压缩机5依次串联连接，一级压缩机3的输入端与膨胀机及发电机组2的输出端相连通，三级压缩机5的输出端与注气管道相连通，第二换热器7安装于二级压缩机4与三级压缩机5之间。

具体地，在实施过程中，为了适应注气压缩机的入口压力，需要先对天然气进行降压，同时，为了有效利用高压天然气的余压势能，利用膨胀机及发电机组2对天然气进行膨胀降压的同时实现发电。

然后，再利用注气压缩机中的多级压缩机，对天然气逐级增压至所需的压力，然后将其注入地下的储气库。在此过程中，增压产生的热量，由第二换热器7、中间介质循环泵8和第一换热器1的循环换热传递至由储气库输出的天然气，实现对天然气的加热，加热后的天然气在膨胀机及发电机组2的降压发电过程中具有更高的势能，实现对余热的利用。

在该实施方式中，注气压缩机采用多级增压方式，具体地，在实施过程中，注气压缩机可以采用至少两级压缩机，比如两级增压或四级增压。第二换热器的安装位置，既要考虑对增压过程中热量的充分利用，即尽量安装于热量积蓄达到一定量的增压阶段的后期，同时也要考虑到增压过程中压力增大导致的设备成本，兼顾成本的同时充分利用增压过程中的热量。

在上述实施方式中，优选地，第二换热器7的输出端与第一换热器1的输入端相连通，中间介质循环泵8的输入端与第一换热器1的输出端相连通，中间介质循环泵8的输出端与第二换热器7的输入端相连通，中间介质循环泵8的泵送作用实现第二换热器7至第一换热器1的循环换热。

在上述实施方式中，优选地，膨胀机及发电机组2中的膨胀机与发电机为同轴安装，膨胀机在对天然气进行降压的同时带动同轴的发电机运转实现发电。发电并网接入组件6包括并网柜和10kV配电室开关柜，发电机所发电力通过并网柜和10kV配电室开关柜的输配，最终接入电网。

如图1所示，其中过滤分离器9、稳压阀、一级压缩机3、二级压缩机4、三级压缩机5和每一级压缩机3后安装的空冷器，为现有技术中的地下储气装置组件。在此基础上，本发明增加设置第一换热器1、膨胀机及发电机组2、发电并网接入组件6、第二换热器7和中间介质循环泵8。在实施过程中，空冷器与第二换热器7串联，第二换热器7的旁路通道通过阀门关闭，即可改造得到本发明所公开的储气库余压余热耦合发电系统，改造简单、改造成本低。

本发明还提出一种储气库余压余热耦合发电方法，应用于上述实施方式中任一项公开的储气库余压余热耦合发电系统，包括：

将输气管网的天然气输出至第一换热器1进行加热，加热后的天然气输出至膨胀机及发电机组2；

膨胀机及发电机组2对加热后的高压天然气进行降压的同时实现发电，并通过发电并网接入组件6实现电力并网；

通过注气压缩机对降压后的天然气进行逐级压缩，并通过第二换热器7对压缩过程中产生的热量进行换热，天然气压缩至预设压力后通过注气管道注入地下的储气库；

第二换热器7换热得到的热量通过中间介质循环泵8传递至第一换热器1，实现循环换热。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。