Бінарна турбодетандерна установка

Реферат: Бінарна турбодетандерна установка, що містить турбодетандерний агрегат зі ступенями високого і низького тисків турбодетандера, вхідний і проміжний підігрівачі газу, редуктор, турбогенератор, повітря та маслоохолоджувачі, байпасний та дозуючий блоки, тепловий насос, парову турбіну утилізаційну, насос та градирню, засувки. Турбодетандер виконаний з паровою турбіною на низькокиплячому робочому тілі, остання розміщено на одному валу зі ступенями турбодетандера, працює від парогенератора. UA 106831 U (54) БІНАРНА ТУРБОДЕТАНДЕРНА УСТАНОВКА UA 106831 U UA 106831 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до енергетичних утилізуючих установок, в яких використовується енергія надлишкового тиску газу, а також холод розширеного природного газу, призначена для виробництва електроенергії, і може бути застосована на енергетичних та промислових підприємствах, як додаткове джерело екологічно чистої електроенергії. Відома електростанція з приводом електрогенератора від редукуючої турбіни, робочим тілом в якій використовується газ високого тиску з трубопроводу далекого газозабезпечення. До турбіни газ підводиться попередньо підігрітим в теплообміннику. Після розширення в турбіні, газ направляється на підігрів до проміжного теплообмінника, а далі в акумулюючі резервуари, або безпосередньо споживачам (Заявка ФРГ, кл. F02C1/02, № 2728418, РЖ 49. Турбостроение, 1979, 11.49.90П). Але для роботи наведеної електростанції потрібне додаткове джерело (джерела) теплоти, щоб запобігти випаданню хімічних відкладень (гідратів) в проточній частині турбіни, що з'являються при охолодженні газу після його розширення і забезпечення необхідної температури газу, що відводиться споживачам. Допоміжний підігрів газу в теплообмінниках збільшує експлуатаційні витрати при виробництві електроенергії електростанцією. Відомий також детандер-генераторний агрегат ДГА-5000 призначений для продукування електроенергії з утилізацією надлишкового тиску газу на газорегуляторному пункті ТЕЦ, який має в своєму складі детандер, генератор, редуктор, підігрівач, блок дозуючого клапана, блок регулятора тиску, арматуру, прилад обліку газу. Підігрів газу відбувається в підігрівачі, що розташований на вході ДГА (ДГА для газоредуцирующих пунктов. Проспект ОАО "Криокор", стр. 3,4). При роботі відомого детандер-генераторного агрегату газ в підігрівачі нагрівається теплоносієм з теплофікаційної мережі ТЕЦ, на що йде основна частина при експлуатації агрегату. Найбільш близькою до пропонованої корисної моделі по сукупності ознак є турбодетандерна установка, призначена для виробництва електроенергії з використанням енергії надлишкового тиску газу газорегуляторного пункту ТЕЦ. Підвищення ефективності в турбодетандерній установці досягається шляхом виконання турбодетандера окремими ступенями високого і низького тисків з проміжними підігрівом газу між ними, що дозволяє розділити загальний теплоперепад на частини, оптимальні для кожного ступеня. Це дає можливість зменшити температуру підігріву газу в ступенях і утилізувати теплоту низькопотенційних джерел об'єкта, в яких використовується вода для підігріву газу (Патент UA, МПК 2006, F25B 11/00 № 32646). В відомій турбодетандерній установці помітно скорочені експлуатаційні витрати на підігрів газу, але при зниженні температури низькопотенційних джерел об'єкта (оборотної води) в зимовий період протягом певного часу потрібний додатковий підігрів газу теплоносієм з теплофікаційної мережі ТЕЦ. До того ж в установці використання холоду розширеного газу після турбодетандера не передбачено. Задачею корисної моделі є підвищення ефективності роботи бінарної турбодетандерної установки шляхом генерування додаткової електроенергії з використанням холоду розширеного природного газу та виключення