КОМБИНИРОВАННАЯ УСТАНОВКА С ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИМ АГРЕГАТОМ И СУБАТМОСФЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКОЙ
COMBINED PLANT WITH GAS PUMPING UNIT AND SUBATMOSPHERIC POWER PLANT

Изобретение относится к области транспорта газа по магистральным газопроводам и может быть использовано для повышения мощности и экономичности установки с газоперекачивающим агрегатом.
Известна субатмосферная газотурбинная установка, работающая по обратному циклу Брайтона с регенерацией теплоты газовой турбины в аппарате М-цикла (А.А. Халатов, С.Д. Северин, П.И. Бродецкий, B.C. Майсоценко «Субатмосферный обратный цикл Брайтона с регенерацией выходной теплоты по циклу Майсоценко». Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine 2015. Ris 1). Выход газовой турбины связан через аппарат М-цикла с входом компрессора. Применение аппарата М-цикла позволяет сжимать в компрессоре сухой холодный воздух и расширять в турбине воздух с повышенной энтальпией. Гидрофильную поверхность, покрывающую стенку «влажного» воздушного канала аппарата М-цикла смачивают водой. При ее испарении за счет использования энергии окружающей среды увеличивается влажность и энтальпия воздуха. В «сухом» канале аппарата происходит конденсация влаги, содержащейся в воздухе. Подача в компрессор сухого холодного воздуха значительно уменьшает затрату энергии на его сжатие. За счет сильного увлажнения воздуха в аппарате М-цикла, повышается его энтальпия и степень регенерации с использованием энергии окружающей среды - психрометрической разности температур, что обеспечивает увеличение тепловой экономичности и полезной мощности приводной газотурбинной установки.
Недостатком субатмосферной газотурбинной установки является то, что в ней не утилизируется тепло уходящих газов приводной газотурбинной установки компрессорной станции.
Известна утилизационная энергетическая газотурбинная установка (УЭГТУ), применяемая для привода нагнетателя газа и выработки электроэнергии с целью электроснабжения собственных нужд компрессорной станции. УЭГТУ состоит из приводной газотурбинной установки компрессорной станции и утилизационной газотурбинной установки (УГТУ). Приводная ГТУ содержит газогенератор, силовую газовую турбину, регенеративный теплообменный аппарат, нагнетатель природного газа. (Р.З. Тумашев, С.С. Михеев, Б.А. Куникеев. Производство электроэнергии на компрессорных станциях утилизационными газотурбинными установками. Вестник МГТУ им. Баумана. Сер. «Машиностроение» 2016, №1, С. 44-53, Рис. 1). УГТУ содержит компрессор, воздушную турбину, электрогенератор. Турбина и компрессор связаны общим валом с электрогенератором. Вход компрессора связан с атмосферой, а его выход связан через регенеративный воздухоподогреватель с входом турбины. Турбина и компрессор УГТУ связаны общим валом с электрогенератором. Положительными качествами этой установки являются простота ее конструкции и применение неохлаждаемой воздушной турбины.
Недостатками является небольшая электрической мощность и низкая тепловая экономичность УГТУ.
Данное техническое решение принято в качестве прототипа к предлагаемому изобретению.
Технической задачей изобретения является повышение тепловой экономичности, мощности комбинированной установки и электрической мощности субатмосферной энергетической установки.
Техническая задача достигается тем, комбинированная установка с газоперекачивающим агрегатом и субатмосферной энергетической газотурбинной установкой содержит газоперекачивающий агрегат с компрессором, камерой сгорания, газовой турбиной, регенеративным воздухоподогревателем, нагнетателем природного газа, и субатмосферную энергетическую установку, содержащую газовую турбину, камеру сгорания, аппарат М-цикла, компрессор, электрогенератор; аппарат М-цикла установленный между газовой турбиной и компрессором имеет два «сухих» и один «влажный» каналы, разделенные металлическими стенками, поверхности которых покрыты инфильтрационным слоем, смачиваемым водой, причем дополнительно применены устройство воздухоочистки и смешения, установленное перед компрессором газоперекачивающего агрегата и связанное через дополнительный трубопровод влажного воздуха с выходом «влажного» канала аппарата М-цикла, связанного с субатмосферной энергетической установкой, при этом вход поверхности нагрева регенеративного воздухоподогревателя связан с атмосферой, а его выход связан с камерой сгорания субатмосферной энергетической установки
На Фиг. 1 представлена принципиальная тепловая схема предлагаемой комбинированной установки с газоперекачивающим агрегатом и субатмосферной энергетической установкой. Она содержит компрессор газоперекачивающего агрегата 1, камеру сгорания газоперекачивающего агрегата 2, газовую турбину газоперекачивающего агрегата 3, нагнетатель 4, устройство воздухоочистки и смешения 5, регенеративный воздухоподогреватель 6, газопровод 7, камеру сгорания 8, газовую турбину 9, аппарат М-цикла 10, компрессор 11, электрогенератор 12, линию конденсата с насосом 16, трубопровод влажного воздуха 17.
