Турбокомпресорна установка

Реферат: UA 106975 U UA 106975 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до турбінних компресорних установок для подачі стиснутого повітря і може бути використана для повітропостачання цехів по виробництву азотної кислоти на хімічних підприємствах, що виробляють мінеральні добрива. Відома блок-схема газотурбінного двигуна для циклу виробництва азотної кислоти, до складу якої входять компресори низького і високого тисків (НД, ВД), із приводами від відповідних газових турбін, змішувач, конвертор, чотири теплообмінники, абсорбційно-окисний пристрій, допоміжна камера згоряння, електродвигун-генератор. Зовнішнє повітря забирається компресором НД і подається до компресора ВД, потім змішується з аміаком у змішувачі, утворюючи нітрозний газ, який надходить у конвертор. Після конвертора газ температурою 800-1000 °C охолоджується послідовно в теплообмінниках, потрапляє в адсорбційно-окисний пристрій, де в ході реакції утворюється відпрацьований газ, слугуючи робочим тілом для газових турбін (ГТ) компресорів НД і ВД. Відпрацьований газ з адсорбційно-окисного пристрою подається в теплообмінники і, послідовно нагріваючись в останніх, охолоджує нітрозний газ, далі проходить в газові турбіни НД і ВД, розширюється в них і викидається в атмосферу. На валу ГТ ВД, крім компресора, розміщений електродвигунгенератор. Він виконує функції регулятора циклу ВД і пускового двигуна. Допоміжна камера згоряння забезпечує пуск агрегату, [а.с. ЧССР № 176765, МКИ F02C3/20, РЖ 49. Турбостроение, 1979, 11.49.97П]. Недоліком відомої блок-схеми є те, що енергії відпрацьованих газів недостатньо для виробництва електроенергії електродвигуном-генератором протягом усього технологічного циклу продукування азотної кислоти, тому електрозабезпечення відбувається тільки при мінімальній витраті повітря технологічним циклом, що знижує ефективність роботи схеми. Відома також газотурбінна технологічна установка, призначена для повітропостачання цехів по виробництву азотної кислоти, яка має у своєму складі осьовий компресор, турбіну, камеру згоряння, відцентровий нагнітач, редуктор, електродвигун, повітроохолоджувач, регулюючу та запобіжну арматуру. Повітря з атмосфери всмоктується осьовим компресором, стискається в останньому, охолоджується в повітроохолоджувачі, далі дотискається у нагнітачі, потім подається в технологію і, повертаючись у вигляді підігрітих хвостових газів, надходить в камеру згоряння, нагрівається і, змішуючись з продуктами горіння палива, утворює робоче тіло, що проходить до турбіни. У турбіні енергія нагрітого робочого тіла перетворюється в механічну роботу, яка витрачається на привід осьового компресора і нагнітача [О.М. Антонов Памятка машиністу газотурбинных установок. Агрохим, ЧПО "Азот", Черкассы: ЧФ НИИТЭХИМ, 1990]. Робота відомої газотурбінної технологічної установки недостатньо ефективна, оскільки хвостові гази, змішуючись з продуктами горіння палива, знижують параметри робочого тіла (температуру, тиск), і енергія останнього витрачається цілком на повітропостачання технології виробництва азотної кислоти (вентиляційний режим) чи розподіляється, при зменшенні споживання стиснутого повітря виробництвом, по залишковому принципу між нагнітанням повітря і приводом електродвигуна в генераторному режимі для виробництва електроенергії (енергетичний режим). Найбільш близьким до пропонованої корисної моделі по сукупності ознак є газотурбінна компресорна установка, призначена для повітропостачання цехів по виробництву азотної кислоти, яка має в своєму складі газотурбінний двигун, турбокомпресорний агрегат, що включає компресор і турбодетандер, підігрівач, редуктор, турбогенератор, регулятори витрат повітря на технологію і турбодетандер. Після розгону установки повітря надходить у газотурбінний двигун і турбокомпресор, стискується в останньому і подається в технологію виробництва. Стиснене повітря, повертаючись з технології у вигляді хвостових газів, додатково підігрівається в підігрівачі перед турбодетандером відпрацьованими газами газотурбінного двигуна і розширюється в турбодетандері. Отримана від розширення газів механічна робота створює додаткову потужність на валу турбокомпресора. Після запуску установки потужності газотурбінного двигуна і турбодетандера турбокомпресора розподіляються пропорційно на приводи компресора і турбогенератора. При зменшенні споживання повітря його витрата перерозподіляється між технологією і турбодетандером регуляторами. Редуктор узгоджує частоти обертання газотурбінного двигуна і турбогенератора [Патент UA, F02 С3/05 № 3764]. В відомій газотурбінній компресорній