Газопаротурбінна установка

Пропонована корисна модель відноситься до галузі енергетики і, стосується зокрема, газотурбобудування, а більш конкретно до конструкцій газопаротурбінних установок. Пропонована корисна модель може бути використана, зокрема, у складі газопаротурбінного приводу газоперекачувальних агрегатів компресорних станцій. Відомий газопаротурбінний привід газоперекачувального агрегату, що включає компресор, призначений для стиснення повітря, камеру згоряння, призначену для спалення вуглеводневого палива, об'єм для змішування отриманих продуктів згоряння з водяною парою і їх подання на турбіну, засіб для утилізації теплоти відпрацьованих газів при їх охолодженні з утворенням перегрітої водяної пари [див. Динков В.А., Грищенко В.Й., Васильєв Ю.Н. Повышение эффективности использования газа на компрессорных станциях. - М.: «Недра», 1981]. Недолік описаного пристрою полягає у тому, що в ньому не передбачені засоби для здійснення процесу конденсації водяної пари з відпрацьованих газів, а відповідно, потребує використання додаткових засобів (оприснювачів) на вироблення конденсату і додаткових матеріальних витрат. Найбільш близькою до пропонованої за кількістю суттєвих ознак є газопаротурбінна установка, що містить повітряний компресор, камеру згоряння, газопарову турбіну, сполучену з компресором та споживачем механічної енергії і послідовно розташовані за турбіною в напрямку руху відпрацьованих газів котел-утилізатор та конденсатор, котрий своїм виходом по воді через декарбонізатор і бак конденсату підключений до входу насоса охолоджувальної системи, який своїм виходом підключений до баку живильної води і одночасно через охолодник охолоджувальної води - до розпилювача, що призначений для подання охолоджувальної води на вхід конденсатора, а бак живильної води своїм виходом через деаератор і циркуляційний насос підключений до входу котла-утилізатора, котрий своїм виходом по перегрітій парі підключений до камери згоряння [Патент України на винахід №67878, МПК 7 F01K21/04; F02C 6/18/ Опубл. 15.07.2004 р., Бюл. №7]. Недолік описаної газопаротурбінної установки полягає у відсутності у ній засобів, які б дозволили створити умови, при яких потужність газопаротурбінної установки залишалася б на заданому рівні після підвищення температури навколишнього середовища вище розрахункової. Це суттєво зменшує е фективність газопаротурбінної установки і створює значне теплове і токсичне навантаження на навколишнє середовище. У основу пропонованої корисної моделі поставлено задачу створення такої газопаротурбінної установки, яка б дозволила створити умови, при яких потужність газопаротурбінної установки залишалася б на заданому рівні після підвищення температури навколишнього середовища вище розрахункової, що дозволить підвищити ефективність газопаротурбінної установки і зменшити теплове і токсичне навантаження на навколишнє середовище. Поставлена задача вирішується у пропонованій газопаротурбінній установці, яка, як і відома газопаротурбінна установка включає повітряний компресор, камеру згоряння, газопарову турбіну сполучену з компресором та споживачем механічної енергії і послідовно розташовані за турбіною в напрямку руху відпрацьованих газів котел-утилізатор з економайзером, випарником води, пароперегрівником і барабаномсепаратором та конденсатор, при цьому барабан-сепаратор своїм виходом по воді підключений до виходу економайзера і входом по пароводяній суміші - до виходу випарника, а виходом по воді підключений до входу по воді випарника, а виходом по насиченій парі до входу пароперегрівника, який підключений до камери згоряння, а конденсатор своїм виходом по воді через декарбонізатор і бак конденсату підключений до входу насоса охолоджувальної системи, який своїм виходом підключений до баку живильної води і одночасно через охолодник охолоджувальної води і фільтр до розпилювача, що призначений для подання охолоджувальної води на вхід конденсатора, а бак живильної води своїм