експлуатаційних витрат на підігрів газу. Поставлена задача вирішується тим, що в бінарній турбодетандерній установці, що містить турбодетандерний агрегат (ТДА) зі ступенями високого і низького тисків турбодетандера, вхідний і проміжний підігрівачі газу, редуктор, турбогенератор, повітря та маслоохолоджувачі, байпасний та дозуючий блоки, тепловий насос (ТН), парову турбіну утилізаційну, насос та градирню, засувки, згідно з корисною моделлю, турбодетандер виконаний з паровою турбіною на низькокиплячому робочому тілі (HPT), що розміщено на одному валу зі ступенями турбодетандера, працює від парогенератора, який виробляє пару від низькотемпературного джерела теплоти, пара розширюється паровою турбіною на низькокиплячому робочому тілі, зріджено в конденсаторі, куди подається охолоджений природний газ з виходу турбодетандера, конденсат за допомогою насоса відведено в парогенератор, створюючи цим замкнутий цикл на органічній речовині. Підвищення ефективності пропонованої бінарної турбодетандерної установки досягається з допомогою включення в схему поряд з розімкненим циклом розширення на природному газі, замкнутого циклу на НРТ, в якому виробляється додаткова потужність. Додатковий підігрів низькотемпературного теплоносія відбувається тепловим насосом, приводом якого служить утилізаційна парова турбіна, потужність якої генерується за рахунок перепаду тиску пари, що проходить через розширювальний охолоджувальний пристрій (РОП) ТЕЦ. Це дозволяє утилізувати теплоту низькопотенційних джерел об'єкта і виключити експлуатаційні витрати на підігрів газу при виробництві електроенергії в бінарній турбодетандерній установці. 1 UA 106831 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де показана пропонована конструктивна схема бінарної турбодетандерної установки. Схема бінарної турбодетандерної установки (кресл.) містить турбодетандерний агрегат 1, ступінь високого тиску турбодетандера 2, ступінь низького тиску турбодетандера 3, підігрівай газу проміжний 4, редуктор 5, турбогенератор 6, повітря охолоджувач турбогенератора 7, маслоохолоджувач 8, підігрівач газу вхідний 9, блок байпасний 10, блок дозуючий 11, тепловий насос 12, компресор 13, конденсатор ТН 14, випарник 15, регулятор 16, парову турбіну утилізаційну 17, теплову електростанцію ТЕЦ 18, розширювальний охолоджувальний пристрій (РОП) 19, парову турбіну (ПТ) ТЕЦ 20, конденсатор ПТ 21, генератор 22, насос 23, градирню 24, засувки 25…32, 37, 38, парову турбіну на НРТ 33, конденсатор 34, парогенератор 35, насос циркуляційний 36. Бінарна турбодетандерна установка згідно з схемою (кресл.) працює наступним чином. Газ з газопроводу високого тиску проходить через засувку 26, нагрівається в підігрівачі газу вхідному 9 теплоносієм, далі через блок дозуючий 11 подається на вхід ступеня високого тиску 2 турбодетандера, розширюється в ньому і охолодженим надходить у підігрівач газу проміжний 4, потім підігрітим в ступінь низького тиску 3 турбодетандера, парогенератор 34 і через засувку 27 відводиться споживачеві. При проходженні газу через ступені 2, 3 турбодетандера його тиск знижується до заданого значення, потенційна енергія надлишкового тиску шляхом розширення в лопатковому апараті перетворюється в механічну роботу, створюючи обертаючий момент на валу турбогенератора 6. Зменшення енергії газу супроводжується зниженням його температури, що може призвести до появи конденсату та хімічних відкладень на лопатках турбодетандера. З метою запобігання такому явищу газ перед подачею в ступенях 2, 3 підігрівається. Збільшення потужності пропонованої корисної моделі бінарної турбодетандерної установки відбувається за допомогою включення до складу турбодетандерного агрегату парової турбіни на НРТ 33, яка виконана на одному валу з ступенями 2, 3 турбодетандера. Рідке НРТ теплоносієм