Способ работы тепловой энергоустановки для выработки электроэнергии и тепловая энергоустановка для выработки электроэнергии

 

Использование: выработка электроэнергии при использовании в качестве топлива природного газа. Сущность изобретения: в период провала электрической нагрузки осуществляют резервирование избытка природного газа из магистрального газопровода путем образования газовых гидратов природного газа с отводом теплоты гидратообразования и направляют их в хранилище. В период пика электрической нагрузки газовые гидраты плавят с образованием природного газа. 2 с. и 1 з,п.ф-лы, 1 ил„

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Г 01 К 13/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ f10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР :; .:.... рцррц

ОПИОАНЙЕ ИЗСБ©ETEHHFI

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬС ЛБУ состоящая ив соединенных трубопрово- дами с вентилями магистрального га- зопровода, редуцирующего устройства, котлоагрегата, паровйх и газовь|х " турбин, электрогенераторов, конденсатора, градирни, насосов питающей д воды, хранилища природного газа, составленного из нескольких скоммути- ц рованных по газу, воде и гидратамемкостей кристаллизатора со встроенЭ ными теплообменниками и накопителя воды.

Недостатком известного способа Ь и известной энергоустановки является

Ъовьппенньп расход энергии на собственные нужды, что обусловлено высоким расходом энергии на отвод теплоты гидратообразования, Изобретение относится к теплоэйефгетике и может. быть использовано на тепловых энергоустановках для выработки электроэнергии при исйользова- : нии в качестве топлива природного газа, Известен способ работы тепловой энергоустановки для выработки элект- .. роэнергии путем йодачй природного

rasa из магистрального газопровода в котлоагрегат, сжигания его и получе-:,. ния водяного пара, направляемого в паровую турбину, резервирования при-. ",: родного газа контактирбванием его с циркуляционной водой с образованием газовых гидратов и их хранением в периоды провалов электрической нагрузки и разложением этих гидратов с выделением природного газа из них с последующим его использованием в периоды пиков электрической нагрузки..

Известна также тепловая энергоус» тановка дпя выработки элвктроэнергии, 1 (21) 4752490/06 (22) 23. 10.89 (46) 07.08.92. Бюл, Р 29 (71) Одесский институт низкотемпературной техники и энергетики (72) Э.А.Бакум (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1612098, кл. Р 01 К 13/00, 1988. (54) СПОСОБ PABOTkI ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ЭЗПКТРОЭНЕРГИИ И ТЕПЛОВАЯ ЭНЕРГОУСТАИОВКА ДЛЯВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ (57) Использование: выработка элект„„ 43„„1752994 А1

2 роэнергии при использовании в качестве топлива природного газа. Сущность изобретения: в период "провала" . электрической нагрузки осуществляют резервирование избытка природного газа из магистрального газопровода путем образования газовых гидратов природного газа с отводом телло гй гидратообразования и направляют их в хранилище. В период "пика" электрической нагрузки газовые гидраты плавят с образованием природного газа. 2 с. и 1 з,п.й-лы, 1 ил.

Цель изобретения — повьппение экономичности путем сокращения потребле- . ния электроэнергии на собственные пуждыф

1752994

Указанная цель достигается тем, рой реализуется способ работы такой что со лаcHQ способу работь1 тепловой энергоустановки. энергоустановки дпя выработки элект- 3нергоустановка со е жи нергоустановка содержит магист-,- .

Роэнергии пУтем поДачи пРиродного ральный газопровод 1 кот а 2 газа из магистрального газопровода паровую турбину 3, газовую турбину 4, в котлоагрегат, сжиганиЯ его и полУ- электрогенераторы 5 и 6, конденсатор чениЯ водЯного паРа, напРавлЯемого 7 насосы 8 и 9 питаю е и уляв паровую турби !У, РезеРвирбваниЯ " ционной воды; воды койтура 1О I pWIIpприродного газа контактированием его 1О ни 11 хбпо и,!ьную. ап 12 и с ЦиркУлЩзУюЩей воДой с образовани- сталлизатор f3 накопитель 14 воды, ем газовых гидратов и их хРане1!йем .: Редуцирующее устройство 15,. храННННв периоды пРовалов электРической ще 16 пРИроднбго газа Х л и ая ще п ИР6дного газа. олодильная нагРУзки 1! Разложением этих гидратов . машина )2 содержит те 1ообменник 7 с вьделением пРиРодного газа из них 15 конденсатор 18, теппообмен1!ики 19 с последующим его использованием : и 2Q вс оенные в кристал !затор 13 в периоды пиков электрической нагруз- а также теплообменник 2). Хранилище ки, Разложе1п1е гидратов проводЯт пР1! )6 состоит из нескольких емкостей 22

