RU168561U1 - DETANDER-GENERATOR UNIT - Google Patents

DETANDER-GENERATOR UNIT Download PDF

Info

Publication number
RU168561U1
RU168561U1 RU2016114967U RU2016114967U RU168561U1 RU 168561 U1 RU168561 U1 RU 168561U1 RU 2016114967 U RU2016114967 U RU 2016114967U RU 2016114967 U RU2016114967 U RU 2016114967U RU 168561 U1 RU168561 U1 RU 168561U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
expander
low
control
stage
compressor
Prior art date
Application number
RU2016114967U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Александрович Таймаров
Раис Газимуллович Сунгатуллин
Айрат Линарович Осипов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ")
Priority to RU2016114967U priority Critical patent/RU168561U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU168561U1 publication Critical patent/RU168561U1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K27/00—Plants for converting heat or fluid energy into mechanical energy, not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B11/00—Compression machines, plants or systems, using turbines, e.g. gas turbines
    • F25B11/02—Compression machines, plants or systems, using turbines, e.g. gas turbines as expanders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Control Of Steam Boilers And Waste-Gas Boilers (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к устройствам для использования механической энергии расширения сжатого магистрального природного газа с предварительным подогревом этого газа за счет низкопотенциальной тепловой энергии и может быть использована на тепловых электрических станциях, потребляющих большое количество топливного природного газа и имеющих низкопотенциальную тепловую энергию в виде теплоты оборотной воды, охлаждающей конденсаторы паровых турбин.Техническим результатом является повышение эффективности сжигания топливного газа в зависимости от теплоты сгорания топливного газа на основании его состава.Технический результат достигается тем, что детандер-генераторный агрегат, содержащий электрогенератор, первую ступень детандера для привода электрогенератора, компрессор, теплообменник, дроссель, испаритель, газопровод высокого давления, газопровод низкого давления, первую регулировочно-запорную электроприводную задвижку, насос с частотно-регулируемым приводом для подачи низкопотенциального теплоносителя в испаритель, байпасную регулировочно-запорную задвижку, вторую ступень детандера для привода компрессора, блок управления, вторую регулировочно-запорную электроприводную задвижку, первый датчик температуры, второй датчик температуры, третий датчик температуры и датчик давления, при этом компрессор соединен с выходом испарителя, вход которого через дроссель соединен с выходом теплообменника, а вход теплообменника соединен с выходом компрессора, выход первой ступени детандера через первую регулировочно-запорную электроприводную задвижку соединен с газопроводом низкого давления,The utility model relates to devices for using mechanical expansion energy of compressed main natural gas with preliminary heating of this gas due to low potential thermal energy and can be used at thermal power plants that consume large amounts of fuel natural gas and have low potential thermal energy in the form of heat from circulating water, cooling condensers of steam turbines. The technical result is to increase the efficiency of burning fuel ha and depending on the calorific value of the fuel gas based on its composition. The technical result is achieved by the fact that the expander-generator unit containing the electric generator, the first stage of the expander to drive the electric generator, compressor, heat exchanger, throttle, evaporator, high pressure gas pipeline, low pressure gas pipeline, the first control and shut-off electric drive valve, a pump with a variable frequency drive for supplying a low-grade coolant to the evaporator, a bypass control and shut-off valve the engine, the second stage of the expander for the compressor drive, the control unit, the second control and shut-off electric valve, the first temperature sensor, the second temperature sensor, the third temperature sensor and pressure sensor, while the compressor is connected to the output of the evaporator, the input of which through the choke is connected to the output of the heat exchanger and the inlet of the heat exchanger is connected to the compressor outlet, the output of the first stage of the expander through the first control and shut-off electric actuator valve is connected to the low pressure gas pipeline,

Description

Полезная модель относится к устройствам для использования механической энергии расширения сжатого магистрального природного газа с предварительным подогревом этого газа за счет низкопотенциальной тепловой энергии и может быть использована на тепловых электрических станциях, потребляющих большое количество топливного природного газа и имеющих низкопотенциальную тепловую энергию в виде теплоты оборотной воды, охлаждающей конденсаторы паровых турбин.The utility model relates to devices for using mechanical expansion energy of compressed main natural gas with preliminary heating of this gas due to low potential thermal energy and can be used at thermal power plants that consume large amounts of fuel natural gas and have low potential thermal energy in the form of heat from circulating water, cooling condensers of steam turbines.

Аналогом является детандер-генераторный агрегат, содержащий газопроводы высокого и низкого давления, установленные по ходу газа и последовательно соединенные теплообменник, детандер, кинематически соединенный с электрогенератором, и компрессор, электродвигатель, испаритель, дроссель, при этом электрогенератор электрически соединен с электродвигателем, приводящим в движение компрессор, соединенный с выходом испарителя, вход которого через дроссель соединен с выходом теплообменника, а вход теплообменника соединен с выходом компрессора (патент РФ №2150641, МПК F25B 11/02, 10.06.2000).An analogue is an expander-generator unit containing high and low pressure gas pipelines installed along the gas and connected in series to a heat exchanger, an expander kinematically connected to an electric generator, and a compressor, an electric motor, an evaporator, a throttle, while the electric generator is electrically connected to an electric motor driving a compressor connected to the output of the evaporator, the input of which through the choke is connected to the output of the heat exchanger, and the input of the heat exchanger is connected to the output of the compressor pa (RF patent №2150641, IPC F25B 11/02, 10.06.2000).

Недостатки известного детандер-генераторного агрегата:The disadvantages of the known expander-generator unit:

1. Невозможность автоматического поддержания оптимальной температуры топливного газа перед горелками в зависимости от тепловой производительности котла и температуры низкопотенциального теплоносителя.1. The inability to automatically maintain the optimum temperature of the fuel gas in front of the burners, depending on the thermal performance of the boiler and the temperature of the low-grade coolant.

