ПОДОГРЕВАТЕЛЬ-КАПЛЕУЛОВИТЕЛЬ С СИСТЕМОЙ ОРОШЕНИЯ И ПРОМЫВКИ

Полезная  модель  относится  к оборудованию, применяемому  в  энергетике, в частности в блочно-модульных электростанциях по технологии органического цикла Ренкина, газотурбинных и парогазовых установках, газоперекачивающих агрегатах  на магистральных газопроводах. Подогреватель-каплеуловитель с системой орошения и промывки предназначен для эффективного  удаления из  воздуха капельной  влаги  и  снега, а также  для подогрева  или охлаждения воздуха, подаваемого в  компрессор газовой турбины, при чем подогрев воздуха может осуществляться за счет вторичного  тепла, а охлаждение за счет впрыска обессоленной воды.
Из  опыта  эксплуатации  газотурбинных  установок  известно, что  при температурах  атмосферного  воздуха  в  диапазоне  -5..+5°С  создаются  условия  для  обледенения  входной  части  воздушного тракта  компрессора, также  известно, что недостаточная  защита  воздушных  фильтров  от  осадков  приводит  к  снижению  ресурса  фильтрующих  элементов  и  росту  аэродинамического  сопротивления  воздухоочистительных  устройств, что в свою  очередь приводит  к  снижению  КПД  газотурбинных  установок  и  перерасходу  топлива.
В период сильных (залповых) снегопадов, на первой ступени очистки комплексного воздухоочистительного устройства, создаются снежные заносы, которые полностью перекрывают поток воздуха в компрессор. Эксплуатирующей организации приходиться либо останавливать газовую турбину, либо открывать байпасные клапаны в обход системы фильтрации. Если этого не делать, то произойдет разрушение фильтрующих  элементов.
Для  предотвращения  обледенения  проточной  части  применяют  системы  подогрева  воздуха  на  входе  в  установку  за  счет  подмешивания  горячего  воздуха, отбираемого за  ступенями  компрессора. Указанное  техническое  решение  снижает  КПД  газотурбинной  установки  в  период  работы  антиобледенительной  системы и не обеспечивает защиту от сильных (залповых) снегопадов.
Из  опыта  эксплуатации  газотурбинных  установок  известно, что  в  периоды  высоких температур  атмосферного  воздуха  происходит  снижение  КПД  и  мощности  газовой  турбины.
Таким образом, актуальной  является  задача  разработки  комплексных технических  решений  для   регулирования  температуры  воздуха и  защиту фильтров  от  атмосферных  осадков  во  всем   диапазоне  климатических  условий  эксплуатации  газотурбинных  установок.
Из существующего  уровня техники известен подогреватель-каплеуловитель,  характеризующийся  тем, что  он  включает: обогреваемый жидким теплоносителем  парогенератор, представляющий из себя кожухотрубчатый теплообменник с кипением  органического рабочего тела внутри корпуса на  поверхности  теплообменных труб, по которым  циркулирует горячий  жидкий  теплоноситель, проток которого  регулируется  клапаном теплоносителя, приваренным  к  вваренному в крышку входной камеры  жидкого теплоносителя патрубку  входа теплоносителя в парогенератор с одной стороны и к подающему трубопроводу теплоносителя с другой стороны; запорный клапан теплоносителя, приваренный к обратному трубопроводу теплоносителя с одной стороны и к вваренному в крышку выходной камеры  жидкого теплоносителя патрубку  выхода теплоносителя из парогенератора с другой стороны; приваренный к верхней части парогенератора патрубок отвода пара органического рабочего тела, к которому  приварен запорный паровой клапан; приваренный  к  запорному  паровому клапану  паропровод, по которому   пар  органического рабочего тела  поднимается  к  раздающему  паровому  коллектору, в который  вварен второй  конец  указанного паропровода; раздающий  паровой  коллектор,  в который вварены  патрубки ввода пара  в  верхние коллектора  теплообменников; теплообменники  подогрева  воздуха, каждый из которых состоит  из  вертикального пучка  оребренных  труб  вваренных  в  верхний  коллектор, в который подводится  пар  органического рабочего тела, с одной стороны и  в  нижний  коллектор, в который  стекает  жидкое  органическое рабочее тело, с другой стороны; опорные рамы, вставленные в проем канала подвода воздуха, в которых закреплены  теплообменники  подогрева  воздуха  и установленные после указанных теплообменников по ходу  воздуха жалюзийные каплеуловители  с  вертикальным  расположением  жалюзи; патрубки отвода  жидкого органического рабочего тела,  вваренные  в  нижние  коллектора  теплообменников с одной  стороны,  и в  сборный коллектор  жидкого  органического рабочего тела  с  другой стороны; трубопровод  жидкого органического рабочего тела,  приваренный  к   сборному коллектору  жидкого  органического рабочего тела,  с  одной  стороны  и  к запорному  клапану  жидкого органического рабочего тела с другой стороны;  приваренный к запорному  клапану  жидкого органического рабочего тела патрубок  ввода  жидкого  органического рабочего тела, который  с  другой  стороны  вварен  в корпус  парогенератора  (RU 195474U1 опубликовано 29.01.2020 г.).
