Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

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

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

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Джураева Екатерина Владимировна. Исследование схем использования детандер-генераторных агрегатов в энергетике и системах газоснабжения : Дис. ... канд. техн. наук : 05.14.01 : М., 2005 155 c. РГБ ОД, 61:05-5/2207

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Обзор литературы. задачи исследования 10

1.1. Система газоснабжения. Детандер — генераторный

агрегат 10

1.2. Реализованные схемы работы ДГА на ГРС и ГРП 14

1.2.1. Работа ДГА на ГРС 15

1.2.2. ДГА, работающие на ГРП 16

1.3. Предлагаемые схемы 19

1.3.1. Схемы выработки электроэнергии с привлечением постороннего источника 20

1.3.2. Схемы подогрева газа с помощью теплового насоса 23

1.4. Оценка эффективности работы схем 25

1.5. Задачи исследования 33

ГЛАВА 2. Методы расчета термодинамических свойств газа. термодинамические основы подогрева газа 35

2.1. Сравнение методов расчета термодинамических свойств газа 35

2.1.1. Сравнение расчетов по реальному газу и по формулам для идеального газа 35

2.1.2. Сравнение расчетов, производимых для чистого метана с расчетами для природного газа 40

2.2. Термодинамические основы подогрева газа 47

2.2.1. Подогрев газа перед ДГА. Двухступенчатый подогрев газа 47

2.2.2. Эксергетический анализ эффективности подогрева газа 51

ГЛАВА 3. Выбор рабочего тела и цикла теплового насоса 57

3.1. Теоретические основы выбора рабочих тел в тепловых насосах 57

3.1.1. Однокомпонентные хладагенты 59

3.1.2. Многокомпонентные хладагенты 61

3.2. Программа расчета. Циклы теплового насоса 63

3.2.1. Программа расчета 63

3.2.2. Базовый цикл теплового насоса 66

3.2.3. Цикл с переохлаждением конденсата 68

3.2.4. Регенеративный цикл работы теплового насоса 68

3.3. Результаты расчета 69

3.3.1. Результаты расчета базового цикла для чистых веществ 69

3.3.2. Результаты расчета базового цикла для смеси хладагентов 73

3.3.3. Результаты расчета цикла с переохлаждением для чистых веществ 78

3.3.4. Результаты расчета цикла с переохлаждением для смеси хладагентов 82

3.3.5. Результаты расчета регенеративного цикла для чистых веществ 86

3.3.6. Результаты расчета регенеративного цикла для смеси хладагентов 85

ГЛАВА 4. Эксергетический анализ процессов подогрева газа различными источниками теплоты 91

4.1. Общая схема 91

4.2. Подогрев газа перед детандером с помощью теплового насоса 92

4.2.1. Схема установки, включающей в себя тепловой насос и ДГА 92

4.2.2. Термодинамическая эффективность работы ТН при перепадах давлений метана 0,6/0,2 МПа и 4,0/1,2 МПа 93

4.2.3. Термодинамическая эффективность работы ТН при перепадах давлений 1,2/0,2 и 7,5/1,2 МПа 98

4.2.4. Эксергетическая эффективность работы ТН 102

4.3. Подогрев газа перед детандером с помощью автономного котла 106

4.3.1. Схема установки, включающей автономной котел и ДГА 107

4.3.2. Схема установки, включающая автономный котел, ДГА и регенеративный теплообменник 108

4.4. Подогрев газа перед детандером с помощью газотурбинной установки 111

4.5. Подогрев газа перед детандером с помощью паротурбинной установки 112

4.5.1. Подогрев газа паром из отборов турбины 112

4.5.2. Влияние включения ДГА на ПТУ. Подогрев магистрального газа уходящими газами котла 114

4.6. Сравнение способов подогрева газа 121

ГЛАВА 5. Схемы установок для производства электроэнергии с помощью детандер - генераторных агрегатов 123

