RU2497051C2 - Reversible electric turbo-expander plant - Google Patents

Reversible electric turbo-expander plant Download PDF

Info

Publication number
RU2497051C2
RU2497051C2 RU2012100790/06A RU2012100790A RU2497051C2 RU 2497051 C2 RU2497051 C2 RU 2497051C2 RU 2012100790/06 A RU2012100790/06 A RU 2012100790/06A RU 2012100790 A RU2012100790 A RU 2012100790A RU 2497051 C2 RU2497051 C2 RU 2497051C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electric
electric machine
expander
turbo
heater
Prior art date
Application number
RU2012100790/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012100790A (en
Inventor
Анатолий Евтихиевич Козярук
Богдан Юрьевич Васильев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный"
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 "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный"
Priority to RU2012100790/06A priority Critical patent/RU2497051C2/en
Publication of RU2012100790A publication Critical patent/RU2012100790A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2497051C2 publication Critical patent/RU2497051C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: power engineering.
SUBSTANCE: reversible electric turbo-expander plant comprises an electric machine, a turbo-expander, an electric heater installed upstream and connected to an accumulator battery, installed as capable of recharging from an electric machine, an additional system of natural gas heating. It is equipped with a centrifugal supercharger and a gas turbine, kinematically connected with a turbo-expander, with a centrifugal supercharger and with an electric machine equipped with a semiconductor converter. The additional heating system is made in the form of a heat recuperator installed in the gas turbine, and connected via a water pump with a water heater, installed upstream the electric heater, and the accumulator battery is connected with the electric machine via a semiconductor converter. The electric machine is made in the form of a synchronous electric motor as capable of its operation in the mode of an electric energy generator or in the mode of a controlled electric motor.
EFFECT: expansion of device capabilities and increased operational reliability.
2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области газовой промышленности и энергетики, в частности к установкам перекачки природного газа и энергетическим установкам, утилизирующим энергию избыточного давления природного газа.The invention relates to the field of the gas industry and energy, in particular to natural gas pumping units and power plants utilizing the energy of overpressure of natural gas.

Известна турбодетандерная установка, содержащая турбодетандер, электрогенератор, линию высокого давления природного газа, газопаровый теплообменник и электропарогенератор, соединенный с противодавленческой турбиной (патент RU 2403406, опубл. 10.11.2010 г.).Known turboexpander installation containing a turboexpander, an electric generator, a high pressure line of natural gas, a gas-steam heat exchanger and an electric steam generator connected to a backpressure turbine (patent RU 2403406, publ. 10.11.2010).

Недостатками установки являются узкая область применения, наличие газопарового теплообменника и электропарогенератора, что повышает себестоимость и снижает надежность установки.The disadvantages of the installation are a narrow scope, the presence of a gas-steam heat exchanger and an electric steam generator, which increases the cost and reduces the reliability of the installation.

Известна теплотурбодетандерная установка в системе ГРС (патент RU 2330968, опубл. 10.08.2008), содержащая компрессор, камеру сгорания, турбину, подогреватель цикловой воды, дымовую трубу, газопровод высокого давления, подогреватель газа, гидротурбину, электродвигатель, циркуляционный насос, гидромуфту, турбодетандер, электрогенератор, распределительные коллекторы, причем, циркуляционный насос, подогреватель цикловой воды, подогреватель газа, гидротурбина образуют замкнутый контур цикловой воды, при этом турбина соединена с подогревателем цикловой воды, который подключен через магистраль воды к подогревателю газа, а магистралью отработавшего газа к дымовой трубе, магистраль природного газа высокого давления через подогреватель соединена с турбодетандером, который на своем выхлопе через систему газопроводов подключен к распределительным коллекторам.Known heat turbine expansion device in the GDS system (patent RU 2330968, publ. 08/10/2008) containing a compressor, a combustion chamber, a turbine, a cycle water heater, a chimney, a high pressure gas pipeline, a gas heater, a hydraulic turbine, an electric motor, a circulation pump, a hydraulic coupling, a turbine expander , an electric generator, distribution manifolds, moreover, a circulation pump, a cyclic water heater, a gas heater, a hydraulic turbine form a closed loop of cyclic water, while the turbine is connected to a cyclo heater of water, which is connected through a water main to a gas heater, and by an exhaust gas main to a chimney, the high-pressure natural gas main is connected through a heater to a turboexpander, which is connected to distribution manifolds through its exhaust gas system through a gas pipeline.