Недостатками  данного  технического  решения  являются:
отсутствие  системы  охлаждения  воздуха;
отсутствие  системы  промывки  поверхности  теплообменника.
Из существующего  уровня техники известен газотурбинный газоперекачивающий агрегат компрессорной станции магистрального газопровода, содержащий газотурбинную установку с компрессором, камерой сгорания, газовой турбиной и испарительным охладителем, установленным перед компрессором газотурбинной установки и снабженным питающим устройством, камерой сбора воды и охлаждающими элементами, расположенными в проточном канале воздушного потока и состоящими из вертикальных охлаждающих пластин с гидрофильным покрытием, к которым посредством питающего устройства подводится вода, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен водяным газоохладителем, воздушным теплообменником с вентиляторами, установкой химводоочистки, при этом камера сбора воды испарительного охладителя связана трубопроводом охлажденной воды, в который подается дополнительно подпиточная вода из установки химводоочистки, с входом водяного газоохладителя, выход которого соединен трубопроводом подогретой воды с воздушным теплообменником и через трубопровод впрыска с питающим устройством испарительного охладителя (RU 2662009 С1 опубликовано 23.07.2018 г.).
Недостатком  данного  технического  решения  являются то, что испарительный охладитель создает дополнительное гидравлическое сопротивление  потоку  воздуха, всвязи с чем снижается мощность и КПД газотурбинной установки.
Задачей, для решения которой предназначена заявляемая полезная модель,  является  создание  технологичного,  энергоэффективного  и  надежного  комплексного устройства  для регулирования  температуры воздуха,  позволяющего  осуществлять  равномерный  нагрев  воздуха  на  входе  в  компрессор  ГТУ  за  счет  вторичного  тепла, эффективную  защиту  фильтров  от  осадков, эффективное  охлаждение  воздуха  в  период  высоких  температур  и  автоматизированную  промывку  наружной  поверхности  теплообмена.