5.1. Установка ожижения природного газа 123

5.2. Газораспределительная станция с газотурбинным двигателем 130

5.3. Схема применения ДГА на ТЭЦ 132

5.4. Схема применения ДГА на ПТУ 138

Выводы по диссертации 141

Список использованных источников

Введение к работе

Энергосбережению в промышленности уделяется значительное внимание. Проблема энергосбережения, являясь одной из важнейших во всех развитых странах, приобретает особую остроту в России, где энергоресурсы дорожают и используются крайне неэффективно. В последние годы наблюдался спад производства, который не сопровождался адекватным снижением потребления электроэнергии. Сохранение высокого уровня энергоемкости народного хозяйства может привести к тому, что неудовлетворенный спрос составит до 25% нынешнего потребления энергии в стране. Покрыть этот спрос, учитывая изношенность основных фондов отечественной энергетики, ее высокую капиталоемкость и инерционность, без активизации работ в области экономии энергии будет невозможно. Так, в 1996 г. был принят Федеральный Закон Российской Федерации «Об энергосбережении», за которым последовали и другие законодательные акты, нормативные и программные документы, регулирующие отношения в области энергопроизводства, энергопотребления и энергосбережения.

Одно из направлений энергосбережения - это применение детандер-генераторных агрегатов (ДГА) для получения электроэнергии за счет использования технологического перепада давления газа в системах газоснабжения. При существующей в России системе газоснабжения снижение давления транспортируемого природного газа производится обычно в двух ступенях - на газораспределительных станциях (ГРС) и на газорегуляторных пунктах (ГРП) и осуществляется за счет дросселирования. Применение вместо дросселя ДГА позволяет полезно использовать этот перепад давлений для производства электроэнергии.

Детандер - генераторный агрегат - это устройство для получения электроэнергии за счет работы, совершаемой расширяющимся магистральным природным газом (без его сжигания). ДГА состоит из детандера, генератора, теплообменника, системы контроля и регулирования параметров процесса. В детандере энергия газового потока преобразуется в механическую работу, которая в свою очередь, может быть преобразована в электрическую энергию в соединенном с детандером генераторе. При работе таких установок есть возможность помимо электроэнергии получать теплоту и/или холод.

В мировой практике накоплен значительный опыт успешной эксплуатации ДГА. В зарубежной научно-технической периодической литературе дается высокая оценка эффективности ДГА, которая определяется прежде всего меньшими удельными капитальными затратами и удельными расходами топлива на выработку электроэнергии, чем на паротурбинных энергоблоках.

В России также эксплуатируются ДГА. Первый промышленный детандер - генераторный агрегат был внедрен в 1995 году на одной из московских ТЭЦ, где установлены два агрегата единичной мощностью по 5000 кВт каждый. За это время агрегаты показали себя надежными и удобными в эксплуатации. Они мобильны - с момента нажатия кнопки «Пуск» до полностью автоматизированного выхода турбины на режим холостого хода требуется 15 минут. Время выхода с режима холостого хода на режим с максимальной нагрузкой не превышает одного часа. Агрегаты не требуют большого количества обслуживающего и эксплуатационного персонала. Использование ДГА на электростанциях позволит получить около 1% дополнительной мощности, снизить расход топлива, улучшить экологические показатели.

В РАО ЕЭС «России» и системе ОАО «Газпром» развиваются работы по внедрению ДГА на ГРС и ГРП. Предварительные расчеты

показали, что установка детандер-генераторных агрегатов на объектах ОАО «Газпром» позволит вырабатывать около 500 МВт электрической мощности.

Промышленностью России и Украины за последние годы освоен выпуск турбодетандеров, которые могут быть использованы как составные части детандер - генераторных агрегатов. Удельная стоимость установленной мощности детандер — генераторных агрегатов, оборудование для которых выпускается на заводах России и Украины, колеблется в пределах от 250 до 350 долл. США / кВт.

На конструктивные особенности детандер - генераторных агрегатов оказывают влияние различия в условиях работы ДГА. Так, при наличии высокотемпературного источника вторичной теплоты, подогрев газа в ДГА достаточно проводить в одной ступени перед турбодетандером, при отсутствии же высокопотенциальной сбросной теплоты, может оказаться более эффективным промежуточный подогрев газа между ступенями турбодетандера, либо дополнительный подогрев газа после детандера. При резко переменных годовом и суточном графиках нагрузки необходимо обеспечить высокий внутренний относительный КПД работы детандера в широком диапазоне изменений расхода газа.

Из сказанного выше ясно, что для успешного внедрения детандер-генераторных агрегатов в промышленности России необходим широкий комплекс работ, включающий в себя как научные разработки, так и организацию производства. С уверенностью можно сказать, что все необходимые задачи могут быть решены силами российских научных учреждений и производственных объединений.

