Технологические установки и газораспределительные станции, перерабатывая энергию сжатого газа, позволяют не только получать холод. Они способны вырабатывать механическую и электрическую энергию. Такое устройство известно, как турбодетандер, принцип действия которого основан на перепадах давления. Данные установки позволяют получать не использованный энергетический потенциал.
Устройство турбодетандера
Турбодетандерная установка представляет собой лопаточную турбинную машину с непрерывным действием. С помощью турбодетандера производится расширение газа с целью его дальнейшего охлаждения. Освобожденная энергия позволяет совершать полезную внешнюю работу. Турбодетандер осуществляет низкотемпературную обработку газа в промышленных установках, принимают непосредственное участие в сжижении газа и разделении многокомпонентных газовых смесей.
В конструкцию турбодетандера входит корпус, ротор, сопловой регулируемый аппарат, а также направляющий аппарат, оборудованный поворотными механизмами. Агрегат полностью герметичен и не нуждается в электрической энергии. Направление движущегося потока газа определяет его конструкцию. Поэтому турбодетандеры могут быть центробежными, центростремительными и радиальными (осевыми). В соплах наблюдается различная степень расширения газа. В связи с этим турбодетандеры разделяются на активные и реактивные. В первом случае давление понижается лишь в неподвижных направляющих каналах, а во втором случае - еще и во вращающихся каналах ротора. Конструкции установок могут быть одноступенчатыми или многоступенчатыми, в зависимости от количества ступеней.
Принцип работы турбодетандерных установок
Прохождения газа или сжиженных газовых смесей происходит через отверстия неподвижных направляющих каналов, исполняющих функции сопел. В этом месте потенциальная энергия газа частично преобразуется в кинетическую, благодаря которой приводятся в действие вращающиеся лопаточные каналы ротора. Резкое расширение газа приводит к падению давления, в результате чего ротором совершается механическая работа с одновременным интенсивным охлаждением газового потока. Одновременно с ротором вращается колесо компрессора, насаженное на него.
Как правило, при использовании установок в промышленности, на входе турбины поддерживается постоянное давление в соответствии с проектным уровнем. В такой ситуации давление регулируется специальными клапанами, что не совсем рационально. Более эффективными считаются турбины с переменным давлением при полностью открытых входных клапанах. Используемые клапана должны иметь максимально большие размеры. Это позволяет достигнуть необходимого дросселирования при перепадах давления всего лишь 5-10%. Для традиционных клапанов этот показатель составляет 25 - 50% из-за слишком малых размеров. То же самое касается насосов, создающих давление газа. Они подбираются в соответствии с конкретными условиями эксплуатации.
Наиболее оптимальным вариантом является применение турбодетандера для производства электроэнергии за счет избыточного давления. Одновременно, газ, проходящий через агрегат, используется по прямому назначению, независимо от режима работы и без каких-либо потерь. Таким образом, весь цикл представляет собой термодинамический обратимый процесс.
Использование турбодетандеров в промышленности
Применение турбодетандеров практикуется совместно с новыми установками или теми из них, которые были подвергнуты существенной модернизации. В обязательном порядке учитывается экономическая целесообразность и условия конкретного предприятия.
В промышленности широко используются турбодетандеры, принцип действия которых позволяет вырабатывать электрическую или механическую энергию, приводящих в движение вентиляторы или компрессоры. Но, несмотря на оптимальную энергетическую эффективность применения этих агрегатов, они должны соотноситься с общей предполагаемой потребностью и балансом пара на предприятии. При чрезмерном количестве или мощности устройств вполне возможно избыточное производство пара под низким давлением. Чаще всего этот пар просто стравливается в атмосферу, что значительно снижает энергетическую эффективность.
Основным условием должна стать доступность парового потока, необходимого для нормальной работы турбодетандера в течение точно установленного и довольно продолжительного отрезка времени. В случае нерегулярного или непредсказуемого поступления пара, его полезное применение существенно затрудняется, и турбина будет работать вхолостую. Наиболее эффективное использование турбодетандеров требует существенных перепадов давления и большого расхода газа. Поэтому агрегаты нашли широкое применение в черной металлургии, где работа плавильных печей сопровождается мощным потоком доменного газа.
Условные сокращения:
УДЭУ- установка детандер- энергетическая утилизационная;
БСД- блок стопорно- дозирующий;
ТДА- турбодетандер;
САУ- система автоматического управления;
ГРС- газораспределительная станция
БС- блок байпасный
РПД- регулятор перепада давления.
КРУ- комплектно-распределительное устройство
Описание и работа
Назначение и область применения.
Установка предназначена для использования на ГРС в качестве источника энергоснабжения, утилизирующего энергию избыточного давления природного газа в электроэнергию напряжением 10,5 кВ частотой 50 Гц.
