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节能
ENERGY CONSERVATION
2010年第6期（总第335期）
天然气压力能透平回收分析与联合循环研究
郑斌
（天津城市建设学院，天津300384）
摘要：从热力学第二定律角度分析透平断胀过程中拥降的构成，对管输天然气做功能力进行理论分析，得出了温度、压力烟、化学的计算方法和透平膨胀输出轴功极限能力的评价因子。在理论分析的基础上，进一步给出了现有的基于冷电联产的联合循环方式，从机电一体化角度提出了该领域基于总能系统理论的多学科的研究思路。
关键调：燃气；压力能；烟分析；联合循环；总能系统
中图分类号：TU996;TK123文献标识码：A文章编号：1004-7948(2010)06-0018-04
引言
天然气作为燃料，其使用压力要远远低于供给压力，通常的做法是用调压器进行减压后再进行使用。在节流降压过程中，它的压降完全消耗在克服流动阻力上，天然气在流动过程中没有推动任何机械做功，压力能未得到回收。
各类压力能回收利用的方法广泛应用了透平膨胀流程。天然气在静喷嘴环流道内降压提速，射人动叶栅流道再流出，气流的动能降低，滞止恰下降，对外输出机功和冷能。冷能可用于制取 LNG，或用于橡胶破碎、轻烃提取、冷库等广泛用途。伴随冷能的产生，系统还将放散机械功。目前对于天然气压力能的成熟应用领域，基本定位于应用透平膨胀机制取LNG或直接制取冷量上。相比冷量的利用，对天然气压力能发电等机械功利用的热力学研究和机电一体化研究还比较少，缺乏系统解决方案。
1天然气透平膨胀的娟分析和可回收能量计算 1.1天然气透平膨胀的拥分析
21世纪初以来，随着拥分析在工程技术领域的应用日益广泛，首先由国外学者在天然气余压能利用的热力学方法中引人了拥分析，此后天然气压力能利用研究从单纯的工程应用转向较深人的理论探讨。Farzanehl"-2]等人在研究天然气预热对发
基金项目：天津城市建设学院新进教师科研启动项目（项目编号：
03046)
万方数据
电效率的影响时，建立了对expansionvalve的分析模型，从热力学第一定律与第二定律的统一人手对隔离系统的拥效率进行了分析，进而提出建立某科种热力系统用于生产和利用天然气等简膨胀过程中除电能外的冷能。M.Farzaneh-Gord和M.Sadi[3] 在对CHP模型进行研究时，在假定膨胀机拥效率已知的情况下建立了膨胀机输出功与比和流量的函数关系，推导了primemover输出功和换热器有效换热量计算方法，进而导出了对发电厂效率按第一定律进行评估的系数sa。MFarzaneh-Gord 和M.Sadi的研究假定膨胀机的拥效率s=0.75 primemover段总效率nice=0.3进行了系统辨识，给出了膨胀机输出功、primemover输出功及CHP 总功与时间的关系曲线，结果显示某站发电量低值 2MW，峰值8MW。
国内拥分析的方法用于热力系统的起步较早。 1988年，朱明善[4]对能量系统的拥分析进行了系统描述。天然气压力能利用方面的研究始于21世纪初。王松岭、论立勇、谢英柏、崔洪刚(")在研究基于天然气管网压力能回收的联合循环构思时，将天然气管网作为开口系统推导出了天然气比压力拥的计算公式。申安云、熊永强‘]在文献[5]的基础上进行了天然气管网压力能利用方面的分析。
拥分析法从热力学第二定律出发，即从能量的数量和质量相结合的角度出发，揭示系统热力过程中拥的转换、传递、利用和损失情况。作为状态函数，由于拥是不随具体热力过程影响而变化，因而可以用来衡量能质在环境条件下所能做出的最大