СПОСОБ РАБОТЫ КОМБИНИРОВАННОЙ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ СИСТЕМЫ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК F02C6/00 

Изобретение относится к комбинированным газотурбинным установкам и может быть использовано в энергетике, газовой промышленности, преимущественно в наземных установках для комбинированной выработки электроэнергии, промышленного холода и конденсата в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов за счет использования энергии перепада давления природного газа на входе и выходе газораспределительных станций и газорегуляторных пунктов.

Известен способ работы газораспределительной станции, реализуемый системой газораспределения, содержащей магистрали высокого и низкого давления природного газа, соединенные между собой при помощи редуцирующего устройства и через байпасный газопровод, в котором последовательно установлены газотурбинная установка и теплоутилизирующая турбодетандерная установка, которая имеет электрогенератор, соединенный с потребителем электроэнергии (патент RU №2009389, МПК F17D 1/04, 15.03.1994).

Основным недостатком известного способа работы газораспределительной станции является недостаточно высокий коэффициент полезного действия (до 45%), связанный с особенностями термодинамического цикла газотурбинной установки с регенерацией тепла.

Омывание природного газа в теплообменнике-утилизаторе высокотемпературным потоком продуктов сгорания (350…500°C) газотурбинного двигателя приводит к пиролизу природного газа и ухудшает его физические и термодинамические свойства.

Дросселирование газотурбинного двигателя за счет регулирования температуры в камере сгорания приводит (на режимах пониженной мощности) к повышению удельного расхода топлива и увеличению выбросов загрязняющих веществ с продуктами сгорания.

Кроме этого, недостатком известного способа работы газораспределительной станции являются ограниченные функциональные возможности, так как он не позволяет вырабатывать конденсат в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов.

Наиболее близким техническим решением к настоящему изобретению является способ работы комбинированной газотурбинной установки системы газораспределения, заключающийся в выработке электрической энергии в турбодетандере при расширении природного газа высокого давления, в выработке электрической энергии с помощью газотурбинного двигателя, утилизации теплоты выхлопных газов газотурбинного двигателя и использовании низкотемпературного природного газа в качестве теплоприемника, при этом утилизацию теплоты выхлопных газов газотурбинного двигателя осуществляют путем нагрева в теплообменнике-утилизаторе рабочего тела теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции, работающего по циклу Брайтона, варьируя мощность теплового двигателя изменением массового расхода рабочего тела с помощью дозаторов, подкачивающего компрессора и расходных баллонов низкого и высокого давлений, содержащих запас рабочего тела, а рабочее тело теплового двигателя сжимают в многоступенчатом компрессоре, расширяют в турбине, причем охлаждение рабочего тела ведут низкотемпературным природным газом после турбодетандера в низкотемпературном теплообменнике (патент RU №2199020, МПК F02C 6/00, 20.02.2003).

Основным недостатком известного способа работы комбинированной газотурбинной установки является недостаточно высокий коэффициент полезного действия (до 60%), обусловленный необходимостью нагрева в теплообменнике-утилизаторе рабочего тела теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции, работающего по циклу Брайтона без изменения фазового состояния рабочего тела. При этом замкнутый контур циркуляции характеризуется низким эффективным коэффициентом полезного действия (КПД), равным 23,2%, при использовании низкотемпературного природного газа в качестве теплоприемника для охлаждения рабочего тела.

Причем недостаточно высокий КПД известного технического решения приводит к повышению удельного расхода топлива и увеличению выбросов загрязняющих веществ с продуктами сгорания.

Также недостатком известного способа работы комбинированной газотурбинной установки системы газораспределения являются ограниченные функциональные возможности, так как он не позволяет вырабатывать конденсат в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов.

Задачей изобретения является повышение коэффициента полезного действия способа работы комбинированной газотурбинной установки, снижение при этом вредных выбросов в окружающую среду за счет использования теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина, а также расширение функциональных возможностей за счет выработки конденсата в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов.