Аппарат М-цикла содержит первый «сухой» канал 13, «влажный» канал 14, второй «сухой» канал 15, которые разделены металлическими стенками покрытыми гидрофильным слоем смачиваемым водой.
Входы устройства воздухоочистки и смешения 5 связаны трубопроводом влажного воздуха 17 с выходом «влажного» канала 14 аппарата М-цикла 10 и с атмосферой. Его выход соединен с входом компрессора 1. Выход компрессора газоперекачивающего агрегата 1 связан с камерой сгорания газоперекачивающего агрегата 2, которая связана по продуктам сгорания с газовой турбиной газоперекачивающего агрегата 3, связанной с атмосферой через регенеративный воздухоподогреватель 6. Роторы газовой турбины газоперекачивающего агрегата 3 и компрессора газоперекачивающего агрегата 1 связаны общим валом с нагнетателем 4 газопровода 7. Вход регенеративного воздухоподогревателя 6 связан с атмосферой, а его выход связан через камеру сгорания 8 с входом газовой турбины 9, которая связана по расширенным продуктам сгорания со вторым «сухим» каналом 15 аппарата М-цикла 10, который связан по конденсату с линией конденсата с насосом 16, а по осушенным продуктам сгорания с входом компрессора 11, связанного с атмосферой. Вход первого «сухого» канала 13 связан с атмосферой, а его выход связан через «влажный» канал 14 с трубопроводом влажного воздуха 17. Роторы газовой турбины 9 и компрессора 11 соединены общим валом с электрогенератором 12.
Комбинированная установка с газоперекачивающим агрегатом и субатмосферной энергетической установкой работают следующим образом. Влажный воздух по трубопроводу 17 и атмосферный воздух через устройство воздухоочистки и смешения 5 подают на вход компрессора газоперекачивающего агрегата 1, сжимают и направляют в камеру сгорания газоперекачивающего агрегата 2, где сжигают топливо. Продукты сгорания расширяют в газовой турбине газоперекачивающего агрегата 3 и через регенеративный воздухоподогреватель 6 сбрасывают в атмосферу. Полезную работу газовой турбины газоперекачивающего агрегата 3 используют для привода нагнетателя 4, перекачивающего природный газ в газопроводе 7. Атмосферный воздух нагревают в поверхности теплообмена регенеративного воздухоподогревателя 6 теплом расширенных продуктов сгорания газоперекачивающего агрегата и подают в камеру сгорания 8 субатмосферной энергетической газотурбинной установки, где сжигают дополнительное топливо. Продукты сгорания расширяют в газовой турбине 9, полезную работу которой используют для привода компрессора 11 и электрогенератора 12. Расширенные в турбине 9 влажные продукты сгорания подают во второй «сухой» канал аппарата М-цикла, где их охлаждают с конденсацией содержащейся влаги, которую отводят из этого канала по линии конденсата с насосом 16. Осушенные продукты сгорания сжимают в компрессоре 11 и сбрасывают в атмосферу. В первый «сухой» канал 13 аппарата-М цикла подают атмосферный воздух, где его охлаждают за счет контакта с металлической стенкой, вводят во «влажный» канал, увлажняют за счет испарения воды из гидрофильного покрытия металлических стенок, разделяющих первый 13 и второй 15 «сухой» каналы аппарата-М цикла. Охлажденный и увлажненный воздух подают из «влажного» 14 канала по трубопроводу влажного воздуха 17 в устройство воздухоочистки и смешения 5. Полезную работу газовой турбины 9 используют для выработки электроэнергии в электрогенераторе 12.
Подача в компрессор газоперекачивающего агрегата охлажденного и увлажненного воздуха, а также использование теплоты выхлопных газов в регенеративном воздухоподогревателе для подогрева атмосферного воздуха, подаваемого в субатмосферную энергетическую установку, а также использование в аппарате - М цикла психрометрической разности температур атмосферного воздуха позволяет значительно повысить тепловую экономичность комбинированной установки, мощность газоперекачивающего агрегата и электрическую мощность субатмосферной энергетической установки.