Настоящая работа посвящена разработке научных основ создания и принципов функционирования энергетических систем, включающих в себя электрогенерирующие комплексы и установки на базе ДГА.

Полученные в работе результаты позволяют расчетным путем определять, какова термодинамическая эффективность включения ДГА в схемы ГРС и ГРП при различных условиях эксплуатации.

Схемы выработки электроэнергии с привлечением постороннего источника

В зависимости от потребностей в том или ином продукте при установке ДГА на ГРС и ГРП можно помимо электроэнергии вырабатывать также теплоту, холод [56 - 58], сжиженный природный газ [53 - 55], горячий и холодный воздух [60 - 61] и продукты разделения воздуха [59].

Интерес к использованию сжиженного газа возрастает [62]. В коммунальном хозяйстве и ТЭК сжижение ПГ обусловлено технико -экономическими преимуществами системы газоснабжения на его основе по сравнению с прокладкой трубопроводов. Системы резервирования с использованием СПГ характеризуются высокой компактностью, экономичностью и практически не имеют ограничений по выдаче газа, чем выгодно отличаются от подземных хранилищ газа, создание которых возможно далеко не везде из-за горно — геологических условий. В работе [63] проведено сравнение циклов ожижения. Наиболее выгодной с точки зрения экономии энергии показала себя схема с внешним холодильным циклом на специальной смеси. В схемах [53 - 54] предлагается вырабатывать электроэнергию и сжижать природный газ в установках, включающих в себя ДГА и вихревые трубы. В схеме [53] магистральный газ разделяют на два потока, один из которых, равный в зависимости от времени года 0...0,3 от общего расхода, после предварительного подогрева, направляют в ДГА; второй в количестве 1...0,7 направляют на вихревые трубы, где газ разделяется на горячий и холодный потоки. Горячий поток газа охлаждают в последовательно расположенных теплообменниках, подают в конденсатосборник и выделяют из него жидкие фракции тяжелых углеводородов. Затем этот поток смешивается с холодным потоком. Срабатывают потенциальную энергию смешанного потока в ДГА. В схеме [54] магистральный сжатый газ разделяют на три потока, первый поток направляют на последовательно расположенные вихревые трубы, после разделения в которых отделяют жидкую фазу тяжелых углеводородов, второй поток подают в вихревые трубы, закручивают и эжектируют им рециркулируемую часть входного потока, третий поток направляют в ДГА. Схема [55] снабжена автомобильной газонаполнительной компрессорной станцией, которая позволяет доставлять газ потребителю в сжатом или сжиженном виде. В этой схеме магистральный газ нагревается в теплообменнике и, после срабатывания в ДГА, разделяется на два потока, один из которых направляется в газопровод низкого давления, а другой - на компрессорную станцию. После сжатия в компрессоре газ охлаждается, отдавая теплоту в теплообменнике перед ДГА. На привод компрессора направляется часть мощности, выработанная ДГА. Потребителю газ можно доставлять как в сжатом, так и в сжиженном виде.

При направлении магистрального газа на расширение в детандер на выходе из него получаются отрицательные температуры, т.е. вырабатывается холод. На этом основаны схемы [56 - 58]. В схеме [56] магистральный газ расширяется в детандере, выполненном из двух или более частей. После расширения в какой-либо части детандера газ направляется в теплообменник. Эта схема обеспечивает повышение утилизации холода, создающегося при снижении давления газа, выработку больших количеств энергии и холода, а также повышение КПД установки. В схеме [57] газ высокого давления проходит через несколько последовательно соединенных между собой турбодетандеров и работу расширения газа используют для получения электроэнергии и для охлаждения в холодильных камерах. Для этого в зависимости от значения перепада температуры газа на выходе турбодетандера газовый поток направляют либо в теплообменник, где газ нагревают за счет охлаждения окружающей среды, либо в следующий турбодетандер. В схеме [57] для выработки холода предлагается использовать установку, включающую в себя вихревую трубу и ДГА. Магистральный газ разделяется на два потока. Первый поток направляется на детандер, второй на вихревую трубу, где разделяется на горячий и холодный потоки. Выход горячего потока присоединен к турбодетандеру для обогрева его рабочих поверхностей, выход холодного потока - к выхлопу детандера. После детандера газ проходит через сепаратор и поступает в холодильную камеру. Эта схема позволяет предотвратить обледенение рабочих поверхностей турбодетандера и засорение теплообменников холодильной камеры.

