天然气压力发电系统的制作方法

1.本实用新型涉及天然气技术领域，具体涉及一种天然气压力发电系统。


背景技术：

2.天然气通过天然气管网进行输送，在输送过程中天然气具有较高的压力，在将天然气送至用户端进行使用前，需要通过天然气调压站对管网内的天然气降压。相关技术中，天然气调压站设有膨胀机和发电机以形成天然气压力发电系统，通过利用天然气降压过程中的压力发电并供入电网，天然气压力发电系统同时设有产生热量的设备对天然气进行升温复热。但是，设置产生热量的设备会提升天然气压力发电系统的建造成本以及结构的复杂性，同时，在天然气调压站设置发电机还需要进行防爆处理，同样会提升天然气压力发电系统的建造成本以及结构的复杂性。天然气调压站无法消纳压力发电产生的电能，压力发电并入电网还需要投入并网设施，也会增加天然气压力发电系统的建造成本以及结构的复杂性。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的实施例提出一种天然气压力发电系统，该天然气压力发电系统将发电机设在用户端以将电能供给用户端的用电设备，无需对发电机进行防爆处理，同时利用用户端的余热使天然气升温，以降低天然气压力发电系统的建造成本以及结构的复杂性。
4.本实用新型实施例的天然气压力发电系统包括：
5.第一膨胀组件，所述第一膨胀组件用于获取天然气，并使天然气膨胀做功并降压；
6.压缩组件，所述压缩组件与所述第一膨胀组件相连，以在所述第一膨胀组件的驱动下压缩循环介质；
7.换热组件，所述换热组件包括彼此独立的第一腔和第二腔，所述第一腔与所述第一膨胀组件连通，以获取所述第一膨胀组件排出的天然气，所述第二腔的出口端与所述压缩组件连通，以向所述压缩组件供给循环介质，所述第一腔内的天然气和所述第二腔内的循环介质可进行热交换，以使所述第一腔内的天然气升温并使所述第二腔内的所述循环介质降温；
8.余热加热器，所述余热加热器用于设在用户端以获取用户端的余热，所述余热加热器连通所述压缩组件，以获取压缩后的循环介质，并通过用户端的余热加热循环介质；
9.第二膨胀组件，所述第二膨胀组件用于设在用户端，所述第二膨胀组件连通在所述余热加热器和所述第二腔的入口端之间，以获取加热后的循环介质并膨胀做功，并将做功后的循环介质供入所述第二腔；
10.发电机，所述发电机用于设在用户端，所述发电机与所述第二膨胀组件相连，以在所述第二膨胀组件的驱动下发电，并用于将电能供给用户端的用电设备。
11.本实用新型实施例的天然气压力发电系统将第二膨胀组件与发电机设在用户端，
以利用循环介质传递天然气降压释放的压力并产生电力，电力不经过电网而直接供给用户端的用电设备，且发电机无需进行防爆处理，同时，利用余热加热器获取用户端的余热，并通过循环介质和换热组件利用余热使天然气升温，不需要配置天然气复热设施，以降低天然气压力发电系统的建造成本以及结构的复杂性。
12.在一些实施例中，所述用户端设有生产设备，所述余热加热器包括彼此独立的第三腔和第四腔，所述第三腔连通在所述压缩组件和所述第二膨胀组件之间，所述第四腔与所述生产设备连通，以获取载有所述生产设备的余热的余热介质，所述第三腔内的循环介质和所述第四腔内的余热介质可进行热交换，以使所述第三腔内的循环介质升温并使所述第四腔内的所述余热介质降温。
13.在一些实施例中，所述生产设备具有热水管网，所述余热介质为水，所述热水管网与所述第四腔连通，以向所述第四腔供入载有余热的水；或者
14.所述生产设备具有蒸汽管网，所述余热介质为蒸汽，所述蒸汽管网与所述第四腔连通，以向所述第四腔供入载有余热的蒸汽。
15.在一些实施例中，所述第一膨胀组件包括第一膨胀机和第二膨胀机，所述第一腔包括第一子腔和第二子腔，
16.所述第一膨胀机用于获取天然气，并使天然气进行第一次膨胀做功并降压，
17.所述第一子腔连通在所述第一膨胀机和所述第二膨胀机之间，以将第一次降压后的天然气供入所述第二膨胀机，所述第一子腔内的天然气可与所述第二腔内的循环介质可进行热交换，以使所述第一子腔内的天然气升温并使所述第二腔内的所述循环介质降温，
18.所述第二膨胀机用于天然气进行第二次膨胀做功并降压，
