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 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. (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 повышении полезной электрической мощности установки.
Техническая задача решается тем, что известная 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, снабжена солнечной энергетической установкой с подсоединенным к ней аккумулятором теплоты, двумя насосами, 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 - с входом в детандер, при этом первый насос установлен на линии между аккумулятором и солнечным коллектором, а второй - на общем участке трубопровода, соединяющего аккумулятор теплоты с первым, вторым и третьим дополнительными теплообменниками. Это позволяет частично или полностью компенсировать потери электроэнергии, вырабатываемой генератором детандер-генераторного агрегата и направляемой на обеспечение работы теплового насоса, и увеличивать тем самым при прочих равных условиях полезную мощность, отдаваемую потребителю.
На рисунке приведена принципиальная схема детандер-генераторной установки с тепловым насосом и солнечной энергетической установкой.
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, отличающаяся тем, что она снабжена солнечной энергетической установкой 10 с аккумулятором теплоты 11, насосом 12 для организации циркуляции жидкости в контуре солнечный коллектор 10 - аккумулятор 11, насосом 13 для подачи жидкости из аккумулятора в первый 14, второй 15 и третий 16 дополнительные теплообменники, при этом аккумулятор теплоты 11 соединен трубопроводами с первым дополнительным теплообменником 14, вход которого по низкопотенциальному теплоносителю соединен с низкопотенциальным источником теплоты 9, а выход - с испарителем 7, со вторым дополнительным теплообменником 15, вход которого соединен с трубопроводом 1 высокого давления, а выход - с входом теплообменника-конденсатора 2, и с третьим дополнительным теплообменником 16, вход которого соединен с выходом теплообменника-конденсатора 2, а выход - с входом в детандер 3.
Установка работает следующим образом. Транспортируемый газ из трубопровода 1 высокого давления поступает в теплообменник-конденсатор 2, греющей средой в котором является хладагент контура теплонасосной установки. Теплонасосная установка (ТНУ) повышает уровень температуры теплоты, полученной от низкопотенциального источника 9, в испарителе 7. Теплоноситель из низкопотенциального источника теплоты 9 подается в испаритель 7 теплонасосной установки насосом 17. Нагретый в теплообменнике 2 газ высокого давления подается в детандер 3. После расширения в детандере, газ направляется в трубопровод низкого давления 18, а механическая работа, полученная в детандере, преобразуется в электрическую энергию в электрогенераторе 4. Часть электроэнергии, выработанной генератором, которая должна быть израсходована на технологический подогрев газа перед детандером посредством ТНУ, подается к электродвигателю 5 компрессора 6 теплонасосной установки по электрической связи 19. Оставшаяся электроэнергия может быть полезно использована
для отпуска внешнему потребителю по электрической связи 20. Выработанная солнечной энергетической установкой 10 энергия (это может быть как теплота, так и низкокачественная электроэнергия) направляется в тепловой аккумулятор 11. Нагретая в аккумуляторе 11 жидкость насосом 13 направляется по общему трубопроводу 21 к теплообменникам 14, 15 и 16. В теплообменник 14 нагретая жидкость поступает по линии 22, в теплообменник 15 - по линии 23, в теплообменник 16 - по линии 24. После теплообменника 14 жидкость отводится по линии 25, после теплообменника 15 - по линии 26, после теплообменника 16 - по линии 27. Отведенные потоки объединяются в трубопроводе 28 и направляются в аккумулятор 11. Охлажденная в аккумуляторе 11 жидкость насосом 12 направляется в солнечный коллектор 10. Подогретый в дополнительном теплообменнике 14 теплоноситель из низкопотенциального источника теплоты направляется в испаритель 7 теплонасосной установки, подогретый в дополнительном теплообменнике 15 газ - в теплообменник-конденсатор 2, а газ, подогретый в дополнительном теплообменнике 16 - в детандер. Повышение температуры теплоносителя, поступающего из низкопотенциального источника теплоты 9, в дополнительном теплообменнике 14 перед подачей его в испаритель 7 теплонасосной установки, так же, как и повышение температуры транспортируемого газа в дополнительном теплообменнике 15 перед подачей его в теплообменник 2, приводят к увеличению коэффициента преобразования теплоты в теплонасосной установке и, как следствие, к уменьшению электрической мощности, которая должна быть подведена к электродвигателю 5 компрессора 6 теплонасосной установки. При этом при прочих равных условиях увеличивается полезная электрическая мощность, которая может быть передана потребителю по электрической связи 20. Дополнительный подогрев транспортируемого газа в дополнительном теплообменнике 16 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 20. При достаточной тепловой мощности, передаваемой солнечной энергетической установкой 10 через аккумулятор теплоты 11 в теплообменники 14, 15 и 16, затраты электроэнергии, выработанной генератором 4, на обеспечение работы теплонасосной установки могут быть компенсированы полностью.