Паровой котел-утилизатор с блоком дожигающих устройств

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в энергетических парогазовых установках с газотурбинными двигателями, паровыми турбинами и котлами-утилизаторами, снабженными блоками дожигающих устройств. Наибольший эффект может быть достигнут в теплофикационных ПГУ, где блок дожигающих устройств используют для покрытия пиковых тепловых нагрузок в холодный период с одновременной компенсацией снижения мощности паровой турбины из-за увеличения давления в теплофикационных отборах пара в этот период. Предложен паровой котел-утилизатор с блоком дожигающих устройств, включающий последовательно расположенные по ходу греющих газов пароперегревательный и испарительный участки, при этом блок дожигающих устройств размещен по ходу газов между пароперегревательным и испарительным участками. Паровой котел-утилизатор может быть снабжен экранирующими испарительными поверхностями, являющимися частью испарительного участка и установленными на стенках газового тракта котла-утилизатора между блоком дожигающих устройств и испарителем. Изобретение обеспечивает компактность, снижение теплопотерь и затрат на теплоизоляцию и теплозащиту. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в энергетических парогазовых установках (ПГУ) с газотурбинными двигателями, паровыми турбинами и котлами-утилизаторами (КУ), снабженными блоками дожигающих устройств (БДУ).

Наибольший эффект может быть достигнут в теплофикационных ПГУ, где БДУ используют для покрытия пиковых тепловых нагрузок в холодный период с одновременной компенсацией снижения мощности паровой турбины из-за увеличения давления в теплофикационных отборах пара в этот период.

Известен паровой котел-утилизатор, в котором применено типовое решение, состоящее в наличии блока дожигающих устройств, размещенного на входе КУ по греющим газам, перед пароперегревательным участком (Л.В.Арсеньев, В.Г.Тырышкин. Комбинированные установки с газовыми турбинами. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отделение, 1982, с.59, рис.II.I, б).

Недостатками известного устройства являются увеличение габаритов КУ, увеличение потерь на внешнее охлаждение и затрат на теплоизоляцию и теплозащиту, а также относительно малый диапазон изменения паропроизводительности КУ за счет БДУ.

Известен паровой КУ с БДУ, примененный в теплофикационной ПГУ Nossener Brücke в г.Дрезден, Германия, содержащий последовательно расположенные по ходу греющих газов пароперегревательный и испарительный участки ПЕ и И, снабженный двумя БДУ, первый из которых установлен на входе в КУ по греющим газам, перед пароперегревательным участком ПЕ, второй - перед газовым подогревателем сетевой воды ГПС (Цанев С. В., Буров В.Д., Ремезов А.Н. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций: Учебное пособие для вузов под ред. С.В. Цанева - М.: Изд-во МЭИ, 2002 - с.426, рис.9.32),

Это известное техническое решение по совокупности признаков является наиболее близким к заявляемому и принято за прототип.

Недостатки устройства, принятого за прототип, связаны с размещением БДУ в КУ перед пароперегревателем. Это, во-первых, необходимость выдерживать расстояние от горелок БДУ до поверхностей нагрева пакета труб пароперегревателя не менее 5 м - для выравнивания температуры и скорости газового потока (там же, с.287) - и, соответственно, увеличение габаритов КУ, увеличение потерь на внешнее охлаждение и затрат на теплоизоляцию и теплозащиту. Во-вторых, относительно малый диапазон изменения паропроизводительности КУ за счет БДУ вследствие ограничений по допустимой температуре стенок труб пароперегревателя (с учетом температурной разверки в поперечном сечении газового тракта за БДУ и неизбежного возрастания разверки температур пара в трубах пароперегревателя), по температуре стенок газового тракта КУ непосредственно за БДУ (по соображениям теплозащиты несущих конструкций КУ и снижения теплопотерь на внешнее охлаждение), а также вследствие ограничений по допустимым значениям температуры и давления пара в.д. перед паровой турбиной.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, а также выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил технического решения, характеризующегося признаками, тождественными или эквивалентными предлагаемым, при этом изобретение не вытекает явным для специалиста образом из известного уровня техники и определенного заявителем.

Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого технического решения по совокупности признаков, позволило выявить в заявленном устройстве совокупность существенных отличительных признаков по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату, изложенную в нижеприведенной формуле изобретения.

