Газопаротурбінний привід газоперекачувального агрегату компресорної станції

Газопаротурбінний привід газоперекачувального агрегату, що містить повітряний компресор, камеру згоряння, газопарову турбіну, з'єднану з компресором та нагнітачем природного газу, і послідовно розташовані за турбіною в напрямку руху відпрацьованих газів котел-утилізатор з економайзером, випарником, пароперегрівником і барабаном-сепаратором, та конденсатор, при цьому барабан-сепаратор своїм 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 бака живильної води і одночасно через охолодник охолоджувальної води і фільтр - до розпилювача, що подає охолоджену C2 2 (19) 1 3 79729 подачі пари з котла-утилізатора в камеру згоряння газового контуру, що виключає можливість зменшення утворення в ній шкідливих сполучень і одночасно ускладнює умови конденсації водяної пари із відпрацьованих газів. Третій недолік пов'язаний з тим, що конструкція паропроводу подачі пари в камеру згоряння газопарового контуру не включає відведення, по якому б частина пари подавалась в її первинну зону для зменшення утворення шкідливих сполучень при згорянні палива. В якості прототипу прийнятий газопаротурбінний привод газоперекачувального агрегату, що містить повітряний компресор, камеру згоряння, газопарову турбіну пов'язану з компресором та нагнітачем природного газу і послідовно розташовані за турбіною в напрямку руху відпрацювавших газів котел-утилізатор з економайзером, випарником, пароперегрівником і барабаном-сепаратором та конденсатор, при цьому барабан-сепаратор своїм входом по воді підключений до виходу економайзера і входом по пароводяній суміші - до виходу випарника, а своїм 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 насосу охолоджувальної системи, який своїм виходом підключений до баку живильної води і одночасно через охолодник охолоджувальної води і фільтр - до розпилювача, що подає охолоджену воду на вхід конденсатора, а бак живильної води своїм виходом через деаератор і циркуляційний насос підключений до входу економайзера котлаутилізатора, а вихід пароперегрівника котлаутилізатора підключений до камери згоряння двома роздільними трубопроводами, одним з них - до простору первинної зони камери згоряння, який утворений внутрішньою поверхнею жарової труби та завихрювачем, а другим - до простору вторинної зони камери згоряння, який утворений її корпусом та зовнішньою поверхнею жарової труби, а паливна система камери згоряння підключена через регулятор до магістрального газопроводу перед нагнітачем природного газу, і а барабансепаратор котла утилізатора по воді, що відбирається на очистку, підключений до розширювача постійної продувки, який своєю паровою порожниною підключений до газової порожнини деаератора, а своїм виходом по воді підключений до входу системи очищення води, яка одночасно своїм входом підключена до джерела сирої води, а виходом до баку живильної води, одночасно барабансепаратор своєю найнижчою частиною по воді додатково підключений до розширювача періодичної продувки, який своїм виходом по воді підключений до баку збору продуктів регенерації, котрий в свою чергу підключений до входу системи очищення води і одночасно по насиченій парі барабан-сепаратор підключений до газової порожнини деаератора. Викладений газопаротурбінний привод газоперекачувального агрегату (ГПА) має наступні недоліки: наявність постійної і періодичної продувки барабана-сепаратора значно збільшує витрати 4 води, а відповідно і енергії на водопідготовку; застосований спосіб підігріву води в деаераторі насиченою парою, що відбирається з барабанасепаратора, суттєво зменшують потужність газопаротурбінної установки; використання насиченої пари, що утворюється з насиченої води в розширювачах суттєво знижує надійність роботи розширювача в зв'язку з утворенням пароводяної суміші, яка при значних степенях розширення (p=25) утворює парокапельну рідину з високою енергією, яка порушує цілісність конструкції розширювача. Під час патентних досліджень технічні рішення, що спрямовані на зменшення витрат продуваємої води і пов'язаних з ними збільшення-витрат енергії, а також відмови від підігріву води в деаераторі насиченою парою і зменшення за рахунок цього потужності газопаротурбінного приводу, не виявлено. У винаході вирішується задача створення газопаротурбінного приводу газоперекачувального агрегату з підігрівом води, що надходить в деаератор за рахунок регенерації тепла води, що виходить з нього, і догрівом її до потрібної температури (102-104°С) за рахунок тепла води періодичної продувки барабана-сепаратора та за рахунок тепла надлишкової води, котру відбирають за економайзером (на вході в барабан-сепаратор). Поставлена задача вирішується тим, що газопаротурбінний привід газоперекачувального агрегату компресорної станції, що містить повітряний компресор, камеру згоряння, газопарову турбіну, пов'язану з