Технический результат достигается тем, что в способе работы комбинированной газотурбинной установки системы газораспределения, заключающемся в выработке электрической энергии с помощью газотурбинного двигателя, в выработке электрической энергии с помощью теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции, в выработке электрической энергии в энергоутилизационном турбодетандере при расширении природного газа высокого давления, в выработке электрической энергии в теплоутилизирующем турбодетандере при расширении природного газа высокого давления, утилизации теплоты выхлопных газов газотурбинного двигателя, при этом утилизацию теплоты выхлопных газов газотурбинного двигателя осуществляют путем нагрева в теплообменнике-утилизаторе рабочего тела теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции, причем рабочее тело теплового двигателя сжимают для повышения его давления, а охлаждение рабочего тела ведут в низкотемпературном теплообменнике низкотемпературным природным газом после энергоутилизационного турбодетандера, согласно предлагаемому изобретению при выработке электрической энергии с помощью теплового двигателя в качестве рабочего тела используют низкокипящее рабочее тело с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина, утилизацию теплоты выхлопных газов газотурбинного двигателя осуществляют путем нагрева в теплообменнике-утилизаторе низкокипящего рабочего тела, причем низкокипящее рабочее тело замкнутого контура циркуляции сжимают в конденсатном насосе, расширяют в турбодетандере, конденсируют в низкотемпературном теплообменнике-конденсаторе, при выработке электрической энергии в энергоутилизационном турбодетандере используют турбодетандер с сепарирующей установкой для выработки низкотемпературного природного газа, который направляют в низкотемпературный теплообменник-конденсатор для охлаждения низкокипящего рабочего тела теплового двигателя, и конденсата в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов, который направляют в камеру сгорания газотурбинного двигателя, причем в процессе конденсации низкокипящего рабочего тела выделяемая скрытая теплота нагревает низкотемпературный природный газ.

В качестве низкокипящего рабочего тела может быть использован этанол или метанол.

Таким образом, основным техническим результатом является повышение коэффициента полезного действия и снижение вредных выбросов в окружающую среду благодаря утилизации теплоты выхлопных газов газотурбинного двигателя с использованием низкокипящего рабочего тела с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина с изменением фазового состояния низкокипящего рабочего тела (газ-жидкость) и охлаждаемого низкотемпературным природным газом, выполнению теплоутилизирующего турбодетандера с возможностью утилизации низкопотенциальной теплоты природного газа, нагретого скрытой теплотой в процессе конденсации низкокипящего рабочего тела, а также расширение функциональных возможностей благодаря возможности выработки конденсата в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена принципиальная схема комбинированной газотурбинной установки системы газораспределения, реализующей предлагаемый способ работы, а на фиг.2 представлен термодинамический цикл Ренкина в T-s диаграмме для низкокипящего рабочего тела (этанола) с замкнутым контуром циркуляции.

На чертеже цифрами обозначены:

1 - газотурбинный двигатель,

2 - тепловой двигатель с замкнутым контуром циркуляции,

3 - энергоутилизационный турбодетандер,

4 - теплоутилизирующий турбодетандер,

5 - магистраль газопровода высокого давления,

6 - магистраль газопровода низкого давления,

7 - электрогенератор газотурбинного двигателя,

8 - электрогенератор теплового двигателя,

9 - электрогенератор энергоутилизационного турбодетандера,

10 - электрогенератор теплоутилизирующего турбодетандера,

11 - входное устройство,

12 - воздушный компрессор,

13 - камера сгорания,

14 - газовая турбина,

15 - силовая турбина,

16 - вал силовой турбины,

17 - теплообменник-утилизатор,

18 - турбодетандер с низкокипящим рабочим телом,

19 - низкотемпературный теплообменник-конденсатор,

20 - конденсатный насос,

21 - сепарирующая установка,

22 - сепаратор-отделитель жидкой фазы низкотемпературного природного газа,

23 - сепаратор-отделитель жидкой фазы тяжелых углеводородных фракций,

24 - ресивер сжиженной фракции тяжелых углеводородов,

25 - дозатор конденсата.

Комбинированная газотурбинная установка системы газораспределения (фиг.1) содержит газотурбинный двигатель 1, тепловой двигатель 2 с замкнутым контуром циркуляции, энергоутилизационный турбодетандер 3 для выработки электроэнергии при расширении природного газа высокого давления, теплоутилизирующий турбодетандер 4, а также магистраль 5 газопровода высокого давления, соединенную с входом энергоутилизационного турбодетандера 3, и магистраль 6 газопровода низкого давления, соединенную с выходом теплоутилизирующего турбодетандера 4.

