Способ работы энергетической установки газораспределительной станции или газорегуляторного пункта

Изобретение предназначено для выработки электроэнергии на энергетических установках газораспределительных станций и на газорегуляторных пунктах. Природный газ высокого давления расширяют в турбодетандере и снижают его давление до уровня, требуемого конкретному потребителю, поддерживая его температуру не менее 278 К. Теплоту продуктов сгорания, расширенных в газовой турбине, используют для выработки перегретого пара высокого давления. В газовой турбине расширяют полученную газопаровую смесь, ее теплоту используют для выработки перегретого пара высокого давления и для подогрева природного газа высокого давления перед турбодетандером. Полезную работу турбодетандера используют для сжатия воздуха в компрессоре, полезную работу газовой турбины используют для выработки электроэнергии в электрогенераторе. В газопаровую смесь частичную охлажденную при выработке перегретого пара высокого давления и при подогреве природного газа высокого давления, впрыскивают охлаждающую воду. Снижают температуру газопаровой смеси до 65-70°С. Конденсируют пар, содержащийся в газопаровой смеси, отделяют конденсат и охлаждающую воду от продуктов сгорания; меньшую часть смеси конденсата и охлаждающей воды умягчают и используют в качестве питательной воды для выработки перегретого пара. Большую часть этой смеси разделяют на два потока. Первый поток смеси охлаждают атмосферным воздухом в градирне до 25-30°С, а второй поток смеси охлаждают до 15-20°С природным газом, расширенным в турбодетандере, затем первый и второй охлажденные потоки смеси впрыскивают в охлажденную газопаровую смесь. Изобретение направлено на повышение мощности и тепловой экономичности работы энергетической установки газораспределительной станции или газорегуляторного пункта. 1 ил.

 

Изобретение относится к области транспорта газа по магистральным газопроводам и может быть использовано для выработки электроэнергии на газораспределительных станций (ГРС) и на газорегуляторных пунктах (ГРП).

Известна регенеративная газотурбодетандерная установка собственных нужд магистральных газопроводов, содержащая турбодетандер с регулируемым сопловым аппаратом и газотурбинную установку. Природный газ высокого давления, расширенный в турбодетандере обеспечивает подачу топливного газа к камерам сгорания газотурбодетандерной установки и к камерам сгорания газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции (Патент РФ №2570296). Но эта установка не может быть применена для выработки электроэнергии на ГРС и ГРП.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ работы энергетической установки с турбодетандером, заключающийся в направлении природного газа высокого давления к потребителю через турбодетандер с регулируемым сопловым аппаратом, в котором снижают давление природного газа до уровня, требуемого конкретному потребителю, и поддерживают постоянным давление этого газа и его температуру на уровне не менее 278 К, при этом выхлопными газами газотурбинного двигателя производят предварительный нагрев природного газа высокого давления, направляемого в турбодетандер (Патент RU №2096640). Данный способ принят в качестве прототипа к предлагаемому изобретению.

Недостатком способа-прототипа является недостаточная тепловая экономичность и электрическая мощность энергетической установки, устанавливаемой на ГРП или ГРС.

Технической задачей изобретения является повышение мощности и тепловой экономичности работы энергетической установки газораспределительной станции или газорегуляторного пункта.

Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом способе работы энергетической установки газораспределительной станции или газорегуляторного пункта, содержащей турбодетандер, газотурбинную установку с компрессором, камерой сгорания и газовой турбиной, электрогенератор, природный газ высокого давления расширяют в турбодетандере с регулируемым сопловым аппаратом и снижают его давление до уровня, требуемого конкретному потребителю, поддерживая постоянным давление этого газа с помощью регулируемого соплового аппарата турбодетандера и температуру газа на уровне не менее 278 К, при этом газ высокого давления перед подачей в турбодетандер подогревают теплом продуктов сгорания, расширенных в газовой турбине, причем теплоту продуктов сгорания, расширенных в газовой турбине, используют также для выработки в котле-утилизаторе перегретого пара высокого давления, 5-7% которого (относительно расхода воздуха в компрессоре) подают в воздух сжатый в компрессоре, а 9-12% смешивают с продуктами сгорания в выходной части камеры сгорания, далее полученную газопаровую смесь расширяют в газовой турбине и направляют в котел-утилизатор, где в газопаровую смесь, частично охлажденную при выработке перегретого пара высокого давления и при подогреве природного газа высокого давления, впрыскивают охлаждающую воду, снижая температуру газопаровой смеси до 65-70°С, после чего конденсируют пар, содержащийся в газопаровой смеси, и отделяют (сепарируют) конденсат и охлаждающую воду от продуктов сгорания, при этом меньшую часть смеси конденсата и охлаждающей воды умягчают и используют в качестве питательной воды для выработки перегретого пара, а большую часть этой смеси разделяют на два потока, первый из которых охлаждают атмосферным воздухом, в градирне, до 25-30°С, а второй охлаждают до 15-20°С природным газом, расширенным в турбодетандере, после чего объединенные первый и второй потоки смеси используют в качестве охлаждающей воды в котле-утилизаторе, при этом полезную работу турбодетандера используют для сжатия воздуха в компрессоре, полезную работу газовой турбины используют для выработки электроэнергии в электрогенераторе.

Сравнение предлагаемого способа работы энергетической установки газораспределительной станции или газорегуляторного пункта с прототипом и другими техническими решениями позволило сделать вывод, что предлагаемый способ соответствует критерию «новизна». С учетом признаков, отличающих заявляемый способ от прототипа, можно сделать вывод, что предлагаемый способ работы энергетической установки газораспределительной станции или газорегуляторного пункта соответствует критерию «существенные отличия».

На Фиг. 1 приведена тепловая схема энергетической установки ГРС или ГРП. Она содержит: магистральный газопровод 1, турбодетандер 2 с регулируемым сопловым аппаратом, компрессор 3, камеру сгорания 4, газовую турбину 5, электрогенератор 6, трубопровод впрыска перегретого пара 7, трубопровод впрыска перегретого пара в продукты сгорания топлива 8, паропровод перегретого пара высокого давления 9, котел-утилизатор 10, пароперегреватель 11, испаритель 12, экономайзер 13, подогреватель газа высокого давления 14, питательный насос 15, охладитель 16, впрыскивающее устройство 17, установку умягчения 18, сепарационное устройство 19, сборный бак 20, трубопровод 21, градирню 22, трубопровод 23, трубопровод смеси конденсата и охлаждающей воды 24, газопровод высокого давления 25, газопровод пониженного давления 26, редукционную установку 27.

Работу энергетической установки ГРС или ГРП, тепловая схема которой представлена на Фиг. 1, осуществляют следующим образом.

