Теплообменная система и способ для теплоутилизационного парогенератора
Группа изобретений относится к регенеративным подогревателям. Теплоутилизационный парогенератор содержит корпус, змеевик испарителя низкого давления, разгонный змеевик предварительного подогрева выше по потоку от него и змеевик подогревателя питательной воды ниже по потоку от него. Водо-водяной теплообменник имеет низко- и высокотемпературные контуры. Первый патрубок идет от предварительного подогревателя к высокотемпературному контуру, и второй патрубок от подогревателя питательной воды к предварительному подогревателю. Патрубок может проходить от подогревателя питательной воды к испарителю низкого давления. Патрубок может проходить от водо-водяного теплообменника к подогревателю питательной воды. Змеевик экономайзера высокого давления расположен выше по потоку от предварительного подогревателя, при этом патрубок выходит из подогревателя питательной воды к экономайзеру высокого давления. Дополнительный змеевик расположен выше по потоку от экономайзера высокого давления. Подогреватель питательной воды содержит первую и вторую секции, или первую, вторую и третью секции; или больше секций. Соединения между различными составными элементами и секциями могут располагаться вблизи их расположенных выше по потоку и расположенных ниже по потоку поверхностей. Техническим результатом является повышение температуры питательной воды выше точки росы всех топлив для защиты от коррозии. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.
РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
По настоящей заявке испрашивается приоритет по предварительной заявке США №61882911 от 26 сентября 2013 г., на имя автора Дэниела Б. Клекенера (Daniel B. Kloeckener), которая включена в настоящее описание путем ссылки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Природный газ служит в качестве источника энергии для большей части из производящегося в настоящее время электричества. С этой целью, газ подвергается сгоранию в газовой турбине, что приводит в действие электрический генератор. Однако продукты сгорания выходят из газовой турбины в виде отработавшего газа с достаточно высокой температурой. Другими словами, отработавший газ сам представляет собой источник энергии. Эта энергия извлекается в теплоутилизационном парогенераторе ("ТУПГ"), который производит перегретый пар, который приводит в действие другой электрический генератор.
Такой отработавший газ включает в себя углекислый газ и воду в паровой фазе, но также включает в себя остатки серы в виде диоксида и триоксида серы. Эти соединения серы, если объединяются с водой, производят серную кислоту, которая является высококоррозионной. При условии, что температуры поверхностей нагрева остаются выше температуры кислотной точки росы отработавшего газа, SO2 и SO3 проходят через ТУПГ без пагубных последствий. Но если какая-либо поверхность опускается до температуры ниже температуры кислотной точки росы, серная кислота будет конденсироваться на этой поверхности и разъедать ее.
Температуры точки росы варьируются в зависимости от топлива, которое расходуется. Для природного газа, температура поверхностей нагрева не должна опускаться ниже около 60°C. Для большинства нефтяных топлив, она не должна опускаться ниже около 113°C.
Обычно, ТУПГ содержат корпус, имеющий впуск и выпуск и последовательность теплообменников - а именно, перегреватель, испаритель и подогреватель питательной воды, размещенные в этом порядке в корпусе между впуском и выпуском.
Такие теплообменники для ТУПГ могут иметь множество блоков змеевиков, последний из которых в направлении протекания газа может представлять собой подогреватель питательной воды. Поверхности, подвергаемые коррозии вследствие серной кислоты, находятся именно на подогревателе питательной воды. Подогреватель питательной воды получает конденсат, который возникает из пара низкого давления, выпускаемого паровой турбиной, и повышает температуру воды. Затем, более теплая вода из подогревателя питательной воды протекает в один или более испарителей, которые преобразуют ее в перенасыщенный пар. Этот перенасыщенный пар протекает в перегреватель, который преобразует его в перегретый пар. Из перегревателя, перегретый пар протекает в паровую турбину.