виходом через деаератор і циркуляційний насос підключений до входу економайзера котла-утилізатора, а, відповідно до пропозиції, вихід економайзера по насиченій воді через регулюючий клапан підключений до камери згоряння, а його регулятор гальванічно сполучений системою зворотнього зв'язку з вимірювачем температури повітря, встановленим на вході компресора. Пропонована газопаротурбінна установка складається з нової сукупності суттєви х ознак і при використанні надає такі нові можливості: 1. Можливість утримувати потужність газопаротурбінної установки на заданому рівні при підвищенні температури навколишнього середовища (температури повітря на вході в компресор до паротурбінної установки) вище розрахункової. 2. Можливість утворення додаткового робочого тіла в циклі газопаротурбінної установки з інертного газу (водяної пари), що дозволяє зменшити теплове і екологічне навантаження на навколишнє середовище. 3. Утримання потужності газопаротурбінної установки на заданому рівні виключає необхідність застосування додаткових потужностей, що підвищує е фективність роботи енергетичного вузла в цілому і не створює додаткових теплових і екологічно небезпечних викидів в навколишнє середовище. На кресленні зображено теплову схему газопаротурбінної установки. Газопаротурбінна установка складається з нагнітача природного газу 1 та газопаротурбінного двигуна 2, що включає послідовно розташовані компресор 3, камеру згоряння 4 та газопарову турбіну 5, яка пов'язана одночасно з компресором 3 та нагнітачем природного газу 1 і послідовно розташовані за рухом відпрацьованих газів, котел-утилізатор 6 та контактний конденсатор 7. Котел-утилізатор 6 включає економайзер 8, випарник 9, пароперегрівник 10 і барабан-сепаратор 11, який своїм входом по воді підключений до виходу економайзера 8, а входом по пароводяній суміші - до виходу випарника 9, а своїм виходом по воді підключений до входу по воді випарника 9, а виходом по насиченій парі - до входу пароперегрівника 10, який своїм виходом по перегрітій парі підключений роздільними трубопроводами одночасно до первинної та вторинної зон камери згоряння 4. Крім того, барабан-сепаратор 11 по воді підключений трубопроводом 12 до розширювача постійної продувки 15, а трубопроводом 13 з краном 14 - до розширювача періодичної гідропродувки 16. Розширювач 15 своїм виходом по воді підключений до входу системи очищення води 17, яка одночасно через трубопровід 18 з краном 19 підключена до джерела сирої води, а своїм виходом вона підключена трубопроводом 20 до баку живильної води 21. Конденсатор 7 своїм виходом по воді через декарбонізатор 22 і бак конденсату 23 підключений до насосу охолоджувальної системи 24, яка призначена для подання охолодженої води на його вихід через охолоджувач охолоджувальної води 25, фільтр 26 і розпилювач 27, а своїм виходом по відпрацьованих газах конденсатор 7 сполучений з атмосферою. Одночасно насос охолоджувальної системи 24 підключений до баку живильної води 21, який своїм виходом через деаератор 28, і циркуляційний насос 29 підключений до входу по воді економайзера 8 котла-утилізатора 6, а газова порожнина деаератора 28 підключена трубопроводом 30 до парової порожнини розширювача 15 та, одночасно, трубопроводом 31 з регулятором 32 - до парової порожнини барабанасепаратора 11 котла-утилізатора 6, що в свою чергу, через розширювач періодичної продувки 16 підключений до баку збору продуктів регенерації 33, а останній з'єднаний трубопроводом 34 і краном 35 з системою очищення води 17. Крім того, вихід економайзера 8 сполучений трубопроводом 36 через регулюючий клапан 37 відбору насиченої води, котрий підключений до камери згоряння газо-паротурбінного двигуна 2, і одночасно гальванічно сполучений каналами 38 з вимірювачем температури повітря 39, встановленим на вході в компресор. Пропонована газопаротурбінна установка працює так. Атмосферне повітря через компресор 3 газопаротурбінного двигуна 2 подають до камери згоряння 4, куди