В нормальном режиме работы ГРС или ГРП природный газ высокого давления из магистрального газопровода 1 по газопроводу высокого давления 25 подают в подогреватель газа высокого давления 14, где газ подогревают и далее направляют на вход турбодетандера 2, снабженного регулируемым сопловым аппаратом. В турбодетандере 2 производят расширение природного газа высокого давления со снижением его давления и температуры. При изменении давления природного газа в магистральном газопроводе 1 с помощью регулируемого соплового аппарата турбодетандера 2 в газопроводе пониженного давления 26 поддерживают постоянное давление газа, подаваемого к потребителю. Перегретый пар, выработанный в котле-утилизаторе 10, подают по паропроводу перегретого пара 9 и по трубопроводу впрыска перегретого пара 7 в воздух, сжатый компрессором 3. В выходную часть камеры сгорания 4 газотурбинной установки подают пар по трубопроводу 8 впрыска перегретого пара в продукты сгорания топлива. В камере сгорания 4 сжигают топливо. Полученную газопаровую смесь расширяют в газовой турбине 5, используя полезную работу газовой турбины для выработки электроэнергии в электрогенераторе 6. Теплоту расширенной газопаровой смеси используют в пароперегревателе 11, испарителе 12 и экономайзере 13 для выработки перегретого пара высокого давления, а также для нагрева природного газа в подогревателе газа высокого давления 14. В вышедшую из подогревателя 14 газопаровую смесь впрыскивают через впрыскивающее устройство 17 охлаждающую воду, снижая температуру смеси до 65-70°С, после чего конденсируют содержащийся в ней пар. В сепарационном устройстве 19 отделяют смесь конденсата пара и охлаждающей воды от продуктов сгорания, которые затем сбрасывают в атмосферу, а отсепарированную смесь конденсата и охлаждающей воды подают в сборный бак 20, после чего ее разделяют на два потока: меньшую часть смеси умягчают в установке умягчения 18 и используют в качестве питательной воды для выработки в котле-утилизаторе 10 перегретого пара, а ее большую часть подают в трубопровод смеси конденсата и охлаждающей воды 24 и разделяют на два потока. Первый поток смеси охлаждают атмосферным воздухом, в градирне 22, до температуры в 25-30°С, а второй поток смеси направляют через трубопровод 23 в охладитель 16, где охлаждают его до 15-20°С природным газом, расширенным в турбодетандере 2. Затем первый поток смеси, охлажденный в градирне 22, направляют в трубопровод 21 и смешивают его со вторым потоком смеси, охлажденным в охладителе 16. Объединенные при этом первый и второй потоки смеси подают в качестве охлаждающей воды во впрыскивающее устройство 17.

Полезную работу турбодетандера 2 используют для привода компрессора 3 газотурбинной установки. Полезную работу газовой турбины 5 используют для выработки электроэнергии в электрогенераторе 6.

При аварии или ремонте энергетической установки ГРС или ГРП природный газ высокого давления из магистрального газопровода 1 редуцируют в редукционной установке 27 и затем подают его к потребителям.

Использование полезной работы турбодетандера для привода компрессора и для сжатия в нем атмосферного воздуха, а полезной работы газовой турбины для выработки электроэнергии позволяет повысить КПД газотурбодетандерной энергетической установки до 65-75% и ее электрическую мощность.

Впрыск в сжатый воздух 5-7% перегретого пара высокого давления (относительно расхода воздуха в компрессоре), а также впрыск в выходную часть камеры сгорания 9-12% перегретого пара высокого давления позволяет на 40-60% уменьшить концентрацию в продуктах сгорания токсичных газов и в 1,5-1,6 раза увеличить электрическую мощность газовой турбины.

Соединение общим валом высокооборотного турбодетандера с компрессором позволяет уменьшить число ступеней в компрессоре, повысить КПД и уменьшить его стоимость.

Привод электрогенератора от вала газовой турбины при 3000 об/мин позволяет отказаться от использования понижающего редуктора и повысить надежность энергетической установки.

Способ работы энергетической установки газораспределительной станции или газорегуляторного пункта, содержащей турбодетандер, газотурбинную установку с компрессором, камерой сгорания и газовой турбиной, и электрогенератор, согласно которому природный газ высокого давления расширяют в турбодетандере с регулируемым сопловым аппаратом и снижают его давление до уровня, требуемого конкретному потребителю, поддерживая постоянным давление этого газа с помощью регулируемого соплового аппарата турбодетандера и температуру газа на уровне не менее 278 К, при этом газ высокого давления перед подачей в турбодетандер подогревают теплом продуктов сгорания, расширенных в газовой турбине, отличающийся тем, что теплоту продуктов сгорания, расширенных в газовой турбине, используют также для выработки в котле-утилизаторе перегретого пара высокого давления, 5-7% которого (относительно расхода воздуха в компрессоре) подают в воздух сжатый в компрессоре, а 9-12% смешивают с продуктами сгорания в выходной части камеры сгорания, далее полученную газопаровую смесь расширяют в газовой турбине и направляют в котел-утилизатор, где в газопаровую смесь, частично охлажденную при выработке перегретого пара высокого давления и при подогреве природного газа высокого давления, впрыскивают охлаждающую воду, снижая температуру газопаровой смеси до 65-70°С, после чего конденсируют пар, содержащийся в газопаровой смеси, и отделяют (сепарируют) конденсат и охлаждающую воду от продуктов сгорания, при этом меньшую часть смеси конденсата и охлаждающей воды умягчают и используют в качестве питательной воды для выработки перегретого пара, а большую часть этой смеси разделяют на два потока, первый из которых охлаждают атмосферным воздухом, в градирне, до 25-30°С, а второй - охлаждают до 15-20°С природным газом, расширенным в турбодетандере, после чего объединенные первый и второй потоки смеси используют в качестве охлаждающей воды в котле-утилизаторе, при этом полезную работу турбодетандера используют для сжатия воздуха в компрессоре, полезную работу газовой турбины используют для выработки электроэнергии в электрогенераторе.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам сжатия рабочей жидкости, используемым для переноса теплоты от теплоносителя с более низкой (Е) температурой к теплоносителю с более высокой температурой (Al), и может быть использовано в тепловом насосе.

Газотурбодетандерная энергетическая установка газораспределительной станции содержит турбодетандер с регулируемым сопловым аппаратом, газотурбинную установку с компрессором низкого давления, камерой сгорания и газовой турбиной, электрогенератор, газопровод топливного газа, выходную газовую магистраль, обводную магистраль с редукционной установкой, систему управления, теплообменник предварительного подогрева газа высокого давления, теплообменник подогрева газа выходной газовой магистрали.

Изобретение относится к энергетике. Система для снижения давления в находящейся под давлением текучей среде в трубопроводе содержит по меньшей мере одно устройство для снижения давления для расширения текучей среды в трубопроводе для получения более низкого давления; и транскритический тепловой насос для обеспечения циркуляции сверхкритической текучей среды, причем сверхкритическая текучая среда подвергается охлаждению, чтобы выделить тепло для передачи к находящейся под давлением текучей среде в трубопроводе перед по меньшей мере одним расширением указанной находящейся под давлением текучей среды.

Способ предназначен для раздачи природного газа потребителям газа низкого давления с получением сжиженного газа. Способ заключается в отводе потока газа из магистрального трубопровода высокого давления, расширении его в многоступенчатой турбине с получением в ней механической энергии, теплообмене в теплообменнике и раздаче полученного газа низкого давления потребителю, при этом газ из магистрального трубопровода высокого давления направляют на вход тракта горячего теплоносителя теплообменного устройства и охлаждают, а на выходе из тракта его направляют в многоступенчатую турбину, где охлажденный поток газа расширяют до давления меньше заданного давления подачи потребителю в трубопроводе низкого давления, при котором подаваемый поток сжатого природного газа меняет свои параметры и свое агрегатное состояние, переходя из однофазного на входе в многоступенчатую турбину в двухфазный поток на выходе из нее, при этом из последнего отделяют в сепараторе жидкую фазу и направляют для раздачи в трубопровод сжиженного газа, а оставшуюся после отделения часть потока направляют на вход тракта холодного теплоносителя теплообменного устройства для подогрева при теплообмене с подаваемым потоком сжатого природного газа из магистрального трубопровода высокого давления и далее сжимают эту часть в дожимающем компрессоре до давления, равного давлению в трубопроводе низкого давления, одновременно нагревая ее до положительных температур, а затем направляют для раздачи в трубопровод низкого давления, причем на сжатие этой части природного газа в компрессоре используют механическую энергию расширения, полученную в многоступенчатой турбине, при этом отделение сжиженной части природного газа осуществляют после каждой ступени турбины.

Изобретение относится к детандер-генераторным агрегатам. Детандер-генераторный агрегат содержит первую ступень детандера для привода электрогенератора, вторую ступень детандера для привода компрессора, теплообменник, дроссель, испаритель, газопроводы высокого и низкого давления, первую, вторую и байпасную регулировочно-запорные электроприводные задвижки, насос с частотно-регулируемым приводом для подачи низкопотенциального теплоносителя в испаритель, блок управления, датчики температуры и давления.

