Термодинамические исследования турбодетандерных установок

Цель: создание научно-технического задела, обеспечивающего повышение энергетической эффективности турбодетандерных установок за счет усовершенствования их тепловых схем и увеличения аэродинамической эффективности проточной части высокооборотных турбодетандеров малой мощности. Проведен анализ научной литературы, включающей вопросы повышения технико-экономических показателей турбодетандерных установок и проведения вариативных термодинамических исследований их тепловых схем на территории различных пунктов понижения давления природного газа (ГРС, ГРП ТЭЦ, ГРП муниципальной котельной). Определено, что для реализации выработки электроэнергии на ГРС наиболее эффективной (КПД 89,9%) является схема с подогревом природного газа в автономных подогревателях после турбодетандера. Установка способна работать в широком диапазоне параметров, а максимальная мощность, которую можно выработать на ГРС при реализации такой схемы, составляет 35,8 МВт. Для увеличения эффективности выработки электроэнергии на базе магистрального природного газа на ГРП ТЭЦ предложено использовать турбодетандерные энергоблоки, работающие на высокопотенциальном природном газе в составе отдельной ГТУ, обеспечивающие утилизацию тепла продуктов сгорания, покидающих газовую турбину, и потенциальной энергии природного газа. Установка на ГРП ТЭЦ турбодетандерных энергоблоков в составе с ГТУ позволит выработать от 0,036 до 15,02 МВт электроэнергии с КПД 34,3 - 73,63%. Установлено, что для реализации выработки электроэнергии на ГРП муниципальных котельных наибольшей экономичностью (88,6 - 90,87%) обладает турбодетандерная установка с подогревом природного газа перед турбодетандером продуктами сгорания котельного агрегата. Данная установка способна работать в широком диапазоне параметров и позволяет повысить КПД брутто котельного агрегата на 1,70%. Установка на одной из московских муниципальных котельных турбодетандерной установки с подогревом газа перед детандером продуктами сгорания котельного агрегата позволит выработать до 2,99 МВт дополнительной электроэнергии, что покроет затраты на собственные нужды котельной. Разработанные модели станут основой для создания новых методик проектирования и конструирования турбодетандерных установок и их оборудования отечественными машиностроительными предприятиями. Полученный научный задел позволит преодолеть барьер на пути использования в населенных пунктах турбодетандерной технологии для выработки электроэнергии в системе газоснабжения (ГРС и ГРП потребителей).