Для получения горячего и холодного воздуха предлагаются схемы [60 - 61], для получения разделенного воздуха - схема [59]. В схеме [60] магистральный газ расширяется в детандере с понижением температуры. Затем поступает в теплообменник, где нагревается, отдавая холод хладоносителю от потребителя холода. Потом разделяется на два потока. Первый поток проходит через теплообменник нагреваясь за счет тепла воздуха высокого давления, поступающего от воздушного компрессора. Второй поток нагревается в расходной емкости, затем эти два потока объединяются и направляются к потребителю. Воздушный компрессор соединен механически с турбодетандером. Схема [61] позволяет помимо электроэнергии получать как холодный, так и горячий воздух. В ней магистральный газ нагревается в теплообменнике, поступает в ДГА и после расширения в нем - к потребителю. Мощность, вырабатываемая ДГА, сообщается потребителю и воздушному компрессору. В результате воздух после компрессора и теплообменника поступает в воздушную магистраль, где разделяется на два потока. Один из них поступает на турбодетандер и в итоге потребитель получает два потока: холодного и горячего воздуха. Схема [59] позволяет помимо электроэнергии получать и продукты разделения воздуха. Природный газ расширяется в ДГА со снижением температуры, далее нагревается в теплообменнике за счет закомпрессорного воздуха, поступающего от воздушного компрессора с одновременным охлаждением воздуха, с последующим отделением конденсирующей влаги воздуха в водоотделителе. Сжатый охлажденный и осушенный воздух поступает в разделительный блок, с получением после него газообразного и жидкого азота, жидкого кислорода и жидкого аргона. Эта схема позволяет получить холод в блоке разделения воздуха путем охлаждения воздуха природным газом.

Сравнение расчетов по реальному газу и по формулам для идеального газа

Техническая работа, производимая газом при его обратимом расширении в детандере, описывается уравнением: Р2 (2.1) !тех = 1д = - .МР Р1 Связь между величинами риг) для любых двух точек на изоэнтропе описывается уравнением адиабаты Пуассона: р х и = const (2.2) Подставив уравнение (2.2) в уравнение (2.1) получаем, что техническая работа равна: Р2 1 к-1 (2.3) хрі ХЩ X к-1 \Р1у 1тех _ 1д Показатель адиабаты, входящий в уравнение (2.3) рассчитывается по формуле: V і D k = — х = -2xf l xCP P \ди) (2.4) и определение его в зависимости от начальных и конечных значении вызывает определенные трудности. Работу газа можно рассчитать по формуле: 1д=Ьі-Ь2, (2.5) где hi - энтальпия газа в начале процесса, 1 - энтальпия газа в конце обратимого процесса расширения.

Термодинамические свойства метана рассчитываются по нормативному уравнению [90]. Для расчетов была разработана и официально зарегистрирована программа «Расчет детандер-генераторных агрегатов и ожижителей природного газа» [91], в основе которой лежит это уравнение. Программа позволяет рассчитывать свойства метана на кривой насыщения и в однофазной области при следующих парах различных входных переменных: p, p-s, p-h.

Приравняв уравнение (2.3) и соотношение (2.5) находим показатель адиабаты. Зависимости к от давления, температуры и перепадов давления, наиболее характерных для ГРС и ГРП (первое значение - давление газа на входе на станцию понижения давления, в МПа; второе - давление на выходе со станции, в МПа) представлены на рис. 2.1.

Из графиков, приведенных на рис. 2.1, видно, что к с ростом температуры значительно уменьшается и для перепада давлений 7,5/1,2 МПа в рассматриваемом диапазоне температур это уменьшение составит 9,37 %; при перепаде давлений 4,0/1,2 МПа - 8,54%; при перепаде давлений 0,6/0,2 МПа - 8,58% и при перепаде давлений 1,2/0,2 МПа - 8,13%. Следовательно, при задании к, не зависящим от температуры, работа будет определена с некоторой погрешностью. Итак, при применении уравнения (2.3) необходимо пользоваться полученными показателями адиабаты, представленными на рис. 2.1.

