Утилизационная установка для подогрева воздуха в цикле газотурбинного двигателя

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. Утилизационная установка  для  подогрева  воздуха  в  цикле  газотурбинного двигателя предназначена для подогрева  воздуха, подаваемого в  компрессор газовой турбины, при чем подогрев воздуха осуществляется за счет  тепла уходящих газов газотурбинного двигателя.
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.
Дополнительные  проблемы  вызывают  сильные (залповые) снегопады, при которых на первой ступени очистки комплексного воздухоочистительного устройства создаются снежные заносы, которые полностью перекрывают поток воздуха в компрессор. Эксплуатирующей организации для предотвращения   разрушения фильтрующих  элементов приходиться либо останавливать газовую турбину, либо открывать байпасные клапана в обход системы фильтрации.
Для  предотвращения  обледенения  проточной  части  применяют  системы  подогрева  воздуха  на  входе  в  газотурбинную установку  за  счет  подмешивания  горячего  воздуха, отбираемого за  ступенями  компрессора, либо с использованием теплоносителя, нагреваемого паром из отборов паровой турбины или уходящими газами.
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  является  необходимость  использования двухконтурной  системы  подвода  тепла к  входному  потоку  воздуха, что существенно усложняет конструкцию  подогревателя, а также  приводит  к  увеличению  количества и общей  площади  теплообменных  аппаратов.
Задачей, для решения которой предназначена заявляемая полезная модель,  является  создание  технологичного,  энергоэффективного  и  надежного  устройства  для противообледенительного нагрева воздуха в  цикле  газотурбинного двигателя  с  использованием    тепла  уходящих  газов.
Данная задача решается за счет того, что утилизационная установка  для  подогрева  воздуха  в  цикле  газотурбинного двигателя включает: утилизатор, установленный в  шахте  выхлопа  ГТД, представляющий  из  себя  плоский  змеевик, омываемый  потоком  уходящих  газов, внутри  труб которого  движется нагреваемый  жидкий органический  теплоноситель, при  этом  плоскость  змеевика  наклонена  к  горизонту  таким  образом,  чтобы  патрубок  входа теплоносителя  был  ниже  патрубка  выхода  теплоносителя; трубопровод  подачи теплоносителя  на  утилизатор, приваренный  к  патрубку  входа теплоносителя в утилизатор  с одной  стороны  и  присоединенный  фланцевым  соединением к  блоку  управления с другой, при этом  указанный трубопровод  установлен  с  уклоном  в  сторону  блока управления;  трубопровод  подачи  нагретого теплоносителя,  приваренный  к  патрубку  выхода  теплоносителя  из  утилизатора с  одного конца  и к  патрубку  входа  теплоносителя  в  подогреватель  воздуха  с  другого  конца, при этом  верхняя  точка указанного  трубопровода расположена  выше  патрубка  выхода  теплоносителя  из  утилизатора  и  патрубка  входа  теплоносителя  в  подогреватель  воздуха, а  участки  трубопровода  с  обеих  сторон  от  верхней  точки  имеют  уклоны  в  направлениях  патрубка  выхода  теплоносителя  из  утилизатора  и  патрубка  входа  теплоносителя  в  подогреватель  воздуха;  вваренный  в  верхнюю  точку трубопровода  подачи  нагретого теплоносителя  трубопровод дренирования, присоединенный к  фланцу  блока  управления другим  концом;  подогреватель  воздуха, представляющий  из себя  теплообменник, внутри  труб  которого  движется  органический  теплоноситель, а наружная  сторона труб омывается атмосферным воздухом, поступающим  далее  в  компрессор  газотурбинного двигателя, при  этом  входной  патрубок  указанного теплообменника приварен к трубопроводу подачи нагретого теплоносителя и расположен  выше  по  уровню чем выходной  патрубок подогревателя  воздуха, в свою очередь указанный патрубок приварен  к  трубопроводу  слива   теплоносителя; трубопровод  