В этом процессе, ко времени достижения горячим газом подогревателя питательной воды на заднем конце ТУПГ, его температура является достаточно низкой. Однако эта температура не должна быть настолько низкой, что кислоты конденсируются на поверхностях нагрева подогревателя питательной воды.
Обычно, в вышерассмотренном процессе, большинство ТУПГ производят перегретый пар на трех уровнях давления - низкого давления (НД), промежуточного давления (ПД) и высокого давления (ВД). Более того, ТУПГ может иметь то, что называется испарителем НД, экономайзером ВД и экономайзером ПД. Подогреватель питательной воды типично выпускает некоторую часть подогретой питательной воды непосредственно в испаритель НД.
Подогреватель питательной воды, или предварительный подогреватель, в парогенераторе отбирает тепло из низкотемпературных газов для повышения температуры входящего конденсата до его выхода в испаритель НД, экономайзер ВД или экономайзер ПД. Множество способов использовалось для повышения температуры конденсата до его входа в какую-либо часть трубок предварительного подогревателя в пути газа (например, рециркуляционный насос, внешний теплообменник). Эти способы использовались для предотвращения опускания температуры отработавшего газа ниже кислотной точки росы и возникновения коррозии вследствие серной кислоты.
Системы и способы уровня техники были ограничены в применении, так как температура питательной воды не была достаточно высокой для защиты от коррозии точки росы всех топлив. Перемещение теплопереносящих змеевиков в более горячие области обеспечивает большие перепады в теплообменнике.
В настоящем описании изобретения, внешний водо-водяной теплообменник подогревает низкотемпературный впускной конденсат с помощью источника тепла, представляющего собой горячую воду, которая выходит с первой ступени подогревателя питательной воды. Поток конденсата сначала входит во внешний теплообменник. Затем предварительно подогретый конденсат выходит из внешнего теплообменника и входит в подогреватель питательной воды. Энергия воды, выходящей из предварительного подогревателя, используется для предварительного подогрева входящего конденсата. Настоящее описание изобретения размещает секцию поверхности предварительного подогревателя в более горячую секцию потока газа, выше по потоку от испарителя НД, для достижения предпочтительного результата повышения температуры на входе источника и непосредственно повышения температуры на выпуске предварительно подогретого конденсата, выходящего из внешнего теплообменника. Эта конструкция обеспечивает возможность использования внешнего теплообменника в конструкциях с более высокими точками росы в холодном конце. Настоящая система и способ могут, таким образом, создавать больший перепад температуры во внешнем водо-водяном теплообменнике. Этот больший перепад температуры, по сравнению с предшествующим уровнем техники, дает более высокую температуру на выпуске и предохраняет ТУПГ от конденсационной коррозии холодного конца от топлив с более высокими кислотными точками росы.
Вышеупомянутые и другие признаки и преимущества изобретения, а также его предпочтительные в настоящее время варианты осуществления, станут более очевидными из прочтения нижеследующего описания во взаимосвязи с прилагаемыми чертежами.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 представляет собой схематичный вид силовой системы, которая использует теплоутилизационный парогенератор ("ТУПГ") с признаками настоящего изобретения.
Фиг.2 представляет собой разрез нового ТУПГ.
Фиг.3 представляет собой схематичный вид элементов нового ТУПГ.
Фиг.4 представляет собой схематичный вид элементов другого варианта осуществления нового ТУПГ
Фиг.5 представляет собой схематичный вид элементов другого варианта осуществления ТУПГ.
Соответствующие ссылочные позиции обозначают соответствующие части на всех нескольких фигурах чертежей.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Нижеследующее подробное описание показывает заявленное изобретение в качестве примера, а не в качестве ограничения. Описание ясно позволяет специалисту в данной области воплотить и применить описание изобретения, описывает несколько вариантов осуществления, адаптаций, изменений, альтернатив и применений описания изобретения, включая то, что считается в настоящее время наилучшим вариантом осуществления заявленного изобретения. Кроме того, следует понимать, что описание изобретения не ограничено на его применении к деталям конструкции и расположениям составных элементов, заданным в нижеследующем описании или показанным на чертежах. Описание изобретения допускает другие варианты осуществления и воплощение на практике и осуществление различными образами. Также, следует понимать, что фразеология и терминология, использующиеся здесь, предназначены для целей описания и не должны рассматриваться в качестве ограничения.