компресором та нагнітачем природного газу і послідовно розташовані за турбіною в напрямку руху відпрацювавших газів котелутилізатор з економайзером, випарником, пароперегрівником і барабаном-сепаратором та конденсатор, при цьому барабан-сепаратор своїм входом по воді підключений до виходу економайзера і входом по пароводяній суміші - до виходу випарника, а своїм 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 подає охолоджену воду на вхід Конденсатора, а бак живильної води своїм виходом-через деаератор і циркуляційний насос підключений до входу економайзера котла-утилізатора, а вихід пароперегрівника котла-утилізатора підключений до камери згоряння двома роздільними трубопроводами, одним з них до простору первинної зони камери згоряння, який утворений внутрішньою поверхнею жарової труби та завихрювачем, а другим до простору вторинної зони камери згоряння, який утворений її корпусом та зовнішньою поверхнею жарової труби, а паливна система камери згоряння підключена через регулятор до магістрального газопроводу перед нагнітачем природного газу, відповідно до винаходу бак живильної води послідовно підключений до-послідовно розташованих регенеративного, поверхневого і поверхне 5 79729 вого-контактного теплообмінників, в кожному з яких живильну послідовно нагрівають від початкової температури до температури деаерації (102104°С), при цьому в регенеративному теплообміннику нагрів здійснюється за рахунок тепла води, що ви ходить з деаератора, в поверхневому теплообміннику - за рахунок тепла насиченої води, котра періодично продувається з барабанасепаратора; в поверхнево-контактному - за рахунок тепла надлишкової насиченої води, що відбирають на виході економайзера, яку після охолодження змішують з нагріваємою живильною водою, а воду-періодичної продувки барабанасепаратора після охолодження спрямовують в систему очищення води, а далі - підмішують до живильної води перед регенеративним теплообмінником. Нова сукупність суттєви х ознак відсутня у відомих технічних рішеннях та дозволяє одержати такі переваги: Значно поглибити утилізацію теплоти пароводяного циклу газопаротурбінного приводу ГПА за рахунок заміни насиченої пари на нагрів води в деаераторі до температури деаерації (102-104°С) шляхом: - застосування регенеративного теплообмінника для нагріву живильної води, що надходить в деаератор, гарячою водою, що ви ходить з нього; - застосування нагрівально-поверхневого теплообмінника для утилізації тепла води, що надходить при періодичній продувці барабанасепаратора і спрямування її на догрів живильної води, що надходить в деаератор; - застосування поверхневого-контактного теплообмінника для догріву живильної води до межі її деаерації насиченою водою, що відбирається за економайзером котла-утилізатора. Отримані переваги дозволили зменшити витрати палива (природного газу) газо паротурбінним приводом ГПА на 3,7% і збільшити його потужність на 7,59%. На Фіг. зображено теплову схему запропонованого газопаротурбінного приводу газоперекачувального агрегату. Газоперекачувальний агрегат складається з нагнітача природного газу 1 та газо паротурбінного двигуна 2, що включає послідовно розташовані компресор 3, камеру згоряння 4 та газопарову турбіну 5, яка жорстко пов'язана одночасно з компресором 3 та нагнітачем природного газу 1 і послідовно розташовані за рухом відпрацювавших газів, котел-утилізатор 6 та контактний конденсатор 7. Котел-утилізатор 6 включає економайзер 8, випарник 9, пароперегрівник 10 і барабансепаратор 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 періодичної продувки 12 з краном 13 до нагрівально 6 поверхневого теплообмінника 14, котрий своїм виходом по воді підключений трубопроводом 15 до входу системи очищення води 16, яка одночасно з краном 17 підключена до трубопроводу 18, котрий підключено послідовно до регенеративного теплообмінника 19, а останній по нагріваємій воді підключено через нагрівально-поверхневий теплообмінник 14, до поверхнево-контактного теплообмінника 20, який своїм входом по насиченій воді підключений до виходу економайзера 8 котлаутилізатора 6, а виходом по нагрітій воді підключений до деаератора 21, який в свою чергу через регенеративний теплообмінник 19 підключений до живильного насоса 23, а останній - до входу економайзера 8 котла-утилізатора 6. Конденсатор 7 своїм виходом по воді через декарбонізатор 24 і бак конденсату 25 підключений до насосу охолоджувальної системи 26, який подає охолоджену воду на його вхід через охолоджувач охолоджувальної води 27, фільтр 28 і розпилювач 29, а своїм виходом по відпрацювавших газах конденсатор 7 сполученої з атмосферою. Одночасно насос охолоджувальної системи 26 підключений до баку живильної води 22, який своїм виходом через регенеративний теплообмінник 19, нагрівальноповерхневий теплообмінник 14, деаератор 21, і живильний насос 23 підключений до входу по воді економайзера 8 котла -утилізатора 6, а вихід економайзера одночасно підключений до поверхневоконтактного теплообмінника 20. Природний газ для живлення паливом камери згоряння 4 газопаротурбінного двигуна 2 відбирається через регулятор 30 із магістрального газопроводу, що надходить до нагнітача природного газу 1. Газопаротурбінний привід газоперекачувального агрегату працює наступним чином. 