RU101095U1

RU101095U1 - DETANDER-GENERATOR INSTALLATION

Info

Publication number: RU101095U1
Application number: RU2010123697/06U
Authority: RU
Inventors: Владимир Сергеевич Агабабов; Ульяна Ивановна Смирнова; Михаил Сергеевич Сочков
Priority date: 2010-06-10
Filing date: 2010-06-10
Publication date: 2011-01-10

Abstract

Детандер-генераторная установка, содержащая последовательно соединенные газопровод высокого давления, теплообменник подогрева газа, детандер, кинематически связанный с электрическим генератором, электрически соединенным с двигателем, приводящим в движение воздушный компрессор, находящийся на одном валу с воздушной турбиной, воздухопровод низкого давления, соединяющий вход воздушного компрессора с атмосферой, воздухопровод высокого давления, соединяющий выход воздушного компрессора со входом теплообменника подогрева газа, воздухопровод, соединяющий выход теплообменника со входом воздушной турбины, воздухопровод, соединяющий выхлоп воздушной турбины с атмосферой, и газопровод низкого давления, отличающаяся тем, что детандер-генераторная установка снабжена первым и вторым дополнительными теплообменниками, установкой, использующей энергию возобновляемых источников, насосом, установленным на выходе установки, использующей энергию возобновляемых источников, на трубопроводе, соединяющим ее с первыми входами дополнительных первого и второго теплообменников, первые выходы которых соединены в общий трубопровод, подключенный ко входу установки, использующей энергию возобновляемых источников, причем второй вход первого дополнительного теплообменника соединен с газопроводом высокого давления, а второй выход его - со входом теплообменника подогрева газа, второй вход второго дополнительно теплообменника соединен с выходом теплообменника подогрева газа, а второй выход его подключен ко входу в детандер. An expander-generator set containing a series-connected high pressure gas pipeline, a gas heating heat exchanger, an expander kinematically connected to an electric generator electrically connected to an engine driving an air compressor located on the same shaft with an air turbine, a low pressure air duct connecting the air inlet compressor with atmosphere, high pressure air duct connecting the air compressor output to the gas heat exchanger inlet, air a wire connecting the outlet of the heat exchanger with the entrance of the air turbine, an air duct connecting the exhaust of the air turbine with the atmosphere, and a low pressure gas pipeline, characterized in that the expander-generator set is equipped with a first and second additional heat exchangers, a unit using renewable energy, a pump mounted on the output of the installation using renewable energy in the pipeline connecting it to the first inputs of the additional first and second heat exchangers, per the outputs of which are connected to a common pipeline connected to the input of a plant using renewable energy, the second input of the first additional heat exchanger connected to the high pressure gas pipeline, and its second output to the input of the gas heating heat exchanger, the second input of the second additional heat exchanger connected to the output of the heat exchanger gas heating, and its second output is connected to the inlet to the expander.

Description

Полезная модель относится к детандер-генераторным агрегатам и касается детандерных установок для производства электроэнергии при использовании технологических перепадов давления транспортируемого природного газа на станциях технологического понижения давления (газораспределительных станциях и газорегуляторных пунктах) системы газоснабжения.The utility model relates to expander-generator assemblies and relates to expander sets for generating electricity using technological differences in pressure of transported natural gas at technological pressure reduction stations (gas distribution stations and gas control points) of the gas supply system.

Известна детандер-генераторная установка, содержащая последовательно соединенные трубопровод высокого давления, теплообменник подогрева газа, детандер, кинематически связанный с электрогенератором, трубопровод низкого давления, воздушный компрессор, воздушную турбину и электродвигатель, связанные кинематически, причем вход воздушного компрессора соединен с атмосферой воздухопроводом низкого давления, выход воздушного компрессора соединен со входом теплообменника подогрева газа воздухопроводом высокого давления, воздуховод, соединяющий выход теплообменника со входом воздушной турбины, и воздуховод, соединяющий выхлоп воздушной турбины с атмосферой (Патент РФ №39937, опубл. 20.08.2004 г.)A known expander-generator installation comprising a series-connected high pressure pipeline, a gas heating heat exchanger, an expander kinematically connected to an electric generator, a low pressure pipeline, an air compressor, an air turbine and an electric motor connected kinematically, the air compressor inlet being connected to the atmosphere by a low pressure air duct, the output of the air compressor is connected to the inlet of the gas heat exchanger with a high pressure air duct, duct, soy dyny output of the heat exchanger with the entrance of the air turbine, and the duct connecting the exhaust of the air turbine with the atmosphere (RF Patent No. 39937, publ. 08.20.2004)