Газотурбинный двигатель 1, тепловой двигатель 2 с замкнутым контуром циркуляции, энергоутилизационный турбодетандер 3 и теплоутилизирующий турбодетандер 4 имеют соответственно электрогенераторы 7, 8, 9 и 10.

Газотурбинный двигатель 1 имеет входное устройство 11, воздушный компрессор 12, камеру сгорания 13, газовую турбину 14, свободную турбину 15 с валом 16 и установленный в ее тракте теплообменник-утилизатор 17.

В предлагаемой комбинированной газотурбинной установке системы газораспределения в качестве теплового двигателя 2 с замкнутым контуром циркуляции используют тепловой двигатель на низкокипящем рабочем теле с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина и включающего турбодетандер 18, низкотемпературный теплообменник-конденсатор 19 и конденсатный насос 20.

Замкнутый контур циркуляции теплового двигателя на низкокипящем рабочем теле образован в результате следующих соединений:

выход конденсатного насоса 20 соединен с входом теплообменника-утилизатора 17;

выход теплообменника-утилизатора 17 соединен с входом турбодетандера 18;

выход турбодетандера 18 соединен с первым входом низкотемпературного теплообменника-конденсатора 19;

первый выход низкотемпературного теплообменника-конденсатора 19 соединен с конденсатным насосом 20.

Энергоутилизационный турбодетандер 3 снабжен сепарирующей установкой 21, включающей последовательно установленные сепаратор-отделитель 22 жидкой фазы низкотемпературного природного газа, сепаратор-отделитель 23 жидкой фазы тяжелых углеводородных фракций и ресивер 24 сжиженной фракции тяжелых углеводородов.

Выход энергоутилизационного турбодетандера 3 соединен с входом сепаратора-отделителя 22 жидкой фазы низкотемпературного природного газа.

Выход ресивера 24 сжиженной фракции тяжелых углеводородов через дозатор 25 соединен с камерой сгорания 13 газотурбинного двигателя 1.

Выход сепаратора-отделителя 22 жидкой фазы низкотемпературного природного газа соединен с вторым входом низкотемпературного теплообменника-конденсатора 19.

Второй выход низкотемпературного теплообменника-конденсатора 19 соединен с входом теплоутилизирующего турбодетандера 4.

Теплоутилизирующий турбодетандер 4 выполнен с возможностью утилизации низкопотенциальной теплоты природного газа, нагретого скрытой теплотой в процессе конденсации низкокипящего рабочего тела. В качестве низкокипящего рабочего тела используют этанол или метанол. Сепаратор-отделитель 23 жидкой фазы тяжелых углеводородных фракций выполнен с возможностью отвода примесей и твердых частиц.

Согласно предлагаемому способу работы комбинированной газотурбинной установки системы газораспределения вырабатывают электрическую энергию с помощью газотурбинного двигателя 1, посредством теплового двигателя 2 с замкнутым контуром циркуляции, в энергоутилизационном турбодетандере 3 при расширении природного газа высокого давления и в теплоутилизирующем турбодетандере 4 при расширении природного газа высокого давления, осуществляют утилизацию теплоты выхлопных газов газотурбинного двигателя 1 путем нагрева в теплообменнике-утилизаторе 17 рабочего тела теплового двигателя 2 с замкнутым контуром циркуляции, причем рабочее тело теплового двигателя 2 сжимают для повышения его давления, а охлаждение рабочего тела ведут в низкотемпературном теплообменнике низкотемпературным природным газом после энергоутилизационного турбодетандера 3.

Отличием предлагаемого способа работы комбинированной газотурбинной установки системы газораспределения является то, что при выработке электрической энергии с помощью теплового двигателя 2 в качестве рабочего тела используют низкокипящее рабочее тело с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина, утилизацию теплоты выхлопных газов газотурбинного двигателя 1 осуществляют путем нагрева в теплообменнике-утилизаторе 17 низкокипящего рабочего тела, причем низкокипящее рабочее тело замкнутого контура циркуляции сжимают в конденсатном насосе 20, расширяют в турбодетандере 18, конденсируют в низкотемпературном теплообменнике-конденсаторе 19, при выработке электрической энергии в энергоутилизационном турбодетандере 3 используют турбодетандер с сепарирующей установкой 21 для выработки низкотемпературного природного газа, который направляют в низкотемпературный теплообменник-конденсатор 19 для охлаждения низкокипящего рабочего тела теплового двигателя, и конденсата в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов, который направляют в камеру сгорания 13 газотурбинного двигателя 1, причем в процессе конденсации низкокипящего рабочего тела выделяемая скрытая теплота нагревает низкотемпературный природный газ.

