Ｇ。ｎｇｙ ｉｖｕ ｓｎｕ！三茎量茎 一 天然气透平膨胀发电技术在燃机电厂的应用 梁庆林 （广东大唐国际肇庆热电有限责任公司，广东肇庆５２６０００） 摘要：介绍了透平膨胀机的工作原理及其在天然气压力能回收方面的巨大应用前景，并以大唐肇庆燃机电厂的发电方案为例，阐明 天然气透平膨胀发电技术在燃机电厂应用具有良好的经济效益和社会效益，对其他燃机电厂的升级改造有良好的借鉴意义。 关键词：天然气；透平膨胀；发电；应用 ０引言 天然气作为高效清洁能源，近年来获得 了广泛应用。天然气在进入城市门站或燃气 电厂前，根据不同的压力要求，常用调压器进 行降压处理。由工程热力学理论可知，当天 然气具备一定的压力和温度时，就具备了一 定的能量，即由压力所体现的势能和由温度 所体现的动能，二者合称为天然气的内能。 在用调压器进行调节时，会造成部分内能损 失。以日处理５０万ｒｎ３的门站为例，压力从 ４．０ ＭＰａ降至０．４ ＭＰａ，压力能损失大约有 １０１．７万ｋＪ／ｈ，天然气透平膨胀发电技术利 用天然气在膨胀机内进行绝热膨胀，内能降 图２天然气透平膨胀发电示意图 低而对外做功，并由膨胀机驱动发电机将能量转换为电能进行 回收。 １．３压能回收能力分析 绝热膨胀透平发电机做功与气流压能之间的关系如下： Ｗ一△ＨｉＧ １ 天然气透平膨胀发电技术介绍 １．１ 透平膨胀机工作原理 式中，ｗ为透平发电机端的出力（ｋＷ）；△Ｈ。为天然气高压端与 低压端之间的绝热焓降（１ｄ／ ）；Ｇ为天然气质量流量（ｋｇ／ｓ）； 为透平机效率； 为发电机效率。 透平膨胀机是一种使压缩气体膨胀并输出功率，因而压力 降低和能量减少的原动机。在透平膨胀机中，气体的能量交换 绝热焓降的计算： 发生在导流器的喷嘴叶片间与工作叶轮内。高压气流在喷嘴 内进行部分膨胀，然后以一定的速度进入叶轮，推动叶轮旋转。 气流进入叶轮后还会进一步膨胀，气流的反冲力进一步推动叶 △Ｈ。一Ｃｐ× ×Ｅ１一（ ／ｐ ）（Ｋ－－１）／Ｋ］ 式中，ｃ 为天然气质量等压比热［ｋＪ／（ ・Ｋ）］；７＂１为天然气入 口温度（Ｋ）；ｐ 为天然气入口压力（ＭＰａ）；Ｐ 为天然气出口压力 （ＭＰａ）；Ｋ为天然气的绝热指数。 轮旋转，旋转的叶轮轴可驱动发电机组进行发电。由于气体在 膨胀机中通过的时间极短，来不及与周围环境进行热量交换， 因而绝热效率很高，此过程可视为等熵膨胀。进入透平膨胀机 ２天然气透平膨胀发电技术在燃机电厂中的应用 广东大唐国际肇庆热电有限责任公司有２台套Ｆ级燃气 机组。入厂天然气压力为５．４ ＭＰａ，通过调压撬进行调压，将 压力降到约３ ＭＰａ再送给燃机。若采用透平膨胀发 电机取代调压撬，即可实现在对天然气进行降压的同 的气体流量可通过导流叶片进行调节，以适应系统负荷。 １－２透平膨胀机用于天然气管道压差发电 天然气管道压差分配图如图１所示，天然气透平膨胀发电 示意图如图２所示。 时发出电能。现根据本公司调压站设计参数，进行差 压发电能力分析。 从设计数据可知，供气量为流量１４万 ／ｈ，天然 气密度为０．７１７ ４ ｋｇ／ ，供气量为１００．４３６ ｔ／ｈ，调压 撬入口压力 为５．４ ＭＰａ，调压撬出Ｖ１压力 为 ３ ＭＰａ，调压撬入口温度 为２８８ Ｋ，透平机效率按 ０．８，发电机效率按０．９５，减速箱效率按０．９７，天然气绝热 指数Ｋ为１．３，取平均等压比热 为２．２ ／（ ・Ｋ）。 ＡＨ．一Ｃｐ× ×Ｉ－１一（户２／ｐ１） ２．２×２８８×ｌ １ ］ 图１ 天然气管道压差分配图 ８Ｏ．１２ ｋＪ／ｋｇ 机电信息２０１４年第３３期总第４２３期１０５ Ｉ三至量鳖 Ｇ。