2. Невозможность автоматического поддержания необходимого давления топливного газа в газопроводе низкого давления перед горелками в зависимости от тепловой производительности котла и температуры низкопотенциального теплоносителя.2. The inability to automatically maintain the required pressure of the fuel gas in the low pressure gas line in front of the burners, depending on the thermal performance of the boiler and the temperature of the low-grade coolant.

Прототипом является детандер-генераторный агрегат, содержащий электрогенератор, первую ступень детандера для привода электрогенератора, компрессор, теплообменник, дроссель, испаритель, газопровод высокого давления, газопровод низкого давления, первую регулировочно-запорную электроприводную задвижку, насос с частотно-регулируемым приводом для подачи низкопотенциального теплоносителя в испаритель, байпасную регулировочно-запорную задвижку, вторую ступень детандера для привода компрессора, блок управления, вторую регулировочно-запорную электроприводную задвижку, первый датчик температуры, второй датчик температуры, третий датчик температуры и датчик давления, при этом компрессор соединен с выходом испарителя, вход которого через дроссель соединен с выходом теплообменника, а вход теплообменника соединен с выходом компрессора, выход первой ступени детандера через первую регулировочно-запорную электроприводную задвижку соединен с газопроводом низкого давления, причем вторая ступень детандера выполнена с возможностью выработки механической энергии за счет расширения топливного газа и соединена с компрессором, выход второй ступени детандера соединен с входом первой ступени детандера, вход второй ступени детандера через вторую регулировочно-запорную электроприводную задвижку соединен с газопроводом высокого давления, первый датчик температуры установлен на выходе низкопотенциального теплоносителя после испарителя, второй датчик температуры установлен после теплообменника на газопроводе высокого давления, третий датчик температуры и датчик давления установлены на газопроводе низкого давления непосредственно перед горелками котла, блок управления соединен электрическими связями с байпасной, первой и второй регулировочно-запорными электроприводными задвижками, с частотно-регулируемым приводом насоса для подачи низкопотенциального теплоносителя, с первым, вторым, третьим датчиками температуры и датчиком давления, при этом блок управления имеет пакет прикладных программ поддержания оптимальной температуры и необходимого давления топливного газа в газопроводе низкого давления на основе требуемой тепловой мощности котла, управления расходом низкопотенциального теплоносителя по его температуре и выполнен с возможностью воздействия на степень открытия байпасной, первой и второй регулировочно-запорных электроприводных задвижек, а также с возможностью управления частотой вращения электродвигателя привода насоса для подачи низкопотенциального теплоносителя в испаритель (патент РФ №2528230, МПК F25B 11/02, 10.09.2014).The prototype is an expander-generator unit containing an electric generator, a first stage of an expander for driving an electric generator, a compressor, a heat exchanger, a throttle valve, an evaporator, a high pressure gas pipeline, a low pressure gas pipeline, a first regulating and locking electric drive valve, a pump with a variable frequency drive for supplying a low-grade heat carrier to the evaporator, bypass control and shut-off valve, second stage of the expander for compressor drive, control unit, second control and shut-off valve a motorized gate valve, a first temperature sensor, a second temperature sensor, a third temperature sensor and a pressure sensor, wherein the compressor is connected to the output of the evaporator, the input of which is connected via the choke to the output of the heat exchanger, and the input of the heat exchanger is connected to the output of the compressor, the output of the first stage of the expander through the first an electric butterfly valve is connected to the low pressure gas pipeline, the second stage of the expander being made with the possibility of generating mechanical energy by expanding rhenium of fuel gas and is connected to the compressor, the output of the second stage of the expander is connected to the input of the first stage of the expander, the input of the second stage of the expander is connected to the high pressure gas pipeline through the second control and shut-off electric actuator valve, the first temperature sensor is installed at the output of the low-grade coolant after the evaporator, the second temperature sensor installed after the heat exchanger in the high pressure gas pipeline, the third temperature sensor and pressure sensor are installed in the low pressure gas pipeline directly in front of the burners of the boiler, the control unit is electrically connected to the bypass, first and second control and shut-off electric gate valves, with a frequency-controlled pump drive for supplying a low-grade heat carrier, with the first, second, third temperature sensors and pressure sensor, while the control unit has a package of applied programs to maintain the optimum temperature and the required pressure of fuel gas in a low pressure gas pipeline based on the required heat power to the body, controlling the flow rate of the low-grade coolant by its temperature and is made with the possibility of influencing the degree of opening of the bypass, first and second control and shut-off electric gate valves, and also with the ability to control the speed of the electric motor of the pump drive to supply the low-grade coolant to the evaporator (RF patent No. 2528230, IPC F25B 11/02, 09/10/2014).

Основным недостатком прототипа является отсутствие возможности регулирования расхода топливного газа на горелки котла в зависимости от теплоты сгорания топливного газа на основании его состава, что приводит к неэффективному сжиганию топливного газа.The main disadvantage of the prototype is the inability to control the flow of fuel gas to the burners of the boiler depending on the calorific value of the fuel gas based on its composition, which leads to inefficient combustion of fuel gas.

Задачей полезной модели является разработка конструкции детандер-генераторного агрегата, в которой устранены недостатки аналога и прототипа.The objective of the utility model is to develop the design of the expander-generator unit, which eliminated the disadvantages of the analogue and prototype.

Техническим результатом является повышение эффективности сжигания топливного газа в зависимости от теплоты сгорания топливного газа на основании его состава.The technical result is to increase the efficiency of burning fuel gas, depending on the calorific value of fuel gas based on its composition.