Давле1пп1, соответствУюЩем Равновес- и 23 (в рассматриваемом примере из ной. темпеРатУРе суЩествованиЯ гиДРа- 20 дв !х), которые скоммутнрова1!ы межд . тов ниже кРиоскопической:температу- .собой трубопроводами с вентилями

Ры ВОДь1 с ОбРазованием льДовоДЯной - 24-33 через вент ь 34 соединены .. сУспенз и и отделением газа от воды" . " с крист .ц изатором 13 через венти- -.

У и льда, а затем осУществлЯют"п аьле- . ли 35 и 36 cоецДнены с входом и вь - ние льДа воДой, использУемой ВпбслеД- 25 ходом насоса 9 и!,куляционной воды, ствии Йля резервирования природного Мерез вент1ц!ь 37 — с накопителеи 14 газа, йрйчем давленйе Разложения . воды через вейт а ь 3я — с турбиной 4 гидратов устанавливают с6ответствующим через вент1ь 39 - с котлоагрегатои равновесной тею ерафуре существования 2 которьй имеет-Фуборовод 40 в. гиДРатов на 3-5 HI!me кРйоско1 йчес- -. — ф водов продуктов сгорания . В хо из ко1! температуры воды, используемой турбины 4 через те11лообменник 41 содля образования гидратов, а в тепло-: - единен с подачей газа в котлоагрево! .:энеРгоУстановке длЯ выРа отки -- -: гат 2 кристал 1изатор 13,ерез тепло электРоэнеРгии, состоЯЩей из с6еД обменник 21 трубопроводом с вент1лем не1!ных трубопроводами с вентилями ма-" 42 соединен с магистра1 ьным газопроистральпого газопРовоДа, Редуцирующе" водом 1. насос g соединен с накопи35 . м го Устройства, котлоагРегата, парс-. телем 4 воды трубопроводом с венти» йых и газовых турбин, электрогенерато . лем 43 а с кристаллизатором 13 "гру-

Ров„конденсатоРа, гРадиРни, насосов .,: оопроводом с вентилем 44 при том питающей воды, хРанилища пРиРодного: 4О трубопровод : с вентилем 36 подсое 1 газа, составленногоиз несколькихском- нен к всасывающей сторойе насоса 9 мутированных по газу, воде и гидратам; между вентилем 43 и насосом 9 а

1 еикосгеи, кристаллизатора со встРоен- - трубопровод с вентилем 35 подсоединнии теппообменниками и акопитепя; нен к нагнетательной стороне насоса ваЛы, на трубопроводах, соединяющих 9 до вентиля 44.

15 насос ЦЦРКУЛЯ1жонной ВОДЬ1 с накопи . Энергоустановка работает следу. .veIIeM водь! и кРисталлизатоРом, Допол- : щии об азом иительно установлены запорные вентили,, дпя !Римера рассмотрим работу уса КаядаЯ емкость хранилища прироДНОГО TaHOBKH На прИРОдном газе, состоящЕм газа соединена трубопроводами с вен- примерно из 7j,5gg метана, 1 g,98ó тилями по газу с котлоагрегатом, по ана и 17 43ó пропана.

° вОДе - со всасываю %ей и нагнетатель- и период 1,Ровала электричской ной сторонами насоса циркуляционной нагрузки в магистральном газопрововоды до напорных вентилей на трубо- . де 1 существует избыток п 1иродного

ЙРОВОДаХ, СОЕДИНЯЮЩИХ ЕГО С НаКОПИ- газа. 1! это. время осуществляют ре.1 ирован

На чертеже схема гично изображена по трубопроводу с вентилем 42 при теплоВая энергоустановка для выработ-, давлении около 2 мПа через теппoo6ки электроэнергии, при работе кото- . менник 21 в кристаллизатор 13, где