Условное обозначение установки:
Структура условного обозначения установки:
Структура обозначения агрегата: УДЭУ- 2500 - X - УХЛ 4
Вид климатического исполнения по ГОСТ 15150-69
Напряжение вырабатываемого тока на клеммах турбогенератора 10,5кВ
Максимальная мощность вырабатываемой электроэнергии, 4 МВт
Тип установки по назначению (установка детандер-энергетическая утилизационная)
Характеристика установки
Параметры, характеризующие условия эксплуатации
Усилия на газовые трубы блока детандер-генераторного со стороны обвязки должны быть, не более:
- - осевое усилие, кН -50
- - поперечное усилие, кН - 30
- - изгибающий момент, кНм -30
Состав установки
В комплект поставки установки должны входить сборочные единицы и документы, приведенные в таблице 2.
Таблица 2
|
Наименование |
Обозначение конструкторского документа, ТУ |
Примечание |
|
|
Блок маслоохладителей |
ОАО «Турбогаз» |
||
|
Блок детандер-генераторный |
ОАО «Турбогаз» |
||
|
Блок байпасный |
ОАО "Констар" |
||
|
Блок стопорно- дозирующий |
ОАО "Констар" |
||
|
Блок системы маслоснабжения |
ОАО «Турбогаз» |
||
|
Кран шаровой запорный наземный штампосварной с концами под приварку 11лс(6)757п Ру 8,0(80) |
Сумское МНПО им.М.В.Фрунзе |
||
|
Кран шаровой МШК-50-80-ПП-НУ-Н1 -УЗ |
ТУ У 3.20-00217672-001-96 |
3-д технического машиностроения г. Коростень |
|
|
Комплект запасных частей |
ОАО «Турбогаз» |
||
|
Комплект инструментов и принадлежностей |
ОАО «Турбогаз» |
Состав установки и устройство.
Состав установки. Установка включает в себя следующие основные функциональные части:
- - технологическое оборудование;
- - систему регулирования;
- - систему автоматизированного управления (САУ).
Конструктивно установка состоит из следующих технологических блоков и изделий:
- - блока детандер-генераторный;
- - блока системы маслоснабжения;
- - блока маслоохладителей;
- - блока стопорно-дозирующего;
- - блока байпасного;
- - комплекта электротехнического оборудования.
Технологическое оборудование установки предназначено для привода турбогенератора, в котором механическая работа на турбине детандера преобразуется в электрическую энергию.
На ГРС должна быть предусмотрена система подогрева газа.
Устройство установки. Технологическое оборудование включает в себя:
- - детандер;
- - маслосистемы смазки, уплотнения и автоматики;
- - систему охлаждения рабочего масла;
- - турбогенератор;
Технологическое оборудование установки размещено в отдельно стоящем здании, а также снаружи на территории ее монтажной площадки. Внутри помещения установлены технологические блоки установки, в которых смонтированы:
- - детандер и турбогенератор - в блоке детандер-генераторном;
- - маслосистемы смазки, уплотнения и автоматики - в блоке детандер-генераторном и блоке системы маслоснабжения;
- - система охлаждения рабочего масла установки смонтирована в блоке маслоохладителей, размещенного снаружи помещения на площадке;
Устройство турбодетандера.
Турбодетандер включает в себя:
- - корпус детандера;
- - вставку;
Основным узлом турбодетандера является вставка, смонтированная в корпусе. Внешний вид вставки представлен на рис.4. Корпус ТДА изготовлен из трубы с приваренными днищем, диафрагмой, диффузором и патрубками входа и выхода газа Ду 500.
Вал трансмиссии предназначен для передачи крутящего момента от ротора турбодетандера к генератору. Соединение осуществляется с помощью зубчатых полумуфт.
Во вставке расположены: пятиступенчатый ротор, подшипниковые узлы, направляющие сопловые аппараты, торцевые уплотнения. Вставка крепится к корпусу направляющего аппарата 1 ступени и уплотнена резиновыми кольцами.
Рисунок 4. Внешний вид вставки
- 1. Узел редуцирования ГРС;
- 2. Шаровой отсечнои кран на выходе газа в установку.
- 3. Блок детандер-генераторный;
- 4. Блок стопорно-дозирующий
- 5. Турбодетандер;
- 6. Генератор;
- 7. К шкафам высоковольтного и низковольтного оборудования а также к шкафам САУ вторичных приборов.
- 8. Блок системы маслоснабжения.
- 9. Блок маслоохладителей.
- 10. шаровой отсечной кран на выходе газа из установки;
- 11. Подогреватель газа;
- 12. Блок блок байпасный.
Силовой частью вставки является опора, с помощью которой вставка крепится в корпусе. К торцу опоры крепится направляющий аппарат 1 ступени; рнутри опоры монтируются направляющие аппараты 2...5 ступеней, каждый из которых представляет собой две пары полуколец (верхние и нижние) с приваренными между ними лопатками постоянного профиля, выполненными из стали 20X13. Направляющие аппараты всех ступеней снабжены лабиринтными уплотнениями, предназначенными для разделения газовых полостей и, тем самым, уменьшения перетечек газа.
