Турбодетандерная электростанция

Турбодетандерная электростанция (ТДЭ) относится к энергомашиностроению и может быть использована при создании электростанций, работающих за счет энергии сжатого для транспортировки по магистралям природного газа. ТДЭ содержит электрогенератор с турбодетандером и подводящий газовод, соединенный с одной стороны с турбодетандером, а с другой стороны с магистралью природного газа высокого давления. Внутри подводящего газовода имеется камера сгорания, включающая в себя устройство воспламенения и отверстие приема сжатого воздуха от воздушного компрессора давлением, превышающим давление природного газа в магистрали. Природный газ частично сгорает в камере сгорания с целью обеспечения температуры всего потока газа за турбодетандером в заданном интервале. На выходе из воздушного компрессора имеется регулирующий клапан, который дозирует подачу сжатого воздуха в камеру сгорания в зависимости от температуры газа на выходе из турбодетандера. Между камерой сгорания и входом в турбодетандер имеется смеситель, перемешивающий продукты сгорания с природным газом, неучаствующим в горении, для равномерного распределения температуры газа на входе в турбодетандер. На выходе из турбодетандера имеется влагоотделитель.

Турбодетандерная электростанция относится к энергомашиностроению и может применяться при создании электростанций, работающих за счет энергии сжатого для транспортировки по магистралям природного газа.

Известны турбодетандерные электростанции (ТДЭ), содержащие электрогенератор с турбодетандером и подводящий газовод, соединенный с одной стороны с турбодетандером, а с другой стороны с магистралью природного газа высокого давления, см. [1] и [2](прототип).

Однако известные устройства имеют на газоводе перед турбодетандером теплообменник, предназначенный для подогрева природного газа с целью обеспечения приемлемой температуры его на выходе из турбодетандера перед входом в газовую магистраль потребителя. Кроме того, для подачи тепла в теплообменник известные устройства должны иметь источники тепла - это выхлопные газы газотурбинного двигателя в первом случае или внешние газовые горелки, встроенные в теплообменник, во втором случае.

Задачей предлагаемого устройства является исключение из конструкции ТДЭ теплообменника и внешнего источника тепла для подогрева природного газа на входе в турбодетандер.

Это достигается следующими нововведениями. На подводящем газоводе (внутри него) устанавливается камера сгорания с устройством воспламенения и отверстием приема сжатого воздуха. А снаружи устанавливается компрессор для подачи сжатого атмосферного воздуха в камеру сгорания через отверстие приема сжатого воздуха. Подогретый продуктами сгорания природный газ поступает на вход в турбодетандер.

На выходной магистрали компрессора установлен регулирующий клапан, соединенный с датчиком температуры природного газа на выходе из турбодетандера. Он предназначен для дозирования расхода сжатого воздуха, поступающего в камеру сгорания, для

обеспечения температуры природного газа на выходе из турбодетандера в заданном интервале.

Внутри подводящего газовода между камерой сгорания и входом в турбодетандер установлен смеситель для смешения холодного природного газа с продуктами сгорания, поступающими из камеры сгорания.

На магистрали газа, выходящего из турбодетандера, установлен влагоотделитель для удаления влаги, образованной в процессе горения.

Перечисленные нововведения дают следующий технический результат. Исключается из состава ТДЭ теплообменник и исключаются внешние источники тепла.

Предлагаемое устройство поясняется чертежом, где изображена принципиальная схема турбодетандерной электростанции.

Турбодетандерная электростанция содержит электрогенератор 1 с турбодетандером 2 и подводящий газовод 3, соединенный с одной стороны с турбодетандером 2, а с другой стороны с магистралью 4 природного газа высокого давления. Внутри подводящего газовода 3 имеется камера сгорания 5, включающая в себя устройство воспламенения 6 и отверстие 7 приема сжатого воздуха. Турбодетандерная электростанция содержит также компрессор 8, сжимающий атмосферный воздух до давления, превышающего давление в магистрали 4 природного газа высокого давления. Выходная магистраль 9 сжатого воздуха через клапан регулирующий 10 соединяет воздушный компрессор 8 с камерой сгорания 5 через отверстие 7 приема сжатого воздуха.

Стрелками ВХОД и ВЫХОД обозначены соответственно места входа газа в турбодетандер 2 через подводящий газовод и выхода газа из турбодетандера 2 через магистраль 11. Стрелкой ГАЗ обозначено направление потока природного газа в магистрали 4. Стрелкой ВОЗДУХ обозначено место забора атмосферного воздуха компрессором 8.

На выходной магистрали 9 воздушного компрессора 8 имеется клапан регулирующий 10, соединенный с датчиком 12 температуры, установленным на магистрали 11 газа, выходящего из турбодетандера 2.

Между камерой сгорания 5 и турбодетандером 2 внутри подводящего газовода 3 имеется смеситель 13 для равномерного перемешивания продуктов сгорания, поступающих из камеры сгорания 5 и холодного природного газа, не участвующего в процессе горения.

На магистрали 11 газа, выходящего из турбодетандера 2, имеется влагоотделитель 14.

На работающем устройстве природный газ из магистрали 4 высокого давления подается через подводящий газовод 3 в камеру сгорания 5. Одновременно воздушный компрессор 8 направляет сжатый воздух по выходной магистрали 9 в отверстие 7 приема сжатого воздуха камеры сгорания 5. А устройство воспламенения 6 поджигает часть природного газа, поступившую внутрь камеры сгорания 5. Большая часть природного газа протекает снаружи камеры сгорания 5 и не участвует в процессе горения.

Регулирующий клапан 10 по сигналу от датчика 12 температуры газа обеспечивает подачу сжатого воздуха в камеру сгорания 5 в количестве, обеспечивающим температуру газа на выходе из турбодетандера 2 в заданном интервале.

Смеситель 13 обеспечивает равномерное перемешивание продуктов сгорания, поступающих из камеры сгорания 5 и холодного природного газа, не участвующего в процессе горения и поступающего в смеситель 13 по тому же подводящему газоводу 3, либо по обводной магистрали 15. Равномерно перемешанные газы дают равномерную температуру на входе их в турбодетандер 2 и обеспечивают приемлемую экономичность турбодетандера 2.

Влагоотделитель 14 удаляет влагу, образованную в процессе горения, из газа, выходящего из турбодетандера 2 по магистрали 11 и направляющегося на выход потребителю.

Источники информации.

1. Турбодетандерная электростанция по патенту РФ на полезную модель №20132.

2. Турбодетандерная электростанция по патенту РФ на полезную модель №38802.

1. Турбодетандерная электростанция, содержащая электрогенератор с турбодетандером и подводящий газовод, соединенный с одной стороны с турбодетандером, а с другой стороны с магистралью природного газа высокого давления, отличающаяся тем, что она имеет внутри подводящего газовода камеру сгорания, включающую в себя устройство воспламенения и отверстие приема сжатого воздуха, и имеет воздушный компрессор, выходная магистраль которого соединена с отверстием приема сжатого воздуха.

2. Турбодетандерная электростанция по п.1, отличающаяся тем, что она имеет на выходной магистрали воздушного компрессора регулирующий клапан, соединенный с датчиком температуры газа на выходе из турбодетандера.

3. Турбодетандерная электростанция по п.1, отличающаяся тем, что она имеет внутри подводящего газовода между камерой сгорания и входом в турбодетандер смеситель природного газа с продуктами сгорания.

4. Турбодетандерная электростанция по п.1, отличающаяся тем, что она имеет на магистрали газа, выходящего из турбодетандера, влагоотделитель.