Исследование схем использования детандер-генераторных агрегатов в энергетике и системах газоснабжения

• Автор: Джураева, Екатерина Владимировна
• Шифр специальности: 05.14.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 155 с. : ил.

Содержание
Введение

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Система газоснабжения. Детандер генераторный

агрегат.

1.2. Реализованные схемы работы ДГА на ГРС и ГРП

1.2.1. Работа ДГА на ГРС.

1.2.2. ДГА, работающие на ГРП

1.3. Предлагаемые схемы.

1.3.1. Схемы выработки электроэнергии с привлечением постороннего источника

1.3.2. Схемы подогрева газа с помощью теплового насоса.

1.4. Оценка эффективности работы схем.
1.5. Задачи исследования
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГАЗА. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОДОГРЕВА ГАЗА
2.1. Сравнение методов расчета термодинамических свойств газа
2.1.1. Сравнение расчетов по реальному газу и по формулам для идеального газа.
2.1.2. Сравнение расчетов, производимых для чистого метана с расчетами для природного
2.2. Термодинамические основы подогрева газа
2.2.1. Подогрев газа перед ДГА. Двухступенчатый подогрев газа
2.2.2. Эксергети чески й анализ эффективности
под огрева газа.
ГЛАВА 3. ВЫБОР РАБОЧЕГО ТЕЛА И ЦИКЛА ТЕПЛОВОГО
НАСОСА
3.1. Теоретические основы выбора рабочих тел в тепловых насосах.
3.1.1. Однокомпонентные хладагенты.
3.1.2. Многокомпонентные хладагенты
3.2. Программа расчета. Циклы теплового насоса
3.2.1. Программа расчета.
3.2.2. Базовый цикл теплового насоса.
3.2.3. Цикл с переохлаждением конденсата.
3.2.4. Регенеративный цикл работы теплового насоса
3.3. Результаты расчета.
3.3.1. Результаты расчета базового цикла для чистых
веществ
3.3.2. Результаты расчета базового цикла для смеси хладагентов.
3.3.3. Результаты расчета цикла с переохлаждением
для чистых веществ.
3.3.4. Результаты расчета цикла с переохлаждением
для смеси хладагентов
3.3.5. Результаты расчета регенеративного цикла для чистых веществ.
3.3.6. Результаты расчета регенеративного цикла для смеси хладагентов
ГЛАВА 4. ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ПОДОГРЕВА ГАЗА РАЗЛИЧНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ТЕПЛОТЫ.
4.1. Общая схема
4.2. Подогрев газа перед детандером с помощью теплового насоса
4.2.1. Схема установки, включающей в себя
тепловой насос и ДГА
4.2.2. Термодинамическая эффективность работы ТН
при перепадах давлений метана 0,60,2 МПа и 4,01,2 МПа.
4.2.3. Термодинамическая эффективность работы ТН
при перепадах давлений 1,20,2 и 7,51,2 МПа
4.2.4. Эксергетическая эффективность работы ТН
4.3. Подогрев газа перед детандером с помощью
автономного котла.
4.3.1. Схема установки, включающей автономной
котел и ДГ А.
4.3.2. Схема установки, включающая автономный
котел, ДГ А и регенеративный теплообменник
4.4. Подогрев газа перед детандером с помощью
газотурбинной установки.
4.5. Подогрев газа перед детандером с помощью
паротурбинной установки
4.5.1. Подогрев газа паром из отборов турбины
4.5.2. Влияние включения ДГА на ПТУ. Подогрев магистрального газа уходящими газами
4.6. Сравнение способов подогрева газа.
ГЛАВА 5. Схемы установок для производства электроэнергии с помощью детандер генераторных агрегатов
5.1. Установка ожижения природного газа
5.2. Газораспределительная станция с газотурбинным двигателем
5.3. Схема применения ДГА на ТЭЦ.
5.4. Схема применения ДГА на ПТУ.
Выводы по диссертации
Список использованных источников