Блок передних подшипников крепится к направляющему аппарату 1 ступени. Блок включает опорный и два упорных подшипника. Блок заднего опорного подшипника крепится к опоре вставке.
Опорные подшипники (передний и задний) воспринимают радиальные нагрузки и представляют собой каждый обоймы с пятью самоустанавливающимися колодками.
Торцовые уплотнения вставки применяются в качестве концевых уплотнений « масло- газ».
Ротор турбодетандера представляет собой валопровод, состоящий из вала детандера с установленными на нем рабочими колесами и двух последовательно соединенных полумуфт, передающих крутящий момент от вала турбодетандера к генератору через вал трансмиссии.
Вал турбодетандера двухопорный цельнокованый жесткий из стали ЗОХГСА.
Разгрузка от осевого усилия осуществляется регулированием давления газа в рагрузочной полости перед колесом 1 ступени.
Устройство маслосистемы смазки, уплотнения и автоматики.
Устройство маслосистемы смазки.
Маслосистема смазки предназначена для смазки охлаждения подшипниковых узлов детандера, турбогенератора и зубчатой соединительной муфты.
Агрегаты, узлы и детали системы смазки размещены в блоках детандер-генераторном и системы маслоснабжения, которые связаны между собой трубопроводами, изготовленными из бесшовных холодно- и горячекатанных труб.
В блоке детандер-генераторном смонтированы: фильтры масла, регулирующие вентили, задвижки, регулятор перепада давления.
В блоке системы маслоснабжения смонтироваы: емкость- маслобак, входные фильтры электронасосных агрегатов, задвижки, обратные клапана, а также электронасосные агрегаты.
Назначение и устройство агрегатов маслосистемы смазки.
Емкость смазочная предназначена для хранения и деаэрации рабочего масла установки. В сечении емкость представляет собой резервуар прямоугольной формы. Сварная конструкция выполнена из стандартного проката и состоит из торцевых и боковых стенок, а также верхнего и нижнего листа. На емкости установлены газоотделитель, заправочный люк, штуцера для забора и слива масла, заборный фильтр, приборы КИП и А.
Для подачи масла в смазочно- угатотнительную систему и систему регулирования предназначены насосы (основные и резервные) с давлением нагнетания 2,5 Мпа.
Фильтры масляные служат для тонкой очистки масла, поступающего на смазку и охлаждение подшипниковых узлов установки, а также охлаждения шлицевого соединения трансмиссии.
Клапаны обратные предназначены для предотвращения обратного потока масла в маслобак через зазоры качающих узлов насосных агрегатов.
Регуляторы давления предназначены для поддержания заданного давления масла в линиях смазки подшипниковых узлов турбодетандера и генератора, а также в систему автоматики установки.
Гидроаккумулятор предназначен для подачи масла к подшипниковым узлам турбодетандера и генератора, а также в систему уплотнения установки при отказах в работе насосных агрегатов.
Регулятор перепада давления служит для поддержания постоянного избыточного давления масла над газом в уплотнениях выходного вала турбодетандера.
Поплавковая камера (маслоотводчик) дренирует масло из уплотнительных полостей турбодетандера и служит гидрозатвором между уплотнением и смазочной емкость к>(маслобаком) агрегата.
Газоотделитель предназначен для дегазации протечек загазованного масла, подводимого из поплавковой камеры, перед сбросом его в маслобак.
Устройство маслосистемы уплотнения и автоматики.
Маслосистема уплотнения и автоматики предназначена для подачи масла на подпор гидрозатворов комбинированных уплотнений детандера с целью поддержания положительного перепада давления масла над газом на валу ротора, а также подачи масла как рабочего тела к дозирующему клапану (КД) и импульса на сервоклапаны, управляющих клапаном защиты(КЗ) и стопорным клапаном (КС).
Агрегаты, узлы и детали маслосистемы уплотнения и автоматики размещены в блоках детандер-генераторном, стопорно- дозирующем, байпасном и системы маслоснабжения, которые связаны между собой трубопроводами.
Система охлаждения рабочего масла
Система охлаждения рабочего масла предназначена для охлаждения и отвода тепла от масла, подаваемого на смазку подшипниковых узлов детандера и турбогенератора, а также в систему уплотнения детандера. Масло, поступая в маслоохладитель, омывает наружные поверхности труб, по которым проходит холодный после детандера газ, отводимый к потребителям.
Блок маслоохладителей представляет собой установленный на раме U-образный трубопровод отвода холодного газа от турбогенератора, на котором смонтированы теплообменники. В межтрубном пространстве, образованном наружной поверхностью трубы Ду 700 и внутренней поверхностью кожуха установлены ребра, образующие продольные каналы для увеличения поверхности теплообмена.