Данная задача решается за счет того, что подогреватель-каплеуловитель с системой орошения и промывки,  включает:
обогреваемый жидким теплоносителем  парогенератор, представляющий из себя кожухотрубчатый теплообменник с кипением  органического рабочего тела внутри корпуса на  поверхности  теплообменных труб, по которым  циркулирует горячий  жидкий  теплоноситель, проток которого  регулируется  клапаном теплоносителя, приваренным  к  вваренному в крышку входной камеры  жидкого теплоносителя патрубку  входа теплоносителя в парогенератор с одной стороны и к подающему трубопроводу теплоносителя с другой стороны;
запорный клапан теплоносителя, приваренный к обратному трубопроводу теплоносителя с одной стороны и к вваренному в крышку выходной камеры  жидкого теплоносителя патрубку  выхода теплоносителя из парогенератора с другой стороны;
приваренный к верхней части парогенератора патрубок отвода пара органического рабочего тела, к которому  приварен запорный паровой клапан;
приваренный  к  запорному  паровому клапану  паропровод, по которому   пар  органического рабочего тела  поднимается  к  раздающему  паровому  коллектору, в который  вварен второй  конец  указанного паропровода;
раздающий  паровой  коллектор,  в который вварены  патрубки ввода пара в  паровые коллектора  теплообменников, представляющие из себя змеевики, образованные сваренными под углом прямолинейными участками труб;
установленные в воздухозаборном окне комплексного воздухоочистительного устройства теплообменники  подогрева  воздуха, каждый из которых состоит  из  горизонтального пучка  оребренных  труб  вваренных  в  паровой  коллектор, в который подводится  пар  органического рабочего тела, с одной стороны и      конденсатный коллектор, представляющий из себя змеевик, образованный сваренными под углом прямолинейными участками труб,  в который  стекает  жидкое  органическое рабочее тело, с другой стороны;
установленные после указанных теплообменников по ходу  воздуха жалюзийные каплеуловители  с  вертикальным  расположением  жалюзи;
патрубки отвода  жидкого органического рабочего тела,  вваренные  в    конденсатные коллектора   теплообменников с одной  стороны,  и в  сборный коллектор  жидкого  органического рабочего тела  с  другой стороны;
установленный  под  теплообменниками и каплеуловителями сборный  лоток, с днищем, имеющим выпуск стоков и обогреваемым жидким  органическим рабочим телом, циркулирующим в  трубах, закрепленных под днищем сборного лотка и ввареных с одного конца в  коллектор  жидкого  органического рабочего тела и в нижний коллектор сбора жидкого  органического рабочего тела;
трубопровод  жидкого органического рабочего тела,  приваренный  к   нижнему коллектору сбора жидкого  органического рабочего тела,  с  одной  стороны  и  к запорному  клапану  жидкого органического рабочего тела с другой стороны;
приваренный к запорному  клапану  жидкого органического рабочего тела патрубок  ввода  жидкого  органического рабочего тела, который  с  другой  стороны  вварен  в корпус  парогенератора;
систему орошения и промывки теплообменников, состоящую  из:
бака  обессоленной  воды, соединенного  через  выпускной  патрубок  с закрепленным на нем  запорным клапаном, с  трубопроводом  орошения;
бака  моющего  раствора, соединенного  через  выпускной  патрубок  с закрепленным на нем  запорным клапаном, с  трубопроводом  орошения;
насоса  орошения, соединенного  по  входу  через  фильтр  и  запорный клапан  с  трубопроводом  орошения и соединенного по выходу  через  запорный  клапан  с  коллектором  орошения;
байпасную  линию  с  запорным  клапаном  установленную  между  с  коллектором  орошения  и  трубопроводом  орошения;
коллектор  орошения, с установленным  на  нем  в  верхней  точке  воздушником, соединенный  с  рампами  орошения;
рампы  орошения, представляющие  из  себя  прямолинейные  трубы, заглушенные с одного  конца, установленные  над  пучками  теплообменных  труб  с  вваренными  в  указанные  трубы  форсунками  орошения.
Регулирующий  клапан  теплоносителя может быть прикреплен к  патрубку  входа теплоносителя с одной стороны и к подающему трубопроводу теплоносителя с другой  стороны  фланцевыми соединениями.
Запорный клапан теплоносителя  может быть прикреплен к  обратному трубопроводу теплоносителя с одной стороны и к патрубку  выхода теплоносителя с другой стороны фланцевыми соединениями.
Техническими результатами, обеспечиваемыми приведенной совокупностью признаков  являются:  увеличение  КПД ГТУ  во  всем   диапазоне  климатических  условий  эксплуатации  газотурбинных  установок, защита  проточной части  от обледенения  и осадков; увеличение  срока  службы  фильтров  за счет  эффективной  защита    от  снега  и  капельной  влаги, которая  обеспечивается  дополнительной  сепарацией  осадков  на  оребренных  трубах  теплообменников; снижение  расхода  топлива  на  подогрев  воздуха  на  входе  в ГТУ за  счет  использования  вторичного  тепла, в частности,  тепла утилизаторов  блочно-модульных электростанций по технологии органического цикла Ренкина, снижение  затрат  на обслуживание комплексного воздухоочистительного устройства за счет автоматизированной системы промывки наружной поверхности  теплообменников.