в парогенераторі 35 перетворюється на пару, яка під тиском подається в парову турбіну на НРТ 33, де розширюється з виробництвом потужності, після чого проходить в конденсатор 34, зріджуючись в останньому за рахунок охолодженого газу з виходу турбодетандера і далі у вигляді рідкого НРТ насосом 36 повертається до парогенератора 35. Редуктор 5 служить для узгодження частот обертання ступенів 2, 3 турбодетандера, парової турбіни на НРТ 33 і турбогенератора 6. Блок дозуючий 11 регулює подачу газу до турбодетандера на всіх режимах роботи, підтримуючи номінальний тиск на виході ТДА і перекриває підведення газу. Блок байпасний 10 забезпечує заданий тиск газу в трубопроводі споживача при аварійній зупинці ТДА до відновлення тиску в трубопроводі споживача. Засувки 25, 28, 29, 30 використовуються для продувки системи ТДА газом перед запуском або повітрям перед ремонтом. Завдяки розділенню загального теплоперепаду в ступенях турбодетандера відбувається зменшення температурного перепаду газу, що дає можливість значно знизити температуру теплоносія, необхідну для підігріву газу. Система проміжного підводу тепла дозволяє використовувати скидну воду об'єкта (наприклад ТЕЦ) як низькопотенційне джерело теплоти для підігріву газу в ТДА. Теплоти скидної води з конденсатора ПТ 21 парової турбіни 20 ТЕЦ для підігріву газу в ступенях 2, 3 турбодетандера і роботи парової турбіни на НРТ недостатньо, тому додатковий підігрів теплоносія відбувається тепловим насосом 12 з приводом від парової турбіни утилізаційної 17, що входять до складу бінарної турбодетандерної установки. Вода з градирні 24 насосом 23 нагнітається в випарник 15 звідкіля охолодженою надходить в до теплообмінних агрегатів - конденсатора ПТ 21, повітря охолоджувача турбогенератора 7 і маслоохолоджувача 8. Після теплообміну в вищезгаданих агрегатах частково підігріта вода подається в конденсатор ТН 14 для остаточного нагріву і далі підводиться як теплоносій до парогенератора 35, проміжного 4 і вхідного 9 підігрівачів газу. Охолоджений теплоносій зливається в градирню 24. Скидна вода використовується як теплоносій в випарнику 15 теплового насоса 12, випаровуючи холодоагент, пари останнього всмоктуються компресором 13, стискаються, нагріваючись далі, проходять в конденсатор 14, де охолоджуються, нагріваючи воду для теплоносія і розширюються в регуляторі 16, перетворюються в рідину і знову попадають в випарник 15. Втрати холодоагенту і теплоносія поповнюються через засувки 31 і 32 відповідно. 2 UA 106831 U 5 Приводом теплового насоса є парова турбіна утилізаційна 17, яка включена паралельно РОП 19 через засувки 37 і 38 і працює за рахунок перепаду тиску пара, що розширюється в її лопатковому апараті. Установка, що заявляється, може бути виготовлена в умовах серійного виробництва з використанням наявного устаткування і технологічного циклу. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 Бінарна турбодетандерна установка, що містить турбодетандерний агрегат зі ступенями високого і низького тисків турбодетандера, вхідний і проміжний підігрівачі газу, редуктор, турбогенератор, повітря та маслоохолоджувачі, байпасний та дозуючий блоки, тепловий насос, парову турбіну утилізаційну, насос та градирню, засувки, яка відрізняється тим, що турбодетандер виконаний з паровою турбіною на низькокиплячому робочому тілі, остання розміщено на одному валу зі ступенями турбодетандера, працює від парогенератора, який виробляє пар від низькотемпературного джерела теплоти, пар розширюється паровою турбіною низькокиплячому робочому тілі, зріджується в конденсаторі, куди подано охолоджений природний газ з виходу турбодетандера, конденсат за допомогою насоса відведено в парогенератор, створюючи цим замкнутий цикл на органічній речовині. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3