О внедрении теплоутилизационных установок на газопроводе «Northern Border Pipeline», США

В журнале Diesel & Gas Turbine Worldwide опубликована статья, подробно рассказывающая о работе таких установок на одном из самых длинных (2010 км) газопроводов США «Northern Border Pipeline».

Компрессорные станции на газопроводе «Northern Border Pipeline» оснащены теплоутилизационными установками ORMAT® ENERGY CONVERTER (OEC). Высокая эффективность этих установок обусловлена использованием в качестве рабочего тела в тепловом контуре не водяного пара, а пентана.

Использование пентана обусловлено следующими причинами:

- конструкционные особенности ГТ КС не позволяют получить водяной пар высоких параметров
- пентан имеет примерно в 7 раз меньшую теплоту парообразования и соответственно существенно эффективней водяного пара.

Для поддержания давления на газопроводе построено 17 компрессорных станций. В том числе, 11 из них имеют привод от газотурбинных установок (ГТУ) Rolls-Royce RB211 мощностью 28 МегаВт, 2 — от ГТУ Rolls-Royce Avon 16 МегаВт, 4 имеют электропривод.

Газотурбинная установка Rolls-Royce RB211 имеют расход газа на выходе из ГТУ 91,3 кг/с. В установке реализован двухвальный принцип, что обеспечивает асинхронную частоту вращения турбины и генератора. Температура уходящих газов около 510°С. Максимальный к.п.д. установки достигает 37,2%. Установка потребляет 167-198 тыс. м. куб. газа в день.

Компрессорные станции на базе ГТУ Rolls-Royce RB211 оснащены турбинными надстройками, которые построила и эксплуатирует компания Ormat Technologies. (www.ormat.com). В основе работы установки – органический цикл Ренкина. В отличии от классического цикла Ренкина, где в качестве рабочего тела используется пар, здесь применяется органический газ пентан (C5H12).

На снимке: компрессорная станция №11 газовой трубы «Northern Border Pipeline оснащенная утилизатором тепла
Источник: журнал Diesel & Gas Turbine Worldwide

При использовании источников низкопотенциального тепла физические свойства пентана (низкая температура кипения, повышенная теплоемкость) делают его применение, в качестве рабочего тела, более экономически выгодным по сравнению с паром. Это позволяет создавать высокоэффективные энергетические комплексы для: утилизации тепла в промышленности, геотермальной энергетики, солнечной энергетики.

Итак, в утилизационной установке (ORMAT® ENERGY CONVERTER (OEC)) в качестве рабочего тела используется пентан, который циркулирует в двух независимых контурах. В жидком состоянии (когда рабочее тело охлаждается и сжимается) пентан приобретает форму минерального масла.

Весь процесс (см. схему ниже) начинается в первом контуре с нагрева масла в котле-утилизаторе (heat-recovery unit), куда поступают выхлопные газы турбины (при температуре около 500°С). Температура кипения пентана сравнительна низка (36,1°С при нормальных условиях), поэтому в котле-утилизаторе он быстро переходит в газообразное состояние, после чего, имея температуру около 260°С, направляется в испаритель (vaporizer).

В испарителе достигается кипение и перегрев пентана циркулирующего во втором контуре. Пентан второго контура поступает в испаритель предварительно подогретым в подогревателе низкого давления (Preheater). Из испарителя пентан первого конура с температурой около 200 °С направляется в турбину (Turbine), а пентан первого контура – в подогреватель низкого давления.

Процесс настроен таким образом, что в турбине не происходит конденсации пентана в ходе срабатывания теплоперепада. На выходе из турбины пентан имеет температуру около 40°С, его температура снижается сначала в рекуператоре (Recuperator), а затем в воздушном конденсаторе (Condenser) охлаждаемом вентиляторами (Fan).

После конденсатора в жидком состоянии пентан начинает подогреваться сначала в рекуператоре, затем в подогревателе низкого давление и наконец в испарителе.

Схема работы установки для утилизации низкопотенциального тепла компании Ormat Technologies
Источник: журнал Diesel & Gas Turbine Worldwide

Модель процесса

По расчетам к.п.д. процесса составляет 18%. То есть эффективность использования теплоты природного газа на компрессорной станции с учетом газотурбинной установки достигает 55,2 %.

При работе совместно с одной ГТУ Rolls-Royce RB211 мощностью 28 МегаВт установка OEC обеспечивает 6,5 МегаВт электрической мощности. На собственные нужды установки (насосы, вентиляторы, система управления и пр.) необходимо 0,8 МегаВт мощности. То есть, 5,7 МегаВт может быть выдано в сеть либо использовано на нужды компрессорной станции. Суммарно на четырех компрессорных станциях газовой трубы «Northern Border Pipeline» таким образом получили 62,7 МегаВт дешевой электрической мощности. По оценкам компании Ormat Technologies цена электрической энергии составляет около 0,05 центов за кВт*ч.


На снимке: турбина, использующая в качестве рабочего тела пентан вместе с генератором.
Источник: журнал Diesel & Gas Turbine Worldwide

Среди преимуществ использования установок OEC выделяют меньшие размеры и металлоемкость конструкции по сравнению с вариантом паротурбинной установки. Это вызвано меньшим, по сравнению с паром, удельным объемом пентана. В результате чего применяются меньшие по размеру и металлоемкости, а следовательно более дешевые, турбины, трубопроводы и конденсаторы.

Кроме того, использование вентиляторного охлаждения в органическом цикле Ренкина более эффективно, конденсация происходит при давлении близком к атмосферному. Это важно в условиях недостатка либо полного отсутствия питательной и охлаждающей воды (которая потребовалась бы при работе паротурбинной установки) на компрессорных станциях

Еще записи на эту же тему:



Оставить комментарий (Зарегистрируйтесь и пишите коментарии без CAPTCHи !)

 
© 2008-2017 EnergyFuture.RU Профессионально об энергетике. All rights reserved. Перепечатка материалов разрешается при условии установки активной гиперссылки на EnergyFuture.RU.