Парогенератор

 

Предназначен для получения пара для турбины и может использоваться в теплоэнергетике. Парогенератор содержит соединенные между собой две камеры сгорания, первая из которых работает на угле, а вторая - на биомассе, а также поверхности нагрева, размещенные в каждой камере сгорания и сообщенные между собой, причем первая по ходу теплоносителя поверхность нагрева размещена во второй камере сгорания, а вторая поверхность нагрева - в первой камере, что позволяет в качестве топлива использовать биомассу, исключая высокотемпературную коррозию и при этом обеспечивая высокий КПД. 6 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к парогенератору с камерой сгорания для получения рабочего вещества путем сжигания топлива.

В работающей на ископаемом топливе паросиловой установке внутренняя энергия топлива превращается в технологически используемую форму энергии. При этом за счет сжигания топлива в качестве рабочего вещества получают горячий газ, внутренняя энергия которого используется, чтобы полностью или частично испарить и/или перегреть воду в испарителе. Полученный таким образом пар подводят к паровой турбине, где он расширяется и при этом энергия передается генераторной системе.

В качестве топлива при этом используют, в частности, ископаемые энергоносители: жидкое топливо, природный газ или также уголь. Для этих видов топлива является общим, что они при сгорании выделяют углекислый газ (CO₂). Преобразованный при этом углерод перед сжиганием был долгое время связан в топливе и таким образом был исключен из баланса углекислого газа земной атмосферы. Сжигание таких топлив тем самым способствует повышению актуального глобального уровня CO₂. В частности, в связи с обусловленным им тепличным эффектом, то есть непрерывным нагревом земной атмосферы, имеет особенное значение использование при производстве пара регенерируемых энергоносителей или энергоносителей со сравнительно коротким циклом углекислого газа, например биомассы. Хотя при сжигании биомассы, как, например, соломы, в атмосферу также выделяется углекислый газ (CO₂), однако лежащий в основе его углерод был введен в биомассу только не задолго до этого, так что сжигание биомассы не имеет следствием достойного упоминания роста среднего уровня углекислого газа.

Поэтому, в частности, солома, в качестве биомассы, оказалась особенно привлекательным топливом для производства пара. При конструировании парогенератора для соломы в качестве топлива, однако, возникла проблема, что при температурах пара выше порядка 470^oC вследствие содержащихся в соломе веществ, например хлора или калия, начинается усиленная коррозия металлических поверхностей нагрева парогенератора. Однако, чтобы можно было эксплуатировать парогенератор с достаточно высоким для экономичной эксплуатации коэффициентом полезного действия, требуются температуры пара более чем 500^oC.

Парогенератор с первой камерой сгорания для производства рабочего вещества путем сжигания первого топлива и со второй камерой сгорания для сжигания биомассы в качестве топлива известен соответственно из документов EP-A-0 206 340 и из US-A-3 884 193. В этих парогенераторах вторая камера сгорания соответственно включена после первой камеры сгорания в направлении течения рабочего вещества.

В основе изобретения поэтому лежит задача создания парогенератора, с которым при применении биомассы в качестве топлива может достигаться высокий коэффициент полезного действия, без возникновения усиленной коррозии.

Эта задача решается согласно изобретению за счет парогенератора с первой камерой сгорания для получения рабочего вещества путем сжигания первого топлива и со второй камерой сгорания для сжигания второго топлива, которая включена в направлении течения рабочего вещества после первой камеры сгорания, причем первая поверхность нагрева перегревателя расположена в области дымового газа второй камеры сгорания, и включенная после первой поверхности нагрева перегревателя вторая поверхность нагрева перегревателя расположена в области дымового газа первой камеры сгорания.

Подобный парогенератор может особенно гибко приспосабливаться к различным требованиям при использовании различных типов топлива. Только за счет этого гарантируется, что можно удовлетворить особым требованиям при сжигании биомассы для избежания коррозии на поверхностях нагрева парогенератора, причем, однако, является достижимым необходимый для высокого коэффициента полезного действия в парогенераторе высокий уровень температуры. Чтобы особенно надежно обеспечить необходимый для высокого коэффициента полезного действия высокий уровень температуры пара, при этом предусмотрены поверхности нагрева перегревателя. Рабочие параметры парогенератора, в частности, за счет поверхностей нагрева перегревателя могут особенно гибко приспосабливаться к уровню температуры дымового газа первой и второй камеры сгорания.