Недостатками установки является ее привязка к ГРС, что существенно снижает область применения, а также неэкологичность эксплуатации, поскольку происходит сжигание природного газа, и выброс продуктов сгорания в атмосферу.The disadvantages of the installation are its binding to the gas distribution system, which significantly reduces the scope, as well as the environmentally friendly operation, since there is burning of natural gas and the emission of combustion products into the atmosphere.

Известна газотурбодетандерная установка для утилизации энергии сжатого природного газа (патент RU 2276758, опубл. 20.05.2006), принятая за прототип. Она содержит последовательно установленные на магистрали природного газа высокого давления электрический нагреватель для подогрева газа, турбодетандер, кинематически связанный с электрогенератором, и аккумуляторную батарею с возможностью подзарядки последней от электрогенератора при работающем в режиме турбодетандера и подключении к нагревателю в начальный момент работы установки с последующим отключением от нагревателя при выходе турбодетандера на режимную работу.Known gas turbine expander for utilization of energy of compressed natural gas (patent RU 2276758, publ. 05.20.2006), adopted as a prototype. It contains an electric heater for gas heating, a turboexpander kinematically connected to an electric generator, and a rechargeable battery with the possibility of recharging the latter from an electric generator when operating in a turbine expander mode and connected to the heater at the initial moment of installation operation and then disconnecting from heater when the turbo-expander enters into operation mode.

Недостатками установки являются узкая область применения и низкая надежность, т.к. отсутствует дублирующая система подогрева газа на входе турбодетандера.The disadvantages of the installation are a narrow scope and low reliability, because There is no duplicate gas heating system at the inlet of the turbo expander.

Техническим результатом изобретения является расширение возможностей устройства и повышение надежности работы.The technical result of the invention is to expand the capabilities of the device and increase the reliability.

Технический результат достигается тем, что обратимая электротурбодетандерная установка, содержащая электрическую машину, турбодетандер, установленный перед ним электрический нагреватель, подключенный к аккумуляторной батареи, установленной с возможностью подзарядки от электрической машины, дополнительную систему подогрева природного газа, снабжена центробежным нагнетателем и газовой турбиной, кинематически связанной с турбодетандером, с центробежным нагнетателем и с электрической машиной, снабженной полупроводниковым преобразователем, при этом дополнительная система подогрева выполнена в виде рекуператора тепла, установленного в газовой турбине, и соединенного через водяной насос с водяным нагревателем, установленным перед электрическим нагревателем, а аккумуляторная батарея соединена с электрической машиной через полупроводниковый преобразователь.The technical result is achieved by the fact that a reversible electric turbo-expander installation containing an electric machine, a turboexpander, an electric heater installed in front of it, connected to a battery installed with the possibility of recharging from an electric machine, an additional natural gas heating system, is equipped with a centrifugal supercharger and a gas turbine kinematically connected with a turboexpander, with a centrifugal supercharger and with an electric machine equipped with a semiconductor converter ers, the additional heating system is designed as a heat exchanger installed in a gas turbine, and is connected through a water pump with a water heater, an electric heater located upstream of, and battery connected to the electric machine through the semiconductor converter.

В системе подогрева природного газа, перед турбодетандером, электрический нагреватель является основным, а водяной нагреватель - дополнительным.In the natural gas heating system, before the turboexpander, the electric heater is the main one, and the water heater is the additional one.

