Газоперекачивающий агрегат с системой рекуперации тепла Российский патент 2017 года по МПК F02C6/18 

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.

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).

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).

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.

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.

Технической задачей изобретения является устранение указанного недостатка и повышение экономической эффективности изготовления и эксплуатации газоперекачивающих агрегатов.

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.

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.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого газоперекачивающего агрегата с системой рекуперации тепла:

1 – штатная система выхлопа;

2-10 – газоходы;

11 – теплообменник;

12 – вытяжной вентилятор;

13, 16, 19, 20 – автоматическая регулирующая заслонка;

14 – напорный вентилятор;

18 – вентилятор;

15 – фильтры;

17 – фильтры;

21-24 – датчики температуры;

25, 26 – датчики давления;

27 – система автоматического управления.

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.

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.

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.

Изобретение относится к газотранспортному оборудованию и может быть использовано при создании газотурбинных газоперекачивающих агрегатов. Газоперекачивающий агрегат с системой рекуперации тепла, содержащий газотурбинный двигатель, центробежный компрессор, воздухоочистительное устройство с противообледенительной системой, газовыхлопной тракт, систему рекуперации тепла отработавших газов. 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. Кроме того, к выходу нагревающих полостей теплообменника подключен вытяжной вентилятор, а ко входу нагреваемых полостей подключен напорный вентилятор. Изобретение позволяет использовать значительную часть выбрасываемой с дымовыми газами тепловой энергии, улучшая тем самым аэродинамические характеристики выхлопной системы. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Газоперекачивающий агрегат с системой рекуперации тепла, содержащий газотурбинный двигатель, центробежный компрессор, воздухоочистительное устройство с противообледенительной системой, газовыхлопной тракт, отличающийся тем, что 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.

2. Газоперекачивающий агрегат с системой рекуперации тепла по п. 1, отличающийся тем, что к выходу нагревающих полостей теплообменника подключен вытяжной вентилятор, а к входу нагреваемых полостей подключен напорный вентилятор.