19.所述第二子腔与所述第二膨胀机连通，以获取第二次降压后的天然气，所述第二子腔内的天然气可与所述第二腔内的循环介质可进行热交换，以使所述第二子腔内的天然气升温并使所述第二腔内的所述循环介质降温。
20.在一些实施例中，所述第一膨胀机与第一管道连通，以获取所述第一管道内的天然气；
21.所述第二子腔与第二管道连通，以将第二次降压后的天然气供入所述第二管道。
22.在一些实施例中，所述压缩组件包括串联的多个压缩机或压缩泵。
23.在一些实施例中，所述第二膨胀组件包括串联的多个第三膨胀机。
24.在一些实施例中，所述发电机为非防爆电机。
25.在一些实施例中，所述循环介质为氮气、二氧化碳、干空气、惰性气体、水和有机工质中的一种。
附图说明
26.图1是本实用新型实施例的天然气压力发电系统的示意图。
27.附图标记：
28.1.第一膨胀组件；11.第一膨胀机；12.第二膨胀机；2.压缩组件；3.换热组件；31.第一腔；311.第一子腔；312.第二子腔；32.第二腔；4.余热加热器；41.第三腔；42.第四腔；5.第二膨胀组件；6.发电机。
具体实施方式
29.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
30.下面参考附图1描述根据实用新型实施例的天然气压力发电系统。
31.如图1所示，本实用新型实施例的天然气压力发电系统包括第一膨胀组件1、压缩组件2、换热组件3、余热加热器4、第二膨胀组件5和发电机6。
32.第一膨胀组件1用于获取天然气，并使天然气膨胀做功并降压。压缩组件2与第一膨胀组件1相连，以在第一膨胀组件1的驱动下压缩循环介质。
33.具体地，如图1所示，第一膨胀组件1的入口与天然气管网连通，且第一膨胀组件1与天然气减压撬并联设置，天然气管网中的天然气进入第一膨胀组件1内膨胀做功并降压，第一膨胀组件1具有输出轴，输出轴与压缩组件2相连，天然气做功驱动输出轴旋转，进而驱动压缩组件2压缩循环介质。
34.换热组件3包括彼此独立的第一腔31和第二腔32，第一腔31与第一膨胀组件1连通，以获取第一膨胀组件1排出的天然气，第二腔32的出口端与压缩组件2连通，以向压缩组件2供给循环介质，第一腔31内的天然气和第二腔32内的循环介质可进行热交换，以使第一腔31内的天然气升温并使第二腔32内的循环介质降温。
35.具体地，如图1所示，换热组件3包括彼此独立的第一腔31和第二腔32，第一腔31和第二腔32可以是腔室，也可以管道内的空间，第一腔31通过管道与第一膨胀组件1的出口连通，以使第一膨胀组件1内做功后的天然气进入第一腔31，第二腔32的出口端与压缩组件2的入口通过管道连通，以向压缩组件2供给循环介质，第一腔31内的天然气和第二腔32内的循环介质可进行热交换，以使第一腔31内的天然气升温并使第二腔32内的循环介质降温，升温后的天然气从第一腔31排出以供给下游管网利用。优选的，第一膨胀组件1、压缩组件2和换热组件3均设在天然气调压站内。
36.余热加热器4用于设在用户端以获取用户端的余热，余热加热器4连通压缩组件2，以获取压缩后的循环介质，并通过用户端的余热加热循环介质。第二膨胀组件5用于设在用户端，第二膨胀组件5连通在余热加热器4和第二腔32的入口端之间，以获取加热后的循环介质并膨胀做功，并将做功后的循环介质供入第二腔32。发电机6用于设在用户端，发电机6与第二膨胀组件5相连，以在第二膨胀组件5的驱动下发电，并用于将电能供给用户端的用电设备。
37.具体地，如图1所示，余热加热器4、第二膨胀组件5和发电机6均设在用户端，用户端与天然气调压站之间具有一定距离，余热加热器4通过管路连通在压缩组件2和第二膨胀组件5之间，第二膨胀组件5通过管路与第二腔32的入口端连通，换言之，第二腔32的出口端、压缩组件2、余热加热器4、第二膨胀组件5和第二腔32的入口端依次连通并形成循环通路，循环介质在循环通路内循环流动，循环介质在第二腔32内进行热交换后进入压缩组件2并被压缩，压缩后的循环介质进入余热加热器4，余热加热器4能够获取用户端的余热并通过余热提升循环介质的温度，升温后的循环介质进入第二膨胀组件5内膨胀做功，做功后的循环介质再次进入第二腔32内，并将用户端的余热经第二膨胀组件5后的剩余余热携带至第二腔32内以进行热交换。发电机6与第二膨胀组件5相连，循环介质在第二膨胀组件5内做