ｎｇ — ｕ一一ｓｎｕ Ｗ一△Ｈ Ｇ 德 ＝表１发电机组技术参数 技术参数 膨胀机进口流量（单台机组）／（ｒＩ１３／ｈ） 膨胀机进口压力／ＭＰａ ８０．１２Ｘ１００．４３６×０．８×０，９７×０。９５／３．６ 设计值 —１ ６４８ ｋＷ 每小时利用天然气差压可发电１ ６４８ ｋＷ。 ２．１ 天然气压差发电方案 ２．１．１天然气压差参数 管道公司供气压力５．４～６．５ ＭＰａ，温度６～１５℃，进入电 厂经调压站调整到３ ＭＰａ、１５～５Ｏ℃供燃气轮机使用，压差约 膨胀机进口温度／℃ 膨胀机出口压力／ＭＰａ 膨胀机出口温度（天然气换热器进口温度）／℃ ２．４～３．５ ＭＰａ。 ２．１．２压差发电系统工艺流程 压差发电系统工艺流程如图３所示。 原调压阀 １号燃机 ２号燃机 图３压差发电系统工艺流程图 ２．１．３发电机组选型 天然气经膨胀做功后，气体温度会降到０℃以下，国产汽 轮发电机组都是热机，无法满足要求。当膨胀机运行温度低于 环境温度时，对制造材料和工艺要求更高，国产民用设备目前 还不能满足要求。 考虑以上因素，我们选用ＵｎｉＥｃｏ透平膨胀机发电机组，该 机组转子、变速箱在美国生产，国内做配套组装完成。其是由 高谱公司与联优机械共同开发的用于天然气等特殊气体压差 发电的专用设备。 ２．１．４装机方案 ～１ ㈣ ０ ０ 呱 ～７ 一 舢 坫 姗 ｏ∞ ０ 船 ８经测算：１４０ ０００ ｍ３／ｈ流量的天然气，压力从５．４～ ６．５ ＭＰａ降到３ ＭＰａ，发电量约１ ６２６ ｋｗ左右。需要安装１ 台２ ０００ ｋＷ发电机组。 ２．１．５发电机组技术参数 发电机组技术参数如表１所示。 ２．２经济效益 此燃机电厂２台燃机计划全年运行５ ０００ ｈ，电费按照０．７ 元／ｋＷ・ｈ进行计算： 全年发电量１ ６２６ ｋＷ×５ ０００ ｈ＝８１３万ｋＷ・ｈ，折合电费 ５６９万。 项目总投资约１ ６８０万元，投资回收期３年左右。 ２－３社会效益（减排指标） 年节约标准煤：８１３万ｋＷ・ｈ×３３０ ｇ（１ ｋＷ・ｈ电消耗标 准煤）一２ ６８３ ｔ； 年减排Ｓ（）２量：２ ６８３×０．００８ ５—２３ ｔ； 年减排Ｎ 量：２ ６８３Ｘ０．００７ ４—２０ ｔ； 年减排Ｃ（ｈ量：２ ６８３×２．６：６ ９７６ ｔ。 １０６ 天然气换热器出口温度（燃气轮机进口温度）／℃ 流量调节范围／ 机组额定容量／ｋＷ 机组装机容量／ｋＷ 发电机服务系数 输出电压／Ｖ 输出频率／Ｈｚ 系统自用电（润滑油泵、油加热器）／ｋＷ 冷却水耗量／（ ／ｈ） 密封气体、仪表气耗量／（ ／ｈ） 机组外形尺寸（长×宽×高）／（ｍＸｍＸｍ） ３结语 天然气透平膨胀发电技术利用天然气管道压力能发电，实 现了天然气的高效利用，减少了能量的浪费，为企业创造了较 好的经济效益和社会效益。体现了企业积极主动开展节能减 排活动，践行节能减排的承诺，履行了社会责任，突出了企业的 科技创新能力。 天然气透平膨胀发电技术符合国家能源政策和节能减排 政策，实施后可申请市、省、国家相关的新能源利用、节能减排 以及产学研领域的基金和奖励，彰显企业节能减排示范作用。 天然气透平膨胀发电技术促进了天然气产业节能技术的 发展，带动天然气企业的升级，可增强天然气行业竞争力，促进 燃机电厂的健康发展。 ５ ［参考文献］ ［１］江楚标．透平膨胀机及发展动态［Ｊ］．深冷技术，２００１（５） ［２］邹云．１６０万ｍ３／ｄ天然气透平膨胀机的研制［Ｊ１．深冷技术， ２００６（３） ［３］祁圣华．小型天然气透平膨胀机技术改造［Ｊ］．油气田地面丁 程，２００６（１） 收稿日期：２ｏ１４一ｌＯ一２３ 作者简介：梁庆林（１９８２），男，广西桂平人，工程师，从事发 电厂技术管理工作。 蝴 一