В особенно предпочтительной форме выполнения при этом к первой камере сгорания может подводиться в качестве топлива уголь, в частности каменный уголь, и/или ко второй камере сгорания - биомасса, в частности солома. За счет этого обеспечивается, что в области первой камеры сгорания является достижимой необходимая для высокого коэффициента полезного действия температура пара, например выше 550^oC, причем в области второй, работающей на биомассе камеры сгорания для избежания высокотемпературной коррозии температура пара составляет меньше, чем примерно 470^oC. Таким образом, биомасса, в частности солома, может использоваться в качестве главного топлива для производства температуры пара примерно 470^oC, причем за счет сжигания угля по типу дополнительной топки температуру пара поднимают выше 550^oC.

Для особенно высокого коэффициента полезного действия парогенератора в предпочтительной форме выполнения полученное при его работе в первой камере сгорания рабочее вещество служит в качестве воздуха для сжигания топлива во второй камере сгорания. Для этого первая камера сгорания может эксплуатироваться целесообразно с избытком воздуха, в частности с отношением избытка действительно подведенного количества воздуха к необходимому для стехиометрического горения количеству воздуха порядка 2,5. При работе первой камеры сгорания с избытком воздуха температура дымового газа рабочего вещества может к тому же понижаться до порядка 1050^oC, так что может избегаться размягчение золы и результирующееся из него загрязнение поверхностей нагрева.

Для обеспечения особенно выгодной теплопередачи при производстве пара, внешние стенки парогенератора целесообразно содержат множество труб парогенератора. В зависимости от рабочего давления парогенератор при этом может быть сконструирован в виде парогенератора с принудительной циркуляцией или в виде парогенератора с естественной циркуляцией.

Для дальнейшего улучшения коэффициента полезного действия является целесообразным в подключенный к первой и/или второй камере сгорания подающий трубопровод для воздуха включать теплообменник для подогрева воздуха путем теплообмена с полученным при сгорании дымовым газом.

Достигаемые изобретением преимущества заключаются в, частности, в том, что за счет подключения на стороне рабочего вещества второй камеры сгорания после первой камеры сгорания в качестве главного топлива может использоваться биомасса, причем при исключении высокотемпературной коррозии на поверхностях нагрева тем не менее обеспечивается высокий коэффициент полезного действия парогенератора. Кроме того, применение каменного угля в качестве дополнительного топлива, в частности, также по сравнению с альтернативными видами дополнительного топлива, как, например, благородные виды топлива: жидкое топливо или природный газ, обеспечивает экономичную работу подобного парогенератора.

Пример выполнения изобретения поясняется более подробно с помощью чертежа, на котором показан парогенератор.

Парогенератор 1 согласно чертежу включен через свой подающий трубопровод для питательной воды 2 и через свой выход на стороне пара 4 в пароводяной контур не представленной паровой турбины. Для этого трубопровод для питательной воды 2 через подогреватель или экономайзер 6 подключен к множеству труб парогенератора 8, которые являются частью внешней стенки 10 парогенератора 1. Трубы парогенератора 8 на стороне выхода подключены к первому перегревателю высокого давления 12. Он соединен на стороне выхода со вторым перегревателем высокого давления 14, который входит в выход на стороне пара 4 парогенератора 1.

Для паровой турбины с несколькими ступенями давления в парогенераторе 1 дополнительно расположен первый промежуточный перегреватель 16. Он на стороне входа подключен к впуску пара 18 и на стороне выхода к также расположенному в парогенераторе 1 второму промежуточному перегревателю 20, который входит в выпуск пара 22. В зависимости от выполнения паровой турбины впуск пара 18, например, может быть подключен к выходу пара первой части или части высокого давления паровой турбины, а выпуск пара 22 к входу пара второй части или части среднего давления или низкого давления паровой турбины.

Парогенератор 1 содержит первую камеру сгорания 24 для производства рабочего вещества А путем сжигания первого топлива К. Первое топливо К при этом является предпочтительно углем, в частности каменным углем. Далее парогенератор 1 содержит расположенную или включенную после первой камеры сгорания 24 в направлении течения рабочего вещества А вторую камеру сгорания 26 для сжигания второго топлива S. Последнее является предпочтительно биомассой, в частности соломой. Расположение камер сгорания 24 и 26 является при этом таковым, что второй перегреватель высокого давления 14 и второй промежуточный перегреватель 20 расположены в области дымового газа первой камеры сгорания 24, и что первый перегреватель высокого давления 12 и первый промежуточный перегреватель 16 расположены в канале дымового газа второй камеры сгорания 26.

Подключенный к первой камере сгорания 24 подающий трубопровод для воздуха 30, так же как и подключенный ко второй камере сгорания 26 подающий трубопровод для воздуха 32, питается от общего подающего трубопровода для воздуха 34. Подающий трубопровод для воздуха 34 включен во вторичную сторону теплообменника 36. По первичной стороне он включен в поток отходящего газа, полученного при сжигании отходящего газа или дымового газа R. Теплообменник 36 служит, таким образом, в качестве подогревателя воздуха.

