Факельная энергетическая установка на попутном газе

 

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для обеспечения электроэнергией и теплом нефтепромыслов и других производств. Установка содержит факельную систему, которая включает силовую конструкцию, содержащую газовый коллектор, соединенный с группой установленных вертикально газовых труб, каждая из которых на выходе содержит газовое сопло, выполненное в виде конфузора, смесительную камеру, растяжки и элементы, образующие ферму. Факельная система содержит также стабилизатор, являющийся общим для всех газовых труб и выполненный в виде завихрителя, запальное устройство и арматуру. Завихритель по периметру оборудован тепловым экраном, содержащим отбойный козырек и размещенные внутри экрана, наклоненные к центру и сваренные с водяными и паровыми коллекторами трубы, соединенные по пару с турбиной. Турбина соединена через дроссельные устройства с цистернами питательной воды посредством паропровода. Турбина, электрогенератор, циркуляционные и питательные насосы расположены на одной оси. С торцов этой оси расположены лопасти воздушных винтов, обдувающие водяные радиаторы, которые соединены трубами с циркуляционными насосами и цистернами, образующими контур охлаждения питательной воды. Изобретение позволяет решить проблему утилизации тепла и повысить рентабельность нефтепромыслов и других производств. 2 ил.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в факельных системах бессажевого сжигания попутного газа в атмосфере с целью решения проблемы повышения рентабельности нефтепромыслов и производств.

Известна энергетическая установка на природном газе, содержащая котел, сообщенный с магистральным газопроводом, отводом продуктов сгорания и получением водяного пара, паровую турбину, подключенную по свежему пару к котлу, а по отработанному пару - к конденсатору, и накопитель воды с насосом (см. а.с. СССР 1534193, кл. F 01 K 13/00, бюл. 1, 1990).

Недостатком этой энергетической установки является ее неприспособленность для работы на попутном газе, ввиду ее привязки к водным ресурсам, большие массовые и габаритные показатели, затрудняющие возможность ее применения в подвижном мобильном варианте без существенной доработки.

Известна также факельная система, содержащая силовую конструкцию, включающую газовый коллектор с соединенной с ним группой газовых труб, установленных вертикально, каждая группа на выходе содержит сопло, смесительную камеру, факельная система также содержит стабилизатор, запальное устройство, арматуру, причем силовая конструкция дополнительно содержит растяжки и элементы, образующие ферму, газовые сопла выполнены в виде конфузора, а стабилизатор является общим для всех газовых труб и выполнен в виде завихрителя (см. патент РФ 2059155, кл. 6 F 23 D 14/62, 14/04, бюл. 12, 1996).

Факельная система принята в качестве прототипа предлагаемого изобретения.

Недостатком факельной системы является невозможность утилизации тепла, образующегося при сгорании попутного газа.

Техническим результатом изобретения является решение проблемы утилизации тепла для повышения рентабельности нефтепромыслов и производств путем превращения энергии горения попутного газа в электрическую и тепловую энергию за счет создания мобильной энергетической установки, имеющей максимальный ресурс.

Технический результат достигается тем, что факельная энергетическая установка на попутном газе, объединяющая факельную систему, содержащую силовую конструкцию, включающую газовый коллектор с соединенной с ним группой газовых труб, установленных вертикально, каждая группа на выходе содержит сопло, смесительную камеру, факельная система также содержит стабилизатор, запальное устройство, арматуру, а силовая конструкция дополнительно содержит растяжки и элементы, образующие ферму, газовые сопла выполнены в виде конфузора, а стабилизатор является общим для всех газовых труб и выполнен в виде завихрителя, причем завихритель по периметру оборудован тепловым экраном с отбойным козырьком и трубами, размещенными внутри экрана, наклоненными к центру и сваренными с водяным и паровым коллекторами, соединенными с арматурой турбогенератора, на оси которого навешены циркуляционные и питательные насосы, а с торцов - лопасти воздушных винтов с регулируемым шагом, охлаждающие турбогенератор и обдувающие водяные радиаторы, соединенные трубами с циркуляционными насосами и цистернами, образующими замкнутый контур охлаждения питательной воды, нагреваемой теплом пара, сбрасываемого в цистерны с водой через дроссельные устройства.

Предлагаемая факельная энергетическая установка изображена на фиг.1 и фиг.2.

На фиг.1 представлена схема факельной системы с парогенератором.

Завихритель по периметру оборудован тепловым экраном 1 с отбойным козырьком 2 и трубами 4, размещенными внутри экрана 1, наклоненными к центру и сваренными с водяным 3 и паровым 5 коллекторами, соединенными с арматурой турбины 6 (фиг.2) электрогенератора 8, на оси 7 которого навешаны циркуляционные и питательные насосы 10, а с торцов - лопасти воздушных винтов 12 с регулируемым шагом лопастей, охлаждающие турбогенератор и обдувающие водяные радиаторы 11, соединенные трубами с циркуляционными насосами 10 и цистернами 9, образующими замкнутый контур охлаждения питательной воды, нагреваемой теплом пара, сбрасываемого по трубопроводу 13 в цистерны с водой 14 через дроссельные устройства.

Факельная энергетическая установка работает следующим образом.

