АНАЛИЗ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ДЕТАНДЕР-ГЕНЕРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ НА ГТЭС

Перемещение газов и жидкостей осуществляется в большинстве случаев при повышенных давлениях, обусловленных необходимостью преодоления гидравлического сопротивления трубопроводов. Избыточное давление рабочих тел традиционно дросселируется, превращаясь в потери и тем самым снижая КПД данных систем. В то же время эти потери показывают широкий диапазон возможностей их использования в виде вторичных энергоресурсов на основе рекуперации процесса частичного возврата дросселируемой энергии для повторного использования, повышая эффективность и надежность выработки конечного продукта. Величина дросселируемого давления может достигать более 1 МПа. Требуемый перепад давлений для нормального функционирования котельной определяется гидравлическим сопротивлением тепломеханического оборудования [1].

Для минимизации потерь гидравлической энергии разработана энергосберегающая технология рекуперации избыточного давления в системах газоснабжения в электроэнергию без ухудшения условий эксплуатации установленного штатного оборудования. Созданы энергосберегающие рекуперационные установки, позволяющие повысить эффективность газопотребляющих генерирующих объектов [2].

Система рекуперации избыточного давления представляет собой гидродинамический регулятор расхода, построенный на базе гидравлической машины, по существу являясь мини-ГЭС. Отличительной особенностью такой системы является то, что она способна обеспечивать требуемый закон регулирования расхода аналогично штатному дросселирующему устройству. Последовательное включение турбины с дросселем позволяет не изменять функциональную схему элементов станции и имеет возможность, в случае необходимости, включить в работу штатное дросселирующее устройство, который при работе детандер-генераторного агригата находится постоянно в максимально открытом положении, практически не оказывая дополнительного сопротивления рабочей среде.

Принципиальная схема системы рекуперации избыточного давления представлена на рисунке 1. Принцип её работы заключается в следующем: весь поток теплоносителя, проходя через рабочее колесо турбины и создавая на нем вращательный момент, «теряет» часть гидравлической энергии, понижения давление рабочей среды до требуемых значений. Механическая энергия, полученная в рабочем колесе от теплоносителя, передается через вал на электрогенератор, который вырабатывает электрическую энергию. Для удобства эксплуатации турбина дополнительно снабжена системой автоматического управления и мониторинга.

Рисунок 1.Принципиальная схема системы рекуперации избыточного давления

1 –гидротурбина; 2 –асинхронный двигатель.

Детандер-генераторные агрегаты могут использоваться в газовой промышленности на газораспределительных станциях (ГРС), в газораспределительных пунктах (ГРП) всех промышленных предприятий – крупных потребителей газа [3].

Описываемое использование энергии сжатого газа приводит к нежелательным явлениям, таким, как понижение температуры газа в трубопроводе ниже «точки росы», что вызывает конденсацию паров воды в газе, образование жидких пробок, прекращение подачи газа и других проблем. Поэтому газ подогревают перед детандером так, чтобы на выходе из детандера его температура была не ниже 0 °С.

Положительные эффекты использования потенциальной энергии сжатого газа требуют объективной оценки проблемы в целом. Энергетическая эффективность детандер-генераторных агрегатов определяется тем, что почти вся подведенная к нему теплота (за исключением механических потерь и потерь от необратимости теплообмена) может быть преобразована в механическую энергию. Положительный эффект заключается в дополнительной выработке электроэнергии с помощью детандеров без сжигания топлива, что одновременно благоприятно сказывается на экологической ситуации.

В исследуемой работе вместо дроссельного устройства предлагается к использованию детандер-генераторное устройство, которое позволит преобразовать энергию транспортируемого природного газа в механическую энергию, а затем в электрическую. В качестве детандера выбран – ЭТДА-1500. Характеристики турбодетандера представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Технические характеристики турбодетандера ЭТДА-1500

Газ отдаёт энергию из-за этого снижается его температура. При использовании детандер-генераторной установки происходит адиабатное расширение, в результате которого температура газа снижается существеннее, чем в процессе дросселирования. Теплоносителем для подогрева газа перед детандером в таком теплообменном аппарате будет являться обратная сетевая вода. Приведем характеристики этих теплоносителей:

• температура воды на входе в теплообменный аппарат (температура обратной сетевой воды): 49,3 ^оС.;
• температура воды на выходе из теплообменного аппарата: 30 ^оС;
• температура газа на входе в теплообменник 4 ^оС;
• температура газа на выходе из теплообменника 43 ^оС.

При анализе целесообразности применения детандер – генераторного агрегата на ГТЭС получено следующее:

• затраты на подогрев газа перед агрегатом 14 259 тыс. руб./год;
• экономия затрат на выработку электроэнергии 18 120 тыс. руб/год.

Экономия при эксплуатации установки составляет 3 861 тыс. руб./год и подогрев обратной сетевой водой является экономически целесообразным. Таким образом применение детандер-генераторного агрегата положительно сказывается на работе станции. Работа данной установки позволяет увеличить отпуск электроэнергии на 9%.

Список литературы:

1. Волков А.В., Рыженков В.А., Парыгин А.Г., Волкова Т.А. О повышении эффективности систем теплоснабжения на основе преобразования избыточного давления сетевой воды в электроэнергию // «Энергосбережение и водоподготовка», 2010, № 1, с. 32-34.
2. Андреев А.Р. Использование детандер-генераторных технологий как способ повышения эффективности работы котельных. Автореферат на соискание уч. степ. канд. тех. наук, МЭИ, 2007.
3. Бестопливные детандер-генераторные установки: учебное пособие по курсу "Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях" по направлению "Теплоэнергетика / В. С. Агабабов, А. В. Корягин, Моск. энерг. ин-т (МЭИ ТУ) – М.: Издательский дом МЭИ, 2011. – 48 с.