слива  теплоносителя  присоединенный  фланцевым  соединением  к  блоку  управления  и  установленный  с  уклоном  в  сторону  указанного блока; блок  управления, включающий:  патрубок  слива теплоносителя, присоединенный фланцевым соединением к  трубопроводу  слива  теплоносителя с  одной  стороны  и приваренный к запорному  клапану  слива с  другой  стороны;  патрубок  подачи теплоносителя, присоединенный фланцевым соединением к  трубопроводу  подачи теплоносителя  на  утилизатор  с  одной  стороны  и приваренный к запорному  клапану  подачи  с  другой  стороны; патрубок  дренирования, присоединенный фланцевым соединением к  трубопроводу  дренирования с  одной  стороны  и приваренный к запорному  клапану  дренирования с  другой  стороны; трехходовой  клапан  слива, два патрубка которого приварены к  перемычкам, соединенным сваркой с запорными  клапанам слива  и  дренирования, а третий патрубок вварен в  трубопровод слива теплоносителя  в  бак  органического теплоносителя;  трубопровод заполнения,  вваренный  в перемычку  между трехходовым  клапаном  слива и запорным клапаном слива  с одной  стороны  и приваренный  к  запорному клапану заполнения  с другой  стороны; бак  органического  теплоносителя с  варенными в  него  патрубками слива, продувки и сбросным патрубком, которые расположены  в  верхней  части  бака, и  патрубком  подачи, который  вварен в нижнюю  часть  бака, при  этом  патрубок  слива  приварен  к трубопроводу слива в бак  органического теплоносителя, патрубок продувки  приварен к запорному клапану  продувки бака, на свободном  конце  которого установлен штуцер для  присоединения к линии  подачи азота, а  сбросной патрубок приварен к предохранительному  клапану; трехходовой  клапан  подачи, патрубки которого приварены к перемычкам, сваренным с запорным  клапаном подачи, с выходным патрубком насоса и с коллектором подачи; коллектор подачи, приваренный к патрубку подачи бака  органического теплоносителя, в который  вварены входной  патрубок  насоса и запорный клапан опорожнения, установленный в нижней точке блока управления, при этом на свободном конце указанного клапана  установлен  штуцер  для  присоединения к линии  опорожнения;  клапан  продувки      утилизатора, приваренный  одним  концом  к перемычке  между  трехходовым  клапаном  подачи  и  запорным  клапаном подачи  и другим концом к  патрубку  продувочной  свечи; клапан  продувки  подогревателя воздуха, приваренный  одним  концом  к трубопроводу заполнения и другим концом к  патрубку  продувочной  свечи; продувочная  свеча, в которую  вварены  патрубки, сваренные с патрубками предохранительного  клапана,  клапана  продувки  утилизатора и  клапана  продувки  подогревателя воздуха.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков  является  увеличение  КПД газотурбинного  двигателя  при работе  системы антиобледенения.
Сущность  полезной  модели  поясняется  чертежом  Фигура 1, на котором  изображена  утилизационная установка  для  подогрева  воздуха  в  цикле  газотурбинного двигателя со следующими позициями:
1 -Утилизатор;
2 - Трубопровод  подачи теплоносителя  на  утилизатор;
3 - Блок  управления;
4 -Трубопровод  подачи  нагретого теплоносителя;
5 - Подогреватель  воздуха;
6 - Трубопровод дренирования;
7 - Трубопровод  слива  теплоносителя;
8 - Запорный  клапан  слива;
9 - Запорный  клапан  подачи;
10 - Запорный  клапан  дренирования;
11 - Трехходовой  клапан  слива;
12 -Трубопровод слива  в  бак  органического теплоносителя;
13 - Бак  органического  теплоносителя;
14 - Трубопровод заполнения;
15 - Запорный клапан заполнения;
16 - Запорный клапан  продувки бака;
17 - Предохранительный  клапан;
18 - Трехходовой  клапан  подачи;
19- Насос;
20 - Коллектор подачи;
21 - Запорный клапан опорожнения;
22 - Клапан  продувки    утилизатора;
23 - Продувочная  свеча;
24 - Клапан  продувки  подогревателя воздуха.