з магістрального газопроводу через регулятор витрат 36 подають природний газ, а з котла-утилізатора 6 по роздільних трубопроводах подають пару та змішують її з повітрям та продуктами згоряння в просторі, що утворений внутрішньою поверхнею жарової труби та завихрювачем. Отриману в камері згоряння 4 газопарову суміш направляють в газопарову турбіну 5, де накопичену під час розширення газопаровою сумішшю потенційну енергію перетворюють спочатку в кінетичну енергію, а потім в механічну роботу, яку використовують для приводу компресора 3 та на потреби споживача механічної енергії. Газопарову суміш, що відпрацювала в турбіні 5 (відпрацьовані гази), направляють до котлаутилізатора 6, де утилізують її теплоту з утворенням в економайзері 8 насиченої води, яку потім в випарнику 9 і барабані сепараторі 11 перетворюють на суху насичену пару. Суху насичену пару після перегріву в пароперегрівнику 10 подають викладеним вище способом до камери згоряння 4, а частину насиченої води з барабана-сепаратора 11 відбирають і по трубопроводу 12 подають в розширювач постійної продувки 15, звідки воду, що остудилася та розширилася подають в систему очищення води 17. Утворену при цьому пару по трубопроводу 30 подають до газової порожнини деаератора 28. При цьому насичену воду з барабана сепаратора 11 по трубопроводу 12 продувають безперервно. По трубопроводу 13 через кран 14 насичену воду з найнижчої частини барабану-сепаратора 11 продувають періодично (при кожному запуску та зупинці котла-утилізатора 6, при накопиченні шламу або насиченої води хімічно активними речовинами до заданої межі і в аварійних випадках при значному рості загальної концентрації солей) через розширювач періодичної продувки 16, із якого її подають в бак збору продуктів регенерації 33, а далі через трубу 34 та кран 35 - в систему очищення води 17. Крім того, із барабана-сепаратора 11 частину насиченої пари через трубопровід 31 та регулятор 32 подають в деаератор 28. Газопарову суміш (відпрацьовані гази), що відпрацювали в газопаровій турбіні 5 та остудилася в котлі-утилізаторі 6, направляють до конденсатора 7, де її охолоджують при змішуванні і охолоджувальною водою та конденсуючи з неї водяну пару. Відпрацьовані гази, осушені та охолоджені, відводять з конденсатора 7 в атмосферу, а нагріту охолоджувальну воду разом з утвореним конденсатом відводять в декарбонізатор 22 для декарбонізації. Після декарбонізації її направляють в бак конденсату 23, звідки забирають насосом 24 та поділяють на два потоки: один з них охолоджують в о холоджувачі охолоджувальної води 25 і через фільтр 26 направляють в розпилювач 27, після якого змішують з відпрацьованою газопаровою сумішшю в конденсаторі 7. Другий потік направляють в бак живильної води 21, звідки його подають до деаератора 28, а після деаерації через циркуляційний насос 29 направляють в економайзер 8 котла-утилізатора 6. Одночасно при підвищенні температури навколишньою середовища вище розрахункової в камеру згоряння газопаротурбінного двигуна 2 з економайзера 8 подають насичену воду по трубопроводу 36 через регулятор 37, що гальванічно сполучений системою зворотнього зв'язку з вимірювачем температури повітря 39, встановленим на вході компресора 3. При цьому, витрати насиченої води регулюються в залежності від перевищення температури навколишнього середовища над розрахунковою. Для регулювання температури може бути використаний "Тиристорний однофазний регулятор температури "ТОРТ-1" [Установки для исследования механических свойств материалов и элементов конструкций. Каталог-справочник. Авторы-составители: Волощенко А. П., Алексюк М.М. - Киев: Наукова Думка. - 1982. - С. 231]. Таким чином, пропонована газопаротурбінна установка забезпечує постійно задану потужність енергоустановки незалежно від температури навколишнього середовища, що є одним з найважливіших експлуатаційних показників, який має високий рейтинг на світовому ринку і значно збільшує конкурентноздатність енергоустановки.