功用于驱动发电机6产生电能，并将电能供给用户端的用电设备。
38.优选地，第二膨胀组件5为一个第三膨胀机，第三膨胀机的输出轴与发电机6相连，循环介质膨胀做功驱动输出轴旋转，以驱动发电机6发电，用户端具有多个用电设备，多个用电设备均与发电机6相连，以通过发电机6同时对多个用电设备提供电力。
39.可以理解的是，第二膨胀组件的结构不限于为一个第三膨胀机，在另一些实施例中，第二膨胀组件包括串联的多个第三膨胀机，以使循环介质逐级膨胀做功，多个第三膨胀机可以共轴连接以驱动一个发电机产生电能，也可以设置多个发电机与多个第三膨胀机一一对应连接，多个发电机对应多个用户端或者多个用电设备。
40.本实用新型实施例的天然气压力发电系统将第二膨胀组件与发电机设在用户端，以利用循环介质传递天然气降压释放的压力并产生电力，发电机处于用户端的非爆炸性环境，无需进行防爆处理，同时，电力不经过电网而直接供给用户端的用电设备，因此避免了将发电机连接电网而产生的结构复杂的问题。此外，天然气压力发电系统利用余热加热器获取用户端的余热，并通过循环介质和换热组件利用余热使天然气升温，因此无需在天然气调压站设置独立的加热设备以提升天然气的温度，能够降低天然气调压站的建造成本以及结构的复杂性。
41.在一些实施例中，用户端设有生产设备，余热加热器4包括彼此独立的第三腔41和第四腔42，第三腔41连通在压缩组件2和第二膨胀组件5之间，第四腔42与生产设备连通，以获取载有生产设备的余热的余热介质，第三腔41内的循环介质和第四腔42内的余热介质可进行热交换，以使第三腔41内的循环介质升温并使第四腔42内的余热介质降温。
42.如图1所示，余热加热器4优选为热交换器，其包括彼此独立的第三腔41和第四腔42，第三腔41和第四腔42可以是腔室，也可以管道内的空间，第三腔41连通在压缩组件2和第二膨胀组件5之间，以用于将压缩后的循环介质传递至第二膨胀组件5，第四腔42与用户端的生产设备连通，以用于获取载有生产设备的余热的余热介质，第三腔41内的循环介质和第四腔42内的余热介质可进行热交换，以使第三腔41内的循环介质升温并使第四腔42内的余热介质降温，供入第二膨胀组件5的循环介质是经热交换升温后的。
43.在一些实施例中，生产设备具有热水管网，余热介质为水，热水管网与第四腔42连通，以向第四腔42供入载有余热的水；或者生产设备具有蒸汽管网，余热介质为蒸汽，蒸汽管网与第四腔42连通，以向第四腔42供入载有余热的蒸汽。
44.具体地，生产设备可以为具有热水管网，余热介质为水，生产作业后的水载有生产作业产生的余热并进入热水管网，热水管网与第四腔42连通，以将载有余热的水与第三腔41内的循环介质进行热交换，从而将余热传递给循环介质，使循环介质升温。
45.生产设备也可以为具有蒸汽管网，余热介质为蒸汽，生产作业产生的蒸汽进入蒸汽管网，蒸汽管网与第四腔42连通，以将蒸汽与第三腔41内的循环介质进行热交换，从而将蒸汽携带的余热传递给循环介质，使循环介质升温。
46.可以理解的是，余热加热器的结构不限于与热水管网或蒸汽管网连通，在另一些实施例中，用户端为高温环境的生产车间，余热加热器为空气热交换器，以用于获取生产车间的空气中的余热。
47.在一些实施例中，第一膨胀组件1包括第一膨胀机11和第二膨胀机12，第一腔31包括第一子腔311和第二子腔312，
48.第一膨胀机11用于获取天然气，并使天然气进行第一次膨胀做功并降压，
49.第一子腔311连通在第一膨胀机11和第二膨胀机12之间，以将第一次降压后的天然气供入第二膨胀机12，第一子腔311内的天然气可与第二腔32内的循环介质可进行热交换，以使第一子腔311内的天然气升温并使第二腔32内的循环介质降温，
50.第二膨胀机12用于天然气进行第二次膨胀做功并降压，
51.第二子腔312与第二膨胀机12连通，以获取第二次降压后的天然气，第二子腔312内的天然气可与第二腔32内的循环介质可进行热交换，以使第二子腔312内的天然气升温并使第二腔32内的循环介质降温。
