Спосіб збільшення кількості робочого тіла в циклі енергоустановки газопаротурбінного приводу газоперекачувального агрегату при температурах навколишнього середовища, вищих за розрахункові

Пропонована корисна модель відноситься до галузі енергетики і, стосується зокрема, газотурбобудування, а більш конкретно до способу збільшення кількості робочого тіла в циклі енергоустановки при високих температурах навколишньою середовища. Пропонована корисна модель може бути використана при проектуванні нових та модернізації діючих газотурбінних установок, зокрема, для приводу газоперекачувальних агрегатів компресорних станцій. Відомий спосіб роботи газопаротурбінного приводу газоперекачувального агрегату, що включає процеси: стиснення повітря, спалення вуглеводневого палива, змішування отриманих продуктів згоряння з водяною парою, перетворення в роботу потенційної енергії газопарової суміші при її розширенні, утилізацію 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 стациях. - М.: «Недра», 1981]. Недолік зазначеного способу полягає у тому, що він не передбачає застосування процесу конденсації водяної пари з відпрацьованих газів, а відповідно, потребує великих витрат конденсату, на вироблення якого необхідно застосовувати допоміжні засоби (оприснювачі). Під час проведення патентних досліджень способи, направлені на збільшення кількості робочого тіла в циклі енергоустановки газопаротурбінного приводу при високих температурах навколишнього середовища, не виявлені. У основу пропонованого способу поставлено задачу створення такого способу, який би дозволив 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 навколишні середовище. Поставлена задача вирішується у пропонованому способі збільшення кількості робочого тіла в циклі енергоустановки газопаротурбінного приводу газоперекачувального агрегату при температурах навколишнього середовища вищих за розрахункові, що включає процеси стиснення атмосферного повітря у компресорі, одночасного подання до камери згоряння стисненого атмосферного повітря і природного газу, а з котлаутилізатора пари, змішування пари з повітрям та продуктами згоряння в просторі, що утворений внутрішньою поверхнею жарової труби та завихрювачем, а отриману в камері згоряння газопарову суміш направляють на газопарову турбіну, де суміш розширюють. перетворюючи її потенційну енергію спочатку в кінетичну енергію, а потім в механічну роботу, яку використовують споживачем механічної енергії, а газопарову суміш, що відпрацювала в турбіні, направляють до котла-утилізатора, де утилізують її у теплову енергію з утворенням в економайзері насиченої води, яку потім у випарнику і сепараторі перетворюють на суху насичену пару і після перегріву її в пароперегрівнику подають до камери згоряння, а частину насиченої води з сепаратора відбирають, продувають через розширювач постійної продувки і подають в систему очищення води, отриману при цьому пару подають до газової порожнини деаератора, а насичену воду з найнижчої частини сепаратора продувають періодично через розширювач періодичної продувки, з якого воду подають до баку збору продуктів регенерації, а далі - в систему очищення води, та окрім того, із сепаратора частину насиченої пари подають до газової порожнини деаератора, а відпрацьовану в газопаровій турбіні газопарову суміш охолоджують в котлі-утилізаторі і направляють до конденсатора, де її о холоджують при змішуванні з охолоджувальною водою та конденсуючи з неї водяну пару, при цьому відпрацьовані гази, осушені та охолоджені, виводять з конденсатора в атмосферу, а нагріту о холоджувальну воду разом з утвореним конденсатом відводять в декарбонізатор, з якого після декарбонізації її направляють в бак конденсату, звідки забирають насосом та поділяють на два потоки: один охолоджують і через фільтр направляють в розпилювач, після якого змішують з відпрацьованою газопаровою сумішшю в конденсаторі, а другий потік направляють в бак живильної води, звідки його подають до деаератора, а після деаерації через циркуляційний насос направляють до економайзера котла-утилізатора і одночасно при підвищенні температури навколишнього середовища вище розрахункової після економайзера відбирають частину насиченої води і направляють до камери згоряння газопаротурбінного двигуна, витрати якої регулюють в залежності від перевищення температури навколишнього середовища над розрахунковою. Пропонований спосіб складається з нової сукупності суттєви х ознак і при використанні в енергоустановках газопаротурбінних приводів надає такі 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. В зв'язку з утворенням додаткового робочого тіла в циклі газопаротурбінної установки з інертного газу (водяної пари) вдається зменшити 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 газопаротурбінного приводу газоперекачувального агрегату, в якому реалізується пропонований спосіб. Газоперекачувальний агрегат 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 гідродувки 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 сполучений каналами 38 з вимірювачем температури повітря 39, встановленим на вході в компресор. Приклад. Атмосферне повітря через компресор 3 газопаротурбінного двигуна 2 подають до камери згоряння 4, куди з магістрального газопроводу до газоперекачувального агрегату 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 на газопарову турбіну 5, де накоплену 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 котла-утилізатора 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 і 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, а утворену при цьому пару по трубопроводу 30 подають до газової порожнини деаератора 28. При цьому насичену воду з барабана сепаратора 11 по трубопроводу 12 безперервно продувають. По трубопроводу 13 і 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 барабанасепаратора 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 остудилися в котлі-утилізаторі 6, направляють до конденсатора 7, де їх охолоджують при змішуванні з 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 навколишнього 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 регулюють 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: На укова Думка. - 1982. - С.231]. Таким чином, застосування пропонованого способу створює умови для підтримання у газопаротурбінній енергоустановці заданої потужності незалежно від температури навколишнього середовища.