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 котлаутилізатора 6 по роздільних трубопроводах подають пару. При цьому по одному із них пару подають до первинної зони камери згоряння 4 з масовою витратою, що складає 135-150% від масової витрати природного газу та змішують її з повітрям та природним газом в просторі, що утворений внутрішньою поверхнею жарової труби та завихрювачем, а по другому - у вторинну зону камери згоряння 4 та змішують її з повітрям в просторі, утвореним її корпусом та зовнішньою поверхнею жарової труби. Отриману в камері згоряння 4 газопарову суміш направляють на газопарову турбіну 5, де її розширюють, перетворюючи її потенційну енергію спочатку в кінетичну енергію, а потім в механічну роботу, яку використовують для приводу компресора 3 та нагнітача природного газу 1. Газопарову суміш, що відпрацювала в турбіні 5 (відпрацювавші 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 сухий насичений пар, який після перегріву в пароперегрівнику 10 подають викладеним вище способом до камери згоряння 4, а частину насиче 7 79729 ної води з барабана-сепаратора 11 відбирають і по трубопроводу періодичної продувки 12 з краном 13 направляють до нагрівально-поверхневого теплообмінника 14, звідки після передачі її теплоти догріваємій водяній суміші, що надійшла з регенеративного теплообмінника 19, спрямовують через трубопровід 15 в систему очищення води 16, а після очистки її направляють через кран 17 в трубопровід подачі. живильної води 18, а далі отриману суміш очищеної і живильної води подають в регенеративний теплообмінник 19, де її підігрівають за рахунок теплоти води, що пройшла деаерацію, і подають в нагрівально-поверхневий теплообмінник 14, а після нього спрямовують до поверхнево-контактного теплообмінника 20, до якого одночасно подають насичену воду, що відбирають за економайзером 8 котла-утилізатора 6. Газопарову суміш (відпрацьовані гази), що відпрацювала в газопаровій турбіні 5 та остудилася в котлі-утилізаторі 6, направляють до конденсатора 7, де її охолоджують при змішуванні з охолоджувальною водою та конденсують з неї водяну пару. Відпрацьовану газопарову суміш, осушен у та охолоджену, відводять з конденсатора 7 в атмосферу, а нагріту охолоджувальну воду разом з утвореним конденсатом відводять в декарбонізатор 24. Після декарбонізації її направляють в бак конденсату 25, звідки забирають насосом 26 та поділяють на два потоки: один з них охолоджують в охолоджувачі охолоджувальної води 27 і через фільтр 28 направляють в розпилювач 29, після якого змішують з відпрацьованою газопаровою сумішшю, в конденсаторі 7. Другий потік направляють в бак живильної води 22, звідки його по трубопроводу 18 послідовно направляють до регенеративного теплообмінника 19, до нагрівальноповерхневого теплообмінника 14, контактно Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 8 поверхневого теплообмінника 20 і деаератора 21, а після деаерацію через живильний насос 23 направляють в економайзер 8 котла-утилізатора 6. Газопаротурбінний привід газоперекачувального агрегату компресорної станції, що пропонується, пройшов необхідний комплекс досліджень, а на даний час його промисловий зразок переданий до експлуатації на компресорну станцію „Ставищанська". На відміну від прототипу запропонований газопаротурбінний привід має ряд суттєви х переваг: по-перше, продувку води барабанасепаратора здійснюють тільки періодично, що значно зменшує її витрати, а відповідно і витрати тепла в навколишнє середовище; по-друге, процес нагріву живильної води, що надходить в деаератор здійснюють в протитокових теплообмінних апаратах за рахунок тепла здеаерірованної води, насиченої води відібраної з барабана-сепаратора і насиченої води, відібраної на виході економайзера котла-утилізатора. Все це підвищує економічність і збільшує потужність газопаротурбінного приводу, про що вже наголошувалось вище. Нагадаємо, що у прототипа утилізацію теплоти насиченої води здійснюють її розширенням з тиску в барабані-сепараторі (25 бар) до тиску, близькому до атмосферного, а отриману при цьому пару використовують на нагрів води, що спрямовують на деаерацію, а залишкову гарячу воду відводять з циклу. Такий шлях утилізації тепла не тільки не економічний, а і небезпечний тому, що суміш води і пари, котра отримується при розширенні, на високу механічну енергію, яка в десятки разів прискорює руйнування проточної частини розширювачів [див. Результати експлуатації прототипа]. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601