ДЕТАНДЕР-ГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к детандер-генераторным установкам и касается детандерных установок для производства электроэнергии при использовании энергии избыточного давления природного газа, транспортируемого по газопроводам, и может быть применена на газорегуляторных пунктах (ГРП) и газораспределительных станциях (ГРС) газопроводов.
Известна установка для получения дополнительной электрической энергии за счет использования энергии избыточного давления газа (Патент РФ на полезную модель №39937, опубл. 20.08.2004.), содержащая кинематически соединенный с электрогенератором детандер, подключенный входным патрубком к трубопроводу высокого давления до ГРП, выходным патрубком - к трубопроводу низкого давления за ГРП, воздушный компрессор, а также теплообменник для подогрева газа перед детандером, за счет горячего воздуха из выхлопа воздушного компрессора, и воздушную турбину, на выходе которой установлен теплообменник с циркулирующим по контуру хладагентом.
Недостатком этой установки является ее сложность, наличие потерь на передачу электрической энергии и механических потерь, связанных с тем, что детандер, генератор и воздушный компрессор с воздушной турбиной расположены на разных валопроводах. Кроме того, из-за многовальности установки неизбежны достаточно высокие безвозвратные потери масла в подшипниках валов.
Известна детандер-генераторная установка для получения дополнительной электрической энергии за счет использования энергии избыточного давления газа (Патент РФ на полезную модель №49199, опубл. 10.11.2005), содержащая последовательно соединенные трубопровод высокого давления, теплообменник подогрева газа, детандер, кинематически связанный с электрогенератором, трубопровод низкого давления, а
также воздушную турбину, кинематически соединенную с воздушным компрессором, и теплообменник с циркулирующим по контуру хладагентом, при этом детандер, воздушный компрессор, воздушная турбина и электрогенератор кинематически связаны одним валопроводом, вход воздушного компрессора соединен с атмосферой воздухопроводом низкого давления, выход воздушного компрессора соединен со входом теплообменника подогрева газа воздухопроводом высокого давления.
Недостатком этой установки является большие затраты электроэнергии на привод воздушного компрессора.
Техническая задача, решаемая предлагаемой полезной моделью -состоит в повышении экономических и экологических показателей детандер-генераторной установки.
Техническая задача, решается тем, что известное устройство, содержащее последовательно соединенные трубопровод высокого давления, теплообменник подогрева газа, детандер, кинематически связанный с электрогенератором, трубопровод низкого давления, а также воздушную турбину, кинематически соединенную с воздушным компрессором, и теплообменник с циркулирующим по контуру хладагентом, причем детандер, воздушный компрессор, воздушная турбина и электрогенератор кинематически связаны одним валопроводом, дополнительно снабжено теплообменником-конденсатором, последовательно соединенными компрессором, дросселем и испарителем, представляющим собой тепловой насос, вход теплообменника-конденсатора по нагреваемой среде соединен с атмосферой воздухопроводом низкого давления, а выход - со входом воздушного компрессора, вход теплообменника-конденсатора по греющей среде соединен с выходом компрессора, а выход - со входом в дроссель.
На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.
Установка содержит трубопровод высокого давления 1, установленный по ходу подачи газа в детандер, теплообменник подогрева газа 2
типа "воздух-газ", теплообменник-конденсатор 3, детандер 4, воздушный компрессор 5, воздушную турбину 6, электрогенератор 7 и компрессор 8 расположенные на одном валопроводе, дроссель 9, испаритель 10, трубопровод низкого давления 11, соединяющий выход детандера с газопроводом за ГРС (ГРП), трубопровод подогретого газа 12, соединяющий вход детандера с теплообменником 2, горячий воздухопровод высокого давления 13, соединяющий теплообменник 2 с выходом воздушного компрессора 5, холодный воздухопровод 14, соединяющий выход теплообменника 2 со входом воздушной турбины 6, воздуховоды низкого давления 15, соединяющий вход воздушного компрессора 5 и теплообменник-конденсатор 3, трубопровод 16, соединяющий теплообменник-конденсатор 3 с атмосферой и трубопровод 17, соединяющие выхлоп воздушной турбины с атмосферой. Для использования холода, получаемого вследствие адиабатного расширения воздуха, в воздушной турбине 6 в линии воздуховода низкого давления 17 устанавливается теплообменник 18, в котором холодный воздух подогревается хладагентом, циркулирующим в замкнутом контуре 19, который передает получаемый от воздуха холод потребителю холода 20. Для оптимизации работы детандера 4, воздушной турбины 6 и компрессора 5 на валопроводе дополнительно может быть установлен механический редуктор 21.
Устройство работает следующим образом.
Г0
Г
Г0
В
Г
При работе детандера 4 газ с температурой Т, подаваемый по трубопроводу 1 к детандеру 4, подогревается до температуры Т>Т в теплообменнике 2, в котором в качестве греющего теплоносителя используется нагретый механическим путем воздух с выхода компрессора 5, имеющий температуру Т>Т. Воздух на вход в воздушный компрессор 5 подается подогретый, за счет теплоты отданной тепловым насосом в теплообменнике-конденсаторе 3. Привод воздушного компрессора 5 и компрессора теплового насоса 8 осуществляется детандером 4 и воздушной
В
Г
В
Г
В
Г0
турбиной 6, кинематически соединенными между собой и электрогенератором 7 единым валопроводом. Избыточная механическая суммарная мощность детандера 4 и воздушной турбины 6 преобразуется в электрогенераторе 7 в электрическую мощность, отдаваемую в электрическую сеть. В результате сжатия воздуха в компрессоре 5 температура воздуха повышается. Используя эту теплоту воздуха в теплообменнике подогрева газа, обеспечивается подогрев газа перед детандером. При этом степень сжатия воздушного компрессора 5 выбирается таким образом, чтобы температура воздуха на выходе компрессора Т была больше требуемой температуры подогрева газа Т, т.е. Т>Т. С выхода теплообменника 2 охлажденный воздух с температурой Т>Т по воздухопроводу 14 подается на вход воздушной турбины 6, при адиабатном расширении в турбине воздух охлаждается, с выхода воздушной турбины холодный воздух по воздуховоду 17 сбрасывается в атмосферу. Установленный в линии воздуховода 17 теплообменник-утилизатор холода 18 соединяется по контуру хладагента 19 с потребителем холода 20. Вырабатываемая детандером 4 и воздушной турбиной 6 мощность используется для работы компрессора 5 и привода электрогенератора 7.
Благодаря тому, что имеется подогрев воздуха перед воздушным компрессором, снижается мощность, затрачиваемая на привод воздушного компрессора. Это и то, что подогрев газа осуществляется горячим воздухом из выхлопа воздушного компрессора, и сжигания топливного газа не требуется, позволяет повысить экономические и экологические показатели детандер-генераторной установки.