А.А. Александров, В.С. Агабабов, В.Ф. Утенков, Е.Е. Устюжанин, А.В. Корягин,
г. Москва, Московский энергетический институт
Создана автоматизированная база данных о термодинамических свойствах озонобезопасных хладагентов и их смесей, позволяющая определять cвойства 44-х индивидуальных и произвольного количества многокомпонентных смесевых рабочих веществ холодильных машин и тепловых насосов. Разработаны программы расчета энергетических характеристик циклов холодильных машин и тепловых насосов, предоставляющие возможность их сравнительных расчетов с целью выбора оптимальных рабочих тел для установок различного назначения.
Разработанная база данных применена для оптимизационных расчетов установки для дополнительного получения электроэнергии за счет давления магистрального газа с использованием детандер - генераторного агрегата и теплового насоса. При существующей системе газоснабжения давление магистрального газа перед подачей его потребителю снижается в двух ступенях. В первой из них (газораспределительные станции или ГРС) давление газа снижается до 1,0...1,5 МПа, во второй (газорегулирующие пункты или ГРП) - до 0,1...0,3 МПа. Обычно для этого используется дросселирование, что приводит к потере большого количества энергии давления транспортируемого газа. Применение детандер - генераторных агрегатов позволяет утилизировать эту энергию.
Основными частями детандер - генераторного агрегата являются детандер и электрический генератор. Детандер представляет собой тепловую машину, рабочим телом в которой является транспортируемый природный газ. Энергия природного газа при его расширении в детандере преобразуется в механическую энергию, которая затем в соединенном с детандером генераторе преобразуется в электрическую энергию.
Температура газа на входе на ГРС и ГРП зависит от времени года и составляет в средней полосе от -10 до +20°С. Если газ перед детандером не подогревать, то после расширения его температура может стать слишком низкой (до -100°С, что может привести к нарушению работы как самого детандера, так и газовых трубопроводов). Подогревать газ необходимо до такой температуры, чтобы на выходе из детандера она была не ниже точки росы для данного газа. Температура точки росы зависит от степени осушки газа и находится в пределах -7 ... -10°С.
Подогрев газа на ДГА, установленных на станциях понижения давления, осуществляется обычно за счет сжигания органического топлива. Таким образом, существующие детандер - генераторные агрегаты хотя и позволяют утилизировать энергию давления транспортируемого природного газа, но в то же время для их эксплуатации необходимо сжигать органическое топливо.
Предложено для подогрева газа перед детандером использовать теплонасосную установку (ТНУ). При этом энергия для вращения компрессора теплонасосной установки подается от электрогенератора детандер - генераторного агрегата.
Предлагаемая установка может работать в различных режимах: с отпуском максимально возможного количества электроэнергии внешнему потребителю, с отпуском максимально возможного количества теплоты внешнему потребителю, с одновременным отпуском электроэнергии и теплоты внешнему потребителю, с максимально возможным подогревом газа, с подогревом газа и отпуском теплоты внешним потребителям. На технологический подогрев газа должно быть затрачено от 20 до 40% электроэнергии, производимой ДГА. Остальная электроэнергия может быть полезно использована.
Установка может быть применена на всех ГРС и ГРП. Особенно эффективно ее использование на предприятиях, имеющих большой сброс низкопотенциальной теплоты в окружающую среду, например, на тепловых электрических станциях.
Для реализации технического решения требуется разработка проекта установки применительно к выбранному объекту. Необходимое оборудование выпускается серийно.
Основная задача установки - получение полезной электроэнергии и теплоты. Так, например, при расходе газа через установку 160-180 тыс. нм3/ч и перепаде давлений в детандере от 10 до 2 бар может быть полезно использовано 3-4 МВт электрической мощности. Установка работает без выбросов вредных веществ в окружающую среду.
Разработка защищена свидетельствами на полезную модель и патентом на изобретение:
По данным заводов - изготовителей: