БЕСТОПЛИВНАЯ ТРИГЕНЕРАЦИОННАЯ УСТАНОВКА
LOW-FUEL TRIGENERATION PLANT

Изобретение относится к области теплоэнергетики и касается детандер-генераторных агрегатов для производства электроэнергии при использовании перепадов давления транспортируемого природного газа на станциях технологического уменьшения давления (газораспределительных станциях и газорегуляторных пунктах) системы газоснабжения и устройств для производства тепла и холода за счет разделения газового потока на охлажденную и нагретые части способом температурной стратификации газа (труба Леонтьева).
Известна предназначенная для генерации электроэнергии детандер-генераторная установка, содержащая трубопровод высокого давления, установленные по ходу газа и последовательно соединенные теплообменник, детандер, кинематически соединенный с электрическим генератором, соединенным электрической связью с потребителем электроэнергии. Недостатком такой установки является отсутствие возможности получения тепла и холода для передачи их потребителю и необходимость использования тепла сожженного топлива для необходимого технологического подогрева газа в теплообменнике перед детандером. (Степанец А.А., Горюнов И.Т., Гуськов Ю.Л. Энергосберегающие комплексы, основанные на использовании перепада давления на газопроводах // Теплоэнергетика. - 1995. - №6. - С. 33-35).
Известна предназначенная для создания холодильно-нагревательных аппаратов установка, содержащая разделительную камеру, в которую с помощью компрессора подается рабочее тело в газообразном состоянии, поступающее затем в две коаксиально расположенные трубы, во внутренней из которых газ с помощью профилированного сопла разгоняют до сверхзвуковой скорости и он имеет на выходе температуру выше температуры окружающей среды, а по кольцевому каналу газ проходит с дозвуковой скоростью и он имеет на выходе температуру ниже температуры окружающей среды. Для достижения технического результата в устройстве предусмотрены газоходы для раздельного вывода холодного и горячего газа. Недостатком такой установки является необходимость затрат энергии невозобновляемых либо традиционных возобновляемых источников на привод компрессора. (Леонтьев А.И. Газодинамический метод энергоразделения газовых потоков // ТВТ. 1997. Т. 35, №1. С. 157-159).
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в обеспечении возможности генерации для передачи потребителям, наряду с электроэнергией, также тепла и холода без сжигания органического топлива и без использования традиционных возобновляемых источников энергии.
Технический эффект, обеспечивающий решение технической задачи, заключается в возможности одновременного производства электроэнергии, тепла и холода для потребителя без сжигания органического топлива и без использования традиционных возобновляемых источников энергии и достигается тем, что известная установка, включенная между газопроводом высокого давления и газопроводом низкого давления, разделенных дросселем, содержащая линию подачи газа на детандер и установленный на ней теплообменник подогрева газа, детандер, кинематически соединенный с электрическим генератором, соединенным электрической связью с потребителем электроэнергии, согласно изобретению, снабжена трубой Леонтьева, регулятором расхода, компрессором, кинематически соединенным с электрическим двигателем, соединенным второй электрической связью с генератором, при этом трубопровод на входе компрессора соединен с атмосферой, а выход соединен со входом трубы Леонтьева, первый выход которой с охлажденным воздухом соединен со входом потребителя холода, второй выход которой с нагретым воздухом соединен со входом регулятора, первый выход которого соединен со входом потребителя теплоты, второй выход которого соединен со входом теплообменника подогрева газа, выход которого по греющей среде соединен с атмосферой.
На рисунке приведена принципиальная схема предлагаемой тригенерационной бестопливной установки для централизованного комбинированного электро-, тепло- и хладоснабжения.
Бестопливная тригенерационная установка, включенная между газопроводом 1 высокого давления и газопроводом 2 низкого давления, разделенных дросселем 3, содержащая линию 4 подачи газа на детандер и установленный на ней теплообменник 5 подогрева газа, детандер 6, кинематически соединенный с электрическим генератором 7, соединенным электрической связью 8 с потребителем электроэнергии 9, снабжена трубой Леонтьева 10, регулятором 11, компрессором 12, кинематически соединенным с электрическим двигателем 13, соединенным второй электрической связью 14 с электрическим генератором. При этом трубопровод 15 на входе компрессора соединен с атмосферой, а выход компрессора 16 соединен с со входом трубы Леонтьева, первый выход 17 которой с охлажденным воздухом соединен со входом потребителя холода 18, второй выход 19 которой с нагретым воздухом соединен со входом регулятора, первый выход 20 которого соединен со входом потребителя теплоты 21, второй выход 22 которого соединен со входом теплообменника для подогрева газа, выход 23 которого по греющей среде соединен с атмосферой.
Установка работает следующим образом.
Транспортируемый природный газ подается на станцию технологического уменьшения давления по газопроводу 1 высокого давления. Одна часть потока газа направляется в дросселирующее устройство 3, где его давление снижается до необходимого по условиям эксплуатации газопотребляющего оборудования в газопроводе 2 низкого давления уровня. Вторая часть потока газа по линии 4 подается в расположенный перед детандером 6 теплообменник 5, где газ подогревается таким образом, чтобы его температура на выходе из детандера 6 не была меньше заданной по условиям эксплуатации газопроводов. В детандере 6 энергия потока газа преобразуется в механическую работу, которая, в свою очередь, преобразуется в электроэнергию в кинематически связанным с детандером 6 электрическом генераторе 7. После детандера 6 поток газа поступает в газопровод 3 низкого давления, откуда, после смешения с потоком газа, поступающим из дросселирующего устройства 2, направляется на газоиспользующее оборудование.
Выработанная генератором 7 электроэнергия разделяется на два потока. Первый из них по линии 8 направляется потребителю 9 электроэнергии, второй по линии 14 подается на электродвигатель 13 компрессора 12.
Поступивший по линии 15 в компрессор 12 атмосферный воздух сжимается и по линии 16 подается в трубу Леонтьева 10. Поток охлажденного воздуха по линии 17 из трубы Леонтьева 10 направляется потребителю холода 18. Поток нагретого воздуха отводится из трубы Леонтьева 10 по линии 19 в регулятор 11. Одна часть нагретого воздуха из регулятора 11 по линии 20 направляется потребителю тепла 21, вторая его часть по линии 22 подается в теплообменник 5, откуда после подогрева потока газа перед детандером 6 отводится в атмосферу по линии 23.
Установка предназначена для использования на станциях технологического уменьшения давления транспортируемого природного газа вместо традиционно применяемых дросселирующих устройств.