Структурная схема обратимой электротурбодетандерной установки представлена на фиг.1. Установка содержит электрическую машину 8, снабженную полупроводниковый преобразователем 9, турбодетандер 3, установленный перед ним электрический нагреватель 2, подключенный к аккумуляторной батареи 4, центробежный нагнетатель 7, дополнительную систему подогрева природного газа, газовую турбину 6. Дополнительная система подогрева выполнена в виде рекуператора тепла 11, установленного в газовой турбине 6, и соединенного через водяной насос 12 с водяным нагревателем 13, установленным перед электрическим нагревателем 2. Рекуператор тепла 11 служит для утилизации тепла и использования его в дополнительном водном нагревателе 13 природного газа на входе в турбодетандер 3. В качестве теплоносителя используется вода. Водяной насос 12 используют для обеспечения циркуляции воды. Электрический нагреватель 2 для подогрева природного газа, турбодетандер 3 и центробежный нагнетатель 7 установлены на магистрали природного газа высокого давления 1. Газовая турбина 6 кинематически связана с турбодетандером 3, с центробежным нагнетателем 7 и с электрической машиной 8. Турбодетандер 3 также кинематически связан с электрической машиной 8. Аккумуляторная батарея 4 установлена с возможностью подзарядки от электрической машины 8 и соединена с ней через полупроводниковый преобразователь 9.The structural diagram of a reversible electric turboexpander installation is presented in figure 1. The installation comprises an electric machine 8, equipped with a semiconductor converter 9, a turboexpander 3, an electric heater 2 installed in front of it, connected to the battery 4, a centrifugal supercharger 7, an additional natural gas heating system, a gas turbine 6. The additional heating system is made in the form of a heat recuperator 11 installed in a gas turbine 6 and connected through a water pump 12 to a water heater 13 installed in front of the electric heater 2. Heat recuperator 11 cl it is used for heat recovery and its use in an additional water heater 13 of natural gas at the inlet to the turbo-expander 3. Water is used as a heat carrier. A water pump 12 is used to circulate water. An electric heater 2 for heating natural gas, a turboexpander 3 and a centrifugal supercharger 7 are installed on the high-pressure natural gas line 1. A gas turbine 6 is kinematically connected to a turboexpander 3, to a centrifugal supercharger 7 and to an electric machine 8. Turbo expander 3 is also kinematically connected to an electric machine 8. The battery 4 is installed with the possibility of recharging from an electric machine 8 and connected to it through a semiconductor converter 9.

Обратимая электротурбодетандерная установка работает следующим образом. Из магистрали высокого давления 1 природный газ поступает в турбодетандер 3, расходует энергию на его вращение и теряет давление (фиг.2). На выходе турбодетандера 3 начинается магистраль природного газа низкого давления 5. Таким образом, за счет турбодетандетрного эффекта, происходит снижение давления природного газа. При снижении давления природного газа происходит снижение его температуры. Для избежания обмерзания турбодетандера 3 температуру природного газа повышают электрическим нагревателем 2. При вращении турбодетандера 3 вращается кинематически связанная с ним электрическая машина 8. Электрическая машина 8 работает в генераторном режиме и через полупроводниковый преобразователь 9 заряжает аккумуляторную батарею 4 и питает электрический нагреватель 2. Таким образом, обратимая электротурбодетандерная установка работает в турбодетандерном режиме.Reversible elektroturbodetander installation works as follows. From the high-pressure line 1, natural gas enters the turbo-expander 3, consumes energy to rotate it, and loses pressure (Fig. 2). At the outlet of the turbo-expander 3, the low-pressure natural gas main 5 begins. Thus, due to the turbo-expander effect, the natural gas pressure decreases. When natural gas pressure decreases, its temperature decreases. To avoid freezing of the turbo expander 3, the temperature of the natural gas is increased by the electric heater 2. When the turbo expander 3 is rotated, the kinematically connected electric machine 8 rotates. The electric machine 8 operates in the generator mode and charges the battery 4 through the semiconductor converter 9 and feeds the electric heater 2. Thus The reversible electric turbo-expander unit operates in a turbo-expander mode.

При неисправности электрического нагревателя 2 или электрической машины 8, запускают газовую турбину 6 (фиг.3). В результате, работает дополнительная система подогрева. В рекуператоре тепла 11 происходит нагрев воды, которую с помощью водяного насоса 12 перекачивают в водяной нагреватель 13 и подогревают природный газ на входе в турбодетандер 3. Этим достигают надежность работы установки.If a malfunction of the electric heater 2 or the electric machine 8, start the gas turbine 6 (Fig.3). As a result, an additional heating system works. In the heat recuperator 11, water is heated, which is pumped to the water heater 13 by means of a water pump 12 and the natural gas is heated at the inlet of the turboexpander 3. This ensures the reliability of the installation.

