устройство для стабилизации мощности газотурбинных установок

Формула изобретения

Устройство для стабилизации мощности газотурбинных установок (ГТУ), включающее воздухопромыватель и газоохладитель, подключенные соответственно к входному патрубку воздушного компрессора и выхлопному патрубку ГТУ, отличающееся тем, что воздухопромыватель выполнен в виде двухступенчатого эжекторного скруббера, форсунки первой (по ходу воздуха) ступени которого подключены к входному коллектору технической воды, а форсунки второй ступени подключены к выходу циркуляционного насоса, всас которого подключен к выходному патрубку охлажденного дистиллята испарителя газоэжекторной холодильной установки (ГЭХУ), выходной жидкостный патрубок первой ступени воздухопромывателя подключен последовательно к фильтру, циркуляционному насосу и к форсункам первой (по ходу выхлопных газов) ступени газоохладителя (выполненного в виде двухступенчатого эжекторного скруббера, подключенного к выпускному патрубку ГТУ), а выходной жидкостный патрубок второй ступени воздухопромывателя подключен к входному патрубку нагретого дистиллята испарителя ГЭХУ, форсунки второй ступени газоохладителя подключены к выходному коллектору охладителя дистиллята, а выходной жидкостный патрубок второй ступени газоохладителя подключен к последовательно соединенным циркуляционному насосу, входному коллектору охладителя дистиллята и системе внешнего теплоснабжения, выходной коллектор охладителя дистиллята подключен также к испарителю ГЭХУ, причем входной патрубок рабочей среды эжектора ГЭХУ подключен к коллектору топливного газа высокого давления, а выходной патрубок парогазовой смеси эжектора подключен к сепаратору, патрубок отвода жидкости из которого подключен к испарителю ГЭХУ, а выходной газовый патрубок сепаратора соединен с регулятором расхода топливного газа ГТУ.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на газоперекачивающих агрегатах газовой промышленности, преимущественно работающих в районах с жарким климатом для стабилизации массовой производительности воздушного компрессора при повышении температуры окружающего воздуха, а также предотвращения образования ледяных отложений во входной проточной части воздушного компрессора при снижении температуры окружающего воздуха ниже 0^o Цельсия.

Известны технические решения: "Теплофикационная газотурбинная установка" по а.с. N 883537 (СССР), опубл. 23.11.81 бюл. N 43 и "Комбинированная энергетическая установка" по патенту РФ N 2013618, опубл. 30.05.94, бюл. N 10, МКИ F 02 C 6/18, в которых для рекуперации теплоты выхлопных газов ГТУ и их обезвреживания применены соответственно поверхностные и поверхностно-контактные теплообменные и тепло- и массообменные устройства. Недостатком этих технических решений являются значительная металлоемкость и сопротивление по тракту выхлопных газов, что ухудшает технико-экономические показатели ГТУ и приводит к снижению мощности.

Известно устройство (прототип) для промывки циклового воздуха, присоединяемое к входному патрубку воздушного компрессора газотурбинной установки (ГТУ) (Моисеев Г.И., Мееров Л.З. Конструкции стационарных газотурбинных установок. -Л.: Госэнергоиздат, 1962, с.201, см. с.134). Оно позволяет обеспылить воздух, уменьшив тем самым эрозионный износ лопаток воздушного компрессора и газовой турбины и охладить его, что дает возможность предотвратить снижение мощности ГТУ при высоких температурах наружного воздуха. Однако использование для промывки технической необессоленной воды приводит к солеотложению на лопатках воздушного компрессора и газовой турбины и тем самым снижает моторесурс ГТУ.

Недостатком устройства является также отсутствие технических решений по подогреву циклового воздуха в зимних условиях эксплуатации, что приводит к образованию ледяных отложений в проточной части воздушного компрессора и снижению мощности ГТУ и ее моторесурса.

Целью изобретения является стабилизация мощности ГТУ при высоких и низких температурах окружающего воздуха, а также повышение моторесурса ГТУ и снижение экологического ущерба, связанного с выбросами окислов азота.