Система регулирования.
Принципиальная схема системы регулирования приведена на рис. 5. Система регулирования установки обеспечивает:
- - автоматическое поддержание числа оборотов турбогенератора в режиме автоматического пуска и синхронизации;
- - автоматическое поддержание заданного давления газа за турбогенератором при работе генератора на сеть;
- - автоматическое поддержание заданного давления газа за турбогенератором при аварийном останове турбогенератора за счет пропуска газа через байпасную линию;
- - автоматический останов турбогенератора при возникновении аварийной ситуации.
Система регулирования установки состоит из управляющей электронной части на базе контроллера, входящего в состав САУ (приведено отдельным приложением), в которой формируются те или иные команды на перемещение клапанов и пневмогидравлической исполнительной части.
Исполнительная пневмогидравлическая часть системы регулирования состоит из блока стопорно-дозирующего и блока байпасного.
Стопорно-дозирующий блок состоит из клапана дозирующего (КД) и клапана стопорного (КС) и предназначен для регулирования расхода газа через турбодетандер при его работе и быстрого прекращении расхода газа через турбодетандер при возникновении аварийной ситуации.
КД предназначен для регулирования расхода газа через турбодетандер. КД состоит из 2-х седельного клапана, установленного в стальном корпусе, и двухстороннего поршневого сервомотора, установленного на корпусе клапана. Перемещения поршня сервомотора происходит под действием давления масла, подводимого к поршню от золотникового механизма командного узла КД. Сверху на поршень действует пружина, обеспечивающая закрытие КД в случае падения давления силового масла. При помощи рычага обратной связи шток сервомотора связан с буксой золотникового механизма командного узла КД.
электроника ремонт оборудование
Рисунок 5. Система регулирования установки
Управление сервомотором КД производится через командный узел КД, состоящий из исполнительного и золотникового механизмов.
Исполнительный механизм включает в себя электродвигатель постоянного тока ДПР-40-1,5-153 и червячный редуктор. К золотнику подводится силовое масло давлением 1,4 МПа. Максимальный ход КД равен 60 мм.
При ручном управлении турбодетандером управление электродвигателем командного узла КД производится САУ от кнопок ручного управления, на которые воздействует оператор.
При автоматическом регулировании числа оборотов турбодетандера или давлении газа за турбодетандером управление электродвигателем командного узла КД САУ выполняет без участия оператора.
КС предназначен для быстрого перекрытия пропуска газа через турбодетандер при возникновении аварийной ситуации или при нажатии кнопки аварийного останова турбодетандера.
КС состоит из корпуса, в котором установлен 2-х седельный тарельчатый клапан. На корпусе клапана установлен поршневой сервомотор. Сервомотор не имеет обратной связи. Поэтому устойчиво может находиться в положении полного закрытия или полного открытия.
Для перемещения поршня сервомотора КС используется газ, отбираемый из газопровода, подводящего газ к турбодетандеру (силовой газ). Максимальный ход КС равен 60 мм.
Для открытия КС необходимо включить электромагнит открытия сервоклапана КС. Включенный электромагнит открытия откроет в своем седле отверстие для подвода силового газа к поршню сервоклапана и КС. Давление под поршнем сервомотора КС начнет повышаться, что вызовет открытие КС.
Для закрытия КС необходимо включить электромагнит открытия сервоклапана КС необходимо включить электромагнит закрытия сервоклапана КС. Включенный электромагнит закрытия откроет в своем седле отверстие для истечения газа из внутренней полости сервоклапана в газопровод за турбодетандером. Давление газа внутри сервоклапана и КС начнет снижаться. По мере снижения давления под поршнем под действием пружины сервомотор КС начнет двигаться вниз, закрывая КС.
Блок байпасный (ББ) сотоит из регулятора давления (РДГ) и клапана защиты (КЗ).
РДГ предназначен для автоматического поддержания необходимого давления газа за турбодетандером при его внезапной остановке до момента включения в работу ГРС. Это время составляет примерно 5 минут. Включение в работу РДГ и подключающая передача управления ГРС производится САУ.
РДГ состоит из 2-х седельного клапана, установленного в стальном корпусе, и поршневого сервомотора регулятора давления, установленного на корпусе клапана. Штоки клапана и сервомотора напрямую связаны между собой.
Для перемещения поршня сервомотора используется силовой газ, отбираемый перед турбодетандером. Рабочий ход РДГ равен 30 мм.
Управление сервомотором РДГ производится командным узлом, который условно можно разделить на задатчик, регулятор давления и клапанный механизм. Импульсный управляющий газ из газопровода после турбодетандера подаетя на РДГ. Задатчик позволяет настраивать регулятор давления на поддержание давления газа в газопроводе после турбодетандера в диапазоне 0,1... 1,2 Мпа.