Технический результат достигается тем, что детандер-генераторный агрегат, содержащий электрогенератор, первую ступень детандера для привода электрогенератора, компрессор, теплообменник, дроссель, испаритель, газопровод высокого давления, газопровод низкого давления, первую регулировочно-запорную электроприводную задвижку, насос с частотно-регулируемым приводом для подачи низкопотенциального теплоносителя в испаритель, байпасную регулировочно-запорную задвижку, вторую ступень детандера для привода компрессора, блок управления, вторую регулировочно-запорную электроприводную задвижку, первый датчик температуры, второй датчик температуры, третий датчик температуры и датчик давления, при этом компрессор соединен с выходом испарителя, вход которого через дроссель соединен с выходом теплообменника, а вход теплообменника соединен с выходом компрессора, выход первой ступени детандера через первую регулировочно-запорную электроприводную задвижку соединен с газопроводом низкого давления, причем вторая ступень детандера выполнена с возможностью выработки механической энергии за счет расширения топливного газа и соединена с компрессором, выход второй ступени детандера соединен с входом первой ступени детандера, вход второй ступени детандера через вторую регулировочно-запорную электроприводную задвижку соединен с газопроводом высокого давления, первый датчик температуры установлен на выходе низкопотенциального теплоносителя после испарителя, второй датчик температуры установлен после теплообменника на газопроводе высокого давления, третий датчик температуры и датчик давления установлены на газопроводе низкого давления непосредственно перед горелками котла, блок управления соединен электрическими связями с байпасной, первой и второй регулировочно-запорными электроприводными задвижками, с частотно-регулируемым приводом насоса для подачи низкопотенциального теплоносителя, с первым, вторым, третьим датчиками температуры и датчиком давления, при этом блок управления имеет пакет прикладных программ поддержания оптимальной температуры и необходимого давления топливного газа в газопроводе низкого давления на основе требуемой тепловой мощности котла, управления расходом низкопотенциального теплоносителя по его температуре и выполнен с возможностью воздействия на степень открытия байпасной, первой и второй регулировочно-запорных электроприводных задвижек, а также с возможностью управления частотой вращения электродвигателя привода насоса для подачи низкопотенциального теплоносителя в испаритель, согласно настоящей полезной модели, дополнительно содержит газоанализатор состава топливного газа, установленный в газопроводе высокого давления и соединенный электрической связью с блоком управления.The technical result is achieved by the fact that the expander-generator unit containing an electric generator, a first stage of an expander for driving an electric generator, a compressor, a heat exchanger, a throttle, an evaporator, a high pressure gas pipeline, a low pressure gas pipeline, a first regulating and locking electric drive valve, a pump with a variable frequency drive for supplying a low-grade coolant to the evaporator, bypass control and shutoff valve, second stage of the expander for compressor drive, control unit, W I control the electric shut-off valve, the first temperature sensor, the second temperature sensor, the third temperature sensor and pressure sensor, while the compressor is connected to the output of the evaporator, the input of which is connected via the throttle to the output of the heat exchanger, and the input of the heat exchanger is connected to the output of the compressor, the output of the first stage the expander through the first control and shut-off electric valve is connected to the low pressure gas pipeline, and the second stage of the expander is made with the possibility of generating mechanical energy due to expansion of the fuel gas and is connected to the compressor, the output of the second stage of the expander is connected to the input of the first stage of the expander, the input of the second stage of the expander is connected to the high-pressure gas pipeline through the second control and shut-off electric actuator valve, the first temperature sensor is installed at the output of the low-grade coolant after the evaporator , the second temperature sensor is installed after the heat exchanger in the high pressure gas pipeline, the third temperature sensor and pressure sensor are installed on g in the low pressure gas line directly in front of the boiler burners, the control unit is connected by electrical connections with the bypass, first and second control and shut-off electric gate valves, with a frequency-controlled pump drive for supplying a low-grade coolant, with the first, second, third temperature sensors and a pressure sensor, while the control unit has a package of applications for maintaining the optimum temperature and the required pressure of the fuel gas in the low pressure gas pipeline based on the required the thermal power of the boiler, controlling the flow rate of the low-grade heat carrier by its temperature and is made with the possibility of influencing the degree of opening of the bypass, first and second control and shut-off electric gate valves, as well as with the ability to control the speed of the electric motor of the pump drive to supply the low-grade coolant to the evaporator, according to this utility model, further comprises a gas analyzer of the composition of the fuel gas installed in the high pressure gas pipeline and direct electric connection to the control unit.

Таким образом, технический результат достигается путем применения газоанализатора для измерения состава топливного газа в газопроводе высокого давления и компьютерного определения по составу газа теплоты сгорания топливного газа с последующей выработкой корректировочного электрического сигнала и передачей его на электроприводные задвижки газопровода низкого давления, при этом, при высокой теплоте сгорания, расход топливного газа автоматически уменьшается в соответствии с нагрузкой котла и, тем самым, предотвращаются потери с уходящими газами из-за высокой их температуры, а при низкой теплоте сгорания происходит, наоборот, увеличение расхода топливного газа для приведения его в соответствие с количеством подаваемого воздуха, и, тем самым, предотвращаются потери теплоты из-за избытка воздуха.Thus, the technical result is achieved by using a gas analyzer to measure the composition of the fuel gas in the high pressure gas pipeline and computer-based determination of the gas heat of combustion of the fuel gas with the subsequent generation of the corrective electrical signal and transmitting it to the electric valve of the low pressure gas pipeline, while at high heat combustion, fuel gas consumption is automatically reduced in accordance with the load of the boiler and, thereby, loss from maintenance is prevented high-temperature gases, and at a low heat of combustion, on the contrary, an increase in the consumption of fuel gas occurs to bring it into line with the amount of air supplied, and thereby heat losses due to excess air are prevented.

Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг. 1), на котором представлена принципиальная схема предлагаемого детандер-генераторного агрегата.The invention is illustrated in the drawing (Fig. 1), which shows a schematic diagram of the proposed expander-generator unit.

На фиг. 1 элементы и узлы обозначены следующими позициями:In FIG. 1 elements and nodes are indicated by the following positions:

1 - первая ступень детандера для привода электрогенератора,1 - the first stage of the expander to drive an electric generator,

2 - вторая ступень детандера для привода компрессора,2 - the second stage of the expander for compressor drive,

3 - электрогенератор,3 - electric generator,

4 - компрессор,4 - compressor

5 - теплообменник,5 - heat exchanger,

6 - дроссель,6 - throttle,

7 - испаритель,7 - evaporator

8 - газопровод высокого давления,8 - high pressure gas pipeline,

9 - первая регулировочно-запорная электроприводная задвижка,9 - the first control and locking electric actuator valve,

10 - насос с частотно-регулируемым приводом для подачи низкопотенциального теплоносителя в испаритель,10 - pump with a variable frequency drive for supplying low-grade coolant to the evaporator,

11 - вход низкопотенциального теплоносителя,11 - input low-potential coolant,

12 - выход низкопотенциального теплоносителя,12 - output low potential coolant,

13 - блок управления,13 - control unit

14 - первый датчик температуры,14 - the first temperature sensor,

15 - датчик давления,15 - pressure sensor,

16 - газопровод низкого давления,16 - low pressure gas pipeline,

17 - байпасная регулировочно-запорная электроприводная задвижка,17 - bypass adjusting and locking electric actuator valve,

18 - вторая регулировочно-запорная электроприводная задвижка,18 - the second control and locking electric valve,

19 - второй датчик температуры,19 is a second temperature sensor,

20 - третий датчик температуры,20 is a third temperature sensor,

21 - газоанализатор состава топливного газа.21 is a gas analyzer of the composition of the fuel gas.

Детандер-генераторный агрегат содержит электрогенератор 3, первую ступень 1 детандера для привода электрогенератора 3, компрессор 4, теплообменник 5, дроссель 6, испаритель 7, газопровод 8 высокого давления, газопровод 16 низкого давления, первую регулировочно-запорную электроприводную задвижку 9, насос 10 с частотно-регулируемым приводом для подачи низкопотенциального теплоносителя в испаритель 7, байпасную регулировочно-запорную задвижку 17. Компрессор 4 соединен с выходом испарителя 7.The expander-generator unit contains an electric generator 3, a first stage 1 of an expander for driving an electric generator 3, a compressor 4, a heat exchanger 5, a throttle 6, an evaporator 7, a high pressure gas pipeline 8, a low pressure gas pipeline 16, a first control and shutter valve 9, a pump 10 s a frequency-controlled drive for supplying a low-grade coolant to the evaporator 7, a bypass control and shut-off valve 17. The compressor 4 is connected to the output of the evaporator 7.

Вход испарителя 7 через дроссель 6 соединен с выходом теплообменника 5. Вход теплообменника 5 соединен с выходом компрессора 4. Выход первой ступени 1 детандера для привода электрогенератора 3 через первую регулировочно-запорную электроприводную задвижку 9 соединен с газопроводом 16 низкого давления.The input of the evaporator 7 through the throttle 6 is connected to the output of the heat exchanger 5. The input of the heat exchanger 5 is connected to the output of the compressor 4. The output of the first stage 1 of the expander for driving the electric generator 3 is connected to the low pressure gas line 16 through the first control and shut-off electric actuator valve 9.

Детандер-генераторный агрегат также содержит вторую ступень 2 детандера для привода компрессора 4, блок 13 управления, вторая регулировочно-запорная электроприводная задвижка 18, первый датчик 14 температуры, второй датчик 19 температуры, третий датчик 20 температуры и датчик 15 давления.The expander-generator unit also contains a second stage 2 of the expander for driving the compressor 4, a control unit 13, a second control and locking electric actuator valve 18, a first temperature sensor 14, a second temperature sensor 19, a third temperature sensor 20 and a pressure sensor 15.

Вторая ступень 2 детандера для привода компрессора 4 выполнена с возможностью выработки механической энергии за счет расширения топливного газа и соединена с компрессором 4, т.е. вторая ступень 2 детандера передает эту механическую энергию непосредственно для вращения вала компрессора 4, а топливный газ после второй ступени 2 детандера поступает на первую ступень 1 детандера для привода электрогенератора 3.The second stage 2 of the expander for driving the compressor 4 is configured to generate mechanical energy by expanding the fuel gas and is connected to the compressor 4, i.e. the second stage 2 of the expander transfers this mechanical energy directly to rotate the shaft of the compressor 4, and the fuel gas after the second stage 2 of the expander enters the first stage 1 of the expander to drive the electric generator 3.

Выход второй ступени 2 детандера соединен с входом первой ступени 1 детандера. Вход второй ступени 2 детандера через вторую регулировочно-запорную электроприводную задвижку 18 соединен с газопроводом 8 высокого давления.The output of the second stage 2 of the expander is connected to the input of the first stage 1 of the expander. The input of the second stage 2 of the expander through the second adjusting and locking electric actuator valve 18 is connected to the gas pipe 8 high pressure.

Первый датчик 14 температуры установлен на выходе 12 низкопотенциального теплоносителя после испарителя 7.The first temperature sensor 14 is installed at the outlet 12 of the low-grade coolant after the evaporator 7.

Второй датчик 19 температуры установлен после теплообменника 7 на газопроводе 8 высокого давления.The second temperature sensor 19 is installed after the heat exchanger 7 on the high pressure gas line 8.

Третий датчик 20 температуры и датчик 15 давления установлены на газопроводе низкого давления непосредственно перед горелками котла (на чертеже горелки котла не показаны).The third temperature sensor 20 and pressure sensor 15 are installed on the low pressure gas pipeline directly in front of the boiler burners (not shown in the boiler burner drawing).

Блок 13 управления соединен электрическими связями с байпасной 17, первой 9 и второй 18 регулировочно-запорными электроприводными задвижками, с частотно-регулируемым приводом насоса 10 для подачи низкопотенциального теплоносителя в испаритель 7, с первым 14, вторым 19, третьим 20 датчиками температуры и датчиком 15 давления.The control unit 13 is electrically connected to the bypass 17, the first 9 and the second 18 electric shut-off valves, with a variable frequency drive of the pump 10 for supplying a low-grade coolant to the evaporator 7, with the first 14, second 19, third 20 temperature sensors and sensor 15 pressure.

Блок 13 управления имеет пакет прикладных программ поддержания необходимого давления и оптимальной температуры топливного газа в газопроводе 16 низкого давления на основе требуемой тепловой мощности котла, управления расходом низкопотенциального теплоносителя по его температуре.The control unit 13 has a package of applied programs for maintaining the necessary pressure and optimal temperature of the fuel gas in the low pressure gas pipeline 16 based on the required thermal power of the boiler, controlling the consumption of the low-grade heat carrier by its temperature.

Блок 13 управления выполнен с возможностью воздействия на степень открытия байпасной 17, первой 9 и второй 18 регулировочно-запорных электроприводных задвижек.The control unit 13 is made with the possibility of influencing the degree of opening of the bypass 17, the first 9 and second 18 of the control and shutter actuator valves.

Блок 13 управления выполнен с возможностью управления частотой вращения электродвигателя привода насоса 10 для подачи низкопотенциального теплоносителя в испаритель 7.The control unit 13 is configured to control the rotational speed of the electric motor of the pump drive 10 to supply a low-grade coolant to the evaporator 7.

Отличием предлагаемого детандер-генераторного агрегата является то, что он дополнительно содержит газоанализатор 21 состава топливного газа, установленный в газопроводе 8 высокого давления и соединенный электрической связью с блоком 13 управления, который вычисляет по пакету прикладных программ теплоту сгорания топливного газа на основании его состава, при этом блок 13 управления вырабатывает электрический сигнал для корректировки степени открытия регулировочно-запорных электроприводных задвижек 9, 17, 18 на газопроводе низкого давления.The difference of the proposed expander-generator unit is that it additionally contains a gas analyzer 21 of the fuel gas composition installed in the high pressure gas line 8 and electrically connected to the control unit 13, which calculates the heat of combustion of the fuel gas based on its application package for this control unit 13 generates an electrical signal to adjust the degree of opening of the control and shut-off electric gate valves 9, 17, 18 on the low pressure gas pipeline .

Назначение и взаимодействие элементов следующее.The purpose and interaction of the elements is as follows.

Первая ступень 1 осевого детандера находится на одном валу с электрогенератором 3 и служит для сообщения ему вращательного движения.The first stage 1 of the axial expander is located on the same shaft with the electric generator 3 and serves to inform him of the rotational movement.

Вторая ступень 2 осевого детандера находится на одном валу с компрессором 4 и служит для сообщения ему вращательного движения.The second stage 2 of the axial expander is located on the same shaft with the compressor 4 and serves to inform him of the rotational movement.

Компрессор 4 служит для создания разрежения в испарителе 7 за счет отсасывания из него хладагента (на чертеже хладагент позицией не обозначен), последующего сжатия и подачи его в газовый теплообменник 5, во внутритрубное пространство которого поступает для нагрева топливный газ из газопровода 8 высокого давления.Compressor 4 serves to create a vacuum in the evaporator 7 by aspirating refrigerant from it (the refrigerant is not indicated by the figure in the drawing), then compressing it and supplying it to a gas heat exchanger 5, into the pipe inner space of which fuel gas is supplied from the high pressure gas pipeline 8.

Дроссель 6 служит для охлаждения хладагента и превращения его в жидкое состояние за счет расширения.Choke 6 is used to cool the refrigerant and turn it into a liquid state due to expansion.

Испаритель 7 служит для передачи теплоты хладагенту от низкопотенциального теплоносителя, поступающего через вход 11.The evaporator 7 is used to transfer heat to the refrigerant from the low-grade coolant entering through the input 11.

В качестве низкопотенциального теплоносителя используется оборотная циркуляционная нагретая вода после конденсаторов паровых турбин (на чертеже конденсаторы не показаны).As a low-grade heat carrier, circulating heated circulating water after steam turbine condensers is used (condensers are not shown in the drawing).

Первая 9 и вторая 18 регулировочно-запорные электроприводные задвижки служат для регулирования расхода топливного газа, поступающего на первую 1 и вторую 2 ступени детандера соответственно для привода электрогенератора 3 и компрессора 4, а также для отключения обеих ступеней детандера в случае профилактического осмотра.The first 9 and second 18 control and shutoff electric gate valves are used to control the flow of fuel gas entering the first 1 and second 2 stages of the expander, respectively, to drive the electric generator 3 and compressor 4, as well as to turn off both stages of the expander in case of routine inspection.

Насос 10 с частотно-регулируемым приводом служит для подачи низкопотенциального теплоносителя в испаритель 7.The pump 10 with a variable frequency drive serves to supply a low-grade coolant to the evaporator 7.

Вращение частотно-регулируемого электродвигателя (на чертеже не показан) для привода насоса 10 осуществляется за счет электроэнергии, вырабатываемой электрогенератором 3.The rotation of the frequency-controlled electric motor (not shown) for driving the pump 10 is carried out due to the electricity generated by the electric generator 3.

