Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на тепловых энергоустановках для выработки электроэнергии при использовании в качестве топлива природного газа.
Известен способ работы тепловой энергоустановки для выработки элект-, роэнергии путем подачи природного газа из магистрального газопровода в котлоагрегат, сжигания его и получения водяного пара, направляемого в паровую турбину, резервирования при- родного газа контактированием его с циркуляционной водой с образованием газовых гидратов и их хранением в периоды провалов электрической нагрузки и разложением этих гидратов с выделением природного газа из них с последующим его использованием в периоды пиков электрической нагрузки.
Известна также тепловая энергоус- тановка для выработки электроэнергии,
состоящая из соединенных трубопрово- дами с вентилями магистрального газопровода, редуцирующего устройства, котлоагрегата, паровых и газовых турбин, электрогенераторов, конденсатора, градирни, насосов питающей воды, хранилища природного газа, составленного из нескольких скоммути- рованных по газу, воде и гидратам емкостей, кристаллизатора со встроенными теплообменниками и накопителя воды о
Недостатком известного способа и известной энергоустановки является повышенный расход энергии на собственные нужды, что обусловлено высоким расходом энергии на отвод теплоты гидратообразования.
Цель изобретения - повышение экономичности путем сокращения потребления электроэнергии на собственные нужды
„«л
Указанная цель достигается тем, что согласно способу работы тепловой энергоустановки для выработки электроэнергии путем подачи природного газа из магистрального газопровода в котлоагрегат, сжигания его и получения водяного пара, направляемого в паровую турбину, резервирования природного газа контактированием его с циркулирующей водой с образованием газовых гидратов и их хранением в периоды провалов электрической нагрузки и разложением этих гидратов с выделением природного газа из них с последующим его использованием в периоды пиков электрической нагрузки, разложение гидратов проводят при давлении, соответствующем равновес15 конденсатор 18, теплообменники 19 и 20, встроенные в кристаллизатор 13 а также теплообменник 21. Хранилище 1б состоит из нескольких емкостей 22 и 23 (в рассматриваемом примере из
ной температуре существования гидра- 20 двух), которые скоммутированы между
тов ниже криоскопической температу ры воды с образованием льдоводяной суспензии и отделением газа от воды и льда, а затем осуществляют гатавле.собой трубопроводами с вентилями 24-33, через вентиль 34 соединены с кристаллизатором 13, через вентили 35 и 36 соединены с входом и вы.собой трубопроводами с вентилями 24-33, через вентиль 34 соединены с кристаллизатором 13, через вентили 35 и 36 соединены с входом и выние льда водой, используемой впослед- 25 ХОДом насоса 9 циркуляционной воды,
ствии Для резервирования природного газа, причем давление разложения гидратов устанавливают соответствующим равновесной температуре существования гидратов на ниже криоскопичес- кой температуры воды, используемой для образования гидратов, а в тепловой энергоустановке для выработки - электроэнергии, состоящей из соединенных трубопроводами с вентилями ма- гистральпого газопровода, редуцирующе го устройства, котлоагрегата, паровых и газовых турбин, электрогенерато- ров,, конденсатора, градирни, насосов питающей воды, хранилища природного
-35
через вентиль 37 - с накопителен 14 воды, через вентиль 38 - с турбиной через вентиль 39 - с котлоагрегатом 2, который имеет трубопровод 40 вы30 водов продуктов сгорания. Выход из турбины 4 через теплообменник 41 со единен с подачей газа в котлоагрегат 2. Кристаллизатор 13 через тепл обменник 21 трубопроводом с вентиле 42 соединен с магистральным газопро водом 1. Насос 9 соединен с накопителем 14 воды трубопроводом с венти лем 43, а с кристаллизатором 13 тру бопроводом с вентилем 44, при этом
40 трубопровод , с вентилем 36 подсоеди нен к всасывающей стороне насоса 9 между вентилем 43 и насосом 9, а трубопровод с вентилем 35 подсоединен к нагнетательной стороне насоса 9 до вентиля 44.
