СПОСОБ РАБОТЫ ДЕТАНДЕРНОЙ УСТАНОВКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2000 года по МПК F25B11/02 F01K27/00 

Изобретение относится к детандер-генераторным агрегатам и касается детандерных установок для производства электроэнергии при утилизации избыточного давления природного газа, транспортируемого в трубопроводах и может быть применено на газораспределительных станциях и газоредуцирующих пунктах.

Известен способ подогрева газа после турбодетандера за счет тепла циркуляционной воды конденсатора паротурбинной установки [авт. свид. СССР N 1231237, опубл. 04.01.85].

Недостатком является то, что при этом газ в турбодетандере и на выходе из него может иметь температуру ниже 0^oC, что может привести к нарушению работы турбодетандера и газовых трубопроводов.

Известен способ работы турбодетандерной установки [РФ, заявка на изобретение N 96103298, опубл. БИ N 12, 1998 г.], заключающийся в том, что природный газ повышенного давления пропускают через турбодетандер со снижением давления в нем, механически передают мощность турбодетандера лопаточной машине по повышению давления рабочего тела, часть энергии которого используют для нагрева пропускаемого через турбодетандер газа, при этом нагрев природного газа осуществляют после турбодетандера с предварительным нагревом его внешним теплом потребителя холода и в качестве рабочего тела используют воздух или жидкость.

Недостатком этого способа является то, что при этом не реализуется возможность выработки электроэнергии, нагрев газа осуществляют после турбодетандера, что при определенных условиях может привести к охлаждению газа в турбодетандере до недопустимо низких температур.

Известно устройство для получения дополнительной электрической энергии в теплоэнергетической установке ["Влияние детандер-генераторных агрегатов на тепловую экономичность ТЭЦ", Э.К.Аракелян, А.В.Андрюшин, В.С.Агабабов и др., "Электрические станции", спецномер, 1997 г., стр.77-82], содержащее кинематически соединенный с электрогенератором детандер, подключенный входным патрубком к трубопроводу высокого давления, выходным патрубком - к трубопроводу низкого давления, а также теплообменник для технологического подогрева газа перед детандером за счет энергии, полученной в результате сжигания топлива в постороннем источнике.

Недостатком такой установки является необходимость использования постороннего источника энергии для технологического подогрева газа перед детандером, что приводит к снижению экономичности, а также к ухудшению экологических показателей вследствие сжигания топлива.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении экономичности и улучшении экологических показателей работы.

Поставленная техническая задача решается тем, что в известном способе, заключающемся в том, что газ высокого давления пропускают через детандер со снижением давления в нем, часть мощности детандера передают компрессору для повышения энергии рабочего тела, которую используют для нагрева пропускаемого через детандер газа, согласно изобретению, нагревание газа производят перед детандером, причем повышение энергии рабочего тела производят за счет низкопотенциального тепла окружающей среды.

Техническая задача решается также тем, что известное устройство, содержащее последовательно соединенные трубопровод высокого давления, теплообменник, детандер, кинематически соединенный с электрогенератором, согласно изобретению, дополнительно снабжено компрессором, электрически соединенным с электрогенератором, испарителем, дросселирующим устройством, вход компрессора соединен с выходом испарителя, вход которого через дросселирующее устройство соединен с выходом теплообменника, а вход теплообменника соединен с выходом компрессора.

На чертеже представлена схема устройства для осуществления предлагаемого способа.

Устройство содержит трубопровод высокого давления 1, установленные по ходу газа и последовательно соединенные теплообменник 2, детандер 3, кинематически соединенный с электрическим генератором 4. Электрический генератор 4 электрически соединен с двигателем 5, приводящим в движение компрессор 6. Вход компрессора 6 соединен с выходом испарителя 7, вход которого через дросселирующее устройство 8 соединен с выходом теплообменника 2, образуя тепловой насос.

Электрическая связь электрического генератора 4 с электродвигателем 5 осуществляется через трансформатор 10, низковольтная обмотка которого имеет отводы 11 и 12 для соединения с электродвигателем 5 и внешней электрической сетью соответственно. На выходе детандера - трубопровод низкого давления 13.

Устройство работает следующим образом. Газ высокого давления поступает по трубопроводу 1 в теплообменник 2, греющей средой в котором служит низкокипящая жидкость контура теплового насоса, направляемая в теплообменник компрессором 6, вращаемым электродвигателем 7. Низкокипящая жидкость отдав тепло в теплообменнике 2 расширяется в дросселирующем устройстве 8, после чего поступает в испаритель 9, где нагревается за счет низкопотенциального тепла окружающей среды и подается во входной патрубок компрессора 6. Нагретый в теплообменнике 2 газ высокого давления поступает в детандер 3. После совершения механической работы и расширения в детандере 3 газ поступает в трубопровод низкого давления 13, а механическая работа газа, полученная в детандере 3, преобразуется в электрическую энергию в электрическом генераторе 4. Часть полученной в нем электрической энергии через трансформатор 10 и отвод 11 используется для приведения в действие электродвигателя 5 компрессора 6. Избыток электроэнергии, выработанной электрическим генератором 4, может быть через трансформатор 10 и отвод 12 направлен во внешнюю сеть.

Таким образом, повышение экономичности и экологических показателей обусловлено отказом от постороннего источника тепла для нагрева газа перед детандером и использованием для этой цели энергии транспортируемого газа и низкопотенциального тепла окружающей среды.

Газ высокого давления пропускают через детандер со снижением давления в нем. Часть мощности, получаемой в детандере, передают компрессору теплового насоса, используемого для нагрева газа высокого давления перед детандером за счет низкопотенциального тепла окружающей среды. Использование изобретения позволит повысить экономичность установки и улучшить экологические показатели ее работы. 2 с.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ работы детандерной установки, заключающийся в том, что газ высокого давления пропускают через детандер со снижением давления в нем, часть мощности детандера передают компрессору для повышения энергии рабочего тела, которую используют для нагрева пропускаемого через детандер газа, отличающийся тем, что нагревание газа производят перед детандером, причем повышение энергии рабочего тела производят за счет низкопотенциального тепла окружающей среды. 2. Устройство, реализующее способ работы детандерной установки, содержащее последовательно соединенные трубопровод высокого давления, теплообменник, детандер, кинематически соединенный с электрогенератором, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено компрессором, электрически соединенным с электрогенератором, испарителем, дросселирующим устройством, вход компрессора соединен с выходом испарителя, вход которого через дросселирующее устройство соединен с выходом теплообменника, а вход теплообменника соединен с выходом компрессора.