Недостатком такой установки является то, что значительная часть электроэнергии, выработанной генератором детандер-генераторного агрегата, расходуется на обеспечение работы воздушного теплового насоса, что снижает ее эффективность.The disadvantage of this installation is that a significant part of the electricity generated by the generator of the expander-generator unit is spent on ensuring the operation of the air heat pump, which reduces its efficiency.

Задача, решаемая полезной моделью, состоит в частичной или полной компенсации электроэнергии, затрачиваемой на обеспечение работы воздушного теплового насоса, используя для этого энергию возобновляемых источников.The problem solved by the utility model is to partially or fully compensate for the energy spent on ensuring the operation of the air heat pump using renewable energy.

Задача решается тем, что известная установка, содержащая последовательно соединенные газопровод высокого давления, теплообменник подогрева газа, детандер, кинематически связанный с электрическим генератором, электрически соединенным с двигателем, приводящим в движение воздушный компрессор, находящийся на одном валу с воздушной турбиной, воздухопровод низкого давления, соединяющий вход воздушного компрессора с атмосферой, воздухопровод высокого давления, соединяющий выход воздушного компрессора со входом теплообменника подогрева газа, воздухопровод, соединяющий выход теплообменника со входом воздушной турбины, воздухопровод, соединяющий выхлоп воздушной турбины с атмосферой, и газопровод низкого давления, снабжена первым и вторым дополнительными теплообменниками, установкой, использующей энергию возобновляемых источников, насосом, установленным на выходе установки, использующей энергию возобновляемых источников, на трубопроводе, соединяющим ее с первыми входами дополнительных первого и второго теплообменников, первые выходы которых соединены в общий трубопровод, подключенный ко входу установки, использующей энергию возобновляемых источников, причем второй вход первого дополнительного теплообменника соединен с газопроводом высокого давления, а второй выход его - со входом теплообменника подогрева газа, второй вход второго дополнительно теплообменника соединен с выходом теплообменника подогрева газа, а второй выход его подключен ко входу в детандер. Это позволяет частично или полностью компенсировать потери электроэнергии, вырабатываемой генератором детандер-генераторного агрегата и направляемой на обеспечение работы воздушного теплового насоса и обеспечить технический результат- повышение эффективности турбо-детандерной установки.The problem is solved in that the known installation comprising a series-connected high pressure gas pipeline, a gas heating heat exchanger, an expander kinematically connected to an electric generator electrically connected to a motor driving an air compressor located on one shaft with an air turbine, a low pressure air duct, connecting the air compressor inlet to the atmosphere, high pressure air duct connecting the air compressor outlet to the inlet of the heat exchanger the air duct connecting the heat exchanger outlet with the air turbine inlet, the air duct connecting the air turbine exhaust with the atmosphere, and the low pressure gas pipeline, is equipped with the first and second additional heat exchangers, a unit using renewable energy, a pump installed at the outlet of a unit using renewable energy sources on the pipeline connecting it to the first inlets of the additional first and second heat exchangers, the first outlets of which are connected to a common pipe a wire connected to the input of a plant using renewable energy, the second input of the first additional heat exchanger connected to the high pressure gas pipeline, and its second output to the input of the gas heating heat exchanger, the second input of the second additional heat exchanger connected to the output of the gas heating heat exchanger, and the second output It is connected to the entrance to the expander. This allows you to partially or fully compensate for the loss of electricity generated by the generator of the expander-generator unit and aimed at ensuring the operation of the air heat pump and to provide a technical result - increasing the efficiency of the turbo-expander installation.

