Газотурбинная установка для переработки попутного нефтяного газа в электроэнергию



Газотурбинная установка для переработки попутного нефтяного газа в электроэнергию
Газотурбинная установка для переработки попутного нефтяного газа в электроэнергию

 


Владельцы патента RU 2482302:

ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ ФИНАНСОВО-ПРОМЫШЛЕННАЯ КОМПАНИЯ "КОСМОС-НЕФТЬ-ГАЗ" (RU)

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в нефтедобывающей отрасли. Газотурбинная установка для переработки попутного нефтяного газа в электроэнергию содержит воздушный компрессор, турбину, камеру сгорания, электрогенератор и устройство подогрева воздуха после компрессора, включающее в себя теплообменный аппарат-регенератор, расположенный в выхлопной трубе. Камера сгорания с выхлопной трубой выполнена в виде наземной факельной установки сжигания попутного нефтяного газа. Компрессор оснащен электроприводом. Турбина со стороны выхода сообщена с окружающей средой с помощью автономной трубы. Наземная факельная установка со стороны подвода попутного нефтяного газа выполнена с устройством забора атмосферного воздуха. Изобретение направлено на расширение области применения газотурбинной установки, повышение эффективности использования углеродного топлива и улучшение экологии окружающей среды. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в нефтедобывающей отрасли на месторождениях, где имеют место постоянные выбросы попутного нефтяного газа (ПНГ).

Наиболее близкими по технической сущности к предлагаемому изобретению являются находящиеся в эксплуатации ОАО «Газпром» газотурбинные установки (ГТУ) мощностью 6 МВт типа ГТ-750-6 и мощностью 10 МВт ГТК-10-4 (А.И.Рыбников и др. «Эффективность контроля технического состояния и безопасности эксплуатации турбоагрегатов ГТК-10-4 и ГТ-750-6», Ж. Территория Нефтегаз, №2, 2009 г.), выполненные с регенеративным циклом (см. ГОСТ Р 51852-20001. Установки газотурбинные. Термины и определения (ИСО 3977-1), содержащие воздушный компрессор, турбину, камеру сгорания, устройство подогрева воздуха после компрессора, включающее в себя теплообменный аппарат-регенератор, смонтированный в выхлопной трубе, нагнетатель для газоперекачивающего агрегата (ГПА) или электрогенератор для выработки электроэнергии (прототип). Суть регенеративного цикла состоит в том, что воздух, поступающий в камеру сгорания после компрессора, предварительно подогревается в теплообменном аппарате-регенераторе, установленном в выхлопной трубе, за счет тепла выходящих газов после турбины, а необходимая температура перед турбиной обеспечивается путем сгорания природного газа в камере сгорания.

Недостатком газотурбинной установки чисто с регенеративным циклом является то, что в ней не представляется возможным использовать ПНГ без специальной подготовки (без очистки газа и повышения давления).

Технической задачей данного изобретения является расширение области применения ГТУ с регенеративным циклом в интересах топливно-энергетического комплекса, а также повышение эффективности использования углеводородного топлива и улучшение экологии окружающей среды за счет снижения вредных выбросов по оксидам азота NOx и окислам углерода СО при сжигании ПНГ.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемой ГТУ, содержащей воздушный компрессор, турбину, камеру сгорания, электрогенератор и устройство подогрева воздуха после компрессора, включающее в себя теплообменный аппарат-регенератор, расположенный в выхлопной трубе, согласно изобретению камера сгорания с выхлопной трубой выполнена в виде наземной факельной установки сжигания попутного нефтяного газа. Компрессор оснащен электроприводом, турбина со стороны выхода сообщена с окружающей средой с помощью автономной трубы, а наземная факельная установка со стороны подвода попутного нефтяного газа выполнена с устройством забора атмосферного воздуха.

