Противообледенительная система ГТУ с вихревым насосом

Рассматриваемая в данном разделе система внедрена на одной из отечественных компрессорных станций. В ней совмещены как отбор части циклового воздуха, так и подача на всасывающее устройство части горячих отработанных газов. Центральным местом такой ПОС является вихревой насос (ВН). ВН - это такое устройство, где создающийся потоком циклового воздуха высокого давления вихрь создаёт разряжение на оси устройства. Таким образом, возникает эжектирование продуктов сгорания с последующим смешением их с первичным рабочим телом высокого давления и подачи смеси во входной воздуховод ОК.

Экономическая эффективность работы такой ПОС определяется, в основном, соотношением количества подаваемых в воздушный тракт продуктов сгорания (вторичного потока) к количеству воздуха высокого давления (первичного потока), используемого в ВН, и его энергетической стоимости.

Система фильтрования.[2]

В газотурбинных и компрессорных установках воздух используется как техноло­гическая среда. В компрессорных установках воздух проходит цикл сжатия и затем на­правляется на какие-либо технологические нужды. В газотурбинной установке воздух используется для процесса сгорания газа.

В обоих случаях воздух, как правило, засасываемый из атмосферы, проходит через элементы компрессорных и газотурбинных установок.

Атмосферный воздух всегда содержит какое-то количество пылевых частиц есте­ственного происхождения, связанного с эрозией почв, генерацией различных пылей, рас­тениями (пух, тополей, одуванчиков, пыльца и т.п.). Дополнительное загрязнение воздуха вызывается техногенными факторами, связанными с жизнедеятельностью человека (вы­хлопы от автотранспорта, вентиляционные выбросы промышленных предприятий и т.д.). Это приводит к тому, что воздух, содержащий пылевые частицы, попадает к движущимся или вращающимся элементам газотурбинных и компрессорных установок. Наличие в перемещаемом воздухе пылевых частиц приводит к абразивному износу и загрязнению элементов газовых турбин и компрессорных установок. Особенно характерен абразивный износ для лопаток газовых турбин, который влечет снижение к.п.д. всей газотурбинной установки.

Загрязнение элементов газотурбинных установок приводит к дополнительным за­тратам, связанным с разборкой и очисткой этих элементов.

По указанным выше причинам возникает необходимость очистки циклового воздуха

Очистка воздуха в газотурбинных установках

Как отмечалось ранее, от чистоты воздуха, засасываемого в газотурбинные уста­новки, зависит ресурс этой установки, а также затраты на ее обслуживание.

Для решения этой задачи применяются специальные воздухоочистные устройства (ВОУ) (рис. 1).

ВОУ представляет собой, как правило, отдельно стоящее сооружение, соединенное коротким воздушным трактом с газотурбинной установкой. Воздухозабор в ВОУ осуще ствляется на высоте, как правило, не менее 8-10 метров. В верхней части ВОУ разме­щаются фильтры, которые защищаются от воздействия прямых атмосферных осадков (дождя и снега) с помощью специальных козырьков, жалюзийных каплеуловителей и т.

Выбор системы фильтрации ВОУ зависит от исходных данных: уровня чистоты воздуха, поступающего в турбину после очистки и уровня запыленности атмосферного воздуха, поступающего на систему фильтрации.

В СССР требования очистки воздуха в ВОУ газотурбинных установок регламен­тировались ГОСТ 29328-92, в соответствии с которым воздух должен быть очищен до концентрации 0, 3 мг/м³ и от частиц крупнее 20 мкм.

Указанное требование по очистке циклового воздуха является очень грубым, что в дальнейшем повлекло его ужесточение.

Другим требованием, определяющим выбор системы очистки циклового воздуха в газовой турбине, является запыленность воздуха в месте ее расположения.

В рассматриваемом нами случае газотурбинные установки выступают или как энергетические установки (для производства электроэнергии и тепла), или как установки, расположенные на компрессорных станциях, осуществляющих перекачку природного газа по газопроводам.

Газотурбинные агрегаты, как элементы компрессорных станций, могут располагаться в отдаленных районах Сибири, а также степных районах России, Украины, Белоруссии и Европы, а также странах Средней Азии. Энергетические газотурбинные установки чаще всего располагаются на территории ТЭЦ, ГРЭС, крупных котельных или промышленных предприятий, когда энергетическая установка компенсирует нехватку электрических мощ­ностей этого предприятия.

