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 детандер-генераторная установка, содержащая последовательно соединенные трубопровод высокого давления, теплообменник подогрева газа, детандер, кинематически связанный с электрогенератором, трубопровод низкого давления, воздушный компрессор, воздушную турбину и электродвигатель, связанные кинематически, причем вход воздушного компрессора соединен с атмосферой воздухопроводом низкого давления, выход воздушного компрессора соединен со входом теплообменника подогрева газа воздухопроводом высокого давления, воздуховод, соединяющий выход теплообменника со входом воздушной турбины, и воздуховод, соединяющий выхлоп воздушной турбины с атмосферой (Патент РФ №39937, опубл. 20.08.2004 г.)
Недостатком такой установки является то, что значительная часть электроэнергии, выработанной генератором детандер-генераторного агрегата, расходуется на обеспечение работы воздушного теплового насоса, что снижает ее эффективность.
Задача, решаемая полезной моделью, состоит в частичной или полной компенсации электроэнергии, затрачиваемой на обеспечение работы воздушного теплового насоса, используя для этого энергию возобновляемых источников.
Задача решается тем, что известная установка, содержащая последовательно соединенные газопровод высокого давления, теплообменник подогрева газа, детандер, кинематически связанный с электрическим генератором, электрически соединенным с двигателем, приводящим в движение воздушный компрессор, находящийся на одном валу с воздушной турбиной, воздухопровод низкого давления, соединяющий вход воздушного компрессора с атмосферой, воздухопровод высокого давления, соединяющий выход воздушного компрессора со входом теплообменника подогрева газа, воздухопровод, соединяющий выход теплообменника со входом воздушной турбины, воздухопровод, соединяющий выхлоп воздушной турбины с атмосферой, и газопровод низкого давления, снабжена первым и вторым дополнительными теплообменниками, установкой, использующей энергию возобновляемых источников, насосом, установленным на выходе установки, использующей энергию возобновляемых источников, на трубопроводе, соединяющим ее с первыми входами дополнительных первого и второго теплообменников, первые выходы которых соединены в общий трубопровод, подключенный ко входу установки, использующей энергию возобновляемых источников, причем второй вход первого дополнительного теплообменника соединен с газопроводом высокого давления, а второй выход его - со входом теплообменника подогрева газа, второй вход второго дополнительно теплообменника соединен с выходом теплообменника подогрева газа, а второй выход его подключен ко входу в детандер. Это позволяет частично или полностью компенсировать потери электроэнергии, вырабатываемой генератором детандер-генераторного агрегата и направляемой на обеспечение работы воздушного теплового насоса и обеспечить технический результат- повышение эффективности турбо-детандерной установки.
На чертеже приведена принципиальная схема детандер-генераторной установки с воздушным тепловым насосом и установкой, использующей энергию возобновляемых источников.
Детандер-генераторная установка содержит последовательно соединенные газопровод 1 высокого давления, теплообменник 2 подогрева газа, детандер 3, кинематически связанный с электрическим генератором 4, электрически соединенным с двигателем 5, приводящим в движение воздушный компрессор 6, находящийся на одном валу с воздушной турбиной 7, причем вход воздушного компрессора 6 соединен с атмосферой воздухопроводом 8 низкого давления, выход воздушного компрессора 6 соединен со входом теплообменника 2 воздухопроводом 9 высокого давления, воздухопровод 10, соединяющий выход теплообменника 2 подогрева газа со входом воздушной турбины 7, воздухопровод 11, соединяющий выхлоп воздушной турбины 7 с атмосферой, и газопровод 12 низкого давления.
Детандер-генераторная установка снабжена первым 13 и вторым 14 дополнительными теплообменниками, установкой 15, использующей энергию возобновляемых источников, насосом 16, установленным на выходе установки 15, использующей энергию возобновляемых источников, на трубопроводе 17, соединяющим ее с первыми входами дополнительных первого 13 и второго 14 теплообменников, первые выходы которых соединены в общий трубопровод 18, подключенный ко входу установки 15, использующей энергию возобновляемых источников, причем второй вход первого дополнительного теплообменника 13 соединен с газопроводом 1 высокого давления, а второй выход его - со входом теплообменника 2 подогрева газа, второй вход второго дополнительно теплообменника 14 соединен с выходом теплообменника 2 подогрева газа, а второй выход его подключен ко входу в детандер 3.
Детандер-генераторная установка работает следующим образом. Транспортируемый газ из газопровода 1 высокого давления поступает в теплообменник 2, греющей средой в котором является воздух, поступающий из воздушного компрессора 6, который в сочетании с двигателем 5 и воздушной турбиной 7 образуют воздушный тепловой насос. Воздух из атмосферы по воздухопроводу 8 поступает на воздушный компрессор 6.
После сжатия в воздушном компрессоре 6 воздух направляется по воздухопроводу 9 в теплообменник 2. Отдав теплоту газу в теплообменнике 2, воздух по воздухопроводу 10 поступает на воздушную турбину 7 и, сработав свой теплоперепад и частично компенсировав мощность на привод воздушного компрессора 6, выбрасывается в атмосферу через воздухопровод 11. Нагретый в теплообменнике 2 газ высокого давления подается в детандер 3. После расширения в детандере 3, газ направляется в газопровод низкого давления 12, а механическая работа, полученная в детандере 3, преобразуется в электрическую энергию в электрогенераторе 4. Часть электроэнергии, выработанной электрогенератором 4, которая должна быть израсходована на технологический подогрев газа перед детандером 3 посредством воздушного теплового насоса, подается к электродвигателю 5 воздушного компрессора 6. Оставшаяся электроэнергия может быть полезно использована для отпуска внешнему потребителю. Промежуточный теплоноситель, нагретый в установке 15, направляется насосом 16 по общему трубопроводу 17 к первому 13 и второму 14 дополнительным теплообменникам и, отдав теплоту газу, по трубопроводу 18 снова возвращается на установку 15. Дополнительный подогрев транспортируемого газа в дополнительных теплообменниках 13 и 14 перед подачей его в детандер 3 позволяет либо увеличить электрическую мощность детандер-генераторного агрегата за счет увеличения теплоперепада, срабатываемого в детандере 3, либо уменьшить необходимый подогрев газа в теплообменнике 2. При достаточной тепловой мощности, передаваемой установкой 15 в дополнительные теплообменники 13 и 14, затраты электроэнергии, выработанной генератором 4, на обеспечение работы воздушного теплового насоса могут быть компенсированы полностью.