При работе парогенератора 1 к первой камере сгорания 24 подводят в качестве топлива К каменный уголь. Чтобы избежать размягчения золы и результирующегося отсюда загрязнения поверхностей нагрева сжигание топлива К производят таким образом, что температура полученного при сжигании рабочего вещества А в области второго перегревателя высокого давления 14 составляет порядка 1050^oC. Для этого топливо К в первой камере сгорания 24 сжигают при избытке воздуха, в частности при отношении избытка воздуха порядка 2,5. Часть теплосодержания рабочего вещества А через трубы парогенератора 8 передается на протекающую в них пароводяную смесь. Другая часть теплосодержания рабочего вещества А через второй перегреватель высокого давления 14 и второй промежуточный перегреватель 20 передается протекающему через них пару таким образом, что температура пара для достижения высокого коэффициента полезного действия составляет около 550^oC. Таким образом охлажденное примерно до 550^oC рабочее вещество А подводят в качестве воздуха для сжигания топлива ко второй камере сгорания 26. Вторая камера сгорания 26 при этом для топки соломой может быть отделена от области дымового газа первой камеры сгорания 24, например колосниковой решеткой.

Дополнительно к рабочему веществу А ко второй камере сгорания 26 подводят биомассу, в частности солому, в качестве второго топлива S и при необходимости через подающий трубопровод для воздуха 32 другой воздух для сжигания топлива. Топливо S во второй камере сгорания 26 сжигают таким образом, что возникающие при этом дымовые газы после отдачи тепла пароводяной смеси, направляемой по трубам парогенератора 8, имеют температуру порядка 850 - 880^oC. При такой температуре является возможным использование в качестве топлива S различных биомасс без появления чрезмерного загрязнения поверхностей нагрева за счет размягчения золы.

Часть теплосодержания дымового газа R через первый перегреватель высокого давления 12, первый промежуточный перегреватель 16, трубы парогенератора 8, а также экономайзер 6 переносится на проходящую в них воду или направляемый в них пар. При этом температуры пара не превышают 470^oC, так что высокотемпературная коррозия поверхностей нагрева не появляется также при применении биомассы в качестве второго топлива S. Дымовой газ R при этом охлаждается примерно до 350^oC. Остающаяся часть теплосодержания дымового газа R передается через теплообменник 36 для подогрева воздуха на воздух для сжигания топлива, подаваемый к первой камере сгорания 24 и/или второй камере сгорания 26.

В подобном парогенераторе 1 таким образом возможно применение биомассы, в частности соломы, в качестве главного топлива для производства температур пара до порядка 470^oC. При этом коррозия поверхностей нагрева является малой так, что парогенератор 1 имеет особенно длительный срок службы. За счет предвключения первой камеры сгорания 24 к тому же возможно достижение особенно благоприятных для высокого коэффициента полезного действия температур пара выше, чем 550^oC.

Формула изобретения

1. Парогенератор (1) с первой камерой сгорания (24) для получения рабочего вещества (А) путем сжигания первого топлива (К) и второй камерой сгорания (26) для сжигания второго топлива (S), причем вторая камера сгорания (26) включена в направлении течения рабочего вещества (А) после первой камеры сгорания (24), отличающийся тем, что первая поверхность нагрева перегревателя (12, 16) расположена в области дымового газа второй камеры сгорания (26) и что включенная после первой поверхности нагрева перегревателя (21, 16) вторая поверхность нагрева перегревателя (14, 20) расположена в области дымового газа первой камеры сгорания (24).

2. Парогенератор по п.1, отличающийся тем, что к первой камере сгорания (24) является подводимым в качестве топлива (К) уголь.

3. Парогенератор по п.1 или 2, отличающийся тем, что ко второй камере сгорания (26) является подводимой в качестве топлива (S) биомасса.

4. Парогенератор по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что получаемое при его работе в первой камере сгорания (24) рабочее вещество (А) служит во второй камере сгорания (26) в качестве воздуха для сжигания топлива.

5. Парогенератор по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что его внешние стенки (10) содержат множество труб парогенератора (8).

6. Парогенератор по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что в подключенном к первой и/или второй камере сгорания (24, 26) подающем трубопроводе для воздуха (30, 32, 34) расположен теплообменник (36) для подогрева воздуха путем теплообмена с полученным при сгорании дымовым газом (R).

7. Парогенератор по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что температура полученного в первой перегревательной поверхности (12, 16) пара не превышает максимума порядка 470^oC.

РИСУНКИ

Рисунок 1