Използване на турборазширители за генериране на електричество
ОБОБЩЕНИЕ
Доклад 25 стр., 6 снимки, 3 източника.
ТУРБО-ЕКСПАНДЕР ИНСТАЛАЦИЯ, ДИЗАЙН, КЛАСИФИКАЦИЯ, ТУРБО-ЕКСПАНДЕР
Обект на изследването е проектирането на турборазширителни инсталации от различни класове.
Целта на работата е да се проучат конструктивните характеристики и принципа на работа на различни видове турборазширителни инсталации.
Документът представя класификация и разглежда различни конструкции на турборазширителни инсталации, техните предимства и недостатъци.
СЪДЪРЖАНИЕ
1 Използване на турборазширители за производство на електроенергия. 5
2 ABB турборазширител. 10
2.2 Турбинни колела и входни направляващи лопатки. 10
2.3 Високоскоростен генератор. 10
2.4 Уплътнение на вала. единадесет
2.5 Система за смазване с масло. единадесет
2.6 Електронен честотен преобразувател. единадесет
2.7 Система за управление. 12
3 турборазширител Rotoflow. 13
4 Турборазширител Atlas Copco. 14
5 Турбо разширител отRMG. 16
6 Turboexpander LLC Kriokor. 18
7 Турборазширител АД "Турбогаз". 19
8 Турбодетандер на НТЦ “Микротурбинни технологии”. 21
СПИСЪК НА ИЗПОЛЗВАНИТЕ ИЗТОЧНИЦИ. 25
ВЪВЕДЕНИЕ
От гледна точка на спестяването на енергия в газопреносната система, днес е много обещаващо да се използва енергията на свръхналягането на природния газ в турборазширител. Турборазширителят е утилизираща (т.е. не консумираща гориво) разширителна турбина, механично свързана с консуматор на своята мощност, например електрически генератор, компресор и др. В газовата промишленост турборазширителите се използват за:
– пускане на газотурбинната инсталация на газокомпресорния агрегат, както и за завъртане на ротора му при спиране (сцелта на неговото охлаждане); докато турборазширителят работи върху транспортирания газ с освобождаването му след турбината в атмосферата;
– охлаждане на природен газ (при разширяването му в турбина) в инсталации за втечняване;
– охлаждане на природен газ в инсталации за подготовка на терена за транспортиране по тръбопроводната система (отстраняване на влага чрез замразяване и др.);
– задвижване на компресор с високо налягане за подаване на газ към пиковите хранилища;
– производство на електроенергия в газоразпределителните станции (ГРС) на системата за пренос на природен газ до нейните потребители, използвайки разликата в налягането на газа между тръбопроводите с високо и ниско налягане в турбината. Последната от тези точки е предмет на този документ.
Използване на турборазширители за производство на електроенергия
Всеки ден по света огромни количества природен газ се транспортират по тръбопроводи от източници до потребители. Големи компресори, задвижвани предимно от газотурбинни двигатели, се използват за компресиране на газ за транспорт.
Същото оборудване се използва в много точки (компресорни станции) по дължината на газопровода, за да компенсира загубите на налягане на газа поради триене, като по този начин поддържа необходимото налягане на газа по дължината на газопровода. След като газът достигне до разпределителната зона, той обикновено се прехвърля от газопреносната компания към компанията, която обслужва потребителите на газ. Тъй като газът обикновено се транспортира при налягане, многократно по-високо от необходимото за крайния потребител, между газопреносните тръбопроводи и газоразпределителната мрежа се монтират т. нар. газоразпределителни станции. GRS се състои главно отдроселови клапи и газови нагреватели. Газовият нагревател е необходим за компенсиране на температурните загуби в дроселните клапи. Подобни устройства, наречени газоразпределителни точки (ГРП), обикновено се инсталират между газоразпределителната мрежа и нейните крайни потребители.
Енергията се консумира както в процеса на компресиране на газа, така и в процеса на неговото разширяване. В същото време консумацията на енергия в процеса на компресиране на газ възниква в резултат на работата, която трябва да се извърши за компресиране на газа до налягането в тръбопровода и поддържане на това налягане на необходимото ниво по време на транспортирането му. В процеса на разширяване на газа при GDS и хидравлично разбиване се изразходва енергия за възстановяване на температурата му след охлаждане в резултат на това разширение.
Възстановяването на тази енергия при GDS и голямо хидравлично разбиване е възможно чрез замяна на дроселните клапи с турборазширител, който позволява генериране на електроенергия или извършване на друга полезна работа. Все пак трябва да се отбележи, че в този случай част от тази енергия трябва да се изразходва за отопление на газа. Газът трябва да се нагрява, за да се предотврати изпадането на газови хидрати от него в лопатките на турбината, което води до намаляване на надеждността му. За целта е необходимо температурата на газа зад турбината да е поне 50 °C. Освен това е необходимо тя да не надвишава допустимата температура, която гарантира надеждната работа на топлоизолационните и антикорозионните покрития на газопровода (не повече от 40 ° C). Загряването на газа увеличава неговата вътрешна енергия и по този начин мощността на турборазширителя. Повишава се и ефективността на турборазширителя. Подгряването на газ от 0 °С до 80 °С увеличава мощността на турборазширителя с 30–35%.
