ТЕПЛОУТИЛИЗАЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС С ПОДОГРЕВОМ ВОЗДУХА

Полезная модель относится к области энергетики, в частности, к электрогенерирующим комплексам с паровыми турбинами для установок газокомпрессорных станций, использующим тепло уходящих газов, а также другим источникам горячих газов.
Известны паротурбинные надстройки для газотурбинных установок на компрессорных станциях (КС) магистральных газопроводов, состоящие из теплоутилизационного парогенератора, расположенного непосредственно около ГТУ в виде котла с многократной принудительной циркуляцией, паровой турбины с конденсатором и насосом, трубопроводами пара и конденсата. (См. Мильман О.О., Белоусенко И.В., Циммерман С.Д. и др. Теплоутилизационные энергоблоки для ОАО «Газпром», Теплоэнергетика, 2001 г., №3, стр.65-69).
Проблема этих установок - стесненность площадок КС и трудности установки котлов-утилизаторов, размеры и масса которых не согласуютя с реальными компоновками газотурбинных нагнетателей природного газа.
Известна паротурбинная надстройка над газотурбинной установкой (см. патент РФ на полезную модель №50606 от 22.08.2005 г., Смирнов В.М., Мильман О.О., Федоров В.А.), где компактность обеспечивается за счет использования в качестве теплоутилизатора на выхлопном тракте ГТУ теплообменника, в котором газ передает свое тепло воде высокого давления. Горячая вода поступает в расширитель-сепаратор, выделяющийся пар направляется в паровую турбину, а отсепарированная вода питательным насосом подается в теплообменник.
Недостатком этой установки является то, что температура уходящих газов из газотурбинной установки изменяется в зависимости от температуры окружающей среды и, в частности, приводит в зимнее время к снижению мощности и эффективности паротурбинной установки.
Задача настоящей полезной модели - обеспечение постоянства температуры уходящих газов на выходе из газовой турбины, независимо от температуры окружающего воздуха.
Указанная задача достигается за счет установки на выходе из теплоутилизатора теплоутилизационной системы для нагрева воздуха, поступающего в компрессор газовой турбины в холодное время года.
Схема такой установки представлена на фигуре 1. Установка состоит из газовой турбины с воздушным компрессором и нагнетателем природного газа 1, утилизатора тепла уходящих газов 2, паровой турбины с электрогенератором или нагнетателем природного газа 3 (см.Седых А.Д., Губанок Н.И., Яковлев А.Я. и др. Парогазовые установки коспрессорных станций // Промышленная энергетика. 1997. №3 С. 33-37), конденсатором 4, насосом 5, теплоутилизационной системы 6, регулятора расхода воздуха 7, газовода 8.
Установка работает следующим образом. Уходящие горячие газы из газовой турбины с воздушным компрессором и нагнетателем природного газа 1 по трубопроводу поступают в утилизатор тепла уходящих газов 2, где происходит нагрев рабочей среды. Тепловая энергия, полученная рабочей средой, используется для работы паровой турбины 3. Далее пар рабочей среды конденсируется в конденсаторе 4, а насосом 5 конденсат закачивается в утилизатор тепла уходящих газов 2. В холодное время года температура уходящих газов из газовой турбины 1 уменьшается и, соответственно, уменьшается мощность паровой турбины 3. Для исключения этого эффекта в холодное время года воздух из окружающей среды, поступающий в воздушный компрессор газовой турбины 1, по газоводу 8 проходит через теплоутилизационную систему 6 и подогревается до температуры (-10)ºС÷(+10)ºС. Расход подогреваемого воздуха изменяется регулятором расхода воздуха 7.
Выбор указанного диапазона температур окружающего воздуха объясняется тем, что в его рамках газовые турбины имеют максимальный коэффициент полезного действия и мощность. Характерные зависимости мощности и коэффициента полезного действия российской газотурбинной установки ГТУ-32П от температуры воздуха представлены на фигуре 2 из статьи (Иноземцев А.А. Газотурбинные двигатели для магистралей нового поколения. Газотурбинные технологии, 2009, №6. С.14-16).
Наличие в теплоутилизационном комплексе с паровой турбиной системы подогрева воздуха в холодное время года на входе в воздушный компрессор позволяет увеличить время работы паровой турбины без снижения мощности.