БЕСТОПЛИВНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО КОМБИНИРОВАННОГО ЭЛЕКТРО- И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и касается детандер-генераторных агрегатов (ДГА) и парокомпрессионных термотрансформаторов (ПКТТ) для производства электроэнергии и холода при использовании технологических перепадов давления транспортируемого природного газа на станциях технологического понижения давления (газораспределительных станциях и газорегуляторных пунктах) системы газоснабжения.
Известна предназначенная для бестопливной генерации электроэнергии детандер-генераторная установка, содержащая трубопровод высокого давления, установленные по ходу газа и последовательно соединенные теплообменник, детандер, кинематически соединенный с электрическим генератором, электрически соединенным с двигателем, приводящим в движение компрессор, вход которого соединен с выходом испарителя, вход которого через дросселирующее устройство соединен с выходом теплообменника, образуя тепловой насос, в которой для подогрева газа перед детандером используется теплота вторичных энергетических ресурсов низкого потенциала или теплота окружающей среды. Недостатком такой установки является отсутствие возможности получения холода различных температурных потенциалов. (Агабабов B.C. Способ работы детандерной установки и устройство для его осуществления / Патент на изобретение №2150641. Россия. Бюл. №16. 10.06.2000 г.. Приоритет от 15.06.99.)
Техническая задача, решаемая полезной моделью, состоит в обеспечении возможности генерации, наряду с электроэнергией, холода различных температурных потенциалов без сжигания органического топлива. Технический эффект, обеспечивающий решение технической задачи, состоит в использовании энергию потока транспортируемого природного газа, а также источника тепла низкотемпературного потенциала для генерации электроэнергии и холода, как одного, так и двух различных температурных потенциалов, и достигается тем, что известная бестопливная установка для централизованного комбинированного электро- и хладоснабжения, включенная между газопроводом высокого давления и газопроводом низкого давления, разделенных первым дросселем, содержащая линию подачи газа на детандер установленный на ней первый теплообменник, детандер, кинематически соединенный с электрическим генератором, соединенным первой электрической связью с потребителем электроэнергии и холода и второй электрической связью с двигателем, приводящим в движение компрессор, вход которого соединен с выходом испарителя, вход которого по хладагенту через второй дроссель соединен с выходом первого теплообменника, источник тепла низкого температурного потенциала, линию отвода газа после детандера в газопровод низкого давления, согласно полезной модели, снабжена вторым теплообменником, установленным на линии отвода потока газа после детандера в газопровод низкого давления, соединенным с линией возврата первого хладоносителя от потребителя электроэнергии и холода, первым насосом подачи первого хладоносителя, выход которого соединен с потребителем электроэнергии и холода, вторым насосом подачи второго хладоносителя потребителю электроэнергии и холода из испарителя, выход которого соединен с потребителем электроэнергии и холода, третий дополнительный теплообменник, выход которого по хладагенту соединен со входом в компрессор, а вход по теплу низкого температурного потенциала соединен линией подачи тепла низкого температурного потенциала с установленным на ней третьим насосом, а выход по теплу низкого температурного потенциала соединен с источником тепла низкого температурного потенциала.
На рисунке приведена принципиальная схема бестопливной установки для централизованного комбинированного электро- и хладоснабжения.
Бестопливная установка для централизованного комбинированного электро- и хладоснабжения, включенная между газопроводом 1 высокого давления и газопроводом 2 низкого давления, разделенных первым дросселем 3, содержит линию 4 подачи газа на ДГА с установленным на ней первым теплообменником 5 подогрева газа перед детандером, детандер 6, кинематически соединенный с электрическим генератором 7, соединенным с внешним потребителем электроэнергии и холода 8 электрической связью 9 и электрической связью 10 - с двигателем 11, приводящим в движение компрессор 12, вход которого соединен с выходом первого испарителя 13, вход которого по хладагенту через второй дроссель 14 соединен с выходом первого теплообменника 5 подогрева газа перед детандером, источник тепла низкого температурного потенциала 15, линию 16 отвода газа после детандера ДГА в газопровод 2 низкого давления. Установка дополнительно снабжена вторым теплообменником 17 уменьшения температуры хладоносителя потоком газа после детандера, установленным на линии 16, в который первый хладоноситель поступает по линии 18 возврата первого хладоносителя от потребителя электроэнергии и холода и, отдав свое тепло потоку газа после детандера ДГА, первым насосом 19 подачи первого хладоносителя направляется потребителю электроэнергии и холода 8, при этом второй хладоноситель, поступающий в испаритель по линии 20 возврата второго хладоносителя от потребителя электроэнергии и холода 8 в испаритель 13, отдав тепло хладагенту в испарителе 13, вторым насосом 21 из испарителя 13, направляется потребителю электроэнергии и холода 8, при этом часть хладагента может быть направлена в третий теплообменник 22 для испарения рабочего тела теплом низкого температурного потенциала 15, которое подается третьим насосом 23 подачи тепла низкого температурного потенциала.