Для осуществления указанной цели предлагается подключить к выхлопному патрубку ГТУ газоохладитель и к входному патрубку воздушного компрессора ГТУ воздухопромыватель, выполненный в виде двухступенчатого эжекторного скруббера, форсунки первой (по ходу воздуха) ступени которого подключены к входному коллектору технической воды, а форсунки второй ступени подключены к выходу циркуляционного насоса, всас которого соединен с выходным патрубком охлажденного дистиллята испарителя газоэжекторной холодильной установки (ГЭХУ), выходной жидкостный патрубок первой ступени воздухопромывателя подключен последовательно к фильтру, циркуляционному насосу и к форсункам первой (по ходу выхлопных газов) ступени газоохладителя (выполненного в виде двухступенчатого эжекторного скруббера, подключенного к выпускному патрубку ГТУ), а выходной жидкостный патрубок второй ступени воздухопромывателя подключен к входному патрубку нагретого дистиллята испарителя ГЭХУ; форсунки второй ступени газоохладителя подключены к выходному коллектору охладителя дистиллята, а выходной жидкостный патрубок второй ступени газоохладителя подключен к последовательно соединенным циркуляционному насосу, входному коллектору охладителя и дистиллята и системе внешнего теплоснабжения; выходной коллектор охладителя дистиллята подключен также к испарителю ГЭХУ, а выходной патрубок нагретого дистиллята второй ступени газоохладителя подключен к циркуляционному насосу, выход которого соединен с входным коллектором охладителя дистиллята и системой внешнего теплоснабжения; причем входной патрубок рабочей среды эжектора ГЭХУ подключен к коллектору топливного газа высокого давления, а выходной патрубок парогазовой смеси эжектора подключен к сепаратору, патрубок отвода жидкости из которого подключен к испарителю ГЭХУ, а выходной газовый патрубок сепаратора соединен с регулятором расхода газа ГТУ.

На чертеже изображено предлагаемое устройство для стабилизации мощности ГТУ.

В состав устройства входят воздухопромыватель 1 для захолаживания в летнее время или нагрева в зимнее время и обеспыливания подаваемого в воздушный компрессор воздуха, жидкостный фильтр 2 для очистки технической воды из первой ступени воздухопромывателя, газоохладитель 3 для охлаждения и обезвреживания выхлопных газов ГТУ, а также для получения дистиллята, применяемого в системе охлаждения, охладитель дистиллята 4, например аппарат воздушного охлаждения (или теплообменник внешней системы охлаждения), предназначенный для охлаждения дистиллята для второй ступени газоохладителя, а также газоэжекторная холодильная установка, состоящая из испарителя 5, служащего для получения захоложенного дистиллята, эжектора 6, в котором для отсоса паров из испарителя используется дросселируемый топливный газ, а также сепаратор 7 для улавливания капель жидкости из парогазовой смеси.

В состав ГТУ входят воздушный компрессор 8, камера сгорания 9, газовая турбина 10, газовый компрессор 11 и клапан расхода топливного газа 12.

При работе устройства для стабилизации мощности ГТУ в летнее время (при повышенной температуре воздуха) запыленный атмосферный воздух поступает в первую (по ходу воздуха) ступень воздухопромывателя 1, в которую через форсунки происходит впрыск технической воды, частичное ее испарение и тем самым охлаждение и обеспыливание воздуха. Дальнейшее охлаждение воздуха происходит во второй ступени воздухопромывателя 1, где через форсунки осуществляется впрыск охлажденного дистиллята, конденсация водяных паров, содержащихся в воздухе и тем самым осушка его и более глубокое охлаждение. Охлажденный и осушенный воздух поступает в воздушный компрессор 8 и подается в камеру сгорания 9.

За счет охлаждения циклового воздуха массовая производительность воздушного компрессора повышается (по сравнению с компримированием горячего воздуха) и тем самым происходит стабилизация мощности ГТУ.

Выхлопные газы из газовой турбины 10 поступают в первую ступень газоохладителя 3, в которую через форсунки осуществляется впрыск подаваемой циркуляционным насосом предварительно подогретой в первой ступени воздухопромывателя 1 и очищенной от механических примесей в фильтре 2 технической воды, и ее испарение.

