Детандер-генераторный агрегат
Полезная модель относится к детандер-генераторным агрегатам, предназначенным 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. Техническая задача, решаемая предлагаемой полезной моделью - состоит в повышении экономических и экологических показателей детандер-генераторного агрегата. Техническая задача, решается тем, что в известном устройстве, содержащем 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, детандер, воздушный компрессор, воздушная турбина и электрогенератор кинематически связаны одним валопроводом, дополнительно устанавливается теплообменник, вход которого соединен с атмосферой воздухопроводом низкого давления, а выход дополнительного теплообменника соединен со входом воздушного компрессора.
1 илл.
Полезная модель относится к детандер-генераторным агрегатам, предназначенным 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. Бюл. №23), 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 установка для получения дополнительной электрической энергии за счет использования энергии избыточного давления газа (Патент РФ на полезную модель №49199, опубл. 10.11.2005. Бюл. №31), 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 необходимость в больших затратах электроэнергии на привод воздушного компрессора.
Техническая задача, решаемая предлагаемой полезной моделью - состоит в повышении экономических и экологических показателей детандер-генераторного агрегата.
Техническая задача, решается тем, что в известном устройстве, содержащем 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, детандер, воздушный компрессор, воздушная турбина и электрогенератор кинематически связаны одним валопроводом, дополнительно устанавливается теплообменник, вход которого соединен с атмосферой воздухопроводом низкого давления, а выход дополнительного теплообменника соединен со входом воздушного компрессора.
На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.
Устройство содержит трубопровод высокого давления 1, установленный по ходу подачи газа в детандер, теплообменник подогрева газа 2 типа "воздух-газ", теплообменник подогрева газа 3, детандер 4, воздушный компрессор 5, воздушную турбину 6 и электрогенератор 7, расположенные на одном валопроводе, трубопровод низкого давления 8, соединяющий выход детандера с газопроводом за ГРС (ГРП), трубопровод подогретого газа 9, соединяющий вход детандера с теплообменником 2, горячий воздухопровод высокого давления 10, соединяющий теплообменник 2 с выходом воздушного компрессора 5, холодный воздухопровод 11, соединяющий выход теплообменника
2 со входом воздушной турбины 6, воздуховоды низкого давления 12, соединяющий вход воздушного компрессора 5 и теплообменник 3, трубопровод 13, соединяющий теплообменник 3 с атмосферой и трубопровод 14, соединяющие выхлоп воздушной турбины с атмосферой. Для использования холода, получаемого вследствие адиабатного расширения воздуха, в воздушной турбине 6 в линии воздуховода низкого давления 14 устанавливается теплообменник 15, в котором холодный воздух подогревается хладагентом, циркулирующим в замкнутом контуре 16, который передает получаемый от воздуха холод потребителю холода 17. Для оптимизации работы детандера 4, воздушной турбины 6 и компрессора 5 на валопроводе дополнительно может быть установлен механический редуктор 18.
Устройство работает следующим образом.
При работе детандера 4 газ с температурой ТГ0, подаваемый по трубопроводу 1 к детандеру 4, подогревается до температуры Т Г >ТГ0 в теплообменнике 2, в котором в качестве греющего теплоносителя используется нагретый механическим путем воздух с выхода компрессора 5, имеющий температуру Т В>ТГ. Воздух на вход в воздушный компрессор 5 подается подогретый, за счет теплоты отданной в теплообменнике 3, при этом мощность расходуемая на привод воздушного компрессора 5 уменьшается. Привод воздушного компрессора 5 осуществляется детандером 4 и воздушной 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 ТВ была больше требуемой температуры подогрева газа ТГ, т.е. Т В>ТГ. С
выхода теплообменника 2 охлажденный воздух с температурой ТВ>Т Г0 по воздухопроводу 11 подается на вход воздушной турбины 6, при адиабатном расширении в турбине воздух охлаждается, с выхода воздушной турбины холодный воздух по воздуховоду 14 сбрасывается в атмосферу. Установленный в линии воздуховода 14 теплообменник-утилизатор холода 15 соединяется по контуру хладагента 16 с потребителем холода 17. 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-генераторного агрегата.
Детандер-генераторный агрегат, содержащий 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, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен теплообменником, вход которого соединен с атмосферой воздухопроводом низкого давления, а выход соединен со входом воздушного компрессора.