Установка работает следующим образом.
Транспортируемый природный газ, поступающий на станцию понижения давления по газопроводу 1 высокого давления, направляется частично в первый дроссель 3, частично по линии 4 - в теплообменник 5 подогрева газа перед детандером. После теплообменника 5 газ поступает в детандер 6, где часть энергии потока газа преобразуется в механическую энергию, которая, в свою очередь, преобразуется в электроэнергию в генераторе 7. В результате давление и температура потока газа уменьшаются. В зависимости от степени повышения температуры потока газа в теплообменнике 5, которая может регулироваться за счет изменения параметров греющей среды, поступающей в теплообменник, его температура на выходе из детандера при существующих параметрах в системе газоснабжения может принимать отрицательные значения (до минус 80 - минус 100°C), уровень которых достаточен для организации централизованного хладоснабжения практически любых промышленных и социально-бытовых объектов. После детандера 6 поток газа по линии 16 направляется в теплообменник 17, служащий для уменьшения температуры поступающего в него по линии 18 от потребителя электроэнергии и холода 8 первого хладоносителя, после чего поток газа поступает в газопровод 2 низкого давления. Первый хладоноситель, температура которого в теплообменнике 6 снижается до необходимого уровня, насосом 19 направляется потребителю электроэнергии и холода 8. Выработанная генератором 7 электроэнергия частично по линии 8 передается потребителю электроэнергии и холода, а частично по линии 10 направляется на электродвигатель 11, служащий для привода компрессора 12.
После теплообменника 5 хладагент направляется во второй дроссель 14 где его давление снижается до необходимого по условиям эксплуатации уровня, после чего хладагент поступает в испаритель 13, в который поступает также поток второго хладоносителя от потребителя электроэнергии и холода по линии 20. Давление рабочего тела в испарителе 13 с помощью дросселирующего устройства 14 поддерживается на таком уровне, чтобы соответствующая ему температура насыщения была достаточно ниже температуры поступающего в испаритель 13 по линии 20 второго хладоносителя от потребителя электроэнергии и холода 8. Хладагент в испарителе 13 за счет тепла, отбираемого им от потока второго хладоносителя, переходит из жидкой фазы в газообразную и направляется в компрессор 12, где происходит его сжатие до необходимого давления, определяемого требуемым уровнем температур в теплообменнике 5. Из испарителя 13 второй хладоноситель насосом 21 направляется потребителю электроэнергии и холода 8. В тех случаях, когда суммарное тепло, предаваемое потоку хладагента вторым хладоноси-телем в испарителе 13 и выработанное при работе электродвигателя 11, недостаточно для повышения температуры потока хладагента до необходимого уровня, часть хладагента направляется в дополнительный теплообменник 22 для испарения рабочего тела термотрансформатора теплом низкого температурного потенциала. Испарение хладагента в дополнительном теплообменнике 22 происходит за счет потока тепла низкого температурного потенциала, подаваемого в дополнительный теплообменник 22 насосом 23, либо из природного источника тепла низкого температурного потенциала 15, либо из системы сбросного тепла промышленного предприятия.
Потоки первого и второго хладоносителей, направляемых потребителю электроэнергии и холода 8, могут иметь разные температурные уровни. Это определяется тем, что для их генерации используются различные агрегаты, а также возможностью индивидуального независимого регулирования в достаточно для практического использования широком диапазоне уровня температур хладоносителей.