Изобретение относится к энергетическому машиностроению. Турбоагрегат содержит корпус с установленным внутри него на подшипниках валом.

Изобретение относится к турбодетандеру с, по меньшей мере, одним установленным в упорном подшипнике ротором. .

Изобретение относится к холодильной технике. .

Изобретение относится к способу получения водорода и генерирования энергии. Способ включает стадии, на которых: (a) газообразное углеводородное сырье подвергают эндотермической реакции парового риформинга контактированием в зоне реакции парового риформинга для получения газообразной смеси, содержащей водород и монооксид углерода; (b) извлекают водород из указанной смеси; (c) подают топливо и окислитель в турбину, содержащую последовательно компрессор, камеру горения и турбину расширения, где топливо сжигают со сжатым окислителем в камере горения с получением потока дымового газа; (d) подают по меньшей мере часть указанного потока дымового газа в турбину расширения для генерирования энергии и для получения отходящего газа турбины; (e) обеспечивают теплоту для указанной эндотермической реакции риформинга приведением потока горячего газа, генерированного на стадии (с) и/или стадии (d), в теплообменный контакт с зоной реакции парового риформинга, и на стадии (f) сжижают водород, извлеченный на стадии (b), подвергая извлеченный водород циклу сжижения, содержащему охлаждение и компримирование водорода.

Изобретение относится к энергетике. Система труб для передачи тепла из потока выхлопного газа питательной воде, содержащая экономайзер, который включает в себя четыре секции, а также теплообменник и множество клапанов.

Утилизационная турбоустановка содержит турбогенератор, силовую газовую турбину, газоохладитель, дожимающий компрессор. Силовая газовая турбину кинематически связана с турбогенератором и сообщена на входе по газу с выходом источника горячего газа по газу.

Изобретение относится к энергетическим установкам, предназначенным для выработки парогазовых смесей. Парогазогенератор содержит охлаждаемую горючим камеру, смесительную головку, включающую в себя корпус, на торцах которого закреплены верхнее и нижнее днище, промежуточное днище, расположенное между корпусом и верхним днищем, коллектор окислителя, установленный на корпусе, центробежную форсунку горючего, расположенную на оси смесительной головки, струйно-центробежные форсунки, расположенные равномерно по окружности и включающие в себя полый наконечник с винтовыми каналами и втулку, охватывающую с кольцевым зазором наконечник и соединяющую полость окислителя с полостью камеры, при этом осевой канал наконечника соединяет полость балластирующего компонента с полостью камеры, а полость горючего соединена с полостью камеры через тангенциальные отверстия, выполненные на цилиндрической поверхности центробежной форсунки горючего, причем полость тракта охлаждения камеры сообщается с полостью горючего смесительной головки.

Изобретение относится к газотранспортному оборудованию и может быть использовано при создании газотурбинных газоперекачивающих агрегатов. Газоперекачивающий агрегат с системой рекуперации тепла, содержащий газотурбинный двигатель, центробежный компрессор, воздухоочистительное устройство с противообледенительной системой, газовыхлопной тракт, систему рекуперации тепла отработавших газов.

Изобретение относится преимущественно к способам преобразования энергии газообразного топлива (природный или синтез-газ, водород) в механическую. Способ преобразования энергии предусматривает подачу в камеру сгорания сжатого воздуха и парометановодородной смеси, расширение продуктов ее сгорания в газотурбинной установке; последующее их охлаждение в утилизаторе путем испарения с образованием водяного пара высокого давления, который смешивают с природным газом с получением метансодержащей парогазовой смеси, которую пропускают через каталитический реактор конверсии метана с образованием на выходе парометановодородной смеси, охлаждаемой затем до температуры, не превышающей температурный диапазон 200÷240°C, с одновременной частичной конденсацией водяного пара, содержащегося в парометановодородной смеси, подаваемой в охлажденном виде в камеру сгорания газотурбинной установки; получение из конденсата водяного пара низкого давления, направляемого в свободную силовую газовую турбину.