52.如图1所示，第一膨胀组件1包括第一膨胀机11和第二膨胀机12，第一腔31包括第一子腔311和第二子腔312，第一膨胀机11、第一子腔311、第二膨胀机12和第二子腔312依次连通，天然气管网与第一膨胀机11连通，天然气管网内的天然气供入第一膨胀机11内，并在第一膨胀机11内进行第一次膨胀做功并降压，第一次降压后的天然气进入第一子腔311并与第二腔32内的循环介质进行热交换，以使第一次降压后的天然气升温并使第二腔32内的循环介质降温，第一子腔311排出的天然气进入第二膨胀机12内进行第二次膨胀做功并再次降压，第二次降压后的天然气进入第二子腔312并与第二腔32内的循环介质进行热交换，以使第二次降压后的天然气升温并使第二腔32内的循环介质降温，最后天然气从第二子腔312排出以供给下游管网利用。
53.设置第一膨胀机和第二膨胀机对天然气逐级降压能够降低单个膨胀机的工作负荷，同时设置第一子腔和第二子腔对两次降压的天然气分别升温也能够保证升温的效果。对天然气的第一次升温和第二次升温均是用于使天然气复热至零度以上。
54.可以理解的是，第一膨胀组件的结构不限于包括第一膨胀机和第二膨胀机，在另一些实施例中，第一膨胀组件仅包括一个膨胀机。
55.可以理解的是，换热组件的结构不限于图1所示的结构，在另一些实施例中，换热组件包括两个换热器，其中一个换热器用于循环介质与第一次降压后的天然气进行热交换，另一个换热器用于循环介质与第二次降压后的天然气进行热交换。
56.在一些实施例中，第一膨胀机11和第二膨胀机12共轴连接以驱动压缩组件2。如图1所示，第一膨胀机11和第二膨胀机12共轴连接，压缩组件2优选为一个压缩机或压缩泵，第一膨胀机11和第二膨胀机12做功共同驱动该压缩机或压缩泵运行。可以理解的是，第一膨胀机和第二膨胀机不限于共轴连接，在另一些实施例中，压缩组件2包括串联的多个压缩机或压缩泵，优选为两个压缩机，第一膨胀机和第二膨胀机分别连接对应的一个压缩机，以通过两个压缩机对循环介质逐级压缩。
57.在一些实施例中，第一膨胀机11与第一管道连通，以获取第一管道内的天然气；第二子腔312与第二管道连通，以将第二次降压后的天然气供入第二管道。
58.具体地，第一膨胀机11的入口通过第一管道与天然气管网连通，以用于获取天然气管网内的天然气。第二子腔312的出口端与第二管道连通，以通过第二管道将第二次降压后的天然气供入下游天然气管网进行使用。
59.在一些实施例中，发电机6为非防爆电机。
60.在一些实施例中，循环介质为氮气、二氧化碳、干空气、惰性气体、水和有机工质中的一种。
61.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
62.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
63.在本实用新型中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
64.尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本实用新型的保护范围内。

技术特征：
1.一种天然气压力发电系统，其特征在于，包括：第一膨胀组件(1)，所述第一膨胀组件(1)用于获取天然气，并使天然气膨胀做功并降压；压缩组件(2)，所述压缩组件(2)与所述第一膨胀组件(1)相连，以在所述第一膨胀组件(1)的驱动下压缩循环介质；换热组件(3)，所述换热组件(3)包括彼此独立的第一腔(31)和第二腔(32)，所述第一腔(31)与所述第一膨胀组件(1)连通，以获取所述第一膨胀组件(1)排出的天然气，所述第二腔(32)的出口端与所述压缩组件(2)连通，以向所述压缩组件(2)供给循环介质，所述第一腔(31)内的天然气和所述第二腔(32)内的循环介质可进行热交换，以使所述第一腔(31)内的天然气升温并使所述第二腔(32)内的所述循环介质降温；余热加热器(4)，所述余热加热器(4)用于设在用户端以获取用户端的余热，所述余热加热器(4)连通所述压缩组件(2)，以获取压缩后的循环介质，并通过用户端的余热加热循环介质；第二膨胀组件(5)，所述第二膨胀组件(5)用于设在用户端，所述第二膨胀组件(5)连通在所述余热加热器(4)和所述第二腔(32)的入口端之间，以获取加热后的循环介质并膨胀做功，并将做功后的循环介质供入所述第二腔(32)；发电机(6)，所述发电机(6)用于设在用户端，所述发电机(6)与所述第二膨胀组件(5)相连，以在所述第二膨胀组件(5)的驱动下发电，并用于将电能供给用户端的用电设备。