RU4783U1 - Утилизационная энергетическая установка - Google Patents

Abstract

Утилизационная энергетическая установка, содержащая установленный в газовом тракте детандер, корпус которого на входе соединен с газовой магистралью высокого давления, а на выходе - с магистралью подвода газа потребителю, и электрогенератор, кинематически связанный с детандером, отличающаяся тем, что электрогенератор установлен в газовом тракте и размещен в едином корпусе с детандером, при этом электрогенератор установлен перед детандером на одном с ним валу.

Description

Утилизационная энергетическая установка

Изобретение относится к эмаргетнгаескому машиностроению ж предназначено для редуцирования давления природного газа с одновременным получением электрической энергии. Изобретение может найти применение цреимущеотвенно на газораспределительщнгх станцдях, газорегулжторных пунктах тепловых электростанций, котельных, а также технологических arperaia.f, и в схемах выработки холода и

сжижения газа,

В настоящее время актуальной является задача разработки установок, позволяющих утилизовать энергию избыточного давления газа, в том числе природного газа в процессе его добычи или подачи потребителю для получения полезной мощности, в частности для выработки электрической энергии.

Известны технические решения Гз-ка РФ Л 93036159/06, Г . публ. шла, 1996Г,; знка РФ № 93036I67/06, F02Cl/dl On публ. Ж II 3, 1996г. , в которых цредлагается использоваФИ ш©р гию пластового давления цриродаых газовых залежей для ; ;У н н В электроэнергии с помощью газотурбинных установок.

Применение указанных установок ограничено тем, что они могут бить использоваш только в местах добычи природного газа.

5МКИ Р02С 7/00,Р17Д I/I4

.- ..-.

ступающего на газорйспредежтельную станцию (ГРС), для вцработки электрической энергии, например La.с. СССР Jf 918469, FoX 6/06, 11убл.1982г,; ж. Газовая црошшленность, )& I, 1994г, стрД7; з-ка РФ. 92016138/39, F 17Д I/I4, цубл, БИ № 26, 1995г., штеет РФ JS 3009389; 1/04, FOIK 23/06, публ. 1994г.

Данные установки включают турбодвтандер, подключежный к магистральноцу газопроводу, выходной вал которого соединен с валом электрогенератора. Ери расширении газа жа турбодетандере происходит понижение давления газа и одновременно вырабатывается свободная механическая энергия, используемая для привода электрогенератора, кинематически связанного с валом турбодетандера.

Недостатком указанных установок является то, что для осуществления кинематической связи с электрогенератором вал турбодетандера выходит за пределы корпуса турбодетандера. При этом возникает опасность утечки газа во внешнюю среду в вшодном отверстии корпуса, через которое проходит вал турбодетавдера. Дм устранения утечки газа приходится использовать сложные системы уплотнения, что усложняет и удорожает конструкцию установок.

Из уровня техники известны технические решения, в которых для выработки электроэнергии используются размещенные в едином корпусе электрогенератор и газовал турбина, установленные на одном валу, например, щ)еобразователь энергии Га.с. СССР S 1379880, ноше 7/18, 5/136, публ. I988rJ.

Однако, указанная установка не является утшшзащонной и предназначена непосредственно для преобразования пневматической энергии в электрическую.

В качестве прототипа авторами выбрана утилизационная энергетическая установка/ж. Газовая промышленность, II 1,1994г., стр. I7J i с ния rasa ГРС и содержит установленный в газовом тракте турбодетавдер, корпус которого на входе соединен с магистралью газа высокого давления, а жа выходе - подсоединен к магистрали подвода газа потребителю. Установка содержит электрогенератор, вал которого кинематически соединен с валом турбодетандера. Установка также содержит регулирующий клапан и теплообменник. Природный ras после подозтрева направляется в установку. В ней газ вначале дросселируется в регулирующем клапане, а затем расширяется в турбодетандере до уровня выходного давления ГРС с производством работы, передаваемой электрогенератору, кинематически подключенному к -турбодетавдеру. Недостатком установки является необходимость уплотнения ва-. ла детандера для предотвращения утечек газа в атмосферу, а также отсутствие в установке вдйожлссгй возврата и полезного использования тепловых потерь электрогенератора, что приводит к снижению общего к.п.д. установки. Задачей предлагаемого изобретения является повышение безопасности работы установки и увеличение ее полезной мощности и экономичности. Сущность изобретения заключается в том, что утилизащонная энергетическая установка содержит установленный в газовом тракте детавдер, корпус которого на входе соедажен с газовой магистралью высокого давления, а на выходе - с магистралью подвода газа потребителю, и электрогенератор, кинематически связанный с детандером, при этом электрогенератор установлен в газовом тракте перед детандером и размещен в едином корпусе с ним на одном валу. Новыми отличительными от прототипа признаками предлагаемого изобретения являются следуюпще признаки.

в едином корпусе с детандером, прж этом электрогенератор установлен перед детандером на одном с ним валу.

Наличие в установке помещежжого в газовый тракт детандера, корпус которого на входе соеданен с магистралью газа высокого давления, а на выходе - с магистралью подвода потребителю, обеспечивает редуцирование давления газа до требуемой величины выходного давления.

Наличие электрогенератора, кинематически связанного с детандером, позволяет утилизовать свободщгю механическую энергию вращения вала детандера для выработки электроэнергии.

