[1]Изобретение относится к газотранспортному оборудованию и может быть использовано при создании газотурбинных газоперекачивающих агрегатов. Также это изобретение может быть использовано в любых технологических установках, содержащих в своем составе газотурбинные установки.
[2]Известен газотурбинный газоперекачивающий агрегат, выполненный по схеме бинарного газопарового цикла с утилизацией теплоты выхлопных газов газотурбинной установки на компрессорных станциях магистральных газопроводов (Б.С. Ревзин. Газотурбинные газоперекачивающие агрегаты. – М.: Недра, 1986 г., стр. 178, рис. 79).
[3]Также известны газоперекачивающие агрегаты, выполненные с применением когенерационно-утилизационных технологий на выхлопе газотурбинных установок на основе использования остаточного теплового потенциала выхлопных газов (Любчик Г.Н., Чабанович Л.Б. Когенерационно-утилизационные технологии на базе газотурбинных установок. – К.: Варта, 2008, стр. 25).
[4]В технологических схемах современных газотурбинных газоперекачивающих агрегатов, имеющих в составе выхлопных систем различные утилизационные установки (регенераторы, котлы- утилизаторы, подогреватели пара, испарители и пр.), заложен принцип передачи тепловой энергии горячих дымовых газов какому-либо теплоносителю (или рабочему телу) и направление этой энергии на совершение полезной работы.
[5]Основным недостатком вышеуказанных газоперекачивающих агрегатов является установка теплообменных элементов внутри выхлопной системы газотурбинных газоперекачивающих агрегатов, которые создают дополнительное гидравлическое сопротивление и, как следствие, приводят к увеличению расхода топлива и ухудшению условий работы газотурбинных установок.
[6]Технической задачей изобретения является устранение указанного недостатка и повышение экономической эффективности изготовления и эксплуатации газоперекачивающих агрегатов.
[7]Технический результат достигается тем, что в газоперекачивающем агрегате с системой рекуперации тепла, содержащем газотурбинный двигатель, центробежный компрессор, воздухоочистительное устройство с противообледенительной системой, газовыхлопной тракт, система рекуперации тепла отработавших газов представлена пластинчатым теплообменником, установленным вне выхлопного тракта, при этом вход нагревающих полостей теплообменника газосвязан с выхлопным трактом, а выход с атмосферой; вход нагреваемых полостей теплообменника газосвязан с атмосферой, а выход нагреваемых полостей теплообменника подключен к потребителю тепла, при этом к выходу нагревающих полостей теплообменника подключен вытяжной вентилятор, а ко входу нагреваемых полостей подключен напорный вентилятор.
[8]Отличительные признаки являются существенными, поскольку позволяют использовать значительную часть выбрасываемой с дымовыми газами тепловой энергии, при этом улучшая аэродинамические характеристики выхлопной системы. Подключение вытяжного вентилятора к выходу нагревающих полостей позволяет создать в них разрежение, а подключение напорного вентилятора ко входу нагреваемых полостей позволяет создать в них избыточное давление, что в конечном итоге позволяет исключить переток продуктов сгорания в нагреваемые полости, по которым проходит теплоноситель отводящий тепловую энергию на полезное использование.
[9]На фиг.1 представлена схема предлагаемого газоперекачивающего агрегата с системой рекуперации тепла:
[10]1 – штатная система выхлопа;
[13]12 – вытяжной вентилятор;
[14]13, 16, 19, 20 – автоматическая регулирующая заслонка;
[15]14 – напорный вентилятор;
[19]21-24 – датчики температуры;
[20]25, 26 – датчики давления;
[21]27 – система автоматического управления.
[22]Система работает следующим образом. Продукты сгорания газотурбинного двигателя газоперекачивающего агрегата с температурой порядка 400-500°С выбрасываются в атмосферу по штатной системе выхлопа 1, в которую выполнена врезка газохода 2 для отбора части горячих продуктов сгорания, направляемых в охлаждающие полости теплообменника 11. Отдав часть тепловой энергии, продукты сгорания отводятся от теплообменника 11 по газоходам 3, 5 посредством вытяжного вентилятора 12 и выбрасываются в атмосферу. Для снижения тепловой нагрузки на вытяжной вентилятор 12 возможно включение в схему газохода 4 с автоматической регулирующей заслонкой 13, которая позволяет разбавить еще горячие продукты сгорания до приемлемой температуры. При этом расположение вытяжного вентилятора 12 после теплообменника 11 обеспечивает, во-первых, создание разрежения во всех нагревающих полостях теплообменника 11 и газоходах 1-5, что позволяет предотвратить «переток» дымовых газов в нагреваемые полости теплообменника 11, по которой проходит нагреваемый поток, направляемый на полезные нужды, а во-вторых, снижает гидравлическое сопротивление штатной выхлопной системы 1. Параллельно с отбором продуктов сгорания система рекуперации тепла забирает наружный атмосферный воздух напорным вентилятором 14, предварительно очищая его в фильтрах 15 (возможно применение сетки для предотвращения попадания крупных частиц). Поток чистого атмосферного воздуха по газоходу 6 направляется в нагреваемые полости теплообменника 11, после которых прогретый до необходимой температуры воздух по газоходам 7, 8 направляется на нужды противообледенительной системы и системы вентиляции и обогрева соответственно. Поскольку для нужд противообледенительной системы требуется воздух с температурой, близкой к 300°С, а для системы вентиляции и обогрева требуется воздух с температурой не более 60°С, в газоход 8 выполнена врезка газохода 9 с автоматической регулирующей заслонкой 16 и фильтрами 17, через которые посредством вентилятора 18 осуществляется подсос чистого атмосферного воздуха в объеме, необходимом для снижения температуры потока до 60°С. Далее поток чистого атмосферного воздуха с температурой + 60°С по газоходу 10 направляется в укрытие газоперекачивающего агрегата, обеспечивая его обогрев и вентиляцию. Для возможности регулирования потоков нагретого воздуха в газоходах 7 и 8 установлены автоматически регулирующие заслонки 19, 20 соответственно.
[23]Управление комплектом автоматических регулирующих заслонок 13, 16, 19, 20 осуществляется системой автоматического управления 27 по показаниям контрольно-измерительных приборов, фиксирующих температурный режим системы (датчики температуры) 21-24 и показаниям контрольно-измерительных приборов, фиксирующих отсутствие перетоков 25, 26. Дополнительно регулирование параметров системы можно осуществить путем применения в системе регуляторов частоты вращения вентиляторов 12, 14, 18, оптимизируя объемные расходы газов и температурный режим работы системы рекуперации тепла.
[24]В случае необходимости передачи тепловой энергии на большие расстояния или для организации теплоснабжения прилегающих к газотурбинным газоперекачивающим агрегатам поселков целесообразным может быть организация использования тепловой энергии дымовых газов газоперекачивающих агрегатов по аналогичной схеме с применением вместо пластинчатого теплообменника кожухотрубного теплообменника, по нагреваемым полостям которого пропускается жидкий теплоноситель.