В качестве низкокипящего рабочего тела может быть использован этанол или метанол.

Предлагаемая комбинированная газотурбинная установка системы газораспределения работает следующим образом.

Природный газ забирают из магистрали 5 газопровода высокого давления и направляют на расширение в энергоутилизационный турбодетандер 3, снабженный сепарирующей установкой 21 для выработки низкотемпературного природного газа, используемого для охлаждения низкокипящего рабочего тела (этанола) теплового двигателя 2, и конденсата в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов, используемого для сжигания в камере сгорания 13 газотурбинного двигателя 1.

При выработке электроэнергии в энергоутилизационном турбодетандере 3 происходит срабатывание избыточного давления природного газа, что сопровождается резким снижением температуры газа. Это становится причиной выпадения твердых гидратов воды, углекислого газа CO₂ и конденсата в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов. Мощность энергоутилизационного турбодетандера 3 передается соединенному на одном валу электрогенератору 9.

На выходе из энергоутилизационного турбодетандера 3 низкотемпературный природный газ содержит сжиженные фракции тяжелых углеводородов с примесью гидратов воды и CO₂.

Далее низкотемпературный природный газ направляют в сепаратор-отделитель 22 жидкой фазы низкотемпературного природного газа сепарирующей установки 21.

Конденсат в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов с примесью гидратов воды и CO₂, отсепарированный в сепараторе-отделителе 22 жидкой фазы низкотемпературного природного газа, направляют в сепаратор-отделитель 23 жидкой фазы тяжелых углеводородных фракций для извлечения примесей и твердых частиц и их удаления через имеющийся отвод примесей и твердых частиц.

Очищенный конденсат в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов направляют в ресивер 24.

Выработанный конденсат в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов может использоваться для сжигания в камере сгорания 13 газотурбинного двигателя 1 посредством подачи его из ресивера 24 через дозатор 25 конденсата.

При этом использование конденсата в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов позволяет охлаждать стенки жаровых труб в процессе испарения конденсата в пристенной зоне камере сгорания 13.

Выполнение жаровой трубы камеры сгорания 13 с испарительной камерой, которая образована двумя концентрично расположенными стенками жаровой трубы (на чертеже условно не показаны), позволяет улучшить теплоотвод от нагретых стенок жаровой трубы. При этом повышается эффективность использования конденсата в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов при его испарении и газификации непосредственно в испарительной камере, обеспечивая тем самым снижение термических напряжений в стенках жаровой трубы, возникающих вследствие перепадов температур на стенках жаровых труб. Кроме этого, повышается надежность работы камеры сгорания 13 и ресурс газотурбинного двигателя 1.

При выработке электроэнергии в газотурбинном двигателе 1 наружный воздух последовательно проходит входное устройство 11, компрессор 12, камеру сгорания 13, газовую турбину 14 и силовую турбину 15. Мощность силовой турбины 15 передается соединенному на одном валу 16 основному электрогенератору 7. Выхлопные газы направляют в теплообменник-утилизатор 17.

Преобразование тепловой энергии выхлопных газов газотурбинного двигателя 1 в механическую энергию и далее в электрическую происходит в тепловом двигателе 2 с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина.

Весь процесс начинается с подачи сжиженного низкокипящего рабочего тела (этанола) из расходного баллона, который на чертеже условно не показан, на сжатие в конденсатный насос 20 (процесс I-II на фиг.2).

Низкокипящее рабочее тело под давлением направляют на подогрев в теплообменник-утилизатор 17 (процесс II-III), куда поступают выхлопные газы газотурбинного двигателя 1.

