Преимущества применения абсорбционных теплонасосных и пароэжекторных установок в изменяющихся климатических условиях

Хорошо известно, что охлаждение воздуха на входе в осевой компрессор в летний период повышает мощность ГТУ за счет увеличения степени сжатия компрессора. В зимний период подогрев воздуха на входе в компрессор позволяет исключить обледенение лопаток.

Существует технология, предусматривающая подогрев циклового воздуха за счет отборов горячего воздуха после осевого компрессора. Но исследования, проведенные на агрегате ГТК-10, показали, что это приводит к значительным потерям мощности и повышенным расходам топливного газа, которые происходят из-за значительных отборов воздуха за осевым компрессором ГПА.

Кроме того, практика эксплуатации ГПА показывает, что постоянный подогрев воздуха и входного направляющего аппарата не требуется, Наоборот, в определенные периоды он может оказаться ненужным. Опасным с точки зрения возможности обледенения является диапазон температур наружного воздуха от +3 °С до - 5 °С, при относительной влажности более 80 %.

Выхлопные газы применяются для подогрева циклового воздуха на ряде импортных (ГТК-10И, ГТК-25И), а также отечественных (ГПА-Ц-6,3, ГПА-Ц-16) ГПА. На этих ГПА реально используется до 3 % выхлопных газов от общего количества воздуха, проходящего через осевой компрессор. На процессы горения это не оказывает никакого влияния. Использование выхлопных газов для подогрева циклового воздуха позволяет не только снижать расход топливного газа, но и повышать ресурс лопаток турбины. На ГТК-10 в систему подогрева циклового воздуха эжектором подается только 1 % выхлопных газов, что обусловлено низким давлением за осевым компрессором.

Но ни тот, ни другой способ не позволяют улучшить работу осевого компрессора ГТУ в летний период, когда требуется, наоборот, охлаждение циклового воздуха.

Этим уникальным свойством: вырабатывать "тепло" зимой и "холод" – летом обладают абсорбционные установки. Поэтому их применение на КС магистральных газопроводов может быть эффективным и технологичным, т.к. одна и та же установка может быть использована как для охлаждения воздуха на входе в осевой компрессор летом, так и для его подогрева в осеннее-зимний период (рис. 10.15).

На рис. 10.15а представлена принципиальная схема комбинированной установки с регулированием температуры воздуха на входе в осевой компрессор за счет тепла уходящих газов.

Существенное улучшение характеристики ГТУ при высоких температурах воздуха может быть достигнуто путем сочетания силовой установки с абсорбционной холодильной установкой (АХУ) (рис. 10.15а). Тепло выхлопных газов ГТУ в этом случае используется холодильной установкой, которая охлаждает цикловый воздух на входе в компрессор и увеличивает тем самым предельную степень сжатия π циклового воздуха перед подачей его в камеру сгорания.

В абсорбционных установках расходуют не механическую, а тепловую энергию. Увеличение мощности двигателя, η_гту, а также увеличение ресурса ГТУ за счет понижения температуры рабочих газов.

Например, при степени повышения давления в компрессоре π = 7 КПД ГТУ h_ГТУ увеличивается примерно на 7…9 % независимо от наличия или отсутствия регенеративного подогрева воздуха.

Применение охлаждения также приводит к смещению максимального КПД ГТУ в сторону бóльших степеней сжатия π, как в регенеративных установках, так и в установках без регенерации тепла.

Помимо этого, комбинированный цикл позволяет использовать регенеративный подогрев воздуха при более высоких (чем в обычных циклах) степенях сжатия π без снижения термического к.п.д. Следует отметить, что целесообразность применения абсорбционной холодильной установки должна быть обоснована, т.к. она имеет относительно низкий к.п.д. Кроме того, АХУ пока мало применяются в сфере транспорта газа.

Перспективным может оказаться применение на КС пароэжекторных холодильных установок ПЭХУ, которые также позволяют осуществлять глубокое регулирование температуры циклового воздуха на входе в осевой компрессор.

Р

КС

ГТ

ОК

АХУ

Н

а)

воздух

ОК

ПЭХУ

КС

ГТ

Н

КУ

пар» 8 ата

воздух

б)

Рисунок 10.15 - Схемы комбинированных установок

(комплексного использования):

К – компрессор; Р – регенератор; КС – камера сгорания; ГТ – газовая турбина; А – абсорбционная холодильная установка; ПЭХУ – пароэжекторная холодильная установка.