天然氣壓能冷能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的理論分析與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、天然氣作為一種清潔能源，在全球一次能源消費(fèi)中的比例逐年上升。我國天然氣消費(fèi)所占比例已由2004年的2.35％上升至2014年的5.62％，預(yù)計(jì)在2035年，將達(dá)到12％。天然氣需求量的急劇增長推動(dòng)天然氣行業(yè)的發(fā)展，天然氣輸送管道及管網(wǎng)建設(shè)規(guī)模隨之發(fā)展擴(kuò)大，截止到2014年底，我國已經(jīng)建成天然氣管道8.5萬公里。考慮天然氣輸送過程中的經(jīng)濟(jì)性，當(dāng)前世界輸送管道壓力普遍在10MPa以上，我國的“西氣東輸”二線的設(shè)計(jì)壓力達(dá)12MPa。高壓天然氣

2、輸送至城市天然氣門站后，需要根據(jù)下游用戶的供氣壓力要求，通過調(diào)壓器降壓后再供給用戶使用。傳統(tǒng)的調(diào)壓器降壓方式造成大量的壓力能白白損失，并且節(jié)流后天然氣溫度過低，往往需要節(jié)流前預(yù)熱或節(jié)流后再熱。
　　本文運(yùn)用壓能發(fā)電技術(shù)和有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電技術(shù)，設(shè)計(jì)天然氣壓能冷能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，利用螺桿膨脹機(jī)替代調(diào)壓器，回收天然氣膨脹過程中產(chǎn)生的壓力能和冷能進(jìn)行發(fā)電，從而達(dá)到提高能源利用率的目的，同時(shí)改善天然氣管道運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。
　　對(duì)壓能發(fā)電系

3、統(tǒng)和有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行理論分析，研究系統(tǒng)性能的主要影響因素，包括工質(zhì)進(jìn)口參數(shù)、出口背壓、膨脹機(jī)性能、工質(zhì)類型等。研究表明，增大進(jìn)口壓力，提升膨脹機(jī)等熵效率，選用優(yōu)質(zhì)的低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)都有助于改善系統(tǒng)性能，提升發(fā)電效率。此外，利用炯分析法得出，天然氣膨脹后的冷(火用)隨著環(huán)境溫度的升高、膨脹比的增大而增大。
　　在理論分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并搭建了壓能冷能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置，其中壓能發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)發(fā)電量為20kW，冷能發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)發(fā)

4、電量為2kW。實(shí)驗(yàn)中以高壓空氣替代天然氣進(jìn)行研究，研究膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速一定的情況下，系統(tǒng)發(fā)電量、發(fā)電效率、膨脹機(jī)等熵效率、膨脹前后溫差及冷炯等參數(shù)隨膨脹機(jī)進(jìn)口壓力的變化規(guī)律;相同進(jìn)口壓力、不同進(jìn)口溫度下膨脹機(jī)等熵效率及單位質(zhì)量發(fā)電量的對(duì)比。此外，各設(shè)備間的匹配度影響著系統(tǒng)的發(fā)電量，潤滑油流量對(duì)系統(tǒng)發(fā)電量也有一定的影響。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，壓能發(fā)電系統(tǒng)最大發(fā)電量為14.2kW，最大單位質(zhì)量發(fā)電量為35.73kJ/kg;在1.2MPa進(jìn)口壓力下