Сущность  полезной  модели  поясняется  чертежами  (Фигура 1, Фигура 2), на которых  изображен  подогреватель-каплеуловитель с системой орошения и промывки.
подогреватель-каплеуловитель с системой орошения и промывки,  включает:
обогреваемый жидким теплоносителем  парогенератор 1, представляющий из себя кожухотрубчатый теплообменник с кипением  органического рабочего тела внутри корпуса на  поверхности  теплообменных труб, по которым  циркулирует горячий  жидкий  теплоноситель, проток которого  регулируется  клапаном теплоносителя 2, приваренным  к  вваренному в крышку входной камеры  жидкого теплоносителя патрубку  входа теплоносителя в парогенератор с одной стороны и к подающему трубопроводу теплоносителя с другой стороны;
запорный клапан теплоносителя 3, приваренный к обратному трубопроводу теплоносителя с одной стороны и к вваренному в крышку выходной камеры  жидкого теплоносителя патрубку  выхода теплоносителя из парогенератора с другой стороны;
приваренный к верхней части парогенератора патрубок отвода пара органического рабочего тела 4, к которому  приварен запорный паровой клапан 5;
приваренный  к  запорному  паровому клапану  паропровод 6, по которому   пар  органического рабочего тела  поднимается  к  раздающему  паровому  коллектору 7, в который  вварен второй  конец  указанного паропровода;
раздающий  паровой  коллектор 7,  в который вварены  патрубки ввода пара 8 в  паровые коллектора 9 теплообменников 10, представляющие из себя змеевики, образованные сваренными под углом прямолинейными участками труб;
установленные в воздухозаборном окне комплексного воздухоочистительного устройства теплообменники  подогрева  воздуха 10, каждый из которых состоит  из  горизонтального пучка  оребренных  труб  вваренных  в  паровой  коллектор 9, в который подводится  пар  органического рабочего тела, с одной стороны и      конденсатный коллектор, представляющий из себя змеевик 11, образованный сваренными под углом прямолинейными участками труб,  в который  стекает  жидкое  органическое рабочее тело, с другой стороны;
установленные после указанных теплообменников по ходу  воздуха жалюзийные каплеуловители  12 с  вертикальным  расположением  жалюзи;
патрубки отвода  жидкого органического рабочего тела 13,  вваренные  в    конденсатные коллектора  11 теплообменников 10 с одной  стороны,  и в  сборный коллектор  жидкого  органического рабочего тела 14  с  другой стороны;
установленный  под  теплообменниками и каплеуловителями сборный  лоток 15, с днищем, имеющим выпуск стоков 16 и обогреваемым жидким  органическим рабочим телом, циркулирующим в  трубах 17, закрепленных под днищем сборного лотка 15 и ввареных с одного конца в  коллектор  жидкого  органического рабочего тела 14 и в нижний коллектор сбора жидкого  органического рабочего тела 18;
трубопровод  жидкого органического рабочего тела 19,  приваренный  к   нижнему коллектору сбора жидкого  органического рабочего тела 18,  с  одной  стороны  и  к запорному  клапану  жидкого органического рабочего тела 20 с другой стороны;
приваренный к запорному  клапану  жидкого органического рабочего тела патрубок  ввода  жидкого  органического рабочего тела 21, который  с  другой  стороны  вварен  в корпус  парогенератора 1;
систему орошения и промывки теплообменников, состоящую  из:
бака  обессоленной  воды 22, соединенного  через  выпускной  патрубок  с закрепленным на нем  запорным клапаном 23, с  трубопроводом  орошения 24;
бака  моющего  раствора 25, соединенного  через  выпускной  патрубок  с закрепленным на нем  запорным клапаном 26, с  трубопроводом  орошения 24;
насоса  орошения 27, соединенного  по  входу  через  фильтр  и  запорный клапан 28 с  трубопроводом  орошения 24 и соединенного по выходу  через  запорный  клапан 29  с  коллектором  орошения 30;
байпасную  линию  с  запорным  клапаном 31  установленную  между  коллектором  орошения  30 и  трубопроводом  орошения 24;
коллектор  орошения 30, соединенный  с  рампами  орошения 32;
рампы  орошения 32, представляющие  из  себя  прямолинейные  трубы, заглушенные с одного  конца, установленные  над  пучками  теплообменных  труб  с  вваренными  в  указанные  трубы  форсунками  орошения 33.