5 175 он контактирует с водой, подаваемой из накопителя 14 через вентиль 43 насосом 9 циркуляционной воды через, вентиль 44 (вентили 35 и Зб закрыты), и при температуре около 278-279 К образуются газовые гидраты природного газа с отводом теплоты охлаждения и гидратообразования хладагентом, кипящим в теплообменннке 19. Пары хладагента сжимаются компрессором холодильной машины 12 и направляются вначале в теплообменник 17, в кото- . ром от них отводят теплоту перегрева, нагревая часть воды, подаваемой йасосом 8, при этом температура паров хпадагента понижается до 304 К и их после этого направляют в конденсатор 18, где конденсируит, сбрасывая теплоту конденсации в окружающую среду, после чего сконденсировавшийся хладагент дросселируют через регулирующий вентиль и направляют вновь в теплообменник 19. На привод холодильной машины 12 направляют часть природного rasa в газовую турбину, на выходе из которой газ имеет давление, соответствующее давлению газа, подаваемого совместно с воздухом в котлоагрегат 2 на сжигание.

Охлажденный при расширении в турбине газ направляют в темпообменник 20 для отвода теплоты кристаллизации гидратов при зарождении кристаллов, отвод теплоты гидратообразования осуществляют теплообменником 19.

Суспензию (смесь гидратов и воды) из кристаллизатора 13 через вентили

34 и 30 направляют в одну из емкостей 22 или 23, например в емкость 22, в которой проводят частичное осуше- ние суспензии вследствие отделения кристаллов от воды, циркулирующей через вентили 28 и 37 в накопитель

14 воды, откуда насосом 9 через вентили 43 и 44 вновь в кристаллизатор

13 на образование гидратов. После" заполнения емкости 22 закрывают вентили 30 и 28, открывают вентили 31 и 29 и аналогично проводят заполнение гидратамн емкости 23. Из тепло обменника 20 газ направляют через теплообменник 21, в котором он нагревается до температуры на 5-8 С

0 ниже температуры газа в магистральном газопроводе 1, в последний после редуцирующего устройства 15. После этого газ направляют в котлоагрегат

2 и сжигают. Продукты сгорания вы

2994

6 водят через трубопровод 40, а теплоту сгорания используют для парообразования подаваемой насосом 8 воды, пар которой подают в турбину 3 для вы работки электроэнергии в электрогенераторе 5. Водяной пар после турбины 3 подают в конденсатор 7, где он конденсируется sa счет отвода тепла в окружающую среду с помощью воды, циркулирующей насосом 10 через градирню 11. Из конденсатора 7 вода насосом 8 рециркулирует вновь в котлоагрегат 2 на образование пара .

Б-период пика электрической нагрузки или при нехватке газа в магистральном газопроводе 1 проводят подпитку установки зарезервированным газом из емкостей 22 и 23 хранилища, Для этого, например, открывают вентили 33 и 39, сообщая емкость 23 с подачей rasa в котлоагрегат 2. Так как давление в емкости 23 понижается до давления

600 кПа, что ниже равновесного давления существования гидратов, то последние начинают разлагаться на воду и газ. Газ подают в котлоагрегат 2 через вентиль 39 (либо, если давление газа значительно выше давления в кот30 лоагрегате 2, то газ подают в него через вентиль 38 на газовую турбину 4, при этом попутно вырабатывается дополнительное количество электроэнергии в.электрогенераторе 6, после чего че-

35 рез теплообменник 41, в котором газ нагревают за счет бесконтактного подогрева водой в накопителе 14, газ направляют в котлоагрегат 2). Для разложения гидратов затрачивается

40 тепло, поэтому температура суспензии в емкости 23 понижается, достигает крпоскопической температуры воды, после чего происходит образование льда, при этом теплота льдообразова45 ния расходуется иа разложение гидратов. После разложения всей массы гидратов в емкости 23 закрывают вентиль 33, открывают, вентиль 32 и аналогично проводят разложение гидратов в емкости 22, используя ras, полученный в результате разложения гидратов, для подпитки котлоагрегата 2.

После завершения пика электрической нагрузки проводят подготовку

55 о ной из емкостей 22 или 23 хранилища 16, например емкости 22, для накоплешы гидратов в период очередного цикла резервировайия природного газа.