Совмещенная компоновка выхлопной трубы и камеры сгорания и выполнение их в виде наземной факельной установки сжигания попутного нефтяного газа с конструктивным исполнением, обеспечивающим соответствующие требования, изложенные в нормативно-технической документации, позволяет

- обеспечить безопасность, повысить экономичность процесса и экологию окружающей среды;

- осуществить нагрев рабочего тела турбины в теплообменном аппарате до требуемой температуры, что обеспечивает высокую равномерность температурного поля рабочего тела (чистого воздуха) перед сопловым аппаратом турбины;

- организовать процесс горения попутного нефтяного газа с низким давлением (менее 0,1 МПа) и без специальной подготовки, что упрощает технологию, снижает трудоемкость и обеспечивает меньшие вредные выбросы.

Соединение полости после турбины с окружающей средой через полость наземной факельной установки, в том числе, повышает мощностные характеристики ГТУ, так как наземные факельные установки выполняются с инжекционными свойствами по проточному тракту, что обеспечивает более высокую степень расширения рабочего тела на турбине, а следовательно, большую ее мощность.

Выполнение компрессора с другим приводом, а именно с электроприводом, и соединение полости после турбины с окружающей средой отдельной трубой актуально при выработке электроэнергии нескольких десятков кВт и при низких степенях сжатия компрессора (порядка 2). Данное техническое решение значительно упрощает конструкцию установки, но будет иметь место ограничение по максимальной величине мощности, так как турбина электрогенератора должна вырабатывать в электрогенераторе еще мощность, необходимую для привода компрессора электродвигателем.

Предлагаемая газотурбинная установка изображена схематично на чертежах фиг.1 и 2.

На фиг.1 представлена газотурбинная установка по предложенному техническому решению.

На фиг.2 схематично представлен фрагмент установки для варианта компрессора с электроприводом.

Газотурбинная установка содержит воздушный компрессор 1, турбину 2, электрогенератор 3 и устройство 4 для подогрева воздуха после компрессора (см. фиг.1). В свою очередь, устройство 4 включает в себя теплообменный аппарат-регенератор 5, который установлен в выхлопной трубе 6, и камеру сгорания 7, выполненную совместно с трубой 6 в виде наземной факельной установки сжигания попутного газа. Компрессор подключается к турбине 2 (см. фиг.1) или к электродвигателю 8 (см. фиг.2). Электрогенератор в обоих случаях подключен к турбине 2. Выходная полость после компрессора 1 сообщена с теплообменным аппаратом-регенератором 5 с помощью трубопровода 9, а выход из теплообменного аппарата сообщен с полостью турбины 2 с помощью трубопровода 10. Полость после турбины 2 сообщается с полостью наземной факельной установки с помощью трубопровода 11 или с окружающей средой через автономную трубу 12 (см. фиг.2). В последнем случае наземная факельная установка выполнена с устройством 13 забора атмосферного воздуха.

Газотурбинная установка работает следующим образом.

С помощью пневмо- или электростартеров (на фиг.1 не показаны), а для варианта, приведенного на фиг.2, с помощью электродвигателя 8 производится раскрутка компрессора. Воздух после компрессора поступает в теплообменный аппарат-регенератор 5 и на турбину 2, которая приводит во вращение электрогенератор. При определенной величине давления после компрессора подается попутный нефтяной газ в наземную факельную установку, где организовывается его сжигание. Образовавшееся тепло нагревает в теплообменном аппарате воздух, который с необходимой температурой поступает на турбину для увеличения ее мощности. При величине мощности турбины, превышающей потребляемую мощность компрессора, предварительная раскрутка ротора прекращается и ГТУ выходит на режим, обеспечивающий необходимую частоту и напряжение тока электрогенератора. Вырабатываемая электроэнергия расходуется на собственные нужды месторождения и направляется различным потребителям.

Оценочные расчеты с использованием фактических объемов постоянных выбросов ПНГ на различных месторождениях и исходных данных ГТУ типа ГТ-750-6 (мощностью 6 МВт) и ГТК-10-4 (мощностью 10 МВт) показывают, что с помощью указанных ГТУ и предложенного технического решения можно переработать в электроэнергию небольшую часть от общего объема сбрасываемого ПНГ на месторождениях, но при этом сэкономить потребление природного газа от 20 до 30 млн нм3/год, что с точки зрения экономической эффективности очень актуально. С другой стороны, ничто не мешает для реализации данного проекта применить более мощные ГТУ или осуществить их модернизацию в большем количестве на одном месторождении.