Коллектор питательной воды 3 окружает пламя факела внизу по периферии и является экономайзерной зоной парогенератора. Вертикальные, наклоненные к центру трубы 4, выходящие из коллектора питательной воды 3 парогенератора (фиг. 1), соединяются с паровым коллектором 5 и выполняют функции испарительной и пароперегревательной зон парогенератора.

Соединения труб 4 с паровым коллектором 5 выполнены под углом к корпусу коллектора 3, что обеспечивает вращение пара в паровом коллекторе 5, сепарацию пара и способствует более интенсивному теплообмену парового коллектора 5 с пламенем факела.

Энергия свежего пара направляется на паровую турбину 6, имеющую единый вал 7 с электрогенератором 8.

На фиг.2 представлена схема расположения основного оборудования турбогенератора.

Отработанный пар после турбины 6 сбрасывается по паропроводу 13 в цистерны с циркулирующей питательной водой 14 и конденсируется в них методом барбатирования.

Две цистерны питательной воды 9, расположенные внизу, в виде трубчатых емкостей образуют базу турбогенератора.

Две другие цистерны 14 с циркулирующей питательной водой и дроссельными устройствами расположены выше питательных насосов 10, что обеспечивает необходимый подпор на всасывающих патрубках питательных насосов. Эти цистерны объединяются между собой через водяные полости питательных насосов 10 и радиаторов 11, по которым вода циркулирует по замкнутому контуру. Циркуляция воды осуществляется первыми ступенями питательных насосов 10, навешенных на вал 7 турбогенератора.

На торцах вала 7 турбогенератора размещены воздушные винты 12 с регулируемым шагом лопастей, охлаждающие радиаторы 11 с циркулирующей питательной водой.

Факельная энергетическая установка оборудуется электрическими насосами для подачи масла к подшипникам, а также электрическими сепараторами для очистки масла от воды.

Первоначальное заполнение парогенератора питательной водой производится насосом с ручным приводом.

Для ввода факельной энергетической установки в действие предназначены пусковые питательный и масляный насосы, имеющие общий турбопривод.

После заполнения парогенератора питательной водой воспламеняют газ в факельной системе с помощью запального устройства. При достижении давления и температуры пара требуемым значениям подают пар на пусковую турбину, которая, вращая пусковой питательный насос, обеспечивает парогенератор и систему автоматического управления турбогенератора питательной водой и посредством вращения масляного насоса создает необходимое давление в напорной масляной магистрали. Затем производят пуск турбогенератора до заданной частоты вращения и запуск электрических масляных насосов.

Исторически сложилась ситуация, когда районы нефтедобычи испытывают острый недостаток в электрической и тепловой энергии, в то время как огромное количество энергоносителя в виде попутного газа сжигается в факелах с целью обеспечения требований и норм, установленных законами по экологической охране окружающей среды.

Особенно острой эта проблема является для отдаленных нефтедобывающих районов в условиях Севера. В перспективе на ближайшее время острота проблемы энергетического обеспечения нефтеносных районов в виду их большей удаленности будет возрастать.

В классических тепловых схемах производства электроэнергии и тепла попутный газ не применяется в качестве топлива из-за многообразия и сложности его состава и наличия агрессивных компонентов, разрушающих двигатели внутреннего сгорания (ДВС).

Существенным недостатком ДВС является их относительно малый ресурс, который, как правило, не превышает 5000-10000 часов.

Альтернативой двигателям внутреннего сгорания являются паровые машины, которые мало подвержены разрушающему действию агрессивных компонентов в топливе. Ресурс паровых машин на порядок выше и достигает 50000-100000 часов.

Недостатком паровых машин мощностью до 1000 киловатт являются их большие массогабаритные показатели по сравнению с двигателями внутреннего сгорания.

Применение альтернативных тепловых двигателей, например паровых поршневых машин и паровых турбин, сдерживаются из-за необходимости увязывания мест их размещения с наличием естественных водных ресурсов, достаточных для отвода тепла от конденсаторов, и пополнения контуров питательной водой.

Формула изобретения

Факельная энергетическая установка на попутном газе, содержащая факельную систему, включающую силовую конструкцию, содержащую газовый коллектор, соединенный с группой установленных вертикально газовых труб, каждая из которых на выходе содержит газовое сопло, выполненное в виде конфузора, смесительную камеру, растяжки и элементы, образующие ферму, а также стабилизатор, являющийся общим для всех газовых труб и выполненный в виде завихрителя, запальное устройство и арматуру, отличающаяся тем, что завихритель по периметру оборудован тепловым экраном, содержащим отбойный козырек и размещенные внутри экрана, наклоненные к центру и сваренные с водяными и паровыми коллекторами трубы, соединенные по пару с турбиной, которая соединена через дроссельные устройства с цистернами питательной воды посредством паропровода, обеспечивающего нагрев питательной воды теплом пара, причем на одной оси с турбиной расположен электрогенератор, образующий с ней турбогенератор, циркуляционные и питательные насосы, а с торцов - лопасти воздушных винтов с регулируемым шагом, охлаждающие турбогенератор и обдувающие водяные радиаторы, которые соединены трубами с циркуляционными насосами и цистернами, образующими контур охлаждения питательной воды.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2