В области проведения расчетов свойства метана значительно отличаются от свойств идеального газа. На рис. 2.2 приведена зависимость коэффициента сжимаемости метана от давления газа в рассматриваемом диапазоне температур.

Зависимости работы детандера для идеального, реального газа и относительных расхождений между ними от температуры для метана при перепадах давлений, МПа/МПа а) 0,6/0,2; б) 1,2/0,2; в)4,0/1,2; г) 7,5/1,2 Из рис. 2.3 видно, что работа детандера может быть существенно занижена или завышена, если недостаточно точно задаться к в уравнении идеального газа. Так, при к=1,3 эти отклонения изменяются в диапазоне температур 0...300С при перепаде давлений 0,6/0,2 МПа на -2,1...+3,2%; при перепаде давлений 1,2/0,2 МПа на -4,1...+4,6% ; при перепаде давлений 4,0/1,2 МПа на -11,7...+3,37%; при перепаде давлений 7,5/1,2 МПа на-24,5...4,4%.

На рис. 2.4 показаны зависимости значений отклонений работы детандера от давления и температуры.

Из рис. 2.4 видно, что чем выше давление и чем ниже температура, тем больше погрешность расчета. Как видно из приведенных расчетов применение уравнения идеального газа приводит к погрешности и поэтому следует использовать точное уравнение.

Природные газы состоят в основном из предельных углеводородов типа СпН2п+2, азота, диоксида углерода и сероводорода. В табл. 2.1 по данным [92] приведен компонентный состав природного газа, транспортируемого по различным газопроводам.

Как видно по данным табл. 2.1, содержание метана в природном газе колеблется от 62,4% до 98,9%.

Результаты расчета базового цикла для чистых веществ

Одним из основных вопросов, возникающих при создании тепловых насосов, является выбор хладагентов, которые обеспечивали бы надежную и экономичную работу машины в заданном температурном диапазоне.

Анализ литературы [19, 98 - 104] позволяет сформулировать основные требования, предъявляемые к хладагентам, которые можно разделить на первостепенные и второстепенные. К первостепенным относятся следующие: 1) законодательные ограничения; 2) термодинамическая эффективность; 3) экологическая безопасность. К второстепенным относятся следующие требования: 1) несмешиваемость со смазочными материалами; 2) относительная дешевизна.

Законодательные ограничения связаны с возникновением глобальных проблем: повышением парникового эффекта и возможным разрушением озонового слоя. В 1987 г. был принят первый международный договор -Монреальский протокол по защите окружающей среды, запретивший производство экологически небезопасных веществ во всем мире. В соответствие с этим протоколом, все хладагенты можно разделить на классы: озоноразрушающие, переходные и озонобезопасные. К озоноразрушающим относятся хлорфторуглероды (ХФУ), разрешение на использование которых действует до 2010 года; к переходным -гидрохлорфторуглероды (ГХФУ), которые обладают меньшей стойкостью в атмосфере, и поэтому не в такой степени влияют на разрушение озонового слоя, как ХФУ, и выведение из обращения которых намечено к 2030 г.

В понятие термодинамическая эффективность включает в себя следующие характеристики хладагентов: - у хладагентов должно быть низкое давление конденсации, т.к. при этом упрощается конструкция компрессора, увеличивается его механический КПД, уменьшается масса движущихся частей, а у поршневых компрессоров уменьшаются утечки; - давление испарения должно быть больше 0,1 МПа, но близко к этому значению в целях устранения подсоса наружного воздуха в установку. При подсосе воздуха в компрессор вместе с ним проникает влага, которая интенсифицирует процесс коррозии, а при ее замерзании возможны аварии; - удельный объем пара хладагента в поршневых компрессорах должен быть малым, т.к. при этом уменьшаются габариты машины, в турбокомпрессорах - большим, т.к. при этом внутренний КПД машины выше; хладагент должен иметь невысокую вязкость для улучшения теплообмена и снижения гидравлических потерь; однако очень малая вязкость также не желательна из - за роста утечек.

Среди второстепенных критериев выделяется взаимная нерастворимость хладагента со смазочными материалами, так как это приводит к загрязнению поверхностей нагрева конденсатора и испарителя и снижению производительности.

Хладагенты должны быть доступны и иметь относительно невысокую стоимость.

