Способ эксплуатации паротурбинной установки, а также устройство для производства пара

Изобретение относится к способу эксплуатации паротурбинной установки и к устройству для производства пара. Способ эксплуатации паротурбинной установки включает в себя по меньшей мере один парогенератор, отапливаемый твердым гранулированным топливом, например бурым углем, причем топливо сначала подвергается сушке с непрямым обогревом в сушилке с псевдоожиженным слоем, а сушилка с псевдоожиженным слоем по меньшей мере частично отапливается паром из пароводяного контура парогенератора, причем регулирование температуры в сушилке в зависимости от содержания влаги в топливе осуществляется в два этапа, причем сначала температура сушилки с псевдоожиженным слоем регулируется с помощью давления пара для обогрева, а вслед за этим регулированием происходит регулирование температуры перегрева пара для обогрева в зависимости от давления пара. Устройство для производства пара содержит по меньшей мере одну паротурбину с генератором, подключенную после парогенератора, причем сушилка содержит по меньшей мере один теплообменник, на который подается пар для обогрева и который подсоединен к пароводяному контуру парогенератора, причем перед теплообменником включена по меньшей мере одна дополнительная турбина для регулирования температуры сушилки. Изобретение позволяет повысить эффективность сушки и увеличить коэффициент полезного действия. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к способу эксплуатации паротурбинной установки по меньшей мере с одним парогенератором, отапливаемым твердым зернистым топливом, причем топливо сначала подвергается сушке с непрямым обогревом (т.е. без непосредственного контакта с теплоносителем) в сушилке с псевдоожиженным слоем, а сушилка с псевдоожиженным слоем по меньшей мере частично отапливается паром из пароводяного контура парогенератора.

Кроме того, изобретение относится к устройству для производства пара, содержащему по меньшей мере одну сушилку для сушки бурого угля с естественной влажностью, по меньшей мере один парогенератор, отапливаемый бурым углем, и по меньшей мере одну подключенную после парогенератора паровую турбину с генератором, причем сушилка содержит по меньшей мере один теплообменник, на который подается горячий пар и который подсоединен к пароводяному контуру парогенератора.

Из DE 19518644 А1 известны, например, способ и устройство для производства технологического пара для приведения во вращение турбины. Для этого бурый уголь сжигается в котле, отапливаемом пылью. В данном способе высушиваемый бурый уголь непрерывно сушится в сушилке с псевдоожиженным слоем, а сушилка с псевдоожиженным слоем непрямо обогревается, среди прочего, паром, отобранным из пароводяного контура энергетической установки с тем, чтобы удалить из бурого угля по меньшей мере часть влаги в виде вторичного пара. Выделенный вторичный пар и высушенный уголь отводятся из сушилки. Для осуществления сушки с максимальной энергетической эффективностью в DE 19518644 А1 предлагается, чтобы по меньшей мере один частичный поток вторичного пара уплотнялся и подавался к теплообменнику в качестве теплоносителя, причем вторичный пар по меньшей мере частично конденсируется. Кроме того, сушилка непрямо обогревается дополнительным теплообменником, через который протекает частичный поток технологического пара до или после его по меньшей мере частичного расширения с по меньшей мере частичным образованием конденсата.

В принципе известно, что даже уже в DE 19518644 говорится, что в результате сушки бурого угля перед сжиганием в парогенераторе установки может достигаться заметное увеличение коэффициента полезного действия. В результате сушки содержание воды, составляющее в буром угле с естественной влажностью примерно 45-65%, сокращается примерно до 10-25%. Это, среди прочего, приводит к тому, что в выпаривании этой влаги в камере сгорания парогенератора нет больше необходимости, так что дополнительных выбросов и тепловых потерь можно избежать.

Вышесказанное, само собою разумеется, относится и к другим видам влажного органического топлива.

В принципе, из самых разных способов известно, что по меньшей мере часть энергии, используемой для процесса сушки топлива в сушилке, изымается непосредственно из пароводяного контура технологического процесса установки. Обычно обогрев сушилки осуществляется с помощью отобранного пара главной турбины установки. Это предусмотрено, например, и в способе, описанном в DE 10319477 A1. Там вторичный пар, выделяющийся при сушке топлива, используется исключительно для предварительного нагрева питательной воды котла.