КЗ предназначен для плотного прекрытия байпасной линии при работе турбодетандера и быстрого ее открытия при внезапной остановке турбодетандера из-за срабатывания защиты или от нажатия на кнопку аварийного останова турбодетандера. При работе турбодетандера при открытом стопорном клапане КЗ будет находиться в закрытом состоянии.
КЗ состоит из корпуса, в котором установлен 2-х седельный тарельчатый клапан. На корпусе клапана установлен поршневой сервомотор. Шток сервомотора соединен с клапаном. Сервомотор КЗ не имеет обратной связи. Поэтому устойчиво может находиться в положении полного закрытия или в положении полного открытия. Для перемещений поршня сервомотора КЗ используется силовой газ. Ход КЗ между упорами равен 60 мм.
Управление КЗ производится при помощи сервоклапана КЗ, который по конструкции аналогичен описанному выше сервоклапану КС.
Система автоматизированного управления (САУ).
САУ предназначена для:
- - формирования дискретной и аналоговой информации по управлению и защите установки, контролю и регулированию технологических параметров;
- - автоматического управления и защиты установки; -определения состояния механизмов;
- - сигнализации от отклонениях технологических параметров установки.
САУ включает в себя:
- - устройство электронного управления (УЭУ) установки;
- - пульт дистанционного управления установки (ПДУ);
- - датчики вибрации.
САУ установки имеет в своем составе источник бесперебойного электроснабжения, обесбечивающий сохранение информации в УЭУ и ПДУ в течение 20 минут после отключения внешнего питания.
Устройство блоков установки.
Устройство блока детандер - генераторного (рис. 5). Блока детандер- генераторный является основным технологическим блоком, в котором утилизируется энергия перепада давления природного газа и смонтирован на раме, в которой крепятся детандер, турбогенератор гидроаккумулятор, поплавковая камера(маслоотводчик), а также вспомогательные узлы и агрегаты, обеспечивающие работу блока. Т.к. детандер устанавливается во взрывоопасном помещении, то на раме выполнена герметичная перегородка (стенка), выполненная из стального стандартного профиля, плоского стального листа и заполненная огнестойким шумопоглощающим материалом толщиной 80мм. Перегородка отделяет отсек детандера от отсека турбогенератора.
Примечания: выше рисунок 5, а не 4
Рама блока представляет собой жесткую конструкцию, проката, на которой расположены опоры крепления детандера, специальные домкратные болты и регулировочные опоры турбогенератора, а также коепятся коммуникационные трубопроводы.
В блоке детандер-генераторном размещены: ТДА с торсионным валом и зубчатыми полумуфтами, смазочно-уплотнительная система, турбогенератор, приборы КИП и А, трубопроводы и запорно-регулирующая арматура.
Внутри помещений турбодетандера и генератора должны быть предусмотрены ручные тали грузоподъемностью 3,2 т. для монтажа и демонтажа оборудования.
Устройство блока системы маслоснабжения (рис.6):
Блок системы маслоснабжения предназначен для обеспечения смазки подшипниковых узлов, подачи масла в уплотнительную систему блока детандер-генераторного, а также в маслосистему автоматики установки. Блок смонтирован на раме, к которой крепятся: емкость смазочная (маслобак), электронасосные агрегаты, запорно-регулирующая арматура, трубопроводы, а также элементы и узлы, обеспечивающих хранение, очистку, деаэрацию, дегазацию рабочего масла и заполнение системы смазки, уплотнения и автоматики.
Рама- основание блока представляет собой сварную конструкцию из стандартного проката. На раме крепятся опоры и стойки для установки маслобака, электронасосных агрегатов и трубопроводов технологической обвязки блока.
Для слива пролившегося на пол масла при непредвиденных утечках настил имеет уклон в сторону дренажа стоков.
Для прокладки кабелей электрооборудования в раме предусмотрены кабельные лотки. Для транспортирования рамы предусмотрены грузоподъемные устройства.
Устройство блока маслоохладителей
Блок предназначен для охлаждения и отвода тепла от масла, подаваемого на смазку и охлаждение подшипниковых узлов детандера и турбогенератора, а также в систему уплотнения детандера. Маслоохладители с запорной арматурой смонтированы на раме, которая имеет опоры и стойки для крепления трубопроводов технологической обвязки.
Рама блока представляет собой сварную конструкцию из стандартного проката. Для транспортирования рамы предусмотрены грузоподъемные устройства.
Примечания: выше рисунок 6, а не 5
Защиты генератора.
Электрические защиты.