Блок 13 управления выполнен компьютеризированным, соединен электрическими связями с насосом 10 для подачи низкопотенциального теплоносителя в испаритель 7, с задвижками 9, 18, с датчиками 14, 19, 20 температуры и датчиком 15 давления и служит для управления в автоматическом режиме расходом низкопотенциального теплоносителя по его температуре на выходе 12, а также для регулирования температуры и давления топливного газа в газопроводе 16 низкого давления.The control unit 13 is computerized, electrically connected to a pump 10 for supplying a low-grade coolant to the evaporator 7, with valves 9, 18, temperature sensors 14, 19, 20 and a pressure gauge 15 and serves to automatically control the low-grade coolant flow rate temperature at the outlet 12, as well as to control the temperature and pressure of the fuel gas in the low pressure gas pipeline 16.

Байпасная регулировочно-запорная электроприводная задвижка 17 служит для подачи топливного газа со стороны газопровода 8 высокого давления на сторону газопровода 16 низкого давления при закрытых задвижках 9, 18.Bypass adjusting and locking electric actuator valve 17 is used to supply fuel gas from the side of the high pressure gas pipeline 8 to the side of the low pressure gas pipeline 16 with closed valves 9, 18.

При недостатке вырабатываемой электрогенератором 3 электроэнергии насос 10 для подачи низкопотенциального теплоносителя в испаритель 7 подключается к внешней электросети (на чертеже внешняя электросеть не показана) в автоматическом режиме по электрическому сигналу с блока 13 управления.If there is a lack of electricity generated by the electric generator 3, the pump 10 for supplying a low-grade coolant to the evaporator 7 is connected to an external power network (an external power network is not shown in the drawing) in automatic mode by an electric signal from the control unit 13.

Газоанализатор 21, соединенный электрической связью с блоком 13 управления, служит для определения состава топливного газа в газопроводе высокого давления 8 и передаче данных о составе в компьютеризированный блок управления 13, в котором по пакету прикладных программ производится расчет теплоты сгорания топлива и вырабатывается электрический сигнал для степени открытия задвижек 9, 17, 18 на газопроводе низкого давления.The gas analyzer 21, which is electrically connected to the control unit 13, is used to determine the composition of the fuel gas in the high pressure gas pipeline 8 and transfer the composition data to the computerized control unit 13, in which the heat of combustion of the fuel is calculated from the application package and an electrical signal is generated for the degree opening valves 9, 17, 18 on the low pressure gas pipeline.

Детандер-генераторный агрегат работает следующим образом.The expander-generator unit operates as follows.

В соответствии с требуемой тепловой нагрузкой котла при подаче электрического напряжения от внешней электросети блок 13 управления по программе на основе электрического сигнала с первичного датчика регулирования тепловой мощности котла устанавливает степень открытия задвижек 9, 18 на ступенях детандера, соответственно 1 и 2, и количество подаваемого насосом 10 в испаритель 7 низкопотенциального теплоносителя (на чертеже не показаны котел, первичный датчик регулирования тепловой мощности котла и линии электрической связи котла с блоком 13 управления).In accordance with the required thermal load of the boiler when applying electric voltage from an external power supply, the program control unit 13, based on the electric signal from the primary sensor for controlling the thermal power of the boiler, sets the degree of opening of the valves 9, 18 on the expander stages, respectively 1 and 2, and the amount supplied by the pump 10 to the evaporator 7 of the low-grade heat carrier (the boiler, the primary sensor for regulating the thermal power of the boiler, and the electric communication line of the boiler with block 13 are not shown in the drawing) Management Board).

После открытия основной задвижки (на чертеже не показана) на газопроводе 8 топливный газ под повышенным давлением проходит внутри трубчатого теплообменника 5 и при закрытой байпасной задвижке 17 поступает через вторую задвижку 18 на вторую ступень 2 детандера, на которой происходит расширение топливного газа и механическая энергия передается через вал для привода компрессора 4.After the main valve (not shown) is opened on the gas pipeline 8, fuel gas under increased pressure passes inside the tubular heat exchanger 5 and, when the bypass valve 17 is closed, enters through the second valve 18 to the second stage 2 of the expander, on which the fuel gas expands and mechanical energy is transmitted through the shaft to drive the compressor 4.

После второй ступени 2 детандера топливный газ с пониженными температурой и давлением поступает на первую ступень 1 детандера, на которой происходит дальнейшее понижение температуры и давления топливного газа, а механическая энергия используется для привода электрогенератора 3.After the second stage 2 of the expander, fuel gas with a reduced temperature and pressure enters the first stage 1 of the expander, at which the temperature and pressure of the fuel gas are further reduced, and mechanical energy is used to drive the electric generator 3.

Далее топливный газ через первую задвижку 9 поступает в газопровод низкого давления 16 для сжигания в котле.Further, the fuel gas through the first valve 9 enters the low pressure gas pipeline 16 for combustion in the boiler.

Компрессор 4 за счет получаемой механической энергии при открытых всасывающих и нагнетательных запорных вентилях (на чертеже позициями не обозначены) сжимает хладагент и температура его повышается. Горячие пары хладагента нагнетаются компрессором в теплообменник 7, в котором теплота сжатия и теплота низкопотенциального теплоносителя передаются холодному топливному газу, поступающему во внутритрубное пространство теплообменника 5.Compressor 4, due to the mechanical energy obtained when the suction and discharge shut-off valves are open (are not indicated in the figure), compresses the refrigerant and its temperature rises. The hot vapor of the refrigerant is injected by the compressor into the heat exchanger 7, in which the heat of compression and the heat of the low-grade heat carrier are transferred to the cold fuel gas entering the in-tube space of the heat exchanger 5.