Температура, устанавливаемая в сушилке, обычно является функцией влажности топлива. Обычно сушилка с псевдоожиженным слоем устанавливается на максимально возможное содержание влаги в топливе. Однако на практике содержание влаги в топливе подвержено колебаниям. При использовании в качестве топлива, например, бурого угля содержание влаги, т.е. воды, может колебаться между 45 и 65 вес.%. Такие колебания влажности топлива в процессе управления до настоящего времени лишь в недостаточной степени могли учитываться. До сих пор на температуру в сушилке воздействуют исключительно путем дросселирования пара для отопления. Если сушильная мощность становится меньше намеченной, и, следовательно, требуется меньшее давление пара, то давление пара соответственно дросселируется. Таким образом, регулирование температуры сушилки является относительно простым, но энергетически неоптимальным.

Поэтому в основу изобретения положена задача усовершенствования способа, а также устройства вышеупомянутого типа с точки зрения общего коэффициента полезного действия.

Поэтому в способе вышеупомянутого типа согласно изобретению предлагается, чтобы регулирование температуры в сушилке осуществлялось в зависимости от содержания влаги в топливе в два этапа, причем чтобы сначала температура сушилки с псевдоожиженным слоем регулировалась с помощью давления пара для отопления, а вслед за этим регулированием производилось регулирование температуры перегрева пара для обогрева в зависимости от номинального давления пара для обогрева.

Регулирование согласно изобретению выгодным образом учитывает теплоотдачу поверхностей нагрева в сушилке. Поверхности нагрева эффективно используются лишь при конденсации пара для обогрева. При конденсации пара для обогрева используется высвобождающееся тепло конденсации.

В соответствии со способом согласно изобретению температура в сушилке поддерживается постоянной с учетом оптимальной теплоотдачи на поверхностях нагрева. Если бы сушилка эксплуатировалась с паром, перегретым примерно на 60 К, то условия теплоотдачи ухудшились бы, и часть поверхности нагрева потребовалась бы только для того, чтобы уменьшить перегрев, прежде чем использовать эффективную для теплоотдачи конденсацию пара. Вследствие этого ухудшенная теплопередача требует либо большей поверхности теплообменника, либо большего давления пара для обогрева. Благодаря соответствующему изобретению, сочетающемуся друг с другом регулированию давления и температуры перегрева, сушилка в принципе может эксплуатироваться с меньшим давлением, что с точки зрения термодинамики и технологического процесса установки является предпочтительным.

Целесообразно устанавливать температуру перегрева примерно на 1-5 К.

В одном особенно предпочтительном варианте способа согласно изобретению регулирование давления пара для обогрева для сушилки осуществляется с помощью по меньшей мере одной турбины с противодавлением, предусмотренной в дополнение к паротурбине процесса производства пара. Это имеет то преимущество, что различные давления пара для обогрева при полной и частичной нагрузке сушилки могут преобразовываться в кинетическую энергию. В таком случае перепад давлений между давлением отбираемого пара у главной турбины установки и действительно необходимым на сушилке давлением целесообразным образом используется для выработки электроэнергии.

Особенно предпочтительно регулирование температуры перегрева происходит посредством охлаждения впрыскиванием воды.

Целесообразно осуществлять охлаждение пара для обогрева впрыскиванием воды за турбиной с противодавлением.

Для достижения небольшого перегрева 1-5К охлаждение впрыскиванием может производиться избытком воды относительно термодинамически необходимого количества воды, например 1-7-кратным термодинамически необходимым количеством воды. Чтобы не оказать отрицательного воздействия на теплообмен в сушилке, избыток воды отделяется до поступления в теплообменник сушилки с псевдоожиженным слоем.

Если перепад давлений на турбине с противодавлением чересчур мал, ее целесообразно шунтировать. Такое шунтирование целесообразно также при выходе турбины с противодавлением из строя.

В одном из предпочтительных вариантов способа предусмотрено использование выделяющегося в сушилке с псевдоожиженным слоем вторичного пара для предварительного нагрева питательной воды котла.

Устройство для производства пара согласно изобретению, содержащее по меньшей мере одну сушилку для сушки бурого угля с естественной влажностью, по меньшей мере один парогенератор, отапливаемый бурым углем, и по меньшей мере одну паротурбину с генератором, подключенную после парогенератора, причем сушилка содержит по меньшей мере один теплообменник, на который подается пар для обогрева и который подсоединен к пароводяному контуру энергетической установки, характеризуется тем, что перед теплообменником включена по меньшей мере одна дополнительная турбина для регулирования температуры сушилки.

Турбину, включенную перед сушилкой, предпочтительно выполнять в виде турбины с противодавлением, приводящей в действие генератор.

При нескольких параллельно включенных ветвях сушки на одном валу может быть установлено несколько турбин с противодавлением, приводящих в действие общий генератор, благодаря чему механические потери и инвестиционные затраты минимизируются.