При работе на повышение давления за счет центробежного нагнетателя 7 (фиг.4), последний может приводиться во вращательное движение со стороны газовой турбины 6, при отсутствии электроэнергии. При этом, одновременно с вращением центробежного нагнетателя 7, происходит вращение электрической машины 8. При этом электрическая машина 8 работает в генераторном режиме, а выработанная энергия направляют в аккумуляторную батарею 4 и внешнюю сеть. Таким образом, обратимая электротурбодетандерная установка обеспечивает комбинированный режим работы.When working to increase the pressure due to the centrifugal supercharger 7 (Fig. 4), the latter can be rotationally driven by the gas turbine 6, in the absence of electric power. In this case, simultaneously with the rotation of the centrifugal supercharger 7, the electric machine 8 rotates. In this case, the electric machine 8 operates in the generator mode, and the generated energy is sent to the battery 4 and the external network. Thus, a reversible electric turboexpander expander provides a combined mode of operation.

При работе на повышение давления за счет центробежного нагнетателя 7 (фиг.5), последний может приводиться во вращательное движение также со стороны электрической машины 8. При этом она работает в двигательном режиме, а управление ею осуществляют с помощью полупроводникового преобразователя 9.When working to increase the pressure due to the centrifugal supercharger 7 (Fig. 5), the latter can also be rotated from the side of the electric machine 8. At the same time, it operates in a motor mode, and it is controlled using a semiconductor converter 9.

Обратимая электротурбодетандерная установка работает в режиме газового компрессора центробежного нагнетателя 7 магистрали высокого давления 1.Reversible electroturbo expander installation operates in the gas compressor mode of a centrifugal supercharger 7 high-pressure line 1.

Установка работает в турбодетандерном режиме, в режиме газового компрессора магистрального газопровода с приводом от газовой турбины или электрической машины и в комбинированном режиме работы при использовании газовой турбины в качестве привода центробежного нагнетателя для компремирования природного газа, и электрической машины для генерации электроэнергии.The installation operates in a turbo-expander mode, in the gas compressor mode of a main gas pipeline driven by a gas turbine or an electric machine, and in a combined operation mode when using a gas turbine as a centrifugal blower drive to compress natural gas, and an electric machine to generate electricity.

Таким образом, расширяются возможности использования установки и повышается надежность ее работы.Thus, expanding the possibilities of using the installation and increasing the reliability of its operation.

Claims (2)

1. Обратимая электротурбодетандерная установка, содержащая электрическую машину, турбодетандер, установленный перед ним электрический нагреватель, подключенный к аккумуляторной батареи, установленной с возможностью подзарядки от электрической машины, дополнительную систему подогрева природного газа, отличающаяся тем, что она снабжена центробежным нагнетателем и газовой турбиной, кинематически связанной с турбодетандером, с центробежным нагнетателем и с электрической машиной, снабженной полупроводниковым преобразователем, при этом дополнительная система подогрева выполнена в виде рекуператора тепла, установленного в газовой турбине и соединенного через водяной насос с водяным нагревателем, установленным перед электрическим нагревателем, а аккумуляторная батарея соединена с электрической машиной через полупроводниковый преобразователь.1. A reversible electric turbo-expander installation containing an electric machine, a turboexpander, an electric heater installed in front of it, connected to a battery installed with the possibility of recharging from an electric machine, an additional natural gas heating system, characterized in that it is equipped with a centrifugal supercharger and a gas turbine, kinematically associated with a turboexpander, with a centrifugal supercharger and with an electric machine equipped with a semiconductor converter, m additional heating system is made in the form of a heat recuperator installed in a gas turbine and connected through a water pump to a water heater installed in front of the electric heater, and the battery is connected to the electric machine through a semiconductor converter. 2. Обратимая электротурбодетандерная установка по п.1, отличающаяся тем, что электрическая машина выполнена в виде синхронного электродвигателя с возможностью его работы в режиме генератора электроэнергии или в режиме регулируемого электродвигателя. 2. The reversible electric turbo-expander installation according to claim 1, characterized in that the electric machine is made in the form of a synchronous electric motor with the possibility of its operation in the mode of an electric power generator or in the mode of an adjustable electric motor.
RU2012100790/06A 2012-01-11 2012-01-11 Reversible electric turbo-expander plant RU2497051C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012100790/06A RU2497051C2 (en) 2012-01-11 2012-01-11 Reversible electric turbo-expander plant

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012100790/06A RU2497051C2 (en) 2012-01-11 2012-01-11 Reversible electric turbo-expander plant