Двухкамерная газотурбинная установка содержит последовательно расположенные компрессор (1), первую камеру сгорания (2), турбину высокого давления (3), вторую камеру сгорания (4), турбину низкого давления (5) и газовоздушный теплообменник (7).

Изобретение относится к способу дооборудования уже существующей газотурбинной электростанции. Способ, в котором осуществляют аэродинамическое соединение эксплуатируемой на объекте газовой турбины простого цикла с трубопроводом дымового газа, пригодным для проведения выработанного газовой турбиной дымового газа, соединение трубопровода дымового газа с устройством выработки пара, которое аэрогидродинамически объединено с водно-паровым контуром устройства выработки электрического тока, аэродинамическое соединение устройства отделения СО2 с трубопроводом дымового газа для отделения СО2 из дымового газа в трубопроводе дымового газа и электрическое соединение устройства выработки электрического тока с устройством отделения СО2, причем электрический ток, вырабатываемый водно-паровым контуром устройства выработки электрического тока, обеспечивает независимое электропитание устройства отделения СО2.

Изобретение относится к энергетике. Газоперекачивающий агрегат, содержащий воздушный тракт, содержащий, в свою очередь, воздухозаборник, компрессор, камеру сгорания, газовую турбину, вал, соединяющий компрессор и газовую турбину, свободную турбину, соединенную с газовым компрессором, и систему подачи топливного газа в камеру сгорания с топливопроводом, причём система подачи топливного газа содержит электролизер воды и смеситель водорода и кислорода с топливным газом, установленным перед камерой сгорания, при этом к смесителю присоединена система подачи воды.

Изобретение относится к энергетике. Способ нагружения паровой турбины, включающий: прием коэффициента нагружения турбины; прием текущей температуры отработанного пара паровой турбины; определение параметра скорости линейного изменения потока пара и параметра скорости линейного изменения температуры пара частично на основании коэффициента нагружения турбины и текущей температуры отработанного пара паровой турбины, при этом параметр скорости линейного изменения потока пара и параметр скорости линейного изменения температуры пара определяют частично на основании обратного соотношения между параметром скорости линейного изменения потока пара и параметром скорости линейного изменения температуры пара.

Изобретение предназначено для выработки электроэнергии на энергетических установках газораспределительных станций и на газорегуляторных пунктах. Природный газ высокого давления расширяют в турбодетандере и снижают его давление до уровня, требуемого конкретному потребителю, поддерживая его температуру не менее 278 К. Теплоту продуктов сгорания, расширенных в газовой турбине, используют для выработки перегретого пара высокого давления. В газовой турбине расширяют полученную газопаровую смесь, ее теплоту используют для выработки перегретого пара высокого давления и для подогрева природного газа высокого давления перед турбодетандером. Полезную работу турбодетандера используют для сжатия воздуха в компрессоре, полезную работу газовой турбины используют для выработки электроэнергии в электрогенераторе. В газопаровую смесь частичную охлажденную при выработке перегретого пара высокого давления и при подогреве природного газа высокого давления, впрыскивают охлаждающую воду. Снижают температуру газопаровой смеси до 65-70°С. Конденсируют пар, содержащийся в газопаровой смеси, отделяют конденсат и охлаждающую воду от продуктов сгорания; меньшую часть смеси конденсата и охлаждающей воды умягчают и используют в качестве питательной воды для выработки перегретого пара. Большую часть этой смеси разделяют на два потока. Первый поток смеси охлаждают атмосферным воздухом в градирне до 25-30°С, а второй поток смеси охлаждают до 15-20°С природным газом, расширенным в турбодетандере, затем первый и второй охлажденные потоки смеси впрыскивают в охлажденную газопаровую смесь. Изобретение направлено на повышение мощности и тепловой экономичности работы энергетической установки газораспределительной станции или газорегуляторного пункта. 1 ил.

Наверх