Запыленность, дисперсный состав и свойства пылей в этих случаях различны, что должно диктовать различные схемы очистки циклового воздуха для газотурбинных агре­гатов.

Так, например, запыленность в сельской местности, как правило, невелика, и может колебаться от 0, 05 до 0, 2 мг/м³, что в этом случае диктует устройство системы очистки накопительного типа. В ряде случаев эта система может потребовать защиты от крупной «пыли», например, тополиный пух, семена одуванчиков, пыльца других растений, мошкара и т.п.

Для степных районов, расположенных вне городской черты, среднегодовые запы­ленности также невелики. Однако, при возникновении пыльных бурь, запыленность может увеличиваться многократно и за несколько часов приводить к полному выходу системы фильтрации из строя.

В этом случае более целесообразна установка самоочищающихся фильтров с импульсной регенерацией, которая способна справляться с пиковыми всплесками за­пыленности очищаемого воздуха.

Третьим общим случаем может являться размещение газотурбинной установки на территории промышленного предприятия, где запыленность воздуха может колебаться от 2-х до 5 мг/м³. В этом случае выбор системы фильтрации должен производиться с учетом дисперсности и свойств пылей, содержащихся в воздухе этой территории.

Например, при отсутствии аэрозолей сажи и большого количества мелкодисперс­ных аэрозолей менее 1 мкм может быть использована система фильтрации с самоочи­щающимися фильтрами. При наличии в воздухе большого количества мелкодисперсных аэрозолей и сажи более предпочтительной может считаться накопительная система фильтрации.

Выбор системы фильтрации является важным моментом и должен проводиться специализированными организациями, т.к. недоучет всех исходных факторов может при­водить к необоснованным затратам.

Системы фильтрации воздуха в ВОУ

В целом, система фильтрации воздуха в ВОУ газотурбинных агрегатов может быть разделена на две группы: накопительного типа и системы с самоочищающимися патронными (картриджными) фильтрами, регенерация которых производится импульсной продувкой сжатым воздухом.

Необходимо отметить, что накопительная система включает, как правило, несколь­ко ступеней фильтрации, некоторые из которых также могут подвергаться регенерации в ручном режиме после извлечения их из мест установки.

Отдельно могут быть выделены воздухоочистные устройства инерционного типа, к которым относятся циклонные или жалюзийные пылеосадители. Они способны улавливать только грубодисперсные пыли и могут выступать в роли защитных устройств основной системы фильтрации от всплесков запыленностей, вызванных какими-либо причинами (например, пыльные бури).

Как указывалось выше, системы фильтрации накопительного типа, как правило, являются многоступенчатыми.

В этой многоступенчатой системе каждая последующая ступень решает задачу защиты предыдущей и, как правило, более дорогостоящей, от крупных фракций пыли.

Система шумоглушения.[3]

На рис. 5.58, 5.59 показаны характерные схемы шу­моглушения, используемые в мировой практике для сис­тем воздухозабора и для выхлопного газового тракта.

Глушители шума воздухозабора ГТУ установлены на Краснодарской ТЭЦ, Невинномысской ГРЭС, ГРЭС-3 ОАО «Мосэнерго», Ивановской ГРЭС и других станциях и показали высокую эффективность.

Рис. 5.58. Схема глушителя для воздушного тракта ГТ-100-750: 1 — ступень для снижения уровня шума низких частот; 2 — ступень для снижения уровня шума высоких частот; 3 — жалюзи; 4 — воздушный тракт

Рис. 5.59. Глушители выхлопного тракта: а — комбинация цилиндрических глушителей; б — сочетание цилинд­рического и трубчатого глушителей; в — глушитель, работающий по принципу «антизвук»; 1 — дымовая труба; 2 — звукопоглощающие цилиндры; 3 — ГТУ; 4 — звукопоглощающая облицовка; 5 — громко­говорители системы «антизвук»