установці потрібне додаткове обладнання газотурбінний двигун для приводів турбокомпресора та турбогенератора, редуктор, а це збільшує експлуатаційні витрати, в тому числі на паливо і знижує ефективність установки. Задачею корисної моделі є підвищення ефективності роботи турбокомпресорної установки шляхом використання скидної теплоти стиснутого повітря після компресора утилізаційною 1 UA 106975 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 турбіною, яка виконана на одному валу турбокомпресора і створює додаткову потужність, що зменшує енергозатрати в електроприводі установки та виключає витрати палива на повітрозабезпечення технологічного процесу виробництва азотної кислоти. Поставлена задача вирішується тим, що в турбокомпресорній установці, яка має в своєму складі турбокомпресор, що включає компресор з турбодетандером, мультиплікатор, електродвигун, згідно з корисною моделлю турбокомпресор виконаний з паровою турбіною на низькокиплячому робочому тілі (НРТ), що розміщується на одному валу з компресором і турбодетандером, працює від парогенератора, який виробляє пар від теплоти повітря стиснутого компресором, пар розширюється паровою турбіною на НРТ, зріджується в конденсаторі, конденсат за допомогою насоса відводиться в парогенератор, створюючи цим замкнутий цикл на органічній речовині. Підвищення ефективності пропонованої турбокомпресорної установки досягається з допомогою включення в схему утилізаційної турбіни на НРТ, яка виробляє додаткову потужність. Це дозволяє утилізувати скидну теплоту стисненого повітря після компресора і зменшити експлуатаційні затрати на електропривод установки. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де показана пропонована конструктивна схема турбокомпресорної установки. Схема турбокомпресорної установки містить турбокомпресор 1, компресор 2, турбодетандер 3, парову турбіну на НРТ 4, мультиплікатор 5, електродвигун 6, парогенератор 7, конденсатор 8, насос циркуляційний 9. Турбокомпресорна установка згідно з схемою працює наступним чином. Запуск установки здійснюється електродвигуном 6, крутний момент від якого через мультиплікатор 5 передається на спільний вал турбокомпресора 1 і парової турбіни на НРТ 4. Повітря з атмосфери всмоктується компресором 2, стискається в останньому і через парогенератор 7 подається в технологію. З технології стиснене повітря повертається у вигляді підігрітих хвостових газів, проходить, розширюючись, турбодетандер 3 і видаляється в атмосферу. Енергія розширення хвостових газів створює потужність на валу турбодетандера 3, що використовується для приводу компресора 2. Збільшення потужності приводу пропонованої корисної моделі турбокомпресорної установки відбувається за допомогою включення до її складу парової турбіни на НРТ 4, яка виконана на одному валу з турбокомпресором 1. Рідке НРТ, що надходить в парогенератор 7, теплотою повітря, стисненого компресором 2, перетворюється на пар, який під тиском подається в парову турбіну на НРТ 4, де розширюється з виробництвом додаткової потужності, після чого проходить в конденсатор 8, зріджується в останньому, і, у вигляді рідкого НРТ, насосом циркуляційним 9 повертається до парогенератора 7. Мультиплікатор 5 узгоджує частоти обертання турбокомпресора 1, парової турбіни на НРТ 4 з електродвигуном 6. Утилізація скидної теплоти повітря, стиснутого компресором 2 паровою турбіною на НРТ 4, що включається до складу пропонованої турбокомпресорної установки дає можливість додаткового збільшення потужності приводу компресора 2 і зменшення навантаження на електропривод і дозволяє уникнути витрат на паливо, які присутні при використанні технологічних газотурбінних установок. Це знижує експлуатаційні затрати при повітрозабезпеченні технології виробництва азотної кислоти. Установка, що заявляється, може бути виготовлена в умовах серійного виробництва з використанням наявного устаткування і технологічного циклу. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 Турбокомпресорна установка, яка має в своєму складі турбокомпресор, що включає компресор з турбодетандером, мультиплікатор, електродвигун, яка відрізняється тим, що турбокомпресор виконаний з паровою турбіною на низькокиплячому робочому тілі (НРТ), остання розміщується на одному валу з компресором і турбодетандером, працює від парогенератора, який виробляє пар від теплоти повітря, стиснутого компресором, пар розширюється паровою турбіною на НРТ, зріджується в конденсаторі, конденсат за допомогою насоса відводиться в парогенератор, створюючи цим замкнутий цикл на органічній речовині. 2 UA 106975 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3