Температура кипения низкокипящего рабочего тела (этанола) сравнительна низка (78,24°C при нормальных условиях), поэтому в теплообменнике-утилизаторе 17 он быстро переходит в газообразное состояние (процесс III-IV), после чего, имея температуру перегретого газа, направляется в турбодетандер 18 с низкокипящим рабочим телом.

Процесс настроен таким образом, что в турбодетандере 18 не происходит конденсации низкокипящего рабочего тела в ходе срабатывания теплоперепада (процесс IV-V). Мощность турбодетандера 18 передается соединенному на одном валу электрогенератору 8. На выходе из турбодетандера 18 низкокипящее рабочее тело (этанол) имеет температуру около 79,29°C с влажностью, не превышающей 7%.

Температуру низкокипящего рабочего тела снижают в низкотемпературном теплообменнике-конденсаторе 19 (процесс V-I), охлаждаемом низкотемпературным природным газом, выработанным в сепарирующей установке 21.

После низкотемпературного теплообменника-конденсатора 19 в сжиженном состоянии низкокипящее рабочее тело сжимают в конденсатном насосе 20 (процесс I-II) и направляют на подогрев и испарение в теплообменник-утилизатор 17 газотурбинного двигателя 1.

Низкотемпературный теплообменник-конденсатор 19 теплового двигателя 2 с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина, охлаждают низкотемпературным природным газом, вырабатываемым в сепараторе-отделителе 22 жидкой фазы низкотемпературного природного газа сепарирующей установки 21.

В процессе теплообмена низкотемпературного природного газа с низкокипящим рабочим телом происходит конденсация низкокипящего рабочего тела с выделением скрытой теплоты парообразования.

Низкотемпературный природный газ, нагретый скрытой теплотой в процессе конденсации низкокипящего рабочего тела в низкотемпературном теплообменнике-конденсаторе 19, направляют в теплоутилизирующий турбодетандер 4 для утилизации низкопотенциальной теплоты природного газа при его расширении в турбодетандере 4, который на выходе соединен с магистралью 6 газопровода низкого давления природного газа. Мощность теплоутилизирующего турбодетандера 4 передается соединенному на одном валу электрогенератору 10.

Пример конкретного выполнения.

Предлагаемая комбинированная газотурбинная установка системы газораспределения, содержащая газотурбинный двигатель 1 (ГТД) типа НК-16СТ, имеет следующие параметры термодинамического цикла:

температуру воздуха на входе в компрессор 12 T_в=288,15 К,

расход циклового воздуха 99,98 кг/с,

степень повышения давления в компрессоре 12 π_к=9,1327,

температуру в камере сгорания 13 Т_кс=1086 К,

расход топливного газа в камере сгорания 1,3441 кг/с,

температуру продуктов сгорания перед силовой турбиной 15 Т_г=807 К,

температуру продуктов сгорания на выхлопе Т_г=663,33 К,

расход продуктов сгорания на выхлопе 100,67 кг/с,

эффективный КПД η_е=0,277.

Применение указанного ГТД позволяет получить эффективную мощность на валу 16 силовой турбины 15 для привода электрогенератора 7, равную 16 МВт.

Для утилизации теплоты выхлопных газов газотурбинного двигателя 1 в теплообменнике-утилизаторе 17 используют низкокипящее рабочее тело (этанол) теплового двигателя 2 с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина, охлаждаемого низкотемпературным природным газом, включающего следующие элементы:

теплообменник-утилизатор 17 выхлопных газов с параметрами:

выхлопные газы на входе Т_г=663,33 К, G_г=100,67 кг/с,

выхлопные газы на выходе Т_г=388,15 К, G_г=100,67 кг/с,

сжиженный этанол на входе Т_нрт=359,19 К, Р_нрт=32 МПа, G_нрт=27,7 кг/с,

перегретый газ этанол на выходе Т_нрт=625 К, Р_нрт=30 МПа, G_нрт=27,7 кг/с;

турбодетандер 18, имеющий расчетный изоэнтропийный КПД=0,87, с параметрами:

перегретый газ этанол на входе Т_нрт=625 К, Р_нрт=30 МПа, G_нрт=27,7 кг/с,

влажный газ этанол на выходе Т_нрт=352,44 К, Р_нрт=0,1056 МПа,

мощность для привода электрогенератора 8 равна 7,595 МВт;