газа, составленного из нескольких скоммутированных по газу, воде и гидратам емкостей, кристаллизатора со встроенными теплообменниками и накопителя воды, на трубопроводах, соединяющих насос циркуляционной накопит . телем воды и кристаллизатором, дополнительно установлены запорные вентили а каждая емкость хранилища природного газа соединена трубопроводами с вентилями по газу с котлоагрегатом, по воде - со всасывающей и нагнетательной сторонами насоса циркуляционной воды до запорных вентилей на трубо- проводах, соединяющих его с накопителем воды я кристаллизатором.
На чертеже схематично изображена тепловая энергоустановка для выработки электроэнергии, при работе кото
рой реализуется способ работы такой энергоустановки„
Энергоустановка содержит магист-ральный газопровод 1, котлоагрегат 2, паровую турбину 3, газовую турбину 4, электрогенераторы 5 и 6, конденсатор 7, насосы 8 и 9 питающей и циркуляционной воды, воды контура 10 градирни 11, холодильную машину 12, кристаллизатор 13, накопитель 14 воды, редуцирующее устройство 15, хранилище 16 природного газа. Холодильная машина 12 содержит теплообменник 17,
конденсатор 18, теплообменники 19 и 20, встроенные в кристаллизатор 13, а также теплообменник 21. Хранилище 1б состоит из нескольких емкостей 22 и 23 (в рассматриваемом примере из
двух), которые скоммутированы между
.собой трубопроводами с вентилями 24-33, через вентиль 34 соединены с кристаллизатором 13, через вентили 35 и 36 соединены с входом и выХОДом насоса 9 циркуляционной воды,
35
через вентиль 37 - с накопителен 14 воды, через вентиль 38 - с турбиной 4, через вентиль 39 - с котлоагрегатом 2, который имеет трубопровод 40 вы30 водов продуктов сгорания. Выход из турбины 4 через теплообменник 41 соединен с подачей газа в котлоагрегат 2. Кристаллизатор 13 через теплообменник 21 трубопроводом с вентилем 42 соединен с магистральным газопроводом 1. Насос 9 соединен с накопителем 14 воды трубопроводом с вентилем 43, а с кристаллизатором 13 трубопроводом с вентилем 44, при этом
40 трубопровод , с вентилем 36 подсоединен к всасывающей стороне насоса 9 между вентилем 43 и насосом 9, а трубопровод с вентилем 35 подсоединен к нагнетательной стороне насоса 9 до вентиля 44.
Энергоустановка работает следующим образом,
Для примера рассмотрим работу установки на природном газе, состоящем
50 примерно из 71,59% метана, 10,98% этана и 17,43% пропана
j В период провала электрической нагрузки в магистральном газопроводе 1 существует избыток природного газа. В это время осуществляют резервирование газа путем подачи его по трубопроводу с вентилем 42 при давлении около 2 мПа через теплообменник 21 в кристаллизатор 13, где
15
55
он контактирует с водой, подаваемой из накопителя 14 через пентиль 43 насосом 9 циркуляционной воды через вентиль 44 (вентили 35 и 36 закрыты) и при температуре около 278-279 К образуются газовые гидраты природного газа с отводом теплоты охлаждения и гидратообразования хладагентом,
кипящим в теплообменнике 19. Пары хладагента сжимаются компрессором холодильной машины 12 и направляются вначале в теплообменник 17, в котором от них отводят теплоту перегрева нагревая часть воды, подаваемой насосом 8, при этом температура паров хладагента понижается до 304 К и их после этого направляют в конденсатор 18, где конденсируют, сбрасывая теплоту конденсации в окружающую среду, после чего сконденсировавшийся хладагент дросселируют через регулирующий вентиль и направляют вновь в теплообменник 19. На привод холодильной машины 12 направляют часть природного газа в газовую турбину, на выходе из которой газ имеет давление, соответствующее