При этом происходит преобразование внутренней энергии газа в кинетическую энергию, затем в механическую работу, которая, в свою очередь, может быть преобразована в электрическую энергию в генераторе [, - ]. Существует два типа таких аппаратов, отличающихся по принципу действия: кинетические и объемные. К машинам объемного действия относятся поршневые детандеры [, - , ]. Расширительные машины кинетического действия называются турбодетандерами (ТД) или газовыми расширительными турбинами (ГРТ) [, - , - , - ]. Основным элементом поршневого детандера является цилиндр с поршнем, соединенный посредством кривошипно - шатунного механизма с внешним потребителем работы. Цилиндр снабжен двумя отверстиями с клапанами, через одно из которых осуществляется всасывание рабочего тела, а через другое - выброс рабочего тела по завершению цикла. Работа детандера носит циклический характер. В течение каждого цикла повторяется определенная совокупность процессов в рабочем объеме машины, т. Поршневые детандеры имеют ряд преимуществ [], а именно: широкий диапазон начальных температур при малых объемных расходах рабочего тела и относительно высоких начальных давлениях, простота эксплуатации, хорошее регулирование, в области малых расходов при прочих равных условиях, относительно высокий КПД (0,7-0, в зависимости от рабочего тела). Поршневые детандеры применяются, в основном, в криогенных и холодильных установках, но могут использоваться и для выработки электроэнергии. В турбодетандере, в отличие от поршневого, где энергия газа преобразуется в работу за счет действия на поршень сил давления газа, энергия сжатого газа преобразуется в энергию потока и можно использовать ее для получения работы. Можно полностью расширить газ непосредственно в межлопаточном пространстве колеса без какого -либо предварительного расширения в сопловом аппарате. В этом случае турбодетандер называют реактивным. Однако экономически наиболее выгодно сочетание этих двух ступеней. Направление движения газа в сопловом аппарате и колесе турбодетандера может быть радиальным, осевым или радиально - осевым. У турбодетандеров в случае малых объемных расходов и большей плотности рабочего тела на входе в машину при малых размерах в проточной части имеют место сравнительно низкие КПД. Более высокие КПД позволяют поршневым машинам даже в установках с высокими (6. МПа) и средним (1,5. МПа) давлением рабочего тела иметь преимущество перед турбодетандерами, особенно в области малых расходах. Кроме того, большая частота вращения ротора турбо детандер а заметно ограничивает ресурс его работы. Машины объемного действия применяются в области сравнительно малых расходов рабочего тела, а также в области средних и высоких отношений давлений газа на входе в агрегат и на выходе из него. Турбодетандеры используются при существенно больших расходах газа и меньших отношениях давлений. Турбодетандеры, как и поршневые машины, нашли применение в холодильной технике [, - , — , - ]. Расширение в детандере теоретически можно представить двухступенчатым, трехступенчатым и т. Ого значит, что расширение происходит с начального давления не сразу до конечного, а постепенно (ступенями). После каждого частичного расширения газ направляется в теплообменник для подогрева, после чего снова расширяется. При этом, чем больше ступеней, тем выгоднее расширение. В пределе при бесконечно большом количестве ступеней и непрерывном подводе теплоты можно провести изотермическое расширение при желаемой температуре. Это наиболее выгодный из всех возможных способов расширения. Практически же, вследствие относительной сложности, даже двухступенчатое расширение не получило широкого распространения. Как уже отмечалось, температура газа на входе на ГРС и ГРП зависит от времени года и составляет в средней полосе от - до +°С. Если газ перед детандером не подогревать, то после расширения его температура может понизиться до - . С, что недопустимо по двум причинам. Во-первых, существуют температурные ограничения при эксплуатации газовых трубопроводов после ГРС и ГРП, запрещающие эксплуатировать эти трубопроводы при температуре ниже минус °С.