ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к области термодинамики, а именно к газотурбинным установкам с глубокой утилизацией теплоты уходящих газов.
Известны газотурбинные установки (ГТУ), использующие теплоту уходящих газов с помощью утилизационных систем, расположенных у входа выхлопной трубы (Поршаков Б.П. Газотурбинные установки для транспорта газа и бурения скважин. - М: Недра, 1982. - 184 с.).
Утилизационные системы ГТУ применяются для различных технологических нужд, в частности, в воздухоподогревателях - регенераторах ГТУ для предварительного подогрева сжатого воздуха осевого компрессора перед входом в камеру сгорания ГТУ с целью повышения КПД и снижения расхода топлива ГТУ и в противообледенительных системах ГТУ.
Однако применяемые на компрессорных станциях газовой отрасли утилизационные устройства к ГТУ, например, для теплофикации прилегающей инфраструктуры производства, обеспечивают отбор всего 7-12% общего количества подлежащего утилизации теплоты уходящих газов.
Неглубокая степень утилизации теплоты уходящих газов газотурбинных установок, находящихся в эксплуатации, объясняется ухудшением технических характеристик утилизационных систем ГТУ, повышением гидравлических сопротивлений на выходе газовой турбины, где устанавливаются утилизационные системы, что приводит к снижению мощности ГТУ до 3% и выше.
В тоже время увеличение степени утилизации теплоты уходящих газов с приближением к предельным значениям 55-65% относительно всей тепловой мощности камеры сгорания ГТУ приводит к значительному ухудшению характеристик и нарушению работы ГТУ.
Также известны ГТУ, предусматривающие перевод безрегенеративных ГТУ на регенеративный цикл, применение утилизационных теплообменных аппаратов для теплофикации прилегающей инфраструктуры производства или котлов-утилизаторов для выработки перегретого пара и привода паровой турбины (Поршаков Б.П. Газотурбинные установки для транспорта газа и бурения скважин. - М: Недра, 1982. - с.132-154), Никишин В.И. Энергосберегающие технологии в трубопроводном транспорте природных газов. - М: Нефть и газа, 1998. - с.109-140, Поршаков Б.П. и др. Энергосберегающие технологии при магистральном транспорте природного газа. - М: МПА-ПРЕСС, 2006. - . с.207-276).
В перечисленных установках количество отбираемой теплоты уходящих газов значительно превышает общее количество теплоты уходящих газов, возможного для утилизации. Специфическая особенность ГТУ заключается в больших потерях теплоты с уходящими газами, которые достигают 55-65% относительно всей тепловой мощности камеры сгорания ГТУ.
Общим недостатком известных систем утилизации теплоты уходящих газов ГТУ является снижение надежности и безопасности работы ГТУ.
Кроме того, имеет место нестабильная работа турбокомпрессора ГТУ, повышение температуры продуктов сгорания на выходе из газовой турбины с возрастанием гидравлического сопротивления утилизационных систем.
Из известных газотурбинных установок наиболее близкой к предлагаемой является газотурбинная установка, содержащая газотурбинный двигатель с полезной нагрузкой и утилизационную систему, к выходу которой подключена выхлопная труба (Поршаков Б.П. и др. Энергосберегающие технологии при магистральном транспорте природного газа. - М: МПА-ПРЕСС, 2006. - с.312).
Недостатком известной установки является отбор всего 7-12% общего количества подлежащей утилизации теплоты уходящих газов ГТУ, так как дальнейшее увеличение количества подлежащей утилизации теплоты технически невозможно. Кроме того, за счет возрастания противодавления на выходе газовой турбины ГТУ происходит ухудшение ее характеристик и нарушение нормальной работы.
Задачей полезной модели является создание установки, обеспечивающей увеличение степени утилизации теплоты уходящих газов ГТУ при одновременном обеспечении надежной и безопасной работы ГТУ. В результате решения этой задачи создаются условия для роста энергосберегающей технологии в топливно-энергетическом комплексе за счет использования теплоты для технологических нужд производства и теплофикации прилегающей к компрессорной станции инфраструктуры.
Поставленная задача достигается тем, что газотурбинная установка, содержащая газотурбинный двигатель с полезной нагрузкой и утилизационную систему, к выходу которой подключена выхлопная труба, согласно полезной модели, снабжена установленным на выходе газотурбинного двигателя вытяжным устройством, подсоединенным к входу утилизационной системы.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема предлагаемого устройства.
ГТУ содержит газотурбинный двигатель 1 для привода полезной нагрузки 2, в качестве которой может быть использован центробежный компрессор для сжатия природного газа, центробежный насос для компримирования нефти и транспортировки по нефтепроводу или воды для закачки воды в пласт через нагнетательные скважины, а также для привода электрогенератора. На выходе газотурбинного двигателя 1 установлено вытяжное устройство 3 в виде газодувки (дымососа), подсоединенное к утилизационной системе 4, установленной на входе выхлопной трубы 5.
Мощность вытяжного устройства 3 определяют в зависимости от противодавления, развиваемого утилизационной системой 4, и расхода уходящих газов ГТУ.
Установка работает следующим образом.
При работе ГТУ газотурбинный двигатель 1 выпускает продукты сгорания - дымовые газы. Для обеспечения нормальной, безопасной работы ГТУ дымовые газы проходят через вытяжное устройство - газодувку 3, затем поступают в утилизационное устройство 4 и через дымовую трубу 5 направляются в атмосферу.
дым.
утил.,
Вытяжное устройство 3 обеспечивает нормальную работу ГТУ совместно с полезной нагрузкой, например, газовым центробежным нагнетателем 2. Для этого вытяжное устройство 3 подбирают таким образом, чтобы его основная характеристика - напор - ΔР численно равнялся гидравлическому сопротивлению утилизационного устройства 5 - ΔР соответствующего максимальному отбору теплоты отработанных дымовых газов.
Таким образом, вытяжное устройство 3 создает напор по величине, численно равной противодавлению, создаваемому утилизационной системой 4, благодаря чему на выходе ГТУ не создается противодавление и она работает в нормальном, безопасном режиме.
Предлагаемая газотурбинная установка позволяет:
- повысить степень утилизации теплоты уходящих газов до предельных значений 55-65% всей тепловой мощности газотурбинной установки без ухудшения ее характеристик и работоспособности,
- устанавливать в качестве утилизационных устройств теплообменные аппараты для теплофикации прилегающей инфраструктуры производства и жилбытового сектора, для подсобных хозяйств или котлов-утилизаторов для выработки перегретого пара и привода паровой турбины, для безрегенеративных газотурбинных установок перевод их на регенеративный цикл,
- проводить глубокую утилизацию без создания противодавления на выходе газотурбинной установки.