Využití energie stlačeného zemního plynu v expanzní turbíně s předehřevem nad 150°C

Libor Pilch

Doctoral thesis

Usage of Energy Compressed Natural Gas in Expansionary Turbine with Preheating Above 150°C

Abstract:

V rámci mého doktorského studia jsem se zabýval možnosti využití tlakové energie stlačeného zemního plynu distribuovaného firmou RWE Transgas, a. s. pro výrobu elektrické energie. Tento výzkum navazuje na bakalářskou a diplomovou práci. V současné době se tlaková energie zemního plynu v naprosté většině maří škrcením, bez dalšího využití. V ojedinělých případech se ke snížení tlaku zemního plynu využívá expanzních turbín s předehřevem do 120 °C. V disertační práci jsem se věnoval zvýšením výkonu expanzní turbíny předehřátím vstupního zemního plynu nad teplotu 150 °C s rekuperací tepla výstupního expandovaného zemního plynu. K předehřátí zemního plynu využiji teplo expandovaného zemního plynu v rekuperačním výměníku. Dohřev zemního plynu na požadovanou teplotu provedu spalováním zemního plynu. Kotel pro dohřev zemního plynu bude sloužit současně jako zdroj tepla. Tímto předehřevem, při zachování průtočných parametrů zemního plynu, získáme větší výkon expanzní turbíny. V rámci doktorského studia byla tato technologie ochráněna užitným vzorem číslo 27275. Výhodou výroby elektrické energie pří redukci tlaku zemního plynu je celková účinnost transformace primární chemické energie paliva na elektrickou energii s účinností kolem 60%, se vznikem minimálního odpadního tepla. Vzhledem k použití rekuperačního výměníku, který transformuje teplo expandovaného zemního plynu do vstupního zemního plynu, je celková účinnost výroby mechanické nebo elektrické energie při různých teplotách předehřevu nad 150 °C téměř konstantní. Tohoto poznatku jsem využil při druhé možnosti regulace výroby elektrické energie, a to na konstantní elektrický výkon při kolísavém normálním průtoku zemního plynu redukční stanici. Vzhledem k teplotám předehřevu do 340 °C, lze pro předehřev zemního plynu využívat i odpadní teplo, popřípadě teplo z méně výhřevných paliv. Nevýhodou tohoto využívání tlakové energie zemního plynu pro výrobu elektrické energie je legislativa státu, která nepovoluje distributorovi zemního plynu prodávat vlastně vyrobenou elektrickou energii. V rámci projektu pre seed CZ.1.05/3.1.00/14.0318 byla ve spolupráci se společností Mattech, s. r. o., Ostrava, vyrobena zkušební linka mikroexpanzních turbín, která je v současné době umístěna v areálu VŠB-TU Ostrava. Tato linka bude sloužit pro výuku nových studentů a po drobných úpravách může sloužit ke zkoušení nových mikroexpanzních turbín.

Abstract:

As part of my doctoral studies, I dealt with the possibility of using the pressure of compressed natural gas distributed by RWE Transgas, as for electricity generation. This research builds on bachelor and master's thesis. At present, gas pressure energy overwhelmingly obstructs throttles without further usage. Respectively, in rare instances, to reduce the pressure of gas utilizes expansion turbines with preheating to 120 °C. The dissertation deal with an increase in power expansion turbine feed gas preheat to a temperature above 150 °C with heat output expanded gas. To preheat the gas I use compressed gas to heat the recuperative heat exchanger. Reheat the gas to the desired temperature do I combusting natural gas. Boiler for hot gas will serve simultaneously as a heat source. This preheating, while maintaining the flow parameters of the gas, we get more power expansion turbine. During doctoral studies we protect this technology utility model No. 27275. The advantage of the production of electricity in the reduction of gas pressure the overall efficiency of transformation of primary fuel chemical energy into electricity with an efficiency of around 60% with the formation of the minimum waste heat. Due to the use recuperation exchanger which transforms heat expanded natural gas to the inlet gas, the overall efficiency of production of mechanical or electrical energy almost constant at various temperatures preheating above 150 °C. Recognising this, I used a second option, the regulation of electricity generation and, at constant electric power at normal flow of fluctuating gas reduction station. Due to the preheating temperatures up to 340 °C, may be used for preheating the gas and utilize waste heat or heat from less calorific fuels. The disadvantage of this pressure energy use for power generation is state legislation that does not allow a distributor of natural gas actually sell the electricity produced. The project pre seed CZ.1.05/3.1.00/14.0318 in cooperation with Mattech Ltd. Ostrava, was made by test-line microexpansion turbines, which are currently located in the premises of the Technical University of Ostrava. This line will serve to teach new students after minor modifications can be used to test new microexpansion turbines

Keywords

plyn, turbína, rekuperace, předehřev, expanze

Keywords

gas, turbine, regeneration, preheat, expansion

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 13. 4. 2016

Thesis defence

• Date of defence: 9. 9. 2016
• Supervisor: Jiří Míka
• Reader: Piotr Ostrowski, Jan Fiedler, Mojmír Vrtek

VŠB - Technical University of Ostrava

Fakulta strojní

Doctoral programme / field:
Strojní inženýrství / Energetické stroje a zařízení