низкотемпературный теплообменник-конденсатор 19 с параметрами:

влажный газ этанол на входе Т_нрт=352,44 К, Р_нрт=0,1056 МПа, G_нрт=27,7 кг/с,

сжиженный этанол на выходе Т_нрт=351 К, Р_нрт=0,1014 МПа, G_нрт=27,7 кг/с,

отсепарированный низкотемпературный природный газ на входе Т_нг=238,5 К, Р_нг=3,15 МПа, G_пг=90,7 кг/с,

природный газ на выходе Т_пг=337,15 К, Р_пг=3 МПа, G_пг=90,7 кг/с;

конденсатный насос 20 с параметрами:

сжиженный этанол на входе Т_нрт=351 К, Р_нрт=0,1014 МПа, G_нрт=27,7 кг/с,

сжиженный этанол на выходе T_нрт=359,19 К, Р_нрт=32 МПа, G_нрт=27,7 кг/с,

потребляемая мощность равна 1,415 МВт.

Для понижения давления транспортируемого природного газа при начальном давлении 7,5 МПа и расходе в 100 кг/с, имеющего средний объемный состав, (%): СН₄ - 92; С₂Н₆ - 1; С₃Н₈ - 2; С₄Н₁₀ - 2,5; C₅H₁₂ - 1,5; H₂O - 0,5; CO₂ - 0,5; используются:

энергоутилизационный турбодетандер 3, имеющий расчетный изоэнтропийный КПД=0,87, с параметрами:

природный газ на входе Т_пг=288,15 К, Р_нрт=7,5 МПа,

низкотемпературный природный газ на выходе Т_пг=237 К, Р_нрт=3,3 МПа,

мощность для привода электрогенератора 9 равна 7,425 МВт;

теплоутилизирующий турбодетандер 4, имеющий расчетный изоэнтропийный КПД=0,87, с параметрами:

на входе T_пг=337,15 К, Р_пг=3 МПа, G_пг=90,7 кг/с;

на выходе Т_пг=281,1 К, Р_пг=1,25 МПа,

мощность для привода электрогенератора 10 равна 10,253 МВт.

Для выработки низкотемпературного природного газа и конденсата в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов используют сепарирующую установку 21, включающую следующие элементы:

сепаратор-отделитель 22 жидкой фазы низкотемпературного природного газа с параметрами:

низкотемпературный природный газ на входе Т_пг=237 К, Р_пг=3,3 МПа,

отсепарированный низкотемпературный природный газ на выходе Т_пг=238,5 К, T_нрт=3,15 МПа,

расход отсепарированного низкотемпературного природного газа на выходе G_пг=90,7 кг/с,

расход конденсата на выходе G_к=9,3 кг/с;

сепаратор-отделитель 23 жидкой фазы тяжелых углеводородных фракций с параметрами:

конденсат на входе Т_к=238,5 К, Р_к=3,15 МПа,

очищенный конденсат на выходе Т_ок=240 К, Р_ок=2,7 МПа,

расход очищенного конденсата G_ок=8,37 кг/с,

расход примесей и твердых частиц на выходе G_пр=0,93 кг/с;

ресивер 24 сжиженной фракции тяжелых углеводородов для хранения очищенного конденсата с параметрами:

очищенный конденсат на входе Т_ок=240 К, Р_ок=2,7 МПа,

расход очищенного конденсата G_ок=8,37 кг/с.

В целом, при расходе природного газа, равном 100 кг/с, и начальным давлением 7,5 МПа суммарная электрическая мощность комбинированной газотурбинной установки системы газораспределения, реализующей предлагаемой способ работы, затрачиваемая на привод электрогенераторов 7, 8, 9, 10 с учетом затрат на привод конденсатного насоса 20, составляет 39,698 МВт, а эффективный КПД предлагаемого способа работы комбинированной газотурбинной установки системы газораспределения составляет 0,687.

Использование более экономичных газотурбинных двигателей 1, например ГТД типа АЛ-31Ф с эффективным КПД η_e=0,389, приведет к еще большому увеличению эффективного КПД предлагаемого способа работы комбинированной газотурбинной установки системы газораспределения.

