Газотурбодетандерная установка для работы на природном газе

 

Использование: теплоэнергетика, комбинированные энергетические и охладительные системы. Сущность изобретения: газотурбодетандерная установка для работы на природном газе содержит магистраль природного газа высокого давления с установленными в ней теплообменником и турбодетандером (ТД), соединенным валом с воздушным компрессором. Установка снабжена регенеративной газотурбинной установкой (ГТУ), содержащей камеру сгорания, газовую турбину и теплообменник-регенератор, установленный на выходе (ГТ). Теплообменник установлен перед ТД и сопряжен с теплообменником-регенератором. ГТ механически соединена с валом, соединяющим ТД с компрессором. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано для эффективного редуцирования давления природного газа на газораспределительных станциях (ГРС) и газорегуляторных пунктах (ГРП) с получением свободной механической энергии.

Известна установка [1] , включающая магистраль природного газа высокого давления с последовательно установленными в ней турбодетандером, соединенным валом с компрессором, и теплообменником. Назначение теплообменника заключается в подогреве холодного природного газа после турбодетандера за счет тепла, переданного компрессором части природного газа. Часть механической энергии турбодетандера передается электрогенератору для выработки электроэнергии.

Однако недостатком данного технического решения является низкий удельный съем энергии с одного килограмма природного газа.

Задачей изобретения является повышение удельного съема энергии с одного килограмма природного газа.

Это достигается тем, что предлагаемая газотурбодетандерная установка для работы на природном газе снабжена регенеративной газотурбинной установкой, содержащей камеру сгорания, газовую турбину и теплообменник-регенератор, установленный на выходе газовой турбины, причем теплообменник установлен перед турбодетандером и сопряжен с теплообменником-регенератором, а газовая турбина механически соединена с валом, соединяющим турбодетандер с компрессором. При этом в качестве регенеративной газотурбинной установки и компрессора использован газогенератор авиационного двигателя, на валу которого размещен турбодетандер, и теплообменник соединен с теплообменником-регенератором посредством замкнутого контура с промежуточным теплоносителем.

На фиг. 1 и 2 представлена газотурбодетандерная установка. Она содержит магистраль 1 природного газа высокого давления, теплообменник 2, турбодетандер 3, компрессор 4, камеру 5 сгорания, газовую турбину 6, теплообменник-регенератор 7, потребитель 8 мощности. Установка может содержать замкнутый контур 9 с промежуточным теплоносителем (см. фиг. 2). В качестве компрессора 4 используется воздушный компрессор.

Работа установки (фиг. 1) осуществляется следующим образом. Природный газ высокого давления из магистрали 1 поступает через теплообменник 2, где получает тепло в теплообменнике-регенераторе 7 от газа повышенной температуры, в турбодетандер 3. После расширения в турбодетандере природный газ с пониженным против исходного уровня давлением поступает к потребителю. Турбодетандер может быть снабжен регулируемым сопловым аппаратом (РСА), что позволяет поддерживать давление природного газа на выходе практически постоянным вне зависимости от изменения его давления в магистрали.

Часть получаемой в турбодетандере мощности передается воздушному компрессору 4, который, всасывая воздух из атмосферы, повышает его давление и направляет в камеру 5 сгорания, где происходит сгорания топлива в воздухе повышенного давления и температуры (по сравнению с атмосферными условиями). В результате газ высокой температуры и повышенного давления поступает из камеры сгорания 5 в газовую турбину 6, после которой поступает в атмосферу через теплообменник-регенератор 7, где нагревает природный газ.

Мощность газовой турбины 6, в основном, передается потребителю 8 мощности, в качестве которого может быть использован электрогенератор с редуктором. Сопряжение теплообменника 2 и теплообменника-регенератора 7 может осуществляться посредством замкнутого контура 9 с промежуточным жидкостным теплоносителем (см. фиг. 2). Это повышает безопасность функционирования установки, так как исключает возможность контакта природного газа с воздухом при нарушении герметичности элементов теплообменников. Кроме того, в качестве газотурбинной установки может использоваться газогенератор авиационного двигателя, например АИ-25.

На фиг. 2 представлена схема газотурбодетандерной установки с замкнутым контуром 9 с промежуточным теплоносителем, с помощью которого (путем циркуляции по контуру 9) тепло передается от газа в теплообменнике-регенераторе 7 к природному газу в теплообменнике 2. На фиг. 2 показана также схема возможного подсоединения турбодетандера 3 в схему газогенератора двигателя АИ-25 взамен контура низкого давления. При этом штатная форсуночная головка камеры сгорания заменяется на форсуночную головку, предназначенную для работы на природном газе вместо керосина.

Формула изобретения

1. ГАЗОТУРБОДЕТАНДЕРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ РАБОТЫ НА ПРИРОДНОМ ГАЗЕ включающая магистраль природного газа высокого давления с установленными в нем теплообменником и турбодетандером, соединенным валом с компрессором, отличающаяся тем, что она снабжена регенеративной газотурбинной установкой, содержащей камеру сгорания, газовую турбину и теплообменник-регенератор, установленный на выходе газовой турбины, причем теплообменник установлен перед турбодетандером и сопряжен с теплообменником-регенератором, а газовая турбина механически соединена с валом, соединяющим турбодетандер с компрессором.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве регенеративной газотурбинной установки и воздушного компрессора использован газогенератор авиационного двигателя, на валу которого размещен турбодетандер и теплообменник соединен с теплообменником-регенератором посредством замкнутого контура с промежуточным теплоносителем.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2