Топливный газ нагревается, а хладагент охлаждается и поступает в дроссель 6, в котором происходит его расширение и превращение в жидкое состояние. После дросселя 6 хладагент поступает в испаритель 7, в котором за счет теплоты, получаемой от низкопотенциального теплоносителя, происходит его кипение и испарение. Пары хладагента отсасываются компрессором 4 и цикл повторяется.The fuel gas is heated, and the refrigerant is cooled and enters the throttle 6, in which it expands and turns into a liquid state. After the choke 6, the refrigerant enters the evaporator 7, in which due to the heat received from the low-grade heat carrier, it boils and evaporates. Refrigerant vapor is sucked off by compressor 4 and the cycle repeats.

По температуре на выходе 12 низкопотенциального теплоносителя из испарителя 7, измеренной первым датчиком 14 температуры, который соединен электрической связью с блоком 13 управления, а также на основании электрических сигналов с второго 19, третьего 20 датчиков температуры и датчика 15 давления в соответствии с теплотой сгорания топлива, вычисленной в блоке 13 на основе показаний газоанализатора 21 по составу топлива, вводится корректировка на степень открытия задвижек 9, 18 и 17 и на частоту вращения электродвигателя привода насоса 10 для подачи низкопотенциального теплоносителя в испаритель 7.According to the temperature at the outlet 12 of the low-grade coolant from the evaporator 7, measured by the first temperature sensor 14, which is connected by electrical connection to the control unit 13, as well as on the basis of electrical signals from the second 19, third 20 temperature sensors and pressure sensor 15 in accordance with the heat of combustion of fuel calculated in block 13 based on the readings of the gas analyzer 21 on the fuel composition, a correction is introduced for the degree of opening of the valves 9, 18 and 17 and for the speed of the electric motor of the pump drive 10 for feeding izkopotentsialnogo coolant in the evaporator 7.

Таким образом, использование заявляемой полезной модели позволит повысить эффективность сжигания топливного газа в зависимости от теплоты сгорания топливного газа на основании его состава.Thus, the use of the claimed utility model will improve the efficiency of burning fuel gas, depending on the heat of combustion of the fuel gas based on its composition.

Claims (1)

Детандер-генераторный агрегат, содержащий электрогенератор, первую ступень детандера для привода электрогенератора, компрессор, теплообменник, дроссель, испаритель, газопровод высокого давления, газопровод низкого давления, первую регулировочно-запорную электроприводную задвижку, насос с частотно-регулируемым приводом для подачи низкопотенциального теплоносителя в испаритель, байпасную регулировочно-запорную задвижку, вторую ступень детандера для привода компрессора, блок управления, вторую регулировочно-запорную электроприводную задвижку, первый датчик температуры, второй датчик температуры, третий датчик температуры и датчик давления, при этом компрессор соединен с выходом испарителя, вход которого через дроссель соединен с выходом теплообменника, а вход теплообменника соединен с выходом компрессора, выход первой ступени детандера через первую регулировочно-запорную электроприводную задвижку соединен с газопроводом низкого давления, причем вторая ступень детандера выполнена с возможностью выработки механической энергии за счет расширения топливного газа и соединена с компрессором, выход второй ступени детандера соединен с входом первой ступени детандера, вход второй ступени детандера через вторую регулировочно-запорную электроприводную задвижку соединен с газопроводом высокого давления, первый датчик температуры установлен на выходе низкопотенциального теплоносителя после испарителя, второй датчик температуры установлен после теплообменника на газопроводе высокого давления, третий датчик температуры и датчик давления установлены на газопроводе низкого давления непосредственно перед горелками котла, блок управления соединен электрическими связями с байпасной, первой и второй регулировочно-запорными электроприводными задвижками, с частотно-регулируемым приводом насоса для подачи низкопотенциального теплоносителя, с первым, вторым, третьим датчиками температуры и датчиком давления, при этом блок управления имеет пакет прикладных программ поддержания оптимальной температуры и необходимого давления топливного газа в газопроводе низкого давления на основе требуемой тепловой мощности котла, управления расходом низкопотенциального теплоносителя по его температуре и выполнен с возможностью воздействия на степень открытия байпасной, первой и второй регулировочно-запорных электроприводных задвижек, а также с возможностью управления частотой вращения электродвигателя привода насоса для подачи низкопотенциального теплоносителя в испаритель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит газоанализатор состава топливного газа, установленный в газопроводе высокого давления и соединенный электрической связью с блоком управления.An expander-generator unit containing an electric generator, a first stage of an expander for driving an electric generator, a compressor, a heat exchanger, a throttle valve, an evaporator, a high pressure gas pipeline, a low pressure gas pipeline, a first control and shut-off electric drive valve, a pump with a variable frequency drive for supplying a low-grade heat carrier to the evaporator , bypass adjusting and locking valve, second stage of the expander for compressor drive, control unit, second adjusting and locking electric actuator a gate valve, a first temperature sensor, a second temperature sensor, a third temperature sensor and a pressure sensor, while the compressor is connected to the output of the evaporator, the input of which through the throttle is connected to the output of the heat exchanger, and the input of the heat exchanger is connected to the output of the compressor, the output of the first stage of the expander through the first control an electric gate valve is connected to a low pressure gas pipeline, and the second stage of the expander is made with the possibility of generating mechanical energy by expanding the fuel ha a and connected to the compressor, the output of the second stage of the expander is connected to the input of the first stage of the expander, the input of the second stage of the expander is connected to the high pressure gas line through the second control and shut-off electric actuator valve, the first temperature sensor is installed at the output of the low-grade coolant after the evaporator, the second temperature sensor is installed after a heat exchanger on the high pressure gas pipeline, a third temperature sensor and a pressure sensor are installed directly on the low pressure gas pipeline about in front of the burners of the boiler, the control unit is electrically connected to the bypass, first and second control and shut-off electric gate valves, with a frequency-controlled pump drive for supplying a low-grade heat carrier, with the first, second, third temperature sensors and pressure sensor, while the control unit has application package for maintaining the optimum temperature and the required pressure of fuel gas in a low pressure gas pipeline based on the required thermal power of the boiler, control of flow the low-temperature coolant by its temperature and is made with the possibility of affecting the degree of opening of the bypass, first and second control and shut-off electric gate valves, as well as with the ability to control the speed of the pump drive motor to supply the low-grade coolant to the evaporator, characterized in that it additionally contains a gas analyzer the composition of the fuel gas installed in the high pressure gas pipeline and connected by electrical communication with the control unit.
RU2016114967U 2016-04-18 2016-04-18 DETANDER-GENERATOR UNIT RU168561U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016114967U RU168561U1 (en) 2016-04-18 2016-04-18 DETANDER-GENERATOR UNIT

