ДЕТАНДЕР-ГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к детандер-генераторным установкам и касается детандерных установок для производства электроэнергии при использовании энергии избыточного давления природного газа, транспортируемого по газопроводам, и может быть применена на газорегуляторных пунктах (ГРП) и газораспределительных станциях (ГРС) газопроводов.
Известно устройство для использования энергии избыточного давления газа на газораспределительной станции газопровода для получения электроэнергии (Мальханов В.П. Об утилизационной турбодетандерной установке УТДУ-2500 на ГРС-7 г. Днепропетровск // Энергосбережение и водоподготовка.-2002.-№4.-с.45-47.), содержащее кинематически соединенный с электрогенератором турбодетандер, подключенный входным патрубком к трубопроводу высокого давления до ГРС, выходным патрубком - к трубопроводу низкого давления за ГРС, а также подогреватели газа, установленные в линии трубопровода высокого давления перед детандером, обеспечивающие нагрев газа за счет сжигания части газа, прокачиваемого через детандер.
Недостатком этого устройства является необходимость в использовании источника энергии, в котором косвенно или непосредственно используется процесс сжигания топлива, например, природного газа. Это требует расхода природного топлива, ухудшает экологические показатели вследствие сжигания топлива, снижает экономические показатели установки вследствие издержек на сжигаемое топливо.
Известна установка для получения дополнительной электрической энергии за счет использования энергии избыточного давления газа (Агабабов B.C., Корягин А.В., Архаров Ю.М, Архарова А.Ю. Детандер-генераторная установка // Патент на полезную модель №39937. Россия. МПК: 7 F 25 В 11/02, F 01 К 27/00 по заявке №2004110563 от 08.04.2004. Опубл. 20.08.2004. Бюл. №23. Приоритет от 08.04.2004), содержащая кинематически соединенный с электрогенератором детандер, подключенный входным патрубком к трубопроводу высокого
давления до ГРП, выходным патрубком - к трубопроводу низкого давления за ГРП, воздушный компрессор, а также теплообменник для подогрева газа перед детандером, за счет горячего воздуха из выхлопа воздушного компрессора, и воздушную турбину, на выходе которой установлен теплообменник с циркулирующим по контуру хладагентом.
Недостатком этой установки является ее сложность, наличие потерь на передачу электрической энергии и механических потерь, связанных с тем, что детандер, генератор и воздушный компрессор с воздушной турбиной расположены на разных валопроводах. Кроме того, из-за многовальности установки неизбежны достаточно высокие безвозвратные потери масла в подшипниках валов.
Техническая задача, решаемая предлагаемой полезной моделью - состоит в повышении экономических, экологических показателей и энергоэффективности детандер-генераторной установки, а также снижение ее стоимости.
Техническая задача, решается тем, что в известной установке, содержащей последовательно соединенные трубопровод высокого давления, теплообменник подогрева газа, детандер, кинематически связанный с электрогенератором, трубопровод низкого давления, а также воздушную турбину, кинематически соединенную с воздушным компрессором, и теплообменник, с циркулирующим по контуру хладагентом, детандер, воздушный компрессор, воздушная турбина и электрогенератор кинематически связаны одним валопроводом, вход воздушного компрессора соединен с атмосферой воздухопроводом низкого давления, выход воздушного компрессора соединен со входом теплообменника подогрева газа перед детандером воздухопроводом высокого давления, и воздуховодом, соединяющим выход теплообменника со входом воздушной турбины.
Кроме того, устройство может быть снабжено механическим редуктором, установленным между детандером и воздушным компрессором.
На чертеже изображена схема предлагаемой установки.
Установка содержит трубопровод высокого давления 1, установленный по ходу подачи газа в детандер, теплообменник подогрева газа 2 типа «воздух-газ», детандер 3, воздушный компрессор 4, воздушную турбину 5 и электрогенератор 6, расположенные на одном валопроводе, трубопровод низкого давления 7, соединяющий выход детандера с газопроводом за ГРС (ГРП), трубопровод подогретого газа 8, соединяющий вход детандера с теплообменником 2, горячий воздухопровод высокого давления 9, соединяющий теплообменник 2 с выходом воздушного компрессора 4, холодный воздухопровод 10, соединяющий выход теплообменника 2 со входом воздушной турбины 5, воздуховоды низкого давления 11 и 12, соединяющие соответственно вход воздушного компрессора и выхлоп воздушной турбины с атмосферой. Для использования холода, получаемого вследствие адиабатного расширения воздуха, в воздушной турбине 5 в линии воздуховода низкого давления 12 устанавливается теплообменник 13, в котором холодный воздух подогревается хладагентом, циркулирующим в замкнутом контуре 14, который передает получаемый от воздуха холод потребителю холода 15. Для оптимизации работы детандера 3, воздушной турбины 5 и компрессора 4 на валопроводе дополнительно может быть установлен механический редуктор 16.
Устройство работает следующим образом.
ГО
Г
ГО
В
Г
При работе детандера 3 газ с температурой Т подаваемый по трубопроводу 1 к детандеру 3, подогревается до температуры Т>Т теплообменнике 2, в котором в качестве греющего теплоносителя используется нагретый механическим путем воздух с выхода компрессора 4, имеющий температуру Т>Т. Привод воздушного компрессора 4 осуществляется детандером 3 и воздушной турбиной 5, кинематически соединенными между собой и электрогенератором 6 единым валопроводом. Избыточная механическая суммарная мощность детандера 3 и воздушной турбины 5 преобразуется в электрогенераторе 6 в электрическую мощность, отдаваемую в электрическую сеть. В результате
В
Г
В
Г
В
ГО
сжатия воздуха в компрессоре 4 температура воздуха повышается. Используя эту теплоту воздуха в теплообменнике подогрева газа, обеспечивается подогрев газа перед детандером. При этом степень сжатия воздушного компрессора 4 выбирается таким образом, чтобы температура воздуха на выходе компрессора Т была больше требуемой температуры подогрева газа Т, т.е. Т>Т. С выхода теплообменника 2 охлажденный воздух с температурой Т>Т по воздухопроводу 10 подается на вход воздушной турбины 5, при адиабатном расширении в турбине воздух охлаждается, с выхода воздушной турбины холодный воздух по воздуховоду 12 сбрасывается в атмосферу. Установленный в линии воздуховода 12 теплообменник-утилизатор холода 13 соединяется по контуру хладагента 14 с потребителем холода 15. Вырабатываемая детандером 3 и воздушной турбиной 5 мощность используется для работы компрессора 4 и привода электрогенератора 6.
Благодаря тому, что детандер 3, воздушный компрессор 4, воздушная турбина 5 и электрогенератор 6 кинематически связаны одним валопроводом, увеличивается энергоэффективность установки за счет снижения механических потерь и потерь на передачу электроэнергии. Кроме этого, уменьшается количество подшипников, а следовательно, безвозвратных потерь масла в окружающую среду. Все это, вместе с нагревом газа горячим воздухом с выхлопа воздушного компрессора 4, при котором сжигания топливного газа не требуется, позволяет повысить экономические и экологические показатели детандер-генераторной установки.