В настоящее время не найдены хладагенты, которые соответствовали бы всем указанным требованиям, поэтому в тепловых насосах применяются рабочие вещества, удовлетворяющие наиболее важным из них.

В рассматриваемом диапазоне температур может быть использовано несколько хладагентов. Основные свойства наиболее распространенных чистых хладагентов представлены в табл.3.1, где приведены: молярные массы, температуры нормального кипения Тн.к. при давлении 0,1 МПа, температуры в критической точке Тк, давления в критической точке Рк, потенциалы разрушения слоя озона ODP (Ozon Depletion Potential), определяемые наличием атомов хлора в молекуле, и потенциалы «парникового эффекта» HGWP (Heat Global Warning Potential). ODP и HGWP определены относительно Rl 1=1.

Термодинамическая эффективность работы ТН при перепадах давлений метана 0,6/0,2 МПа и 4,0/1,2 МПа

Эксергетический КПД установки в соответствии с формулой (4.1) определяется как 1У че =т \ , (4.4) (ег -Є2) + енит где енит — эксергия низкопотенциального источника теплоты.

При подогреве газа с помощью теплового насоса теплота и дополнительная (кроме начальной эксергии газа) эксергия вносятся в систему от низкотемпературного теплового источника. Повышение потенциала теплоты до уровня, необходимого для осуществления процесса нагревания газа, производится за счет затраты части работы, выработанной детандером. При температуре низкотемпературного источника, равной температуре окружающей среды То, дополнительная эксергия в систему не вносится и весь нагрев газа осуществляется за счет затраты работы детандера. В этом случае подогрев газа ведет к уменьшению получаемой работы и оправдать его можно лишь желанием переместить процесс расширения газа в безопасную область температур. При большей температуре источника в систему вносится эксергия енит = Чнит х Ц — 0 нит7 (4- ) где Чнит -теплота, получаемая от низкотемпературного источника; ТНит его температура. Учитывая, что ц. = ч/1кир.= Янит / he +U получаем

При увеличении температуры подогрева газа работа системы, включающей детандер и тепловой насос, будет возрастать при условии енит +А1 1К или (ц -1)(1 -То/Тнит) +А1/1к 1 (4.6) С ростом температуры газа А1 и 1к растут, а р. -уменьшается и левая часть соотношения (4.6) изменяется немонотонно. Как показали проведенные расчеты, при температуре низкопотенциального источника ТНит=298 К для детандеров, работающих при перепадах давлений 0,6/0,2 МПа и 4,0/1,2 МПа, при КПД детандера Т0І =0,8 и КПД компрессора теплового насоса тк =0,8 максимум работы системы достигается при температуре подогрева газа, равной 45С, и дальнейший его подогрев ведет к уменьшению получаемой работы. Эксергетический же КПД установки при этом непрерывно уменьшается (табл. 4.4).

При расчете эксергии в качестве параметров окружающей среды приняты Т0=283,15 К и р0 =0,1 МПа. 104 Эксергетический КПД детандера рассчитан по уравнению [109] 1Д чед = (4.7) (е1 "е2)! где Єї — эксергия газа на входе в детандер. Эксергетический КПД теплового насоса может быть определен по соотношению [109] ql е _ Л тн — (4.8) Ок + енит) где eqi -эксергия теплоты, выработанной тепловым насосом. Эксергетический КПД теплообменника -конденсатора определялся из выражения [109]

Зависимость эксергетического КПД установки, включающей в себя детандер и автономный котел для схем с регенерацией и без регенерации от температуры метана на входе в ДГА при перепаде давлений 0,6/0,2 МПа по

Регенеративный подогрев можно начинать применять при температуре выше 80С, т.к. до нее температура газа на выходе из детандера ниже, чем температура магистрального газа с учетом недогрева в регенеративном теплообменнике. Как видно из рис. 4.9, эксергетический КПД схемы с регенерацией выше, чем в схеме без регенерации. Это связано с тем, что на подогрев газа требуется меньший расход топлива. С ростом температуры эксергетический КПД установки увеличивается, при этом с одной стороны увеличивается работа, выработанная детандером, а с другой возрастает теплота, затрачиваемая на подогрев газа (прирост теплоты меньше прироста работы).

На рис. 4.10 приведены зависимости удельного расхода топлива, затраченного на выработку электроэнергии от температуры подогрева газа на входе в ДГА, рассчитанные по формуле:

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