Предложенное устройство для переработки попутного нефтяного газа в электроэнергию позволяет упростить технологию его использования, так как организовано сжигание ПНГ при низком давлении (после последней ступени сепарации) и без специальной очистки. Более того, сжигание ПНГ в наземной факельной установке с активной подачей воздуха позволяет улучшить процесс горения, а следовательно, уменьшить вредные выбросы NOx и СО.

1. Газотурбинная установка для переработки попутного нефтяного газа в электроэнергию, содержащая воздушный компрессор, турбину, камеру сгорания, электрогенератор и устройство подогрева воздуха после компрессора, включающее в себя теплообменный аппарат-регенератор, расположенный в выхлопной трубе, отличающаяся тем, что камера сгорания с выхлопной трубой выполнена в виде наземной факельной установки сжигания попутного нефтяного газа.

2. Газотурбинная установка по п.1, отличающаяся тем, что компрессор оснащен электроприводом, турбина со стороны выхода сообщена с окружающей средой с помощью автономной трубы, а наземная факельная установка со стороны подвода попутного нефтяного газа выполнена с устройством забора атмосферного воздуха.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области энергетики, а именно к теплоэнергетике. .

Изобретение относится к двигателестроению, в том числе к мощным стационарным газотурбинным двигателям ГТД, предназначенным преимущественно для газоперекачивающих агрегатов, и может найти применение для пиковых энергетических установок в качестве привода для электрогенератора, предназначенного для выработки электроэнергии.

Изобретение относится к способу и испарителю глубоко охлажденной жидкой рабочей среды. .

Газотурбинный двигатель, работающий на обедненной топливной смеси, содержит компрессор, каталитическую камеру сгорания, турбину, регенеративный теплообменник, горелку и клапан. Компрессор предназначен для сжатия рабочего газа для создания сжатого газа, при этом рабочий газ имеет концентрацию горючего компонента, которая меньше его предела воспламеняемости. Каталитическая камера сгорания предназначена для сжигания сжатого газа посредством каталитической реакции с помощью катализатора, размещенного в ней, для образования газообразных продуктов сгорания. Турбина выполнена с возможностью приведения ее в действие посредством газообразных продуктов сгорания, подаваемых из каталитической камеры сгорания. Регенеративный теплообменник предназначен для нагрева сжатого газа, подаваемого из компрессора в каталитическую камеру сгорания, посредством отработавшего газа, подаваемого из турбины по каналу для отработавшего газа в регенеративный теплообменник. Горелка предназначена для сжигания газа, отбираемого из компрессора, вместе с топливом для образования нагревающего газа и подачи нагревающего газа в канал для отработавшего газа. Клапан предназначен для регулирования количества отбираемого газа, подлежащего подаче в горелку. Изобретение позволяет не допускать снижения выходной мощности или потери давления в системе выпуска, что обеспечивает получение газовой турбины малого размера. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к энергетическим системам, в которых применяются органические циклы Ренкина для производства электрической энергии при сжигании различных видов топлива. Энергетическая система включает масляный котел с трубопроводом для отвода отработанных газов с регулирующим клапаном, контур с промежуточным теплоносителем, соединяющий масляный котел и установку на основе органического цикла Ренкина, представляющую собой замкнутый контур с органическим рабочим телом, содержащим турбину на валу с электрогенератором и систему охлаждения с теплообменником и циркуляционным насосом. Она снабжена установленным в масляном котле горелочным устройством для полного сгорания попутного нефтяного газа с подключенной к нему линией подачи воздуха, проходящей через теплообменник системы охлаждения установки на основе органического цикла Ренкина, и байпасной линией с регулирующим клапаном, соединяющей трубопровод для отвода отработанных газов с регулирующим клапаном и топочное пространство масляного котла. Изобретение позволяет повысить эффективность сжигания попутного нефтяного газа за счет использования органического цикла Ренкина, надежность работы энергетической системы и возможность преобразования теплоты горения попутного нефтяного газа в электрическую энергию на месте добычи нефти. 1 ил.
Наверх