Подогреватель-каплеуловитель с системой орошения и промывки работает следующим образом.
При  атмосферных  условиях, создающих риски  обледенения  проточной  части  или  заноса фильтров  снегом,  в трубный  пучок парогенератора 1 путем  открытия клапана 2 из  подающего трубопровода 3 поступает горячий  жидкий  теплоноситель, при этом  для  обеспечения протока  теплоносителя одновременно с  открытием клапана 2 открывается клапан 3, что обеспечивает течение теплоносителя в обратный трубопровод. Одновременно с клапанами 2 и 3 открываются клапаны 5 и  20, что обеспечивает  восходящее  движение  пара  органического  рабочего  тела, образующегося  при  кипении на  поверхности  труб  парогенератора 1, обогреваемых  жидким  теплоносителем, по трубопроводу 6 и сток  жидкого  органического рабочего тела в корпус  порогенератора 1 по трубопроводу 19. Пар из  паропровода 6  поступает  в    раздающий  паровой  коллектор 7, в  котором  распределяется  по  теплообменникам 10. Внутри  горизонтальных трубных  пучков  теплообменников 10  пар  органического  рабочего  тела  в  процессе конденсации  отдает тепло  воздуху, омывающему  оребренные трубы  с  наружной  стороны, при этом  в  каналах  оребрения  происходит  плавление снега и укрупнение капель влаги, которые падают  в сборный  лоток 15, откуда далее дренируются  наружу через выпуск 16. Более  мелкие капли, уносимые  воздухом, задерживаются каплеуловителями 12,  и также стекают по вертикальным жалюзи сборный  лоток 15. Сконденсировавшееся  внутри  труб  теплообменника 10  органическое  рабочее тело стекает  в   сборный коллектор  11 и далее через патрубок  13 в коллектор 14. Далее теплый  конденсат органического рабочего тела стекает в трубы 17, проходя по которым в нижний коллектор 18 обогревает днище лотка 15. Далее конденсат по трубопроводу 19 и патрубку 20   поступает  корпус  парогенератора 1.
Регулирование  давления  внутри  корпуса  парогенератора 1, а также  тепловой  мощности  подогревателя  осуществляется  за  счет  управления  расходом  жидкого теплоносителя  через  парогенератор 1  посредством  изменения  степени  открытия  регулирующего  клапана 2.
Для  отключения  режима  антиобледенения  клапаны  2, 3, 5, 20  закрываются.
При  высоких  температурах  атмосферного  воздуха  может быть включена  система орошения.
Для этого  заполняют  обессоленной  водой  бак  22, открывают  клапаны 23, 28, 29 и включают  насос  27. Обессоленная  вода  нагнетается  насосом  27  в  коллектор 30  и  рампы  32  и  распыляется  на  трубные  пучки  теплообменников 10. Стекая  по  оребрению  трубных  пучков,  пленка  воды  охлаждает  потоки  воздуха. Дополнительное  охлаждение  воздуха  обеспечивают  капли  и струйки  воды, стекающие  с  поверхности  оребрения. Мелкие капли, уносимые  воздухом, оседают  на  каплеуловителе  12. Стоки  воды  собираются  в  лотке  15  и  могут  быть направлены  на  очистку  с  возвратом в  бак  22.
Для  периодической  промывки  наружных  поверхностей  теплообмена  бак  25  заполняют  моющим  раствором  и  далее  по  вышеописанной  процедуре  направляют  на  орошение  поверхностей  теплообмена.
Остатки  раствора  смывают  технической  водой, наливаемой  в  бак  25  после  откачки  моющего  раствора.