Способ работы газотурбинной установки газоперекачивающего агрегата Советский патент 1993 года по МПК F04D25/02 

Изобретение относится к технологическому процессу работы компрессорных станций магистральных газопроводов.

Цель изобретения - повышение надежности работы установки и снижение вредных выбросов окислов азота с выхлопными . газами ГТУ.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема газоперекачивающего агрегата; на фиг. 2 - зависимость температуры горения топлива от коэффициента избытка воздуха, температуры окислителя и теплоты сгорания топлива, на фиг. 3 - зависимость концентраций некоторых исходных компонентов в атмосферном воздухе от его температуры.,

Новым в предлагаемом способе работы ГТУ является то, что пр температуре наружного воздух-) меньше 5 С первичный воздух перед подачей в камеру сгорания сначала охлаждают в воздуховоздушном теплообменнике на входе в компрессор, одновременно нагревая поступающий в компрессор

воздуха, а затем охлаждают в теплообменнике топливной магистрали, подогревая топливо, подаваемое в камеру сгорания.

Для осуществления работы по заявляемому способу газоперекачивающий агрегат магистрального газопровода 1 содержит нагнетатель 2, механически связанный с турбиной низкого давления 3, осевой компрессор 4, связанный с турбиной высокого давления 5, камеру сгорания 6 с раздельнойподачей потоков воздуха-окислителя и потока воздуха-разбавителя, линию 7 подачи топлива в камеру сгорания, теплообменник 8 подогрева топлива потоком воздуха-окислителя, теплообменник 9 на входе воздухозаборной камеры 10, дымовую трубу 11.

Использование данного способа работы газоперекачивающего агрегата позволяет, с одной стороны, повысить надежность работы его и его антиобледенительной системы, так как антиобледенительная система по прототипу выводит из строя осевой комел

с

оо

ON 00 О

О

прессор гэзоперекэчивающего агрегата ввиду осевых подвижек ротора при образовании наледей на первых ступенях его проточной части - направляющем венце и рабочем колесе. С другой стороны, сохране- ние потока воздуха-окислителя, сжатого в осевом компрессоре, и использование его в цикле ГТУ повышает КПД цикла по сравнению с прототипом, т.к. в случае потери потенциала давления происходит необратимая потеря работы сжатия этого количества воздуха в осевом компрессоре и соответственно снижение мощности и КПД цикла ГТУ. В заявляемом техническом решении происходит повышение температу- ры воздуха на входе в осевой компрессор в среднем на 15-20 С, что в течение годового фонда рабочего времени ГПА также повышает КПД цикла его ГТУ, приближая температуру воздуха к расчетному значению 15 С, отклонение которого в любую сторону принципиально снижает КПД ГТУ.

Способ работы газотурбинной установки следующий.

В летний период при температурах на- ружного воздуха выше плюс 4 С атмосфер- ный воздух в количестве 46 кг/с засасывают осевым компрессором 4. Теплообменник 9, расположенный в воздухозаборной камере 10, из технологической схемы исключают; воздух из воздухозаборной камеры 10 подают в осевой компрессор 4, где его давление повышают до расчетного значения 7,7 кгс/см2, а температуру до 270 С; затем по

ток/сжатого воздуха разделяют на поток

воздуха-окислителя и поток воздуха-разбавителя. Поток воздуха-разбавителя направляют в камеру сгорания 6 для охлаждения ее элементов и снижения температуры продуктов сгорания топлива, за сч„ет их разбавле- ния, до расчетного значения не превышающего 900°С, Поток же воздуха- окислителя направляют через теплообменник 8, где охлаждают за счет подогрева топлива, подаваемого в камеру сгорания. При охлаждении воздуха на 15 С достигается нагрев топлива примерно на 107 С.

При температуре наружного воздуха ниже плюс 4 С включают теплообменник 9, расположенный в воздухозаборной камере 10. В этом случае засасываемый воздух нагревают в теплообменнике 9 за счет тепла потока воздуха-окислителя. При соотношении водных эквивалентов рассмотренных сред 2, 1 величина нагрева и охлаждения этих сред состоит соответственно 50 С и 105 С, т.е. на входе в осевой компрессор ГПА температура воздуха состоит плюс Ю С при температуре наружного воздуха минус 40 С, а температура потока воздуха-окислителя

5 0 5 0

5 0

5

0 5

0 5

снизится уже до 150 С. Затем охлажденный поток воздуха-окислителя направляю ; на горение. Подачу топлива осуществляют по своему контуру. Проходя теплообменник 8, топливо нагревают и подают на горение, которое сопровождается особенностями, описанными ранее.

В результате охлаждения потока воздуха-окислителя сначала в теплообменнике 9 системы антиобледенения, а затем в теплообменнике 8 линии подачи-топлива происходит снижение химической активности всех компонентов воздуха-окислителя, в основном кислорода и азота, соединение которых между собой в химические окислы NOx в значительной мере подавляется.

Напротив, подогрев топлива благоприятно сказывается на его инициировании, воспламенении и сжигании.

Все описанные процессы формально протекают при постоянной температуре горения, т.к. при предварительном обмене тепловой энергии между топливом и окислителем в расчетных уравнениях для определения температуры сгорания общее количество вносимого тепла потоками топлива и окислителя остается неизменным.

В результате описанных действий КПД цикла ГТУ повышается в среднем на 1,5-2$, температура горения снижается на 150 С, содержание оксидов азота в выхлопных газах снижается от величины 0,058 мольн.% до величины 0,033 мольи.%.

Применение предлагаемого способа работы установки позволяет:

- повысить КПД цикла ГТУ в среднегодовом исчислении на 1,5-2%;

- повысить надежность работы газопе- рекачивающего агрегата и его антиобледе- нительной системы;

- снизить содержание оксидов азота в продуктах сгорания в среднем на 45-50%.

Применение предлагаемого способа работы установки предлагается на компрессорных станциях с агрегатами ГТК-10И, установленными на магистральном газопроводе Союз.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Способ работы газотурбинной установки газоперекачивающего агрегата, включающий подачу в камеру сгорания топлива, отбираемого из магистрального газопровода, и воздуха, выходящего из компрессора, разделенного на первичный и вторичный воздух, от л ича ющи йся тем, что, с целью повышения надежности в работе установки и снижения вредных выбросов в атмосферу, при температуре наружного воздуха меньше 5°С первичный воздух перед подачей в камеру сгорания сначала охлаждают в воздуховоздушном теплообменнике на входе в компрессор, одновременно нагревая поступающий в компрессор воздух, а затем ох 4 7

л

лаждают в теплообменнике топливной магистрали, подогревая топливо, подаваемое в камеру сгорания.

92 /

/

Использование: изобретение относится к технологическому процессу работы компрессорных станций магистральных газопроводов- и может быть использовано на компрессорных станциях. Сущность изобретения: всасываемый осевым компрессором воздух нагревают на 15-20 град. Цельсия в течение годового стояния наружных температур атмосферного воздуха ниже плюс 5 град. Цельсия за счет тепла потока воздуха-окислителя, кроме того поток воздуха-окислителя дополнительно охлаждают в теплообменнике за счет подогрева топлива перед его подачей в камеру сгорания ГТУ. 3 ил.