Для регулирования температуры перегрева пара в направлении потока пара для обогрева после включенной перед сушилкой турбиной предпочтительно предусматривать охлаждение впрыскиванием.

Ниже изобретение показано на основе процесса производства пара, изображенного со ссылкой на приложенную технологическую схему.

Схема технологического процесса энергетической установки, изображенная на чертеже, включает в себя парогенератор 1, первую турбину 2 и первый генератор 3, представляющие собою основные компоненты пароводяного контура 4.

Парогенератор 1 выполнен, например, в виде котла, отапливаемого пылевидным топливом, в котором в качестве топлива сжигается бурый уголь. Бурый уголь предварительно высушивается в сушилке, обозначенной позицией 5. Сушилка 5 выполнена известным образом в качестве сушилки с псевдоожиженным слоем, в которой ожиженный уголь подвергается непрямому обогреву с помощью теплообменника 6. Бурый уголь, например, с содержанием влаги или воды 60 вес.%, прежде чем подаваться для сжигания в парогенератор 1, высушивается в сушилке при температуре около 110°С до остаточной влажности 12 вес.%. Необходимая для этого энергия вводится в сушилку 5 главным образом в виде отобранного пара из первой турбины 2 энергетической установки. Имеющийся в наличии приблизительно при давлении 6 бар пар для обогрева из части низкого давления первой турбины 2 протекает, как это еще будет описано ниже, через теплообменник 6 сушилки 5. В результате ожиженный в сушилке 5, т.е. находящийся в кипящем слое, уголь подвергается непрямому обогреву. Отведенный из сушилки 5 вторичный пар обеспыливается в электрофильтре 7, а затем снова конденсируется в конденсаторе 8 вторичного пара. Часть вторичного пара, отведенного из сушилки 5, может быть использована для непрямого обогрева сушилки 5 в дополнительном теплообменнике (этот вариант на чертеже не показан). Точно так же частичный поток вторичного пара может быть использован для ожижения угля в сушилке. Тепло конденсации, выделяемое в конденсаторе 8 вторичного пара, может использоваться, например, для предварительного нагрева питательной воды котла.

Как уже было упомянуто вначале, отобранный пар поступает из первой турбины 2 с давлением около 6 бар и является относительно сильно перегретым. Он еще имеет температуру, например, около 280°С.

Согласно изобретению устанавливаемая в сушилке 5 температура, например 110°С, регулируется посредством давления пара для обогрева с помощью второй турбины 9, выполненной в качестве турбины с противодавлением. Температура в сушилке 5 поддерживается постоянной с помощью каскадного регулирования из регулирования давления и температуры. Для этого давление второй турбины 9 регулируется с помощью устройства 10 регулирования температуры и давления, при этом задающим воздействием (входным параметром) для регулирования давления турбины является температура в сушилке. Это осуществляется путем перестановки направляющих лопаток турбины 9. Температура сушилки, например 110°С, является функцией желательного содержания воды. В данном случае она получается, например, из содержания влаги в сухом буром угле около 12 вес.%.

Пар для обогрева, выделяющийся за второй турбиной 9, перегревается, например, с температурой приблизительно 60 К, что при необходимом давлении пара для обогрева, например 3,5 бара (температура конденсации = 130 К), слишком много для осуществления мгновенной конденсации в сушилке, необходимой для оптимального теплообмена и для использования теплоты конденсации. По этой причине согласно изобретению наряду с устройством 10 регулирования температуры и давления предусмотрено дополнительное устройство 11 регулирования температуры для регулирования температуры перегрева пара для обогрева.

Устройство 11 регулирования температуры соединено с охладителем впрыскиванием 12, с помощью которого температура перегрева управляется путем впрыскивания в пар для обогрева холодной воды. Устройство 11 регулирования температуры регулирует температуру перегрева пара для обогрева в зависимости от давления пара для обогрева в теплообменнике сушилки. Целью регулирования является охлаждение пара после второй турбины 9 до температуры перегрева только 1-5 К. Для этого в охладитель впрыскиванием 12 впрыскиваемая вода впрыскивается с приблизительно 1-7-кратным избытком относительно термодинамически необходимого количества. Избыток воды отделяется в подключенный отстойник для отделения воды.

Вторая турбина 9, а при нескольких ветвях сушки последующие турбины 9b, c, d … приводят в действие второй общий генератор 14, электроэнергия которого так же как и электроэнергия первого генератора 3 подается в сеть. Таким образом, общий коэффициент полезного действия технологического процесса энергетической установки можно увеличить на 0,2-0,4 процентных пункта, что является существенным.