На чертеже приведена принципиальная схема детандер-генераторной установки с воздушным тепловым насосом и установкой, использующей энергию возобновляемых источников.The drawing shows a schematic diagram of an expander-generator unit with an air heat pump and a unit using renewable energy.

Детандер-генераторная установка содержит последовательно соединенные газопровод 1 высокого давления, теплообменник 2 подогрева газа, детандер 3, кинематически связанный с электрическим генератором 4, электрически соединенным с двигателем 5, приводящим в движение воздушный компрессор 6, находящийся на одном валу с воздушной турбиной 7, причем вход воздушного компрессора 6 соединен с атмосферой воздухопроводом 8 низкого давления, выход воздушного компрессора 6 соединен со входом теплообменника 2 воздухопроводом 9 высокого давления, воздухопровод 10, соединяющий выход теплообменника 2 подогрева газа со входом воздушной турбины 7, воздухопровод 11, соединяющий выхлоп воздушной турбины 7 с атмосферой, и газопровод 12 низкого давления.The expander-generator installation contains a series-connected high pressure gas pipe 1, a gas preheater 2, an expander 3 kinematically connected to an electric generator 4, electrically connected to an engine 5, driving an air compressor 6, located on the same shaft with an air turbine 7, the inlet of the air compressor 6 is connected to the atmosphere by the low pressure air duct 8, the output of the air compressor 6 is connected to the inlet of the heat exchanger 2 by the high pressure air duct 9 rovod 10 connecting the outlet of the heat exchanger 2 to the inlet gas preheating air turbine 7, the air pipe 11 that connects the exhaust air turbine 7 with the atmosphere, and a low-pressure gas pipe 12.

Детандер-генераторная установка снабжена первым 13 и вторым 14 дополнительными теплообменниками, установкой 15, использующей энергию возобновляемых источников, насосом 16, установленным на выходе установки 15, использующей энергию возобновляемых источников, на трубопроводе 17, соединяющим ее с первыми входами дополнительных первого 13 и второго 14 теплообменников, первые выходы которых соединены в общий трубопровод 18, подключенный ко входу установки 15, использующей энергию возобновляемых источников, причем второй вход первого дополнительного теплообменника 13 соединен с газопроводом 1 высокого давления, а второй выход его - со входом теплообменника 2 подогрева газа, второй вход второго дополнительно теплообменника 14 соединен с выходом теплообменника 2 подогрева газа, а второй выход его подключен ко входу в детандер 3.The expander-generator unit is equipped with a first 13 and a second 14 additional heat exchangers, a unit 15 using renewable energy, a pump 16 installed at the outlet of a unit 15 using renewable energy, on a pipe 17 connecting it to the first inputs of the additional first 13 and second 14 heat exchangers, the first outputs of which are connected to a common pipe 18 connected to the input of the installation 15 using renewable energy, and the second input of the first of the heat exchanger 13 is connected to the high pressure gas pipeline 1, and its second output - to the input of the heat exchanger 2 the gas heating the second input of the second further heat exchanger 14 connected to the outlet of the heat exchanger 2 of gas heating, and its second output is connected to the entrance of the expander 3.

Детандер-генераторная установка работает следующим образом. Транспортируемый газ из газопровода 1 высокого давления поступает в теплообменник 2, греющей средой в котором является воздух, поступающий из воздушного компрессора 6, который в сочетании с двигателем 5 и воздушной турбиной 7 образуют воздушный тепловой насос. Воздух из атмосферы по воздухопроводу 8 поступает на воздушный компрессор 6.The expander generator set operates as follows. The transported gas from the high pressure gas pipeline 1 enters the heat exchanger 2, the heating medium in which is the air coming from the air compressor 6, which in combination with the engine 5 and the air turbine 7 form an air heat pump. Air from the atmosphere through the air pipe 8 enters the air compressor 6.

