天然气差压能发电系统的可行性研究

摘 要：随着天然气使用范围的扩大，将会有大量的差压能可以利用发电。燃气通过节流阀压力下降，产生差压能并释放大量冷量，在减压阀口发生霜冻现象，造成燃气管道堵塞。常规的解决方案是通过换热器，对高压的天然气进行提前加热，这样不仅需要消耗大量天然气，而且会排放污染物，压降能量全部浪费，若采用透平膨胀机在节流阀处吸收差压能用以发电，将取得显著地经济效益和节能效果。文章介绍了天然气差压能发电系统的构成及工艺流程，并分析了系统的可行性。

关键词：天然气；差压能发电；透平膨胀机

1 概述

本工程建设规模为2×200MW级燃气-蒸汽联合循环热电机组，供热能力200t/h以上，考虑扩建的条件。本工程燃料采用“西气东输”一线的天然气，来自于新疆塔里木盆地。本工程所需天然气拟由城市分输站引接，厂址处于城市分输站东侧约500m，进厂天然气管线自分输站直埋敷设进厂，天然气管道接入点压力暂时按照4.0MPa考虑。

2 常规设计描述

本工程常规的设计方案为：来自于天然气供应公司输气管道的天然气在电厂边界外一米处与厂区天然气管道连接。进入厂区之后天然气首先进入布置在厂区的天然气调压站，对厂外来气起控制、调压、加热、安全保护等作用，达到满足燃气轮机天然气进气品质的要求。天然气调压站主要由进口开关阀、过滤器、调压器、切断阀、安全放散阀、出口开关阀等部分组成。天然气经过调压站处理后，可以有效地清除燃气中的液滴和固体颗粒杂质，并在燃气轮机入口处维持主机允许的进气压力，保障机组运行的安全性。

3 优化方案描述

系统拟定

天然气差压能回收透平发电装置是利用差压能，将天然气导入透平膨胀机作功，驱动发电机发电的一种能量回收装置。该装置能回收原先由天然气调压站释放的能量，并解决原调压阀组减压时产生的管道振动和霜冻堵塞，这种能量回收的透平发电装置，无污染，零排放，是公认的节能环保装置。天然气降压发电系统布置在高压管线和低压管线之间。主要设备包括透平膨胀机、发电机、燃料电池以及换热器、电能适配器、稳压阀等配套设备。透平膨胀机将高压气体膨胀做功转换成机械能，带动发电机运转，产生电能；并将产生的大量热能通过换热器传递给透平膨胀机高压气体，避免在透平膨胀机内的温度骤降中产生霜冻损坏设备。稳压阀用于调节气流，当负荷变化时，透平膨胀机仍能保持平稳运行口。

天然气经透平透平膨胀机后，压力将下降到2.5MPa左右，然后进入天然气前置模块，作为燃气轮机发电的燃料。

5 运行经济性

本工程燃气轮机机组满负荷发电时，天然气流量约为80000 Nm3/h，每小时发电量约为850kW·h，按照全年设备运行6220小时计算，年发电量约528万kW·h。

天然气在调压过程中将损失大量的压力能，还会因为急剧降温对调压及管道设备运行安全构成威胁。如果能采取适当的措施回收利用压力能，将提高能源的利用率，减少资源浪费，对于坚持节约高效、清洁环保的新利能源发展具有重大意义。

6 投资与效益测算

6.1 投资成本估算

项目的全部成本包括：透平透平膨胀机、变速箱、发电机、预热器、连接设备、控制设备、管网连接设备成本和安装费用。项目总投资约500万元。

6.2 效益评估

本工程燃气轮机机组满负荷发电时，天然气流量约为80000 Nm3/h，透平膨胀发电机组每小时发电量约为850kW·h，按照全年设备运行6220小时计算，年发电量约528万kW·h，按照上网电价为682.44元/MWh（含增值税）计算，每年节约价值约360万元，投资回收年限约为1.47年（未考虑设备折旧）。

7 结束语

（1）通过以上的分析和计算可以看出，采用余压透平膨胀发电装置投资少、见效快，可降低发电成本，弥补部分电力缺口。

（2）本工程利用天然气在调压站的压力差膨胀发电，无需消耗其他能源，运行费用低，经济效益显著，按照全年设备运行6220小时计算，投资回收年限约为1.47年（未考虑设备折旧）。

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