Дпя этого насосом 9 при закрытом

52994

17 вентиле 44 через вентили 35, 30, 28, 37, 43 осуществляют циркуляцию воды, производя плавление накопленного при разложении гидратов льда в емкости

22 за счет охлаждения воды, циркулирующей в накопитель 14. После завершения плавления льда в емкости

22 выключают насос 9, закрывая вентили 35, 30, 28 и 37. Работа установки продолжается в оптимальном режиме без резервирования и использования зарезервированного газа.

: При очередном провале. электрической нагрузки и наличии в магистральном газопроводе 1 избытка природного газа осуществляют резервирование последнего, для чего резервируемый газ подают через теплообменник 21 в крпсталлизатор 13, где контактйру- ют его с холодной водой, подаваемой насосом 9 из накопителя 14 через вентили 43 и 44. 13 кристаллизаторе 13 при давлении около 2 ЛПа и температуре 278-279 К образуют гидраты природного газа с отводом теплоты охлаждения и гидратообразования хладагентом, кипящим в теплообменнике 19. Суспензию выводят из кристаллизатора 13 -и подают в предварительно подготовленную для приема гидратов емкость 22 хранилища 16 через вентили 34 и 30.

В емкости 22 проводят частичное осушение суспензии,вследствие отделения гидратов от воды, рециркулирующей через предварительно открытые вентили

24 и 27, емкость 23 и вентили 29 и 36 вновь на вход насоса 9. Рециркулирующая вода, проходя через емкость 23, охлаждается за счет плавления льда в емкости 23 и подается на вход насоса 9 при температуре около 273 К,: тем самки сйижая тепловую нагрузку холодильной установки 12, соответственно и расходы энергии на отвод тепла гидратообразования. При плавлении всей массы льда в емкости 23 проводят аиалогично операцию со всемй другйми емкостями плавителя. После плавления льда теплота гидратообразования от« водится холодильной установкой 12.

Формула и з о б р е т е н и я ного пара, направляемого в паровую турбину, резервирования природного газа контактированием его с цир кулирующей водой с образованием газовых гидратов и их хранением в периоды провалов электрической нагрузки и разложением этих гидратов с выделением природного газа из них с последу1р юцим егn èñïoëüçoéàíèåì впериодьЬ пиков электрической нагрузки, о т л и- ч а ю шийся тем, что, с целью . повышения экономичности путем сокращения потребления электроэнергии на

15 собственные нужпы, разложение гидратов проводят при давлении, соответст- вующем равновесной температуре существования гидратов ниже криоскопической температуры воды с образованием

)p льдоводяной суспензии и отделением газа от воды и льда, а затем осуществляют плавление льда водой, используемой впоследствии для резервирования природйого газа. ..

Б 2. Способ по и. 1, о т л и ч а» ю шийся тем, что давление разложейия гидратов устанавливают соответствующим равновесной температуре существования гидратов„на 3-5 ниже крио- .

Зр скопической температуры воды, используемой для образования гидратов.

3. Тепловая энергоустановка для выработки электроэнергии, состоящая из соединенных трубопроводами с вентилями магйстрального газопровода редуцирующего устройства, котлоагрегата, паровых и газовьи турбин, электроге- / нераторов,- конденсатора, градирни, на- сосов питающей и циркуляционной воды, щ храйилища щ иродного гаэа, составлен ного из нескольких скоммутированных

rio газу, воде и гидратам емкостей, кристаллизатора со встроенными теплообменниками и накопителя воды, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения экономичности путем сокращения потребления электроэнергии на собственные нужды, на трубопроводах, соединяющих насос циркуляционной воды с накопителем воды и кристаллизатором, дополнительно установлены запорные вентили, а каждая емкость хранилища природного газа соединена трубопрово1. Способ работы тепловой энергоустановки для выработки электроэнергии путем подачи природного газа из магистрального газопровода в котлоагрегат, сжигайия его и получения водядами с вентилями по газу с котлоагре— гатом, iro воде — со всасывающей и нагнетательной сторонами насоса цир» куляционной воды до запорных вентилей на трубопроводах, соединяющих его с накопителем воды и кристаллизатором.

1752994

Составитель В.Добротворцев

Редактор Е.Папп Техред M.Моргенталj

Корректор Ц.,Гунько

Заказ 2745, Тираж,, . Подписное ю

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прй ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r,Óæãoðîä, ул, Гагарина, 101