Утилизационная установка  для  подогрева  воздуха  в  цикле  газотурбинного двигателя работает следующим образом.
Для  нагрева  воздуха, подаваемого в компрессор  газотурбинного  двигателя органический  теплоноситель  перекачивается  насосом 19 через: утилизатор 1, установленный в  шахте  выхлопа  газотурбинного  двигателя, и   омываемый  с наружной стороны потоком  уходящих  газов, трубопровод  подачи  нагретого теплоносителя 4, подогреватель  воздуха  5,   наружная  поверхность которого омывается нагреваемым атмосферным воздухом, трубопровод  слива  теплоносителя 7 и далее по линии блока управления 3, включающей: открытый запорный  клапан  слива 8,  трехходовой  клапан  слива 11, трубопровод слива теплоносителя 12  в  бак  органического теплоносителя 13. Из бака 13 теплоноситель поступает через коллектор подачи 20  на  всас  насоса 19 и далее  через  трехходовой  клапан  подачи 18, открытый запорный  клапан  подачи 9 и трубопровод  подачи теплоносителя  на  утилизатор 2 возвращается  в утилизатор 1. Вся  остальная  арматура, кроме указанной выше, и  запорного  клапана  дренирования 10, при этом  закрыта.
Для  отключения  антиобледенительного  нагрева  воздуха  трехходовой  клапан  слива 11  переводят в положение, обеспечивающее проток  теплоносителя  из  трубопровода дренирования 6 в трубопровод слива теплоносителя 12. После этого  выключают  насос 19  и переводят трехходовой  клапан  подачи 18 в положение, обеспечивающее слив  теплоносителя  из  утилизатора 1 через коллектор 20 в бак 13. Указанное  положение  арматуры  обеспечивает  гравитационное  дренирование  теплоносителя от  верхней  точки  трубопровода 4 за счет уклонов трубопроводов 4 и 2, а также за счет уклона плоскости установки змеевика утилизатора 1.  В процессе дренирования  азот  из  газовой  подушки  бака 13 перемещается  в  утилизатор, предотвращая  перегрев  теплоносителя  уходящими  газами.
Включение  антиобледенительного  нагрева  воздуха  производят  в  обратном  порядке: переводят трехходовой  клапан  подачи 18 в положение, обеспечивающее подачу  теплоносителя  насосом 19  в  утилизатор 1, включают  насос 19  и после  заполнения трубопроводов 2, 4 (до верхней точки), 6 и 12, переводят трехходовой  клапан  слива 11  в положение, обеспечивающее  проток  теплоносителя  из  трубопровода 7 в трубопровод 12.
Предохранительный  клапан 17  обеспечивает  защиту  бака 13  от  превышения  давления.
Запорный  клапан  продувки бака 16  используют  для  продувки  установки  азотом  после  монтажа, а также  для  периодических  продувок  для  обновления  азотной  атмосферы. Для подготовки  установки  к указанным продувкам, описанным  выше  способом, осуществляют  дренирование  утилизатора 1,  при этом дополнительно  открывают  запорный клапан заполнения 15, что  позволяет  слить  теплоноситель  из  подогревателя 5 и трубопровода 7. После  окончания  дренирования к  штуцеру  клапана 16  подключают систему  подачи  азота и открывают  клапаны    продувки      утилизатора 22 и  клапан  продувки  подогревателя воздуха  24. После  открытия клапана 16  азот  через  газовую  подушку  бака 13 , трубопроводы 12, 6, 4, а также  через утилизатор 1 и подогреватель 5 поступает  в продувочную  свечу 23,  через  которую  отводится в атмосферу.
Полный  слив  теплоносителя  из  установки осуществляют в описанном выше  процессе азотной  продувки  путем  открытия  запорного клапана опорожнения 21, подключенного к системе сбора теплоносителя.