Перечень позиций

1 - парогенератор,

2 - первая турбина,

3 - первый генератор,

4 - пароводяной контур,

5 - сушилка,

6 - теплообменник,

7 - электрофильтр,

8 - конденсатор вторичного пара,

9 - вторая турбина,

10 - устройство регулирования температуры и давления,

11 - устройство регулирования температуры,

12 - охладитель впрыскиванием,

13 - водоотделитель,

14 - генератор.

1. Способ эксплуатации паротурбинной установки по меньшей мере с одним парогенератором, отапливаемым твердым гранулированным топливом, причем топливо сначала подвергается сушке с непрямым обогревом в сушилке, а сушилка по меньшей мере частично отапливается паром из пароводяного контура парогенератора, отличающийся тем, что регулирование температуры в сушилке осуществляют в зависимости от содержания влаги в топливе в два этапа, причем сначала температуру сушилки регулируют с помощью давления пара для обогрева, а за этим регулированием следует регулирование температуры перегрева пара для обогрева в зависимости от номинального давления пара для обогрева.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру перегрева устанавливают на величину между 1 и 5К.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что регулирование давления пара для обогрева осуществляют с помощью по меньшей мере одной турбины с противодавлением.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что регулирование температуры перегрева осуществляют с помощью охлаждения пара для обогрева впрыскиванием воды.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что регулирование температуры перегрева осуществляют с помощью охлаждения пара для обогрева впрыскиванием воды.

6. Способ по п.3, отличающийся тем, что предусмотрено охлаждение впрыскиванием для пара для обогрева.

7. Способ по п.4, отличающийся тем, что предусмотрено охлаждение впрыскиванием для пара для обогрева.

8. Способ по п.5, отличающийся тем, что предусмотрено охлаждение впрыскиванием для пара для обогрева.

9. Способ по п.3, отличающийся тем, что охлаждение впрыскиванием производится избытком воды относительно термодинамически необходимого количества воды.

10. Способ по п.4, отличающийся тем, что охлаждение впрыскиванием производится избытком воды относительно термодинамически необходимого количества воды.

11. Способ по одному из пп.5-8, отличающийся тем, что охлаждение впрыскиванием производится избытком воды относительно термодинамически необходимого количества воды.

12. Способ по п.9 или 10, отличающийся тем, что избыток воды отделяют перед входом в теплообменник сушилки.

13. Способ по п.11, отличающийся тем, что избыток воды отделяют перед входом в теплообменник сушилки.

14. Способ по одному из п.п.6-10 или 13, отличающийся тем, что турбину с противодавлением шунтируют, если перепад давлений у нее чересчур мал.

15. Способ по п.11, отличающийся тем, что турбину с противодавлением шунтируют, если перепад давлений у нее чересчур мал.

16. Способ по п.12, отличающийся тем, что турбину с противодавлением шунтируют, если перепад давлений у нее чересчур мал.

17. Способ по одному из пп.1, 2, 5-10, 13, 15 или 16, отличающийся тем, что вторичный пар сушилки используют для предварительного нагрева питательной воды котла.

18. Способ по п.3, отличающийся тем, что вторичный пар сушилки используют для предварительного нагрева питательной воды котла.

19. Способ по п.4, отличающийся тем, что вторичный пар сушилки используют для предварительного нагрева питательной воды котла.

20. Способ по п.11, отличающийся тем, что вторичный пар сушилки используют для предварительного нагрева питательной воды котла.

21. Способ по п.12, отличающийся тем, что вторичный пар сушилки используют для предварительного нагрева питательной воды котла.

22. Способ по п.14, отличающийся тем, что вторичный пар сушилки используют для предварительного нагрева питательной воды котла.

23. Устройство для производства пара, содержащее по меньшей мере одну сушилку (5) для сушки бурого угля с естественной влажностью, по меньшей мере один парогенератор (1), отапливаемый бурым углем, и по меньшей мере одну паротурбину с генератором, подключенную после парогенератора, причем сушилка (5) содержит по меньшей мере один теплообменник (6), на который подается пар для обогрева и который подсоединен к пароводяному контуру (4) парогенератора (1), отличающееся тем, что перед теплообменником (6) включена по меньшей мере одна дополнительная турбина (9) для регулирования температуры сушилки.

24. Устройство по п.23, отличающееся тем, что турбина (9), включенная перед сушилкой (5), выполнена в виде турбины с противодавлением, которая приводит в действие генератор (14).

25. Устройство по п.24, отличающееся тем, что для регулирования температуры перегрева пара для обогрева в направлении потока пара для обогрева после турбины (9), включенной перед сушилкой (5), предусмотрен охладитель (12) впрыскиванием.