Изобретение обеспечивает компактность размещения БДУ в котле-утилизаторе, снижение теплопотерь на внешнее охлаждение и затрат на теплоизоляцию и теплозащиту, расширение диапазона изменения паропроизводительности за счет БДУ в рамках существующих ограничений по температуре стенок теплообменных поверхностей и по температуре и давлению пара перед паровой турбиной.

Предложен паровой котел-утилизатор с блоком дожигающих устройств, включающий последовательно расположенные по ходу греющих газов пароперегревательный и испарительный участки, при этом блок дожигающих устройств размещен по ходу газов между пароперегревательным и испарительным участками.

Паровой котел-утилизатор может быть снабжен экранирующими испарительными поверхностями, являющимися частью испарительного участка и установленными на стенках газового тракта котла-утилизатора между блоком дожигающих устройств и испарителем.

Расстояние от горелок БДУ до пакета испарителя в заявляемом КУ может быть уменьшено до размеров факела, поскольку разверка и флуктуации температур по поперечному сечению газового тракта за БДУ не приведут к разверке температур воды и пароводяной смеси в трубах испарителя, т.к. температура воды в трубах испарителя постоянна и одинакова, при этом по мере прохождения газа через испаритель скачки температур газа нивелируются вследствие увеличения локальных тепловых потоков в местах повышенных температур газа и, наоборот, снижения тепловых потоков там, где локальные температуры газа при прохождении испарителя оказываются ниже среднего уровня.

Более компактное размещение БДУ с возможностью экранировки стенок котла, в случае необходимости, испарительными поверхностями позволяет значительно снизить теплопотери на внешнее охлаждение КУ и затраты на теплоизоляцию и теплозащиту.

Диапазон изменения паропроизводительности КУ за счет БДУ при его размещении перед испарителем также может быть значительно увеличен, во-первых, потому, что дожигание топлива начинается при более низкой температуре газа за пароперегревателем, во-вторых, в силу гарантированного непревышения максимально допустимого уровня температуры стенок водоохлаждаемых поверхностей (каковыми являются поверхности испарителя), в-третьих, благодаря снижению (а не повышению) температуры пара перед паровой турбиной при использовании БДУ и, как следствие, более плавному повышению давления перед паровой турбиной (Р), меняющегося в примерно пропорциональной зависимости от произведения расхода пара (G) на квадратный корень от температуры (Т) в градусах Кельвина ( P G T ).

Сущность изобретения поясняется представленными на фиг.1 и фиг.2 схематическими чертежами, иллюстрирующими варианты реализации изобретения по обоим пунктам формулы на примере использования заявляемого КУ в составе парогазового блока, аналогичного прототипу. На чертежах изображены:

- на Фиг.1 - паровой котел-утилизатор с ГТД и паровым КУ с блоком дожигающих устройств. Вариант с подачей воды в экранирующие поверхности из барабана;

- на Фиг.2 - паровой котел-утилизатор с ГТД и паровым КУ с блоком дожигающих устройств. Вариант с подачей воды в экранирующие поверхности из экономайзера.

Паровой котел-утилизатор содержит ГТД 1 с турбогенератором 2 и паровой КУ 3 с БДУ 4. Паровой КУ предназначен для выработки пара одного давления с использованием остаточного тепла для нагрева сетевой воды и содержит последовательно расположенные по ходу греющих газов пароперегревательный и испарительный участки 5 и 6. Согласно изобретению, БДУ 4 размещен по ходу газов между пароперегревательным и испарительным участками 5 и 6. Согласно п.2 формулы, КУ 3 может быть также снабжен экранирующими испарительными поверхностями 7, являющимися частью испарительного участка 6 и установленными на стенках газового тракта КУ 3 между БДУ 4 и испарителем 6.

В приведенном примере КУ выполнен вертикальным и содержит барабан 8 с циркуляционным насосом 9, а также экономайзер 10 с регулирующим клапаном (РК) 11, установленным на выходе экономайзера 10 по питательной воде. Экранирующие испарительные поверхности 7 на выходе по пароводяной смеси сообщены через выходной коллектор 12 с входом барабана 8 по пароводяной смеси. На входе по воде экранирующие поверхности 7 связаны:

- в варианте, приведенном на фиг.1 - с выходом барабана 8 по воде через циркуляционный насос 9;

- в варианте, приведенном на фиг.2 - с выходом экономайзера 10 через РК 11 по питательной воде.