давлению газа, подаваемого совместно с воздухом в котлоагрегат 2 на сжигание. Охлажденный при расширении в турбине газ направляют в теплообменник 20 для отвода теплоты кристаллизации гидратов при зарождении кристаллов, отвод теплоты гидратообразования осуществляют теплообменником 19. Суспензию (смесь гидратов и воды) из кристаллизатора 13 через вентили 34 и 30 направляют в одну из емкостей 22 или 23, например в емкость 22 в которой проводят частичное осушение суспензии вследствие отделения кристаллов от воды, циркулирующей через вентили 28 и 37 в накопитель 14 воды, откуда насосом 9 через вентили 43 и 44 вновь в кристаллизатор 13 на образование гидратов. После заполнения емкости 22 закрывают вентили 30 и 28, открывают вентили 31 и 29 и аналогично проводят заполнение гидратами емкости 23. Из теплообменника 20 газ направляют через теплообменник 21, в котором он нагревается до температуры на 5-8 С ниже температуры газа в магистральном газопроводе 1, в последний после редуцирующего устройства 15. После этого газ направляют в котлоагрегат 2 и сжигают. Продукты сгорания вы-
0
5
0
5
водят через трубопровод 40, а теплоту сгорания используют для парообразо вания подаваемой насосом 8 воды, пар которой подают в турбину 3 для выработки электроэнергии в электрогенераторе 5. Водяной пар после турбины 3 подают в конденсатор 7, где он конденсируется за счет отвода тепла в окружающую среду с помощью воды, иФкулиругомей насосом 10 через градирню 11. Из конденсатора 7 вода насосом 8 рециркулирует вновь в котлоагрегат 2 на образование пара .
В период пика электрической нагрузки или при нехватке газа в магистральном газопроводе 1 проводят подпитку установки зарезервированным газом из емкостей 22 и 23 хранилища. Для этого, например, открывают вентили 33 и 39, сообщая емкость 23 с подачей газа в котлоагрегат 2. Так как давление в емкости 23 понижается до давления 600 кПа, что ниже равновесного давления существования гидратов, то последние начинают разлагаться на воду и газ. Газ подают в котлоагрегат 2 через вентиль 39 (либо, если, давление газа значительно выше давления в кот- лоагрегате 2, то газ подают в него через вентиль 38 на газовую турбину 4, при этом попутно вырабатывается дополнительное количество электроэнергии в электрогенераторе 6, после чего че-1 ,- рез теплообменник 41, в котором газ нагревают за счет бесконтактного подогрева водой в накопителе 14, газ направляют в котлоагрегат 2). Для разложения гидратов затрачивается тепло, поэтому температура суспензии в емкости 23 понижается, достигает криоскопической температуры воды, после чего происходит образование льда, при этом теплота льдообразования расходуется на разложение гидратов. После разложения всей массы гидратов в емкости 23 закрывают вентиль 33, открывают вентиль 32 и аналогично проводят разложение гидратов в емкости 22, используя газ, полученный в результате разложения гидратов, для подпитки котлоагрегата 2„
После завершения пика электрической нагрузки проводят подготовку одной из емкостей 22 или 23 хранилища 16, например емкости 22, для накопления гидратов в период очередного цикла резервирования природного газа. Для этого насосом 9 при закрытом
0
0
5
0
5
71752994
вентиле 44 через вентили 35, 30, 28, 37, 43 осуществляют циркуляцию воды,
производя плавление накопленного при разложении гидратов льда в емкости 22 за счет охлаждения воды, циркулирующей в накопитель 14. После завершения плавления льда в емкости 22 выключают насос 9, закрывая венти и 35, 30, 28 и 37. Работа установки Q родолжается в оптимальном режиме без езервирования и использования зарезервированного газа.