После сжатия в воздушном компрессоре 6 воздух направляется по воздухопроводу 9 в теплообменник 2. Отдав теплоту газу в теплообменнике 2, воздух по воздухопроводу 10 поступает на воздушную турбину 7 и, сработав свой теплоперепад и частично компенсировав мощность на привод воздушного компрессора 6, выбрасывается в атмосферу через воздухопровод 11. Нагретый в теплообменнике 2 газ высокого давления подается в детандер 3. После расширения в детандере 3, газ направляется в газопровод низкого давления 12, а механическая работа, полученная в детандере 3, преобразуется в электрическую энергию в электрогенераторе 4. Часть электроэнергии, выработанной электрогенератором 4, которая должна быть израсходована на технологический подогрев газа перед детандером 3 посредством воздушного теплового насоса, подается к электродвигателю 5 воздушного компрессора 6. Оставшаяся электроэнергия может быть полезно использована для отпуска внешнему потребителю. Промежуточный теплоноситель, нагретый в установке 15, направляется насосом 16 по общему трубопроводу 17 к первому 13 и второму 14 дополнительным теплообменникам и, отдав теплоту газу, по трубопроводу 18 снова возвращается на установку 15. Дополнительный подогрев транспортируемого газа в дополнительных теплообменниках 13 и 14 перед подачей его в детандер 3 позволяет либо увеличить электрическую мощность детандер-генераторного агрегата за счет увеличения теплоперепада, срабатываемого в детандере 3, либо уменьшить необходимый подогрев газа в теплообменнике 2. При достаточной тепловой мощности, передаваемой установкой 15 в дополнительные теплообменники 13 и 14, затраты электроэнергии, выработанной генератором 4, на обеспечение работы воздушного теплового насоса могут быть компенсированы полностью.After compression in the air compressor 6, the air is directed through the air duct 9 to the heat exchanger 2. After giving heat to the gas in the heat exchanger 2, the air through the air duct 10 enters the air turbine 7 and, having worked off its heat drop and partially compensating for the power to the drive of the air compressor 6, is released into the atmosphere air duct 11. The high-pressure gas heated in the heat exchanger 2 is supplied to the expander 3. After expansion in the expander 3, the gas is directed to the low-pressure gas pipeline 12, and the mechanical work obtained in the expander 3 is converted into electrical energy in the electric generator 4. A part of the electricity generated by the electric generator 4, which must be spent on technological heating of the gas in front of the expander 3 by means of an air heat pump, is supplied to the electric motor 5 of the air compressor 6. The remaining electricity can be used for external supply to consumers . The intermediate heat carrier heated in the installation 15 is directed by the pump 16 through the common pipeline 17 to the first 13 and second 14 additional heat exchangers and, having given heat to the gas, returns through the pipeline 18 to the installation 15. Additional heating of the transported gas in the additional heat exchangers 13 and 14 before feeding it in expander 3 allows you to either increase the electric power of the expander-generator unit by increasing the heat transfer triggered in expander 3, or to reduce the necessary heating of gas in heat heat exchanger 2. With sufficient thermal power transmitted by the installation 15 to the additional heat exchangers 13 and 14, the cost of electricity generated by the generator 4, to ensure the operation of the air heat pump can be fully compensated.

Claims

An expander-generator set containing a series-connected high pressure gas pipeline, a gas heating heat exchanger, an expander kinematically connected to an electric generator electrically connected to an engine driving an air compressor located on the same shaft with an air turbine, a low pressure air duct connecting the air inlet compressor with atmosphere, high pressure air duct connecting the air compressor output to the gas heat exchanger inlet, air a wire connecting the outlet of the heat exchanger with the entrance of the air turbine, an air duct connecting the exhaust of the air turbine with the atmosphere, and a low pressure gas pipeline, characterized in that the expander-generator set is equipped with a first and second additional heat exchangers, a unit using renewable energy, a pump mounted on the output of the installation using renewable energy in the pipeline connecting it to the first inputs of the additional first and second heat exchangers, per the outputs of which are connected to a common pipeline connected to the input of a plant using renewable energy, the second input of the first additional heat exchanger connected to the high pressure gas pipeline, and its second output to the input of the gas heating heat exchanger, the second input of the second additional heat exchanger connected to the output of the heat exchanger gas heating, and its second output is connected to the inlet to the expander.