В приведенном примере КУ 3 также содержит хвостовой экономайзер 13, установленный по ходу газов за экономайзером 10 и сообщенный на выходе по воде с входом экономайзера 10 по воде, и содержит водяной подогреватель сетевой воды 14, сообщенный на входе и выходе по греющей воде, соответственно, с выходом и входом - через циркуляционный насос 15 и РК 16 - хвостового экономайзера 13 по воде.

Паровой КУ с БДУ работает следующим образом.

Воду из хвостового экономайзера 13 подают в экономайзер 10, откуда она поступает в барабан 8 непосредственно (фиг.1) или через пароводяной тракт экранирующих поверхностей 7 (фиг.2) с регулированием по уровню воды в барабане 8 при помощи РК 11. Воду из хвостового экономайзера 10 также подают циркуляционным насосом 15 на вход подогревателя сетевой воды 14 по греющей воде с регулированием по температуре воды за хвостовым экономайзером 13 при помощи РК 16.

В период, когда тепла, отпускаемого внешнему потребителю через водяной подогреватель сетевой воды 14 и из отборов паровой турбины (на чертежах не показанной), недостаточно, включают в работу БДУ 4. За счет теплоты сгорания топлива, подаваемого в БДУ 4 и сжигаемого в остаточном кислороде выхлопных газов ГТД 1, увеличивается паропроизводительность испарителя 6.

Максимальный диапазон изменения паропроизводительности КУ за счет БДУ при его размещении перед испарителем значительно шире, чем в прототипе, во-первых, потому, что дожигание топлива в БДУ начинается при более низкой температуре газа за пароперегревателем 5 (а не перед ним, как в прототипе), во-вторых, в силу гарантированного непревышения максимально допустимого уровня температуры стенок водоохлаждаемых поверхностей испарителя 6 и водоохлаждаемых экранирующих поверхностей 7, являющихся частью испарителя 6, в-третьих, благодаря снижению (а не повышению, как в прототипе) температуры пара за пароперегревателем 5 при использовании БДУ 4.

Проблема теплозащиты и теплоизоляции стенок газового тракта (если требуется расширить диапазон изменения температуры газа перед испарителем до слишком высоких значений) может быть решена установкой экранирующих поверхностей 7, а расстояние от горелок БДУ 4 до пакета испарителя 6 может быть уменьшено до размеров факела, поскольку разверка и флуктуации температур по поперечному сечению газового тракта за БДУ 4 не приводят к разверке температур воды и пароводяной смеси в трубах испарителя 6, т.к. температура воды в трубах испарителя 6 постоянна и одинакова, при этом по мере прохождения газа через испаритель 6 скачки температур газа нивелируются вследствие увеличения локальных тепловых потоков в местах повышенных температур газа и, наоборот, снижения тепловых потоков там, где локальные температуры газа при прохождении испарителя оказываются ниже среднего уровня. Тем самым обеспечивается более компактное размещение БДУ и значительное снижение теплопотерь на внешнее охлаждение КУ и затрат на теплоизоляцию и теплозащиту стенок КУ, связанных с использованием БДУ.

Приведенный пример представлен для иллюстрации заявляемого изобретения в наиболее наглядном виде и не исчерпывает всех возможных вариантов его применения. В частности, котел-утилизатор может быть не вертикальным, а горизонтальным, может содержать поверхности не одного, а двух или более давлений, может быть не барабанного, а прямоточного типа (т.е. не иметь барабанов), соответственно, исполнение экранирующих испарительных поверхностей и их подключение к основному пакету испарителя также может быть весьма разнообразным, кроме того, котел вообще может не иметь экранирующих поверхностей, учитывая более низкую начальную температуру газа перед БДУ (по сравнению с прототипом) и более компактное размещение БДУ в КУ (небольшое расстояние от БДУ до основного пакета труб испарителя) и т.п.

1. Паровой котел-утилизатор с блоком дожигающих устройств, включающий последовательно расположенные по ходу греющих газов пароперегревательный и испарительный участки, отличающийся тем, что блок дожигающих устройств размещен по ходу газов между пароперегревательным и испарительным участками.

2. Паровой котел-утилизатор с блоком дожигающих устройств по п.1, отличающийся тем, что паровой котел-утилизатор снабжен экранирующими испарительными поверхностями, являющимися частью испарительного участка и установленными на стенках газового тракта котла-утилизатора между блоком дожигающих устройств и испарителем.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в котлах-утилизаторах башенного типа, предназначенных для получения перегретого пара за счет охлаждения продуктов сгорания после газовой турбины.