Типичная схема снижения шума воздухозабора ГТ- 100-750 показана на примере ГРЭС-3 ОАО «Мосэнерго» (рис. 5.60). Глушитель расположен в канале размером 9, 2*3, 8 м. Ступени глушителя установлены на расстоя­нии 1 м в горизонтальной части воздухозабора. Первая ступень, которая находится ближе к ГТУ, предназначена для снижения уровня шума высоких частот и состоит из 45 пластин толщиной по 100 мм и с таким же воздушным зазором между ними. Вторая ступень предназначена для снижения уровня шума низких частот и состоит из 22 пластин толщиной по 200 мм. Воздушный зазор между пластинами составляет 200 мм. На боковых стенках возду­ховодов в местах размещения ступеней глушителя уста­навливаются по две также шумопоглощающие пластины, причем толщина этих пластин в 2 раза меньше толщины пластин, установленных в ступени.

Конструкция каркаса ступеней глушителя выполнена цельнометаллической. Основными несущими элемента­ми являются две трубы диаметром 95*3, 5 мм и длиной 3, 77 м. С помощью металлических полос каждая пласти­на разделена на 15 секций, что препятствует усадке ультрасупертонкого стекловолокна, используемого в ка­честве звукопоглощающего материала. От выдувания звукопоглощающий материал защищается перфорирован­ными металлическими листами и стеклотканью типа Э 0, 1. Диаметр перфорации равен 4 мм, шаг 8 мм, располо­жение отверстий рядное.

Для выхлопного тракта используют глушители, кото­рые являются, как правило, различными комбинациями цилиндрических и кулисных глушителей. Например, на рис. 5.59, а показана схема шумоглушения выхлопного тракта ГТУ фирмы «Броун-Бовери» мощностью 25 МВт. Глушитель имеет следующие размеры: длина большого цилиндра — 8300 мм, длина малого цилиндра — 3100 мм, а диаметры соответственно — 2700 и 950 мм. Тол­щина каждого кольца — 200 мм. Скорость потока между кольцами — 60 м/с, а сопротивление — 490 Па [1].

На рис. 5.59, б показан глушитель газотурбинной ус­тановки мощностью 50 МВт. Габаритные размеры глу­шителя: длина облицованного участка — 17 м, диаметр звукопоглощающего цилиндра — 3, 2 м. Аэродинамиче­ское сопротивление — 490 Па при скорости потока 50 м/с [1].

На рис. 5.59, в показан активный глушитель, рабо­тающий по принципу «антизвук» на газовой турбине мощностью 11 МВт [1]. Эффективность этого глушителя составляет 10...13 дБ на низких частотах.

Для газовых турбин, выхлопные тракты которых подсое­динены к одной дымовой трубе, целесообразно устанав­ливать один глушитель для всех газовых турбин в цо­кольной части дымовой трубы. На рис. 5.60 и 5.61 пока­заны соответственно устройства глушителей для нижнего и бокового подвода газоходов в трубу [21, 22]. Здесь зву­ковая энергия гасится при попадании на звукопогло­щающий материал перегородок, на внутренней облицов­ке трубы и цилиндрах. Оба устройства имеют минималь­ное аэродинамическое сопротивление, которое обеспечи­вается оптимальным подбором высоты перегородки, раз­мещением цилиндров со звукопоглощающим материа­лом и др.

Из рис. 5.60 видно, что поток дымовых газов плавно расширяется, проходя через конструкцию глушителя. Потери аэродинамического сопротивления стали меньше приблизительно на 20 Па для газового тракта с таким подводом трех газоходов от ГТ-100-750 и глушителем, чем без него. Такого вида глушитель установлен на Ива­новской ГРЭС.

Эффективность глушителя зависит от размеров и ко­личества цилиндров со звукопоглощающим материалом, высоты разделяющих перегородок и достигает 30 дБ.

Аэродинамическая и акустическая эффективность глушителя с боковым подводом газоходов к трубе (рис. 5.61) обеспечивается за счет установки перегородки и пандусов под определенным углом к оси подводящих га­зоходов.

Расположение звукопоглощающих элементов и их размеры существенно влияют на акустическую эффект.

Список литературы.

1.Диссертация На тему: Современная система защиты турбины от обледенения с вихревым насосом И.М. Новиков. [1]

2.НПП Фолтер [2]

3. Тупов В.Б. Снижение влияния факторов физического воздействия объектов энергетики на окружающую среду. [3]