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012100790A RU2012100790A (en) 2013-07-20
RU2497051C2 true RU2497051C2 (en) 2013-10-27

Family

ID=48791551

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012100790/06A RU2497051C2 (en) 2012-01-11 2012-01-11 Reversible electric turbo-expander plant

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2497051C2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4359871A (en) * 1978-12-01 1982-11-23 Linde Aktiengesellschaft Method of and apparatus for the cooling of natural gas
JPH08121699A (en) * 1994-10-18 1996-05-17 Osaka Gas Co Ltd Pressure governor device for high pressure gas
RU2221192C2 (en) * 2002-03-05 2004-01-10 Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторский институт центробежных и роторных компрессоров им. В.Б. Шнеппа" Gas-distribution station with generation of electric power
RU2276758C2 (en) * 2004-07-08 2006-05-20 Воронежский государственный технический университет Gas-turbine-expansion installation for the compressed rock gas energy utilization

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4359871A (en) * 1978-12-01 1982-11-23 Linde Aktiengesellschaft Method of and apparatus for the cooling of natural gas
JPH08121699A (en) * 1994-10-18 1996-05-17 Osaka Gas Co Ltd Pressure governor device for high pressure gas
RU2221192C2 (en) * 2002-03-05 2004-01-10 Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторский институт центробежных и роторных компрессоров им. В.Б. Шнеппа" Gas-distribution station with generation of electric power
RU2276758C2 (en) * 2004-07-08 2006-05-20 Воронежский государственный технический университет Gas-turbine-expansion installation for the compressed rock gas energy utilization

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012100790A (en) 2013-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102009583B1 (en) Gas turbine energy supplementing systems and heating systems, and methods of making and using the same
US10584614B2 (en) Waste heat recovery simple cycle system and method
EA201290477A1 (en) MODIFICATION OF A GAS TURBINE WITH A SIMPLE CYCLE FOR APPLICATION ASSOCIATED WITH THE ACCUMULATION OF COMPRESSED AIR ENERGY HAVING AN EXTENSION FOR THE GENERATION OF ADDITIONAL POWER
EA200701014A1 (en) IMPROVING THE POWER OF TURBINES OF INTERNAL COMBUSTION BY MEANS OF ACCUMULATING ENERGY OF COMPRESSED AIR AND ADDITIONAL DETANDER, WITH AIR FLOW REMOVAL AND ITS INLET ABOVE THE FLOW OF THE BURNING CHAMBER
WO2013151029A1 (en) Gas turbine engine system that uses organic medium
ES2806730T3 (en) Direct Drive Energy Conversion System for Energy Storage Compatible Wind Turbines
RU2570296C1 (en) Regenerative gas turbine expander unit for compressor station
JP2013519827A5 (en)
US10364743B2 (en) Grid scale energy storage systems using reheated air turbine or gas turbine expanders
RU2006129783A (en) METHOD FOR INCREASING EFFICIENCY AND POWER OF A TWO-CIRCUIT NUCLEAR STATION AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION (OPTIONS)
RU2541080C1 (en) Auxiliary power gas turbine expander unit for compressor stations of gas-main pipelines
RU2497051C2 (en) Reversible electric turbo-expander plant
RU2599082C1 (en) Gas turbine expander power plant of compressor station of main gas line
RU2015130684A (en) Power generating device with high temperature steam condensing turbine
CN203796340U (en) Organic Rankin cyclic electricity generation device for utilizing exhaust waste heat of combustion gas turbine
CN204024820U (en) A kind of accumulation of heat gas-turbine with regenerator
RU2403407C1 (en) Steam-gas power plant
RU2328045C2 (en) Method of operating atomic steam-turbine power generating system and equipment for implementing method
RU133251U1 (en) GAS DISTRIBUTION STATION
RU126373U1 (en) STEAM GAS INSTALLATION
CN202851278U (en) Single-cycle low-temperature TR geothermal power generation device
WO2021034221A1 (en) Antoni cycle gas-steam power plant
CN105464729A (en) Smoke and hot fluid waste heat recycling system
RU2013154802A (en) GAS TURBO-DETANDER ENERGY INSTALLATION OF A GAS DISTRIBUTION STATION
JP2013007324A (en) Gas turbine, and gas turbine combined cycle power generation equipment

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170112