Таким образом, по сравнению с прототипом при сохранении надежности функционирования использование теплового двигателя 2 на низкокипящем рабочем теле с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина, а также выполнение теплоутилизирующего турбодетандера с возможностью утилизации низкопотенциальной теплоты природного газа, нагретого скрытой теплотой в процессе конденсации низкокипящего рабочего тела, приводит к повышению коэффициента полезного действия (до 80%) и снижению вредных выбросов в окружающую среду предлагаемого способа работы комбинированной газотурбинной установки системы газораспределения.

Использование сепарирующей установки 21 для получения конденсата в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов позволяет расширить функциональные возможности предлагаемого способа работы комбинированной газотурбинной установки системы газораспределения.

Предлагаемый способ работы комбинированной газотурбинной установки системы газораспределения позволяет повысить эффективность съема электрической энергии с одного килограмма природного газа, широко варьировать мощностями электрогенераторов в зависимости от запросов потребителя, обеспечить гарантийные значения давления и температуры газа, транспортируемого в системах газораспределительных пунктов, а также осуществить утилизацию: теплоты продуктов сгорания газотурбинного двигателя, физической эксергии природного газа, транспортируемого по магистральным трубопроводам под высоким давлением.

Изобретение относится к энергетике. В способе работы комбинированной газотурбинной установки системы газораспределения при выработке электрической энергии с помощью теплового двигателя в качестве рабочего тела используют низкокипящее рабочее тело с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина, утилизацию теплоты выхлопных газов газотурбинного двигателя осуществляют путем нагрева в теплообменнике-утилизаторе низкокипящего рабочего тела, причем низкокипящее рабочее тело замкнутого контура циркуляции сжимают в конденсатном насосе, расширяют в турбодетандере, конденсируют в низкотемпературном теплообменнике-конденсаторе, при выработке электрической энергии в энергоутилизационном турбодетандере используют турбодетандер с сепарирующей установкой для выработки низкотемпературного природного газа, который направляют в низкотемпературный теплообменник-конденсатор для охлаждения низкокипящего рабочего тела теплового двигателя, и конденсата в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов, который направляют в камеру сгорания газотурбинного двигателя, причем в процессе конденсации низкокипящего рабочего тела выделяемая скрытая теплота нагревает низкотемпературный природный газ. Изобретение позволяет повысить КПД комбинированной газотурбинной установки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ работы комбинированной газотурбинной установки системы газораспределения, заключающийся в выработке электрической энергии с помощью газотурбинного двигателя, в выработке электрической энергии с помощью теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции, в выработке электрической энергии в энергоутилизационном турбодетандере при расширении природного газа высокого давления, утилизации теплоты выхлопных газов газотурбинного двигателя, при этом утилизацию теплоты выхлопных газов газотурбинного двигателя осуществляют в теплообменнике-утилизаторе рабочим телом теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции, причем рабочее тело теплового двигателя сжимают для повышения его давления, а охлаждение рабочего тела ведут в низкотемпературном теплообменнике низкотемпературным природным газом после энергоутилизационного турбодетандера, отличающийся тем, что при выработке электрической энергии с помощью теплового двигателя в качестве рабочего тела используют низкокипящее рабочее тело с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина, утилизацию теплоты выхлопных газов газотурбинного двигателя осуществляют путем испарения низкокипящего рабочего тела в теплообменнике-утилизаторе, причем низкокипящее рабочее тело замкнутого контура циркуляции сжимают в конденсатном насосе, расширяют в турбодетандере, конденсируют в низкотемпературном теплообменнике-конденсаторе, при выработке электрической энергии в энергоутилизационном турбодетандере используют турбодетандер с сепарирующей установкой для выработки низкотемпературного природного газа, который направляют в низкотемпературный теплообменник-конденсатор для конденсации низкокипящего рабочего тела теплового двигателя, и конденсата в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов, который направляют в камеру сгорания газотурбинного двигателя, причем в процессе конденсации низкокипящего рабочего тела выделяемая скрытая теплота нагревает низкотемпературный природный газ высокого давления, который направляют на расширение в теплоутилизирующий турбодетандер для выработки электроэнергии.

2. Способ работы комбинированной газотурбинной установки системы газораспределения по п.1, отличающийся тем, что в качестве низкокипящего рабочего тела используют этанол или метанол.