Установка электрогенератора в газовом тракте и размещение его в едином корпусе с детандером на одном с -ним валу обеспечивает ИЗОЛЯЦИЮ детандера и электрогенератора от внешне среды при реализации их кинематической связи. При этом вал детандера не выходит за пределы корпуса во внешнюю среду, что исключает утечку газа в атмосферу, а также необходимость уплотнения вала. Тем самым повышается безопасность работы устройства и снижаются затраты, связанные с дорогостоящими уплотнительными системами.

Размещение электрогенератора в газовом тракте перед детандером обеспечивает охлаждение электрогенератора потоком газа, что повышает на полезную мощность гвнер горз- из-за :йи.жгемр1я тепловых потерь. Прж этом тепло, отдаваемое электрогенератором, используется для подогрева газа, поступащего на детандер.

На Фиг.1 представлен чертеж предлагаемой установки.

Установка содержит корпус I, в котором размещены электрогенератор 2 и детандер 3, установленные на одном валу 4,

Входной патрубок 5 корпуса I соединен с газовой магистралью 6 высокого давления. Выходной патрубок 7 корпуса I соединен с i Зыходве . части вала 4 твнеРаТбРЗ 2и детандера, 3 установлены в подшипниках 9. Корпус статора генератора 2 закрешген в корпусе I, например, с помощью пластинчатых кронштейнов 10, В корпусе I размещено герметичное устройство 0 йь/бода ,- : проводов.:, ч. Установка снабжена системой автоматического регулирования параметров газа дал обеспечения стабильности работы электрогенератора 2 и стабильности выходных характеристик подаваемого потребителю газа, включающей, например, датчик 12 давления и регулируюnpit клапан 13, Установка также содержит патрубок 14 для присоединения в сдучае необходимости системы подогрева газа перед детавдером 3-U продувочна/ю ГРУБу /5. :, . - Установка работает оледущим образом. Перед пуском установки И1 корпуса I полностью вытесняют воздух путем цродувки корпуса I природным газом при открытой продувочной трубе 15 и частично открытом клапане 13, Ири пуск© установки это необходимо для исключения возможности BspijCiai смеой природного rasa с воздухом. Взрывоопасная концентращш находится в пределах от 5 до 1Ь% об, (по метану). Продувка установки природным газом перед ее пуском обеепечивает заполнение корпуса I природным газом, что гарантирует превышение верхнего предела взрывоопасной концентрации метана в газообразной среде внутри корпуса I, По окончании продувки закрывают трубу 15 и увеличивают подачу газа, открывая клапан 13, до набора детандером необходимой частоты вращения,

образованное корпусом I и корпусом отатора электрогенератора 2. Площадь кольцевого сечения выбирается из условия обеспечения интенсивного теплообмена в зоне обтекания потокЪм газа электрогенератора 2 при минимально потере давления газа.

Пройдя по кольцевому сечению, поток газа шсгокого давления попадает на детандер 3 и приводит его во вращение. При этом давление газа за детандером снижается до требуемого потребителю уровня.

Газ поступает к потребителю из магистрали 8 подвода газа, связанной с выходным патрубком 7 корпуса I.

Вращение детандера 3 через общий вал 4 передается ротору электрогенератора 2. Вырабатываемый электрогенератором 2 ток выводится по проводам с помощью герметичного устройства II и поступает к потребителю.

В качестве детандера 3 могут быть использованы, например, газовая турбина, винтовой детандер и прочие устройства.

jQtM подогрева газа, поступающего на детандер 3, предусмотрен патрубок 14, к которому при необходимости присоединяется система под4 /итшонос угеля (на чертеже не показано) в пространстве корпуса I между электрогенератором 2 и детавдером 3.

Предлагаемая установка может иметь различные варианты исполнения в зависимости от выбранного типа детандера 3 (например, винтовой детандер, лопаточная газовая турбина и др.), от выбранной системы автоматического регулирования параметров газа (на- . пример, дроссельное регулирование и регулирование с парциальным подводом газа), от выбранной системы подогрева газа перед детандером 3 (например, путем подачи теплоносителя от внешнего источника или путем подачи воздуха от компрессора и организации процесса сгорания газовоадушной смеси).

Конструктивное оформление установки зависит также от конкретной схемы технологического цроцесса, в который включена установка.

Так, в случае использования установки в схеме ГРС с подачей природного газа для бытового потребления, необходимо обеспечить подогрев газа перед детавдером 3.

В случае использования установки в системе выработки холода и сжижения газа отпадает необходимость подогрева газа.

Таким образом, предлагаемая утилизационная энергетическая установка характеризуется улучшенными энергетическими и экономическими показателями, повышенной безопасноспью эксплуатации, является компактной и хорошо совместима с кошлуникационными схемами различных объектов, в которых существует необходимость редуцирования давления природного газа.

Claims (1)

1. Утилизационная энергетическая установка, содержащая установленный в газовом тракте детандер, корпус которого на входе соединен с газовой магистралью высокого давления, а на выходе - с магистралью подвода газа потребителю, и электрогенератор, кинематически связанный с детандером, отличающаяся тем, что электрогенератор установлен в газовом тракте и размещен в едином корпусе с детандером, при этом электрогенератор установлен перед детандером на одном с ним валу.