Изобретение относится к процессу метанирования, в частности к рекуперации тепла в процессе, включающем реакцию метанирования и объединенном с процессом газификации угля.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в качестве источника парогазовой смеси при предпусковом подогреве как двигателей внутреннего сгорания, так и автомобилей.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может найти применение на любом предприятии, эксплуатирующем котлы на углеводородном топливе. .

Изобретение относится к устройствам для получения пара и может быть использовано в нефтегазодобывающем производстве при проектировании технологического оборудования, а также для передвижного отопления.

Изобретение относится к теплообменнику отработавшего газа, в частности охладителю отработавшего газа, для рециркуляции отработавших газов на автомобилях согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а конкретно к котлостроению, и может быть использовано в утилизационных паровых котлах для стационарной и транспортной энергетики.

Изобретение относится к парогенератору, в котором в канале топочного газа, протекаемом топочным газом приблизительно в горизонтальном направлении, расположена испарительная прямоточная поверхность нагрева, которая содержит множество включенных параллельно для протекания текучей среды парогенераторных труб с множеством подключенных после некоторых парогенераторных труб на стороне текучей среды выходных коллекторов.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в котлах-утилизаторах когенерационных энергетических установок и предназначено для утилизации уходящих газов газотурбинной установки, используемой в системах теплоснабжения отопления жилых домов, промышленных объектов, а также для других хозяйственных и технических нужд.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в энергетических парогазовых установках (ПТУ), содержащих газотурбинные установки (ГТУ) с утилизационными паровыми котельными установками.

Изобретение относится к компрессору газотурбинного двигателя, оборудованного системой отбора воздуха, а также к газотурбинному двигателю, такому как авиационный турбореактивный или турбовинтовой двигатель, оборудованному компрессором этого типа.

Изобретение относится к поточному каналу для компрессора, который расположен концентрично вокруг проходящей в осевом направлении оси машины и для направления в осевом направлении основного потока ограничен круглой в поперечном сечении ограничительной стенкой, при этом ограничительная стенка имеет множество распределенных по окружности проходов обратного потока, через которые ответвляемый из основного потока в месте отбора частичный поток направляется обратно в основной поток в лежащем по потоку выше места отбора месте ввода, и который содержит расположенные лучевидно в поточном канале перья лопаток лопаточного венца, при этом вершины перьев лопаток лежат противоположно ограничительной стенке с образованием зазора, при этом перья рабочих лопаток установлены с возможностью движения в заданном направлении вращения вдоль окружности ограничительной стенки, или ограничительная стенка установлена с возможностью движения в заданном направлении вращения относительно перьев направляющих лопаток лопаточного венца.

Изобретение относится к газотурбинным установкам. .

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах (САУ) автоматического управления ГТД.

Изобретение относится к конструкциям газотурбинных установок. .

Изобретение относится к вооружению, конкретно к конструкции танков. .

Газотурбинный двигатель, например двухконтурный турбореактивный двигатель, включает промежуточный кожух, содержащий выполненную в виде тела вращения внутреннюю стенку, ограничивающую с наружной стороны канал течения первичного потока воздуха и средства отбора воздуха. На заднем по потоку конце закрепляется наружный кожух компрессора высокого давления. Средства отбора воздуха находятся в канале этого компрессора высокого давления и связаны на выходе со средствами повторного впрыскивания воздуха в переднюю по потоку часть этого компрессора высокого давления. Средства отбора воздуха связаны со средствами повторного впрыскивания воздуха при помощи кольцевого коллектора, охватывающего внутреннюю выполненную в форме тела вращения стенку промежуточного кожуха по потоку перед компрессором высокого давления. Они располагаются в радиальном направлении между этой выполненной в форме тела вращения внутренней стенкой и выполненной в форме тела вращения наружной стенкой промежуточного кожуха, которая ограничивает с внутренней стороны канал течения вторичного потока воздуха газотурбинного двигателя. Изобретение позволяет упростить запитывание кольцевого коллектора воздухом не увеличивая массу и длину газотурбинного двигателя. 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в энергетических парогазовых установках с газотурбинными двигателями, паровыми турбинами и котлами-утилизаторами, снабженными блоками дожигающих устройств

Наверх