ДЕТАНДЕР-ГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к детандер-генераторным агрегатам и касается детандерных установок для производства электроэнергии при использовании технологических перепадов давления транспортируемого природного газа, на станциях технологического понижения давления (газораспределительных станциях и газорегуляторных пунктах) системы газоснабжения.
Известна бестопливная 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 то, что для обеспечения работы теплового насоса используется часть электроэнергии, вырабатываемой детандер-генераторным агрегатом, что значительно (на 20-50%) снижает ее полезную электрическую мощность (Патент РФ №2150641, опубл. 10.06.2000 г.)
Техническая задача, решаемая полезной моделью, состоит в повышении полезной электрической мощности детандер-генераторной установки.
Техническая задача решается тем, что известная детандер-генераторная установка, содержащая трубопровод высокого давления, установленные по ходу газа и последовательно соединенные теплообменник-конденсатор, 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-конденсатора, источник низкопотенциальной теплоты, согласно полезной модели, снабжена ветроэнергетической установкой с подсоединенным к ней аккумулятором теплоты, первым, вторым и третьим дополнительными теплообменниками, при этом аккумулятор теплоты соединен трубопроводами с первым, вторым и третьим дополнительными теплообменниками, причем вход первого дополнительного теплообменника по низкопотенциальному теплоносителю соединен с низкопотенциальным источником теплоты, а выход - с испарителем, вход второго дополнительного теплообменника соединен с трубопроводом высокого давления, а выход - с входом теплообменника-конденсатора, вход третьего дополнительного теплообменника соединен с выходом теплообменника-конденсатора, а выход - со входом в детандер.
На рисунке приведена принципиальная схема детандер-генераторной установки.
Детандер-генераторная установка содержит трубопровод 1 высокого давления, установленные по ходу газа и последовательно соединенные теплообменник-конденсатор 2, детандер 3, кинематически соединенный с электрическим генератором 4, электрически соединенным с двигателем 5, приводящим в движение компрессор 6, вход которого соединен с выходом испарителя 7, вход которого через дросселирующее
устройство 8 соединен с выходом теплообменника-конденсатора 2, образуя вместе с источником низкопотенциальной теплоты 9 тепловой насос. Детандер-генераторная установка снабжена ветроэнергетической установкой 10 с подсоединенным к ней аккумулятором теплоты 11, а также первым 12, вторым 13 и третьим 14 дополнительными теплообменниками, при этом аккумулятор теплоты 11 соединен трубопроводами с первым, вторым и третьим дополнительными теплообменниками, причем вход первого дополнительного теплообменника 12 по низкопотенциальному теплоносителю соединен с низкопотенциальным источником теплоты 9 через насос 15, а выход - с испарителем 7, вход второго дополнительного теплообменника 13 соединен с трубопроводом высокого давления 1, а выход - с входом теплообменника-конденсатора 2, вход третьего дополнительного теплообменника 14 соединен с выходом теплообменника-конденсатора 2, а выход - со входом в детандер 3. Кроме того, на чертеже представлены трубопровод низкого давления 16, электрическая связь 17 между электрическим генератором 4 и двигателем 5 компрессора 6, электрическая связь 18 между электрическим генератором 4 и электрической сетью, а также насос 19, установленный на трубопроводе 20, соединяющем выход аккумулятора теплоты 11 через разветвления трубопровода 20: 21, 22 и 23 - со входами дополнительных теплообменников соответственно 12, 13 и 14. Выходы же дополнительных теплообменников 12, 13 и 14 трубопроводами соответственно 24, 25 и 26, объединенные трубопроводом 27, соединены со входом в аккумулятор тепла 11.
Установка работает следующим образом. Транспортируемый газ из трубопровода высокого давления 1 поступает в теплообменник-конденсатор 2, греющей средой в котором является хладагент контура теплового насоса. Тепловой насос повышает уровень температуры теплоты, полученной от низкопотенциального источника 9 в испарителе 7.
Теплоноситель из низкопотенциального источника теплоты 9 подается в испаритель 7 насосом 15. Нагретый в теплообменнике 2 газ высокого давления подается в детандер 3. После расширения в детандере 3, газ направляется в трубопровод низкого давления 16, а механическая работа, полученная в детандере 3, преобразуется в электрическую энергию в электрическом генераторе 4. Часть электроэнергии, выработанной электрическим генератором 4, которая должна быть израсходована на технологический подогрев газа перед детандером 3 посредством теплового насоса, подается к электродвигателю 5 компрессора 6 теплового насоса по электрической связи 17. Оставшаяся электроэнергия может быть полезно использована для отпуска внешнему потребителю по электрической связи 18. Выработанная ветроэнергетической установкой 10 энергия (это может быть как теплота, так и низкокачественная электроэнергия) направляется в тепловой аккумулятор 11. Нагретая в аккумуляторе жидкость насосом 19 направляется по общему трубопроводу 20 к теплообменникам 12, 13 и 14. В теплообменник 12 нагретая жидкость поступает по трубопроводу 21, в теплообменник 13 - по трубопроводу 22, в теплообменник 14 - по трубопроводу 23. После теплообменника 12 жидкость отводится по трубопроводу 24, после теплообменника 13 - по трубопроводу 25, после теплообменника 14 - по трубопроводу 26. Отведенные потоки объединяются в трубопроводе 27 и направляются в аккумулятор 11. Подогретый в теплообменнике 12 теплоноситель из низкопотенциального источника теплоты направляется в испаритель 7 теплового насоса, подогретый в дополнительном теплообменнике 13 газ - в теплообменник-конденсатор 2, а газ, подогретый в дополнительном теплообменнике 14 - в детандер 3. Повышение температуры теплоносителя, поступающего из низкопотенциального источника теплоты 9, в теплообменнике 12 перед подачей его в испаритель 7 теплового насоса, так же, как и повышение температуры транспортируемого газа в теплообменнике 13 перед подачей его в теплообменник 2, приводят к
увеличению коэффициента преобразования теплоты в тепловом насосе и, как следствие, к уменьшению электрической мощности, которая должна быть подведена к электродвигателю 5 компрессора 6 теплового насоса. При этом, при прочих равных условиях увеличивается полезная электрическая мощность, которая может быть передана потребителю по электрической связи 18. Дополнительный подогрев транспортируемого газа в теплообменнике 14 перед подачей его в детандер 3 позволяет либо увеличить электрическую мощность детандер-генераторного агрегата за счет увеличения теплоперепада, срабатываемого в детандере, либо уменьшить необходимый подогрев газа в теплообменнике-конденсаторе 2 теплового насоса. И то, и другое при прочих равных условиях повышает относительную и абсолютную величины полезной электроэнергии, которые передаются потребителю по электрической связи 18. При достаточной тепловой мощности, передаваемой ветроэнергетической установкой 10 через аккумулятор теплоты 11 в дополнительных теплообменниках 12, 13 и 14 затраты электроэнергии, выработанной электрическим генератором 4, на обеспечение работы теплового насоса, могут быть компенсированы полностью.