ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩЕГО АГРЕГАТА С АНТИОБЛЕДЕНИТЕЛЬНЫМ УСТРОЙСТВОМ
GAS TURBINE UNIT OF GAS PUMPING UNIT WITH ANTI-ICED DEVICE

Изобретение относится к энергетическим установкам, а точнее к газотурбинным установкам газоперекачивающих агрегатов.
Обледенение входного тракта газотурбинной установки (ГТУ) возникает при температурах атмосферного воздуха от 5 до -5°С, особенно при его высокой влажности. При обледененении входного направляющего аппарата опасно возникновение вибрационных напряжений в рабочих лопатках перовой ступени компрессора и опасность возникновения помпажа.
Известна антиобледенительная система газотурбинного двигателя, в котором на вход компрессора поступает нагретый воздух, подаваемый из теплового укрытия газотурбинной установки (Патент РФ №190359, F02C 7/047, 17.01.2018). Недостатком этой системы является ее невысокая эффективность, связанная с тепловыми потерями из-за необходимости подогрева холодного атмосферного воздуха в тепловом укрытии системой теплоснабжения.
Известна антиобледенительная система входного устройства газоперекачивающего агрегата (ГПА) с газотурбинным двигателем (Патент РФ №174364, F02C 7/047, 21.07.2016). Выхлопные газы из выхлопной шахты эжектируются сжатым воздухом, подаваемым в эжектор из осевого компрессора, а газовоздушная смесь нагревает в теплообменнике цикловой Уч. №01-11/КИ-Б/634 воздух и сбрасывается в атмосферу, не попадая в проточную часть компрессора. Недостатками этой системы является снижение мощности ГПА за счет отбора сжатого воздуха из осевого компрессора.
Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является антиобледенительная система ГТУ, в которой для подогрева циклового воздуха, поступающего в компрессор, используется автономный паровой котел (рис. 5.7 стр. 129 С.В. Цанев, В.Д. Буров, А.Н. Ремизов. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций. - М.: «МЭИ», 2002.). Недостатком этой антиобледенительной системы является снижение экономичности ГПА за счет увеличения удельного расхода топлива на автономный паровой котел. Это техническое решение принято в качестве прототипа к предлагаемому изобретению.
Целью заявляемого изобретения является повышение эффективности работы воздухоочистительной установки при температурах воздуха в диапазоне от 5 до -5°С и исключение образование наледи на лопатках компрессора газоперекачивающего агрегата.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы газоперекачивающего агрегата, исключающего образование наледи в воздухоочистительной установке (ВОУ) и в осевом компрессоре газотурбинной установки за счет впрыска перегретого пара в поток циклового воздуха перед ВОУ.
Поставленная цель и технический результат достигаются тем, что газотурбинная установка газоперекачивающего агрегата с антиобледенительным устройством содержит воздухоочистительное устройство и газоперекачивающий агрегат с осевым компрессором, камерой сгорания, компрессорной газовой турбиной и нагнетателем, приводимым силовой газовой турбиной, которая связана по продуктам сгорания с атмосферой через выхлопную трубу, при чем на входе воздухоочистительного устройства установлено впрыскивающее устройство антиобледенительной системы, связанное паропроводом перегретого пара с Уч. №01-11/КИ-Б/634 парогенератором, который размещен в выхлопной трубе силовой газовой турбины, а на вход парогенератора питательным насосом подается химически очищенная вода из химводоочистки.
На фиг. 1 изображена схема газоперекачивающего агрегата с антиобледенительной системой, где 1 - воздухоочистительное устройство, 2 - осевой компрессор, 3 - камера сгорания, 4 - компрессорная газовая турбина, 5 - силовая газовая турбина, 6 - нагнетатель, 7 - химводоочистка, 8 - питательный насос, 9 - выхлопная труба, 10 - парогенератор, 11 - паропровод перегретого пара, 12 - впрыскивающее устройство антиобледенительной системы.
Газотурбинная установка газоперекачивающего агрегата с антиобледенительным устройством работает следующим образом. При работе газоперекачивающего агрегата при температурах атмосферного воздуха от 5 до -5°С, в цикловой воздух, входящий в воздухоочистительное устройство 1 через впрыскивающие устройства антиобледенительной системы 12 впрыскивается перегретый пар, подводимый по паропроводу перегретого пара 11 из парогенератора 10, размещенного в выхлопной трубе 9 силовой газовой турбины 5. За счет впрыска перегретого пара происходит повышение температуры холодного циклового воздуха перед воздухоочистительным устройством 1 и предотвращается обледенение его элементов и лопаток осевого компрессора 2. Воздух, подогретый и очищенный от примесей в воздухоочистительном устройстве 1, сжимается в осевом компрессоре 2, в камере сгорания 3 сжигается топливо. Продукты сгорания расширяются в компрессорной газовой турбине 4, приводящей осевой компрессор 2, дополнительно расширяются в силовой газовой турбине 5, мощность которой используется для привода нагнетателя 6. Выхлопные газы силовой газовой турбины 5 сбрасываются в атмосферу через выхлопную трубу 9. Теплота выхлопных газов с температурой 400-450°С используется для генерации перегретого пара в парогенераторе 10, расположенном в выхлопной трубе 9. В парогенератор 10 питательным Уч. №01-11/КИ-Б/634 насосом 8 подается химически очищенная вода из химводоочистки 7. Перегретый пар по паропроводу перегретого пара 11 подают во впрыскивающее устройство антиобледенительной системы 12 и смешивают с холодным цикловым воздухом, подаваемым на вход воздухоочистительного устройства 1, при этом за счет подогрева циклового воздуха предотвращается образования льда на элементах воздухоочистительного устройства 1 и на лопатках компрессора 2.
B
Пусть требуется подогреть на десять градусов цикловой воздух перед ВОУ с расходом G=100 кг/с, температурой - 5°С и энтальпией 268,2 кДж/кг до температуры 5°С градусов с энтальпией 278,5 кДж/кг, за счет его смешения с перегретым паром с расходом Gп, температурой 250°С и энтальпией 2972 кДж/кг. Из уравнения теплового баланса процесса смешения определится расход впрыскиваемого перегретого пара Gп=0,3867 кг/с.
Предлагаемая газотурбинная установка газоперекачивающего агрегата по сравнению с рассмотренными аналогами и прототипом позволяет:
- производить подогрев циклового воздуха на 10°С за счет его смешения с перегретым паром с температурами 250-300°С, при этом доля расхода перегретого пара, относительно расхода циклового воздуха будет составлять 0,003867-0,00365%,
- использовать для выработки пара теплоту выхлопных газов силовой газовой турбины,
- небольшое количество перегретого пара, вырабатываемого в парогенераторе, позволяет парогенератор небольших габаритов разместить в выхлопной трубе с незначительным увеличением гидравлических потерь в выхлопном газоходе силовой газовой турбины.