При очередном провале электрической нагрузки и наличии в магистраль- 15 ном газопроводе 1 избытка природного газа осуществляют резервирование оследнего, для чего резервируемый газ подают через теплообменник 21 в кристаллизатор 13, где контактиру- о т его с холодной водой, подаваемой насосом 9 из накопителя 14 через вентили 43 и 44. В кристаллизаторе 13 при давлении около 2 йПа и температуре 278-279 К образуют гидраты природ- И ного газа с отводом теплоты охлаждения и гидратообразования хладагентом, кипящим в теплообменнике 19. Суспензию выводят из кристаллизатора 13 и подают в предварительно подготовлен- JO нуго для приема гидратов емкость 22 хранилища 16 через вентили 34 и 30. В емкости 22 проводят частичное осушение суспензии .вследствие отделения гидратов от воды, рециркупирующей jj через предварительно открытые вентили 24 и 27, емкость 23 и вентили 29 и 36 вновь на вход насоса 9. Рециркулиру- ющая вода, проходя через емкость 23, охлаждается за счет плавления льда $д в емкости 23 и подается на вход насоса 9 при температуре около 273 К, тем самым снижая тепловую нагрузку холодильной установки 12, соответственно н расходы энергии на отвод теп- |5 ла гидратообразования. При плавлений всей массы льда в емкости 23 проводят аналогично операцию со всеми другими емкостями плавителя. После плавления льда теплота гидратообразования отводится холодильной установкой 12.
ГО
з
ст во ск зу
ра
из ти ду па не со хр но по кр об л це со н со с до ве пр да га на ку на с
Формула изобретения
1. Способ работы тепловой энергоустановки для выработки электроэнергии путем подачи природного газа из магистрального, газопровода в котло- агрегат, сжигания его и получения водя-
8
Q
5 о O j д 5
5
ного пара, направляемого в паровую турбину, резервирования природного газа контактированием его с циркули- рующей водой с образованием газовых гидратов и irx хранением в периоды провалов электрической нагрузки и разложением этих гидратов с выделением природного газа из них с последующим его использованием в периоды1 пиков электрической нагрузки, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности путем сокращения потребления электроэнергии на собственные нужды, разложение гидратов проводят при давлении, соответствующем равновесной температуре существования гидратов ниже криоскопи- ческой температуры воды с образованием льдоводяной суспензии и отделением газа от воды и льда, а затем осуществляют плавление льда водой, используемой впоследствии для резервирования природного газа.
2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что давление разложения гидратов устанавливают соотве т- ствующим равновесной температуре существования гидратов,, на 3-5° ниже крио- скопической температуры воды, используемой для образования гидратов.
3.Тепловая энергоустановка для выработки электроэнергии, состоящая
из соединенных трубопроводами с вентилями магистрального газопровода редуцирующего устройства, котлоагрегата, парбвых и газовых турбин, электрогенераторов, конденсатора, градирни, на- сосов питающей и циркуляционной воды, хранилища природного газа, составлен - ного из нескольких скоммутированных по газу, воде и гидратам емкостей, кристаллизатора со встроенными теплообменниками и накопителя воды, о т- личающаяся тем, что, с целью повышения экономичности путем сокращения потребления электроэнергии на собственные нужды, на трубопроводах, соединяющих насос циркуляционной воды с накопителем воды и кристаллизатором, дополнительно установлены запорные вентили, а каждая емкость хранилища природного газа соединена трубопроводами с вентилями по газу с котлоагрв - гатом, по воде - со всасывающей н нагнетательной сторонами насоса циркуляционной воды до запорных вентилей на трубопроводах, соединяющих его с накопителем воды и кристаллизатором.
d
15
Использование: выработка электроэнергии при использовании в качестве топлива природного газа. Сущность изобретения: в период провала электрической нагрузки осуществляют резервирование избытка природного газа из магистрального газопровода путем образования газовых гидратов природного газа с отводом теплоты гидратообразования и направляют их в хранилище. В период пика электрической нагрузки газовые гидраты плавят с образованием природного газа. 2 с. и 1 з,п.ф-лы, 1 ил„
| Способ работы тепловой энергоустановки для выработки электроэнергии | 1988 |
|
SU1612098A1 |
| Печь для непрерывного получения сернистого натрия | 1921 |
|
SU1A1 |
