[发明专利]一种压缩天然气发动机余压能量回收装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种余压能量回收方法，特别是一种利用压缩天然气发动机余压的能量回收装置。

背景技术

近年来，天然气作为一种新型能源在国际和国内都受到广泛的关注，天然气资源的开发和天然气发动机技术研究作为新的前沿正在迅速发展。天然气专用发动机通过良好的控制可以比同等的汽油机和柴油机具有更低的排放，有利于解决日益严重的大气污染问题；同时天然气是一种廉价的燃料，而且分布广泛具有良好的资源配置。因此天然气作为发动机动力能源是传统燃料的理想替代品。目前，压缩天然气发动机技术较为成熟，使用安全，操作方便，易于产业化，市场前景看好。但是压缩天然气发动机需要特殊的压气设备将气田开采出来的天然气压缩至20MPa储存，这一过程需要耗费大量的能源。然而，压缩天然气在进入天然气发动机使用之前需要经减压阀从20MPa减到0.2～1.0MPa，这一个过程造成了天然气压力能的极大浪费。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要提出一种压缩天然气发动机余压能量回收装置，以提高压缩天然气压力能量的利用率。

为了实现上述目的，本发明可通过下列技术方案来实现：

一种压缩天然气发动机余压能量回收装置，包括压缩天然气储存瓶、阀门A、预热器、滤器、能量回收装置、换热器、阀门B、增压器、混合器、压缩天然气发动机，所述的压缩天然气储存瓶通过管路依次与阀门A、预热器、滤器、能量回收装置、换热器、阀门B、混合器和压缩天然气发动机连接；所述的增压器通过管路与混合器连接；所述的能量回收装置是透平膨胀机。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明在压缩天然气储存瓶和压缩天然气发动机之间增加能量回收装置和换热器能够提高压缩天然气的能量利用率，充分利用压缩天然气的压力能。根据理论计算，可回收的单位质量天然气的压力能可达单位质量天然气燃烧最大热值的50％以上。其原理是高压天然气在透平膨胀机中膨胀，压力降低，速度增加，将一部分压力能及焓降转换为动能，高速天然气气流推动工作轮高速旋转，同时在工作轮流道中继续膨胀，压力及比焓继续降低。由于天然气在工作轮进出口处的速度方向和大小发生变换，工作轮中的天然气便对工作轮做功，从而把天然气的能量转换为机械功输出并传递给接收装置(如发电机、制冷压缩机等)，因而高压天然气经过透平膨胀机后，能够回收压缩天然气的压力能，同时降低了膨胀机出口气体的压力和温度。

2、本发明采用的换热器可以利用压缩天然气经过能量回收装置后降温来冷却来自压缩天然气发动机的高温冷却循环水，同时经过换热后能够提高天然气进入压缩天然气发动机的温度。

附图说明

图1是压缩天然气发动机余压能量回收系统示意图。

图中：1、压缩天然气储存瓶，2、阀门A，3、预热器，4、滤器，5、能量回收装置，6、换热器，7、阀门B，8、增压器，9、混合器，10、压缩天然气发动机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步地说明。如图1所示，压缩天然气发动机余压能量回收系统包括压缩天然气储存瓶1、阀门A2、预热器3、滤器4、能量回收装置5、换热器6、阀门B7、增压器8、混合器9、压缩天然气发动机10，所述的压缩天然气储存瓶1通过管路依次与阀门A2、预热器3、滤器4、能量回收装置5、换热器6、阀门B7、混合器9、压缩天然气发动机10连接；所述的增压器8通过管路与混合器9连接；所述的能量回收装置5是透平膨胀机；所述的换热器6能够利用压缩天然气经过能量回收装置后降温来冷却压缩天然气发动机10的冷却循环水，同时经过换热后能够提高天然气进入压缩天然气发动机10的温度。

本发明的工作过程如下：在压缩天然气发动机10开始工作之前，开启阀门A2，天然气从压缩天然气储存瓶1经阀门A2、预热器3、滤器4进入能量回收装置5中，天然气在能量回收装置5中将天然气的压力能转化为轴功输出。从能量回收装置5输出的轴功既可以用于发电，也可以用于驱动制冷压缩机制冷。经过能量回收装置5后，天然气的压力从20MPa降至0.2～1MPa，而后进入换热器6。在换热器6中，天然气与压缩天然气发动机10的冷却循环水进行热交换，使得天然气的温度升高，压缩天然气发动机10的冷却循环水的温度降低。天然气在进入压缩天然气发动机10之前升高温度有助于发挥天然气的最大热值，压缩天然气发动机10的冷却循环水温度的降低有助于压缩天然气发动机10处于良好的工作状态。之后，天然气进入到混合器9中与来自增压器8的空气混合。最后，混合后的天然气与空气一同进入到压缩天然气发动机10中燃烧。