СИСТЕМА ВЫХЛОПА И УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛА ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК

Система выхлопа и утилизации тепла выхлопных газов газотурбинных установок относиться к области машиностроения промышленности и энергетики и может быть использована при создании новых или реконструкции действующих установок, например, газоперекачивающих агрегатов, где в качестве силового привода применяются газотурбинные двигатели.
Известны системы выхлопа и утилизации тепла выхлопных газов газотурбинных установок, включающие элементы газохода (выхлопного тракта), расположенные последовательно, глушитель шума выхлопа, а над ним теплообменник утилизации тепла, объединенные в систему посредством промежуточных звеньев (переходников, диффузоров), необходимость в которых обусловлена различием геометрических параметров и форм основных элементов, как например, на газоперекачивающем агрегате ГПА-16 «Волга» Сумского НПО им. М.В.Фрунзе, «Газоперекачивающие агрегаты, компрессорные станции и установки для газовой и нефтяной промышленности» РВА «Комп'ютернi Системи», 1999, Украина,.» «Информация сектора РНТИ ОАО «НПО им. М.В.Фрунзе» (см. приложение).
Известна так же система выхлопа и утилизации тепла выхлопных газов газотурбинной установки Сумского НПО им. М.В.Фрунзе для газоперекачивающих агрегатов типа ГПА-Ц25-НК (черт. и спецификация 308.0000.000, см. приложение), так же содержащий элементы газохода (выхлопного тракта), расположенные последовательно, глушитель шума выхлопа, а над ним теплообменник утилизации тепла. В его выхлопном тракте так же системы утилизации тепла выхлопа отработавших газов расположены после глушителя на большой высоте, это требует высотных площадок для обслуживания, что усложняет обслуживание теплообменников в непогоду и при низких температурах.
Основными недостатками известных систем выхлопа и утилизации тепла выхлопных газов газотурбинных установок являются неудобство эксплуатации, обусловленное высотными отметками расположения теплообменных аппаратов утилизатора, что, в свою очередь, вызвано принципами компоновки системы в целом, большой металлоемкостью металлоконструкций, трубопроводов, площадок обслуживания, лестниц и ограждений, соответствующих расположению обслуживаемых в эксплуатации узлов, снижение тепловой эффективности утилизатора.
Наиболее близким аналогом является система выхлопа и утилизации тепла выхлопных газов газотурбинной установки по патенту РФ на изобретение №2 208184 С1 от 22.11.2001 МПК F 04 D 25/02, «Газоперекачивающая станция», содержащая, присоединенные непосредственно к шумоглушащему контейнеру и соединенные последовательно, переходник, запорное устройство, диффузор, утилизатор тепла, конфузор, трубу выхлопную, погодный колпак.
В устройстве данной системы, наиболее тяжелые элементы газовыхлопного тракта опущены ближе к фундаментам, что повысило устойчивость системы в целом.
Расположение утилизаторов на большой высоте, продиктованное компоновкой выхлопного тракта, предполагает подвод труб прямой и обратной воды на эту же высоту, что приводит к потерям тепла, снижению эффективности теплосъема системы. По пути к утилизатору, выхлопные газы теряют часть своей энергии, проходя, через расположенные перед ним глушитель шума, переходники и диффузоры, необходимые для совмещения стыковочных узлов отдельных элементов в силу различия габаритов и сечений газового тракта в каждом из них. Неизбежны и повышенные аэродинамические потери в выхлопном тракте, обусловленные тем, что проходящие через глушитель шума, например, выхлопные газы имеют максимальный объем и, следовательно, максимальную скорость потока, большую чем после теплообменника.
Задачей предлагаемого технического решения является создание системы выхлопа с утилизатором, с повышенной тепловой эффективностью и с меньшей, по сравнению с аналогами, металлоемкостью металлоконструкций, удобным в эксплуатации.
Поставленная задача достигается за счет того, система выхлопа и утилизации тепла выхлопных газов газотурбинных установок, включает газоход, глушитель шума выхлопа, утилизатор тепла, при этом, проточная часть корпуса утилизатора выполнена в виде диффузора, соединяющего газоход с глушителем шума выхлопа, расположенным непосредственно над утилизатором.
Сущность предложенного технического решения заключается в том, что теплообменные аппараты размещены в корпусе утилизатора, являющемся одновременно диффузором, соединяющим участок газохода от двигателя с глушителем шума. Таким образом, они расположены первыми по потоку выхлопных газов от двигателя, чем обеспечивается свободный доступ для обслуживания и ремонта, минимизация опорных металлоконструкций, площадок, длин трубопроводов холодной и горячей воды, повышение теплоэффективности, снижение аэродинамических потерь. При этом выхлопные газы, отдав часть своей энергии в начале потока (в утилизаторе), уменьшаются в объеме и, соответственно теряют скорость, при этом снижаются аэродинамические потери на выхлопе, увеличивается эффективность работы всей системы.
На фиг.1 изображена система выхлопа и утилизации тепла выхлопных газов газотурбинных установок, где: утилизатор тепла 1 - корпус с теплообменниками (не показаны на чертеже), газоход 2, площадка обслуживания 3, лестницы 4, глушитель шума выхлопа 5, переходник 6, дымовая труба 7, защитный погодный зонт 8, комплект арматуры 9 управления (краны, задвижки).
Предлагаемая система выхлопа и утилизации тепла выхлопных газов газотурбинных установок состоит из утилизатора тепла - 1, содержащего корпус, который одновременно выполняет функции диффузора, и теплообменники, расположенные внутри проточной части корпуса 1. Утилизатор тепла смонтирован непосредственно на газоходе отвода газов 2 от двигателя. К нему примыкают площадка 3 для обслуживания с лестницей 4. Над утилизатором тепла расположен глушителя шума 5 и переходник 6, как соединительное звено между глушителем и дымовой трубой 7 с защитным (погодным) зонтом 8 в верхней части. Под площадкой обслуживания, на высоте, обеспечивающей доступ с уровня земли, расположен комплект арматуры (краны, задвижки) 9 управления утилизатором тепла. Устройство работает следующим образом.
Горячие выхлопные газы от двигателя по газоходу 2 поступают непосредственно на вход утилизатора тепла 1, проточная часть корпуса которого выполняет функции диффузора, и, проходя через его теплообменные аппараты, отдают часть содержащейся в них энергии теплоносителю, например, воде. Отдав часть энергии и, следовательно, охлажденные, имеющие меньший объем, меньшую скорость прохождения через сечение глушителя, выхлопные газы поступают в глушитель шума выхлопа 5, смонтированный на верхнем фланце утилизатора 1, что определяет меньшее аэродинамическое сопротивление в глушителе и далее в выхлопном тракте.
После глушителя поток газов, через переходник 6, преобразующий прямоугольный поток в круглый, по трубе 7 выбрасывается в атмосферу. Зонт 8 предотвращает попадание атмосферных остатков в выхлопную трубу.
Трубопровод прямой и обратной воды (теплоносителя) вместе с арматурой 9, образуют систему управления и контроля работы утилизатора.