2.根据权利要求1所述的天然气压力发电系统，其特征在于，所述用户端设有生产设备，所述余热加热器(4)包括彼此独立的第三腔(41)和第四腔(42)，所述第三腔(41)连通在所述压缩组件(2)和所述第二膨胀组件(5)之间，所述第四腔(42)与所述生产设备连通，以获取载有所述生产设备的余热的余热介质，所述第三腔(41)内的循环介质和所述第四腔(42)内的余热介质可进行热交换，以使所述第三腔(41)内的循环介质升温并使所述第四腔(42)内的所述余热介质降温。3.根据权利要求2所述的天然气压力发电系统，其特征在于，所述生产设备具有热水管网，所述余热介质为水，所述热水管网与所述第四腔(42)连通，以向所述第四腔(42)供入载有余热的水；或者所述生产设备具有蒸汽管网，所述余热介质为蒸汽，所述蒸汽管网与所述第四腔(42)连通，以向所述第四腔(42)供入载有余热的蒸汽。4.根据权利要求1所述的天然气压力发电系统，其特征在于，所述第一膨胀组件(1)包括第一膨胀机(11)和第二膨胀机(12)，所述第一腔(31)包括第一子腔(311)和第二子腔(312)，所述第一膨胀机(11)用于获取天然气，并使天然气进行第一次膨胀做功并降压，所述第一子腔(311)连通在所述第一膨胀机(11)和所述第二膨胀机(12)之间，以将第一次降压后的天然气供入所述第二膨胀机(12)，所述第一子腔(311)内的天然气可与所述第二腔(32)内的循环介质可进行热交换，以使所述第一子腔(311)内的天然气升温并使所述第二腔(32)内的所述循环介质降温，所述第二膨胀机(12)用于天然气进行第二次膨胀做功并降压，所述第二子腔(312)与所述第二膨胀机(12)连通，以获取第二次降压后的天然气，所述
第二子腔(312)内的天然气可与所述第二腔(32)内的循环介质可进行热交换，以使所述第二子腔(312)内的天然气升温并使所述第二腔(32)内的所述循环介质降温。5.根据权利要求4所述的天然气压力发电系统，其特征在于，所述第一膨胀机(11)与第一管道连通，以获取所述第一管道内的天然气；所述第二子腔(312)与第二管道连通，以将第二次降压后的天然气供入所述第二管道。6.根据权利要求1所述的天然气压力发电系统，其特征在于，所述压缩组件(2)包括串联的多个压缩机或压缩泵。7.根据权利要求1所述的天然气压力发电系统，其特征在于，所述第二膨胀组件(5)包括串联的多个第三膨胀机。8.根据权利要求1所述的天然气压力发电系统，其特征在于，所述发电机(6)为非防爆电机。9.根据权利要求1所述的天然气压力发电系统，其特征在于，所述循环介质为氮气、二氧化碳、干空气、惰性气体、水和有机工质中的一种。

技术总结
本实用新型提供一种天然气压力发电系统，所述天然气压力发电系统包括第一膨胀组件、压缩组件、换热组件、余热加热器、第二膨胀组件和发电机，余热加热器、第二膨胀组件和发电机设在用户端，压缩组件、换热组件、余热加热器和第二膨胀组件依次连通以用于循环介质循环移动，余热加热器将用户端的余热转移至循环介质，换热组件通过循环介质与天然气热交换使天然气升温，第一膨胀组件用于天然气膨胀做功驱动压缩组件，并使天然气降压，第二膨胀组件用于循环介质膨胀做功驱动发电机发电。本实用新型的天然气压力发电系统将发电机设在用户端，无需进行防爆处理，同时利用用户端的余热使天然气升温，降低天然气压力发电系统的建造成本以及结构的复杂性。结构的复杂性。结构的复杂性。


技术研发人员：郑开云 徐振宇 俞国华 池捷成 舒梦影 陶林
受保护的技术使用者：势加透博洁净动力如皋有限公司
技术研发日：2023.02.01
技术公布日：2023/5/26