Раскрытия изобретения теперь приводятся для теплообменной системы и способа применения в ТУПГ. Общее изображение системы, которая отличается применением в теплоутилизационном парогенераторе (ТУПГ), встречается в патенте США №6508206 B1 (в дальнейшем, "Патент '206"). Патент '206 полностью включен в настоящую заявку путем ссылки. На фиг.1 настоящей заявки показана компоновка, аналогичная компоновке, показанной на фиг.3 патента '206. Фиг.1 настоящей заявки раскрывает газовую турбину G, которая выпускает горячие отработавшие газы в ТУПГ 50, который извлекает тепло из газов для образования пара для питания паровой турбины S. Газовая турбина G и паровая турбина S питают генераторы E, которые способны производить электрическую энергию. Паровая турбина S выпускает пар при низкой температуре и давлении в конденсатор 51, где он конденсируется в жидкую воду. Конденсатор 51 находится в соединении по потоку с конденсатным насосом 52, который направляет воду обратно в ТУПГ 50 в качестве питательной воды.
Раскрытие признаков настоящего изобретения настоящей заявки показывает ТУПГ 50 с конструкцией теплообменников и каналов потока, которые обеспечивают усовершенствования по сравнению с уровнем техники.
Со ссылкой на фиг.1 и 2 настоящей заявки, ТУПГ 50 имеет корпус 53, внутри которого имеются теплообменники. Горячие газы, такие как отводящиеся из газовой турбины, входят в корпус 53 и проходят через канал 54, имеющий впуск 56 и выпуск 59. Во время этого процесса, этот газ проходит через теплообменники.
Корпус 53, в общем смысле, будет иметь пол 61, на котором поддерживаются теплообменники, и боковые стенки, которые проходят вверх от пола 61. Типично, верхняя часть корпуса 53 закрыта крышей 63. Пол 61 и крыша 63 проходят между боковыми стенками таким образом, что пол 61, боковые стенки и крыша 63 способствуют образованию канала 54. Из выпуска 59 газ может протекать через газоход 67.
Обычно, теплообменники содержат змеевики, которые имеют множество трубок, которые обычно ориентированы вертикально и размещены друг за другом поперечно через внутреннюю часть корпуса 53. Змеевики также размещены в ряды, расположенные друг за другом в направлении протекания горячего газа, показанного с помощью стрелок на фиг.3 настоящей заявки. Трубки содержат воду в любой фазе, которую их змеевики спроектированы размещать. Длина трубок может иметь величину 24,38 м.
Теперь внимание обращается на конструкцию теплообменников, показанных на фиг.2. Общее описание для фиг.2 будет дано с направлением движения от впуска 56 к выпуску 59, или слева направо, если смотреть на фиг.2. В общем смысле, ссылочная позиция 70 представляет собой то, что называется "расположенными выше по потоку змеевиками" в ТУПГ. Например, такие расположенные выше по потоку змеевики могут включать в себя то, что называется в патенте '206 перегревателем, обозначенным ссылочной позицией 16 в патенте '206, который преобразует насыщенный пар в перенасыщенный пар; за ним следует по меньшей мере один испаритель, например испаритель высокого давления ("Испаритель ВД"), показанный как 18 в патенте '206; дальше за ним следует экономайзер высокого давления ("экономайзер ВД"). Экономайзер ВД показан в виде группы змеевиков непосредственно справа от испарителя, обозначенного 18, и показан на фиг.4 патента '206. Следовательно, термин "расположенные выше по потоку змеевики 70