Има няколко типа турборазширители, които могат да се използват за тази цел, включително: ротационни, бутални,винт и турбина. Последните от посочените са най-подходящи за газоразпределителни станции, тъй като могат да работят с голямо количество газ и големи падове на налягане.
Мощността на турборазширителя зависи от количеството газ, неговата температура и разлика в налягането.
Тази мощност може да се използва не само за генериране на електричество, но и за други цели, споменати по-горе.
Турборазширителите не са нова технология на световния пазар. Тези механизми с мощност от 1 до 6 MW се произвеждат от световно известни международни компании като ABB и Atlas Copco. Най-добрият от тях се произвежда от много години в завода на ABB в Брюксел и е с мощност от 1 до 3,5 MW. Този завод в момента е собственост на Atlas Copco.
Фигура 1 по-долу показва схематична диаграма на турборазширителна инсталация на горните компании.
1 - турбина; 2 - електрически генератор;
3 – газов нагревател; 4 - контролен клапан;
5 - регулатор на налягането; 6 – газопровод високо налягане;
7 - газопровод с ниско налягане; 8 - байпасен тръбопровод;
9 - клапан; 10 - регулатор на налягането
Фигура 1 - Схематична диаграма на инсталация за турборазширител
Природният газ влиза в инсталацията през газопровода с високо налягане 6, преминава през нагревателя 3, контролния клапан 4 и се разширява в турбината 1. След като отдаде енергията си на турбината 1, газът тече през газопровода с ниско налягане 6 към потребителя. Мощността на турбината 1 се предава на генератора 2, който произвежда електрически ток. Природният газ се нагрява в нагревател 3, за да се предотврати изпадането на влага и тежки фракции (хидрати, пропан, бутан и др.) от него. За това е необходимо температурата на газатурбината беше 5 °C. Регулиращият клапан 4 на турбината 1, управляван от регулатора на налягането 5, поддържа необходимото от потребителя налягане на газа след турбината 1 в газопровода с ниско налягане 7. Байпасният тръбопровод 8 се използва при пускане на инсталацията, нейното нормално и аварийно извеждане от експлоатация. В тези случаи байпасният клапан 9, управляван от регулатора на налягането 10, поддържа необходимото от потребителя налягане на газа в газопровода с ниско налягане 7. По този начин турборазширителите използват собствените си енергийни ресурси на газопреносната система (полезно неизползван спад на налягането на газа) и са доста лесни за работа. Две са обаче големите пречки пред въвеждането на тази технология, а именно: пригодността на площадката (GDS, HF) за евентуално поставяне на турбодетандер и законови бариери.
Изборът на газоразпределителна станция (HF) за поставяне на турборазширител е важен от много гледни точки, основната от които е икономическата. Освен това важни съображения при избора на сайт са:
– наличие на близка електрическа мрежа или друг пазар за електроенергия;
– изисквания към въздушния шум по отношение на разстоянието от жилищата;
– наличие на парцел за разполагане на инсталацията;
- големината на сезонните промени в потока и налягането на газа.
Едно от основните съображения при анализа на възможността за производство на електроенергия от GDS е законодателната област. Има три основни типа компании, които могат да участват в разглежданата технология, всички от които в по-голяма или по-малка степен са регулирани от закона. Първият от тези видове е компанията за транспортиране на газ, която се регулира от Федералния регулаторен орган. Второто е газоразпределително дружество,чиято дейност се регулира от местния (град, регион, регион и т.н.) регулаторен орган. Третата е енергийна компания, която може да бъде регулирана както от местни, така и от федерални регулатори. Тази наредба може да определи вида бизнес, с който може да се занимава една компания. На пръв поглед енергийната компания е най-логичният купувач на електроенергията, произведена в ГРС, но много фактори могат да повлияят. Например, ако тази компания има достатъчно капацитет да осигури на потребителите електричество, едва ли ще го купи от газова компания. От друга страна Федералният закон го принуждава да купува електричество от нетрадиционни източници, но реално на практика пак не работи добре. Следователно всеки конкретен случай трябва да се разглежда от тази гледна точка. Само в България има много хиляди газоразпределителни и хидравлични разбивания, но не всички от тях са подходящи за разглежданата технология. Според експерти в България има само около 600 съоръжения - ГРС и ГРП, които имат условия за изграждане и експлоатация на турбодетандерни агрегати, които могат да генерират до 15 млрд. kWh електроенергия годишно. В същото време всички GDS се нуждаят от електричество за собствените си нужди.
ABB Turbo Expander
Основни положения
Турборазширителят на ABB предлага висока безопасност при работа, напълно автоматична поддръжка без надзор и висока икономичност при пълно и частично натоварване. Този турборазширител се характеризира с интегрирането на турбината и генератора на един вал в един общ корпус. Състои се основно от високоскоростна центростремителна турбина с две колела и индукциягенератор, монтиран на вал между споменатите колела, които са поставени заедно с него в общ, уплътнен, устойчив на натиск корпус. За намаляване честотата на тока зад генератора е монтиран електронен регулатор, който поддържа напрежението, силата и честотата на тока, съвместими с електрическата мрежа. Така конвенционалната ръчна скоростна кутия е заменена от електронен честотен преобразувател.