При этом выхлопные газы охлаждаются и увлажняются. Неиспарившаяся часть потока технической воды с повышенным содержанием солей сбрасывается в дренаж. Во второй ступени газоохладителя 3 происходят дальнейшее охлаждение и осушка выхлопных газов путем впрыска через форсунки охлажденного дистиллята. Охлажденные выхлопные газы после газоохладителя 3 выбрасываются в атмосферу. Применение эжекторных аппаратов на входе и выходе ГТУ по тракту циклового воздуха и выхлопных газов практически не ухудшает оптимальные показатели ГТУ вследствие практически нулевого аэродинамического сопротивления воздухопромывателя и газоохладителя, благодаря их малым габаритам указанные аппараты легко вписываются в компоновку ГТУ. Нагретый дистиллят, а также сконденсировавшиеся из выхлопных газов водяные пары циркуляционным насосом подаются в охладитель дистиллята 4. (Избыточная часть нагретого дистиллята может быть при необходимости отведена внешним потребителям). Охлажденный в охладителе 4 дистиллят разделяется на два потока: один направляется на впрыск во вторую ступень газоохладителя 3, а другой - в испаритель 5, куда также возвращаются нагретый дистиллят из второй ступени воздухопромывателя 1 и жидкая фаза из сепаратора 7. В испарителе 5 происходит испарение дистиллята и за счет отсоса пара эжектором 6 осуществляется отвод теплоты от потока охлажденного дистиллята и подвод теплоты к потоку газа, направляемого в камеру сгорания 9. Сброс накапливающегося в испарителе 5 шлама осуществляется в дренаж. Отсос пара эжектором 6 осуществляется за счет энергии дросселируемого топливного газа. Выходящая из эжектора 6 парогазовая смесь очищается от капель жидкости в сепараторе 7 и через клапан расхода топливного газа 12 подается в камеру сгорания 9. Подача в камеру сгорания смеси подогретого топливного газа и водяных паров улучшает процесс горения и способствует уменьшению токсичности выхлопных газов, а также предотвращает обмерзание регулятора 12 в зимнее время года.

При работе установки в зимнее время (при пониженой температуре циклового воздуха) подача технической воды в первую ступень воздухопромывателя и подача дистиллята в его вторую ступень и теплообмен указанных потоков с потоком воздуха приводят к повышению его температуры выше температуры образования льда в проточной части воздушного компрессора. Для осуществления необходимого подогрева циклового воздуха производится необходимая регулировка производительности охладителя дистиллята 4 и газоэжекторной холодильной установки 5.

Тем самым и в зимнее время использование предлагаемой установки позволяет предотвратить снижение мощности ГТУ и моторесурса.

Предлагаемая установка, по сравнению с прототипом, позволяет более эффективно стабилизировать мощность ГТУ за счет более эффективного, двухступенчатого контакта охлаждаемого воздуха с потоком технической воды и потоком охлажденного дистиллята, который вырабатывается в двухступенчатом газоохладителе за счет подвода рекуперируемой теплоты выхлопных газов ГТУ и охлаждается в воздушном охладителе и испарителе газоэжекторной холодильной установки, причем для отсоса паров из испарителя в эжектор холодильной установки подается дросселируемый топливный газ.

Повышение моторесурса ГТУ достигается за счет уменьшения концентрации пыли при двухступенчатой промывке воздуха и использовании дистиллята для вторичного обеспыливания, что уменьшает эрозионный износ и солеотложение на лопатках воздушного компрессора и газовой турбины, а также предотвращает льдообразование в проточной части воздушного компрессора в холодное время года.

Использование в качестве топлива в ГТУ топливного газа, подогретого и увлажненного в эжекторе ГЭХУ, а также двухступенчатая промывка выхлопных газов газовой турбины позволяет снизить содержание в них окислов азота и снизить экологический ущерб от работы ГТУ.

Таким образом, предлагаемое устройство для стабилизации мощности газотурбинных установок удовлетворяет поставленной цели, и, по сравнению с известным устройством, позволяет более эффективно стабилизировать мощность ГТУ в летнее и зимнее время за счет стабилизации температуры воздуха перед воздушным компрессором, увеличить моторесурс и снизить экологический ущерб от эксплуатации ГТУ.