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016114967U RU168561U1 (en) 2016-04-18 2016-04-18 DETANDER-GENERATOR UNIT

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU168561U1 true RU168561U1 (en) 2017-02-08

Family

ID=58450761

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016114967U RU168561U1 (en) 2016-04-18 2016-04-18 DETANDER-GENERATOR UNIT

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU168561U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110441541A (en) * 2019-09-17 2019-11-12 贵州电网有限责任公司 A kind of expansion power generator revolving speed static test system and test method

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4522636A (en) * 1984-02-08 1985-06-11 Kryos Energy Inc. Pipeline gas pressure reduction with refrigeration generation
WO1997028354A1 (en) * 1996-01-31 1997-08-07 Carrier Corporation Deriving mechanical power by expanding a liquid to its vapour
RU2150641C1 (en) * 1999-06-15 2000-06-10 Московский энергетический институт (Технический университет) Method of operation of expansion unit and device for realization of this method
US20070283705A1 (en) * 2006-06-07 2007-12-13 Anthony John Taylor Gas Pressure Reducer, and an Energy Generation and Management System Including a Gas Pressure Reducer
RU2528230C2 (en) * 2012-12-26 2014-09-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") Expander-generator unit
RU159533U1 (en) * 2015-10-19 2016-02-10 Акционерное общество "Газпром газораспределение Тула" DETANDER-GENERATOR DEVICE

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4522636A (en) * 1984-02-08 1985-06-11 Kryos Energy Inc. Pipeline gas pressure reduction with refrigeration generation
WO1997028354A1 (en) * 1996-01-31 1997-08-07 Carrier Corporation Deriving mechanical power by expanding a liquid to its vapour
RU2150641C1 (en) * 1999-06-15 2000-06-10 Московский энергетический институт (Технический университет) Method of operation of expansion unit and device for realization of this method
US20070283705A1 (en) * 2006-06-07 2007-12-13 Anthony John Taylor Gas Pressure Reducer, and an Energy Generation and Management System Including a Gas Pressure Reducer
RU2528230C2 (en) * 2012-12-26 2014-09-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") Expander-generator unit
RU159533U1 (en) * 2015-10-19 2016-02-10 Акционерное общество "Газпром газораспределение Тула" DETANDER-GENERATOR DEVICE

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110441541A (en) * 2019-09-17 2019-11-12 贵州电网有限责任公司 A kind of expansion power generator revolving speed static test system and test method
CN110441541B (en) * 2019-09-17 2023-10-27 贵州电网有限责任公司 Static test system and test method for rotating speed of expansion generator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102094690B (en) Engine exhaust gas and waste heat utilization system based on single-screw expansion engine
CN105423592B (en) Double-working-condition direct combustion dual effect type lithium bromide absorption type heat pump unit
CN104675521A (en) Novel gas-steam combined cycle cooling, heating and power generation system
CN207178041U (en) A kind of OTC cooling systems for Combined cycle gas-steam turbine
US10428695B2 (en) Combined cycle plant, device for controlling said plant, and method for starting up said plant
RU168561U1 (en) DETANDER-GENERATOR UNIT
RU2015133940A (en) GAS TURBINE INSTALLATION AND METHOD FOR REGULATING THE SPECIFIED INSTALLATION
CN105888845A (en) Natural gas differential pressure cold energy utilization device
JP2023160930A (en) Gas turbine, control method therefor, and combined cycle plant
CN105402927B (en) Double-working-condition direct combustion single-effect lithiumbromide absorption type heat pump assembly
RU2528230C2 (en) Expander-generator unit
CN109611166B (en) Condensing back-pumping heat supply system for variable working conditions of multi-low pressure cylinder steam turbine and operation method
CN107355270A (en) A kind of the ORC generating sets and adjusting method of adaptive thermal source change
CN207348910U (en) A kind of natural gas afterheat power generation turbine pipe-line system
CN114483214B (en) Condensing and high back pressure switching heat supply system
JP2013245604A (en) Cooling system for high temperature part of gas turbine
CN115263565A (en) Wide-load energy-saving control method for gas turbine
CN206942815U (en) Steam Turbine attachment structure
CN104594964A (en) Novel single-shaft natural gas combined cycle heat supply unit system
RU151790U1 (en) SOURCE OF ELECTRIC SUPPLY BASED ON HYDRAULIC ELECTRIC STATION
CN208564653U (en) Low-pressure cylinder cooling system with zero output of low-pressure cylinder of heat supply unit
RU117512U1 (en) ELECTRIC POWER AND HEAT INSTALLATION
RU168649U1 (en) DETANDER-GENERATOR DEVICE WITH TEMPERATURE CORRECTION OF THE ELECTRIC GENERATOR
CN204128994U (en) A kind of proving installation of the evaporator for Organic Rankine Cycle ORC system
RU17971U1 (en) DETANDER-GENERATOR UNIT

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20170422