Генератор обеспечен следующими электрическими защитами:
- 1) продольная дифференциальная защита без выдержки времени с уставкой по току статора не более 0,6 номинального (при соединении обмоток статора в звезду);
- 2) 100% защита от замыкания на землю обмотки статора. Отключение с выдержкой времени не более 2 с;
- 3) защита от обратной мощности, действует на отключение;
- 4) защита обмотки статора от повышения напряжения. Защита срабатывает при повышении напряжения статора на 20% выше номинального и действует на отключение и гашение поля генератора с выдержкой времени не более 2 с;
- 5) защита при потере возбуждения с действием на сигнал;
- 6) защита от перегрузки по току обмотки статора;
- 7) защита от перегрузок, вызванных внешними короткими замыканиями;
- 8) защита от замыканий на землю цепи возбуждения, с действием на отключение генератора при снижении сопротивления изоляции менее 6 кОм с уставкой времени не более 6 с;
- 9) устройство контроля изоляции подшипника (предупредительная сигнализация при снижении сопротивления изоляции до величины менее 1 МОм).
Технологические защиты.
Генератор обеспечен следующими технологическими защитами:
1) Защита по вибрации подшипников.
Защита действует:
- - на предупредительный сигнал при работе с виброскоростью выше 4,5 мм/с на любой подшипниковой опоре генератора;
- - на аварийный сигнал при работе с виброскоростью выше 7,1 мм/с на любой подшипниковой опоре генератора;
- - на отключение турбоагрегата при достижении значения вибрации 11,2 мм/с на любой опоре.
- 2) Защита по температуре активных частей и охлаждающих сред генератора.
Защита действует при превышении значений максимально допустимых температур, указанных в табл. 2,3,4, 5.
3) Защита по снижению расхода охлаждающей воды в воздухоохладителях.
Защита действует:
- - на предупредительный сигнал при снижении расхода воды менее 75% от номинального;
- - на отключении генератора с выдержкой времени не более 5 мин при снижении расхода воды до 30% от номинального.
- 4) Защита от наличия воды внутри корпуса генератора.
Защита действует на предупредительный сигнал от датчика-реле уровня прибора РОС-301, установленного на дренажной трубке в нижней части корпуса генератора.
В 1947 г. академик М.Д. Миллионщиков высказал идею использования высокого давления газа в магистральных газопроводах для выработки электрической энергии. Европейские страны (Германия, Италия и др.) и США уже в течение нескольких десятилетий используют этот источник почти бесплатной энергии, в то время как в России данную технологию начали осваивать только в последние 10-15 лет. Технология основана на том, что параллельно газоредуцирующим пунктам магистральных газопроводов устанавливают специальные газорасширительные агрегаты - турбодетандеры. Последние понижают давление газа до требуемого потребителю и, выполняя функции газораспределительных пунктов (ГРП) и станций (ГРС), вырабатывают электроэнергию, рис. 7.5 .
Первый в России детандер-генераторный комплекс мощностью 10 МВт, состоящий из двух детандер-генераторных агрегатов (ДГА), введен в эксплуатацию в 1994 г. на ТЭЦ-21 Мосэнерго. Подобные агрегаты работают сегодня на Среднеуральской ГРС в России, Лукомльской ГРС в Белоруси, Днепропетровской ГРС-7 в Украине. Вводятся в эксплуатацию два ДГА по 5 МВт (ДГА-5000) Рязанской ГРС (поставщик - ОАО «Криокор») и ЭТДА-1500 в ОАО «Сода» (г. Стсрлитамак, Башкирия).
Успешный опыт использования ДГА в России, Украине и Белоруссии, а также более чем 20-летний опыт их применения в Западной Европе и Америке вызвал оживление интереса рынка к этой технологии. Это относится не только к мощным ДГА на магистральных газопроводах, но и к небольшим агрегатам, устанавливаемым на ГРС и ГРП распределительных сетей, где редуцирование газа осуществляется при невысоких давлениях (например, с 1,8 или 1,2 до 0,3 МПа). В этом случае целесообразно вырабатывать не только электрическую энергию, но и холод. Согласно расчетам, при понижении давления газа с 1,8 до 0,3 МПа температура его снижается на 70-80 °С (в зависимости от состава газа и эффективности детандера). При температуре газа на входе в машину +20 °С температура газового потока на выходе составит +50-60 °С, а количество холода - 60-80 кДж/нм 3 . Это делает возможным строительство при ГРС промышленных холодильников, емкость которых будет определяться величиной стабильного расхода газа через детандер. Наиболее приемлемыми можно считать ДГА с единичной мощностью 1,5-6,0 МВт.
Рис. 7.5.
Предварительная проработка проекта энерготехнологической де- тандерной установки на базе ГРС со стабильным суточным расходом газа 60 тыс. м 3 (рис. 7.6) показала, что ее хладопроизводительность достаточна для обеспечения типового промышленного холодильника емкостью 270 т. При этом удельная выработка электроэнергии в установке составляет 0,025 кВт-ч/нм 3 , а электрическая мощность генератора - 62,5 кВт, что вполне достаточно для покрытия собственных нужд холодильника (автоматика, насосы, освещение и т. п.) .
Потенциал производства электроэнергии с помощью мощных ДГА в России составляет около 5000 МВт. Окупаемость проектов - от 3 до 5 лет. Рынок энерготехнологических установок, использующих избыточный перепад давления газа на относительно небольших ГРС и крупных ГРП для выработки электроэнергии и холодоснабжения промышленных и сельскохозяйственных холодильников, также велик.
Рис. 7.6.
- 1 -редукционный клапан ГРС; 2 - винтовой детандер :
- 5 - электрогенератор: 4 - теплообменник; 5 - холодильная камера;
- 6 - циркуляционный насос; 7 - контур хладагента; 8 - сепаратор
Залогом успеха российской малой энергетики является зарождение интереса к ней в последнее время не только малого и среднего бизнеса, но и государственных структур. Для успешного развития МЭ в России необходим соответствующий закон. В нем должны быть определены четкие критерии, базовые требования к объектам МЭ. Без него на реализацию проектов создания объектов МЭ влияет множество субъективных факторов. При развитии МЭ необходимо удерживаться от опасности перехода из одной крайности - глобальной централизации - в другую - тотальную децентрализацию. Пока МЭ в России развивается по остаточному принципу.
Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях. Детандер-генераторная установка электростанции содержит магистральный газопровод, газорегуляторный пункт, турбодетандер, электрогенератор, подводящий и выхлопной газопроводы турбодетандера. Подводящий газопровод турбодетандера подключен к нагреваемому тракту промежуточного воздухоохладителя первой ступени, установленного между компрессорами низкого и среднего давления трехступенчатого турбокомпрессора ГТУ. Выхлопной газопровод турбодетандера подключен к нагреваемому тракту промежуточного воздухоохладителя второй ступени, установленного между компрессорами среднего и высокого давления трехступенчатого турбокомпрессора ГТУ. Изобретение направлено на повышение экономичности детандер-генераторной установки и КПД энергетических котлов электростанции за счет подогрева газа перед подачей его в турбодетандер и в топки энергетических котлов теплотой воздуха, нагретого в результате процесса сжатия в компрессорах низкого и среднего давления трехступенчатого турбокомпрессора ГТУ. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Рисунки к патенту РФ 2384720
Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях.
Известен аналог детандер-генераторная установка электростанции (см. Романов В.В., Ситников В.В. Новая детандер-генераторная установка НПКГ «Зоря»-«Машпроект» // Газотурбинные технологии. Рыбинск. Март 2005. С.40), содержащая магистральный газопровод, газорегуляторный пункт, турбодетандер, электрогенератор, подводящий и выхлопной газопроводы турбодетандера. Данный аналог принят за прототип.
К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известной детандер-генераторной установки электростанции, принятой за прототип, относится то, что известная детандер-генераторная установка электростанции обладает пониженной экономичностью, так как для предварительного подогрева газа перед турбодетандером, с целью повышения электрической мощности и обеспечения положительной температуры газа на выходе из турбодетандера, используется высокопотенциальная тепловая энергия пара, выработка которого в энергетических котлах связана с повышенным расходом топлива. Кроме того, в топку энергетических котлов подается охлажденный в турбодетандере газ, что снижает КПД котлов.
Сущность изобретения заключается в следующем. Для повышения экономичности детандер-генераторной установки электростанции целесообразно подключить подводящий газопровод турбодетандера к нагреваемому тракту промежуточного воздухоохладителя первой ступени, установленного между компрессорами низкого и среднего давления трехступенчатого турбокомпрессора газотурбинной установки (ГТУ), а выхлопной газопровод турбодетандера подключить к нагреваемому тракту промежуточного воздухоохладителя второй ступени, установленного между компрессорами среднего и высокого давления трехступенчатого турбокомпрессора ГТУ. В этом случае для подогрева газа перед турбодетандером с целью повышения электрической мощности турбодетандера и обеспечения положительной температуры газа на выходе из турбодетандера будет использоваться теплота нагретого в результате процесса сжатия в компрессоре низкого давления воздуха, что позволит снизить расход топлива на выработку дополнительного количества пара в энергетических котлах, для предварительного подогрева газа перед турбодетандером. Подогрев газа после турбодетандера теплотой нагретого в результате процесса сжатия в компрессоре низкого давления воздуха позволяет увеличить количество теплоты, вносимое с топливом в топки энергетических котлов, т.е. увеличить КПД котлов.
Технический результат - повышение экономичности детандер-генераторной установки и КПД энергетических котлов электростанции за счет подогрева газа перед подачей его в турбодетандер и в топки энергетических котлов теплотой воздуха, нагретого в результате процесса сжатия в компрессорах низкого и среднего давления трехступенчатого турбокомпрессора ГТУ.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что известная детандер-генераторная установка электростанции содержит магистральный газопровод, газорегуляторный пункт, турбодетандер, электрогенератор, подводящий и выхлопной газопроводы турбодетандера. Особенность детандер-генераторной установки электростанции заключается в том, что подводящий газопровод турбодетандера подключен к нагреваемому тракту промежуточного воздухоохладителя первой ступени, установленного между компрессорами низкого и среднего давления трехступенчатого турбокомпрессора ГТУ. Кроме того, особенность детандер-генераторной установки заключается в том, что выхлопной газопровод турбодетандера подключен к нагреваемому тракту промежуточного воздухоохладителя второй ступени, установленного между компрессорами среднего и высокого давления трехступенчатого турбокомпрессора ГТУ.
На чертеже представлена схема детандер-генераторной установки электростанции.
Детандер-генераторная установка электростанции содержит магистральный газопровод 1, газорегуляторный пункт 2, турбодетандер 3, электрогенератор 4, подводящий газопровод 5 к турбодетандеру 3, выхлопной газопровод 6, ГТУ, включающую газовую турбину 7, турбокомпрессор, состоящий из компрессоров низкого, среднего и высокого давления соответственно 8, 9, 10, камеру сгорания 11, электрический генератор 12, промежуточный воздухоохладитель первой ступени 13, установленный между компрессорами низкого и среднего давления трехступенчатого турбокомпрессора ГТУ, промежуточный воздухоохладитель второй ступени 14, установленный между компрессорами среднего и высокого давления трехступенчатого турбокомпрессора ГТУ.
Детандер-генераторная установка электростанции работает следующим образом.
Атмосферный воздух поступает в компрессор низкого давления 8, сжимается в нем и направляется в греющий тракт промежуточного воздухоохладителя первой ступени 13, в нагреваемый тракт которого подается газ от магистрального газопровода 1 через подводящий газопровод 5. Причем газ перед подачей в промежуточный воздухоохладитель первой ступени 13 не дросселируется в газорегуляторном пункте 2. В процессе теплообмена между газом и воздухом в промежуточном воздухоохладителе первой ступени 13 газ нагревается, а воздух охлаждается. Охлажденный в промежуточном воздухоохладителе первой ступени 13 воздух поступает в компрессор среднего давления 9, а нагретый газ направляется в турбодетандер 3. В турбодетандере 3 в процессе расширения газа совершается полезная работа газового цикла, затрачиваемая на привод электрогенератора 4. Отработавший в турбодетандере 3 газ через выхлопной газопровод 6 поступает в нагреваемый тракт воздухоохладителя второй ступени 14, в греющий тракт которого подводится сжатый в компрессоре среднего давления 9 воздух. В результате процесса теплообмена между двумя теплоносителями в промежуточном воздухоохладителе второй ступени 14 газ подогревается, а воздух охлаждается. Подогретый в промежуточном воздухоохладителе второй ступени 14 газ направляется к энергетическим котлам (не показаны), а охлажденный воздух поступает в компрессор высокого давления 10. Сжатый в компрессоре высокого давления воздух поступает в камеру сгорания 11 ГТУ, туда же подается топливо. Осуществляется процесс горения. Образовавшиеся в результате сгорания топлива газы направляются в газовую турбину 7. В газовой турбине 7 совершается полезная работа газотурбинного цикла, которая затрачивается на привод турбокомпрессора, состоящего из компрессоров низкого, среднего и высокого давления соответственно 8, 9, 10 и электрогенератора 12. Отработавшие в газовой турбине 7 газы направляются в котел-утилизатор (не показан).
Подключение подводящего газопровода турбодетандера к нагреваемому тракту промежуточного воздухоохладителя первой ступени, установленного между компрессорами низкого и среднего давления трехступенчатого турбокомпрессора ГТУ, и выхлопного газопровода турбодетандера к нагреваемому тракту промежуточного воздухоохладителя второй ступени, установленного между компрессорами среднего и высокого давления трехступенчатого турбокомпрессора ГТУ, позволяет повысить экономичность детандер-генераторной установки и КПД энергетических котлов электростанции, за счет подогрева газа перед подачей его в турбодетандер и в топки энергетических котлов теплотой воздуха, нагретого в результате процесса сжатия в компрессорах низкого и среднего давления трехступенчатого турбокомпрессора ГТУ.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Детандер - генераторная установка электростанции, содержащая магистральный газопровод, газорегуляторный пункт, турбодетандер, электрогенератор, подводящий и выхлопной газопроводы турбодетандера, отличающаяся тем, что подводящий газопровод турбодетандера подключен к нагреваемому тракту промежуточного воздухоохладителя первой ступени, установленного между компрессорами низкого и среднего давления трехступенчатого турбокомпрессора ГТУ.
2. Детандер - генераторная установка электростанции по п.1, отличающаяся тем, что выхлопной газопровод турбодетандера подключен к нагреваемому тракту промежуточного воздухоохладителя второй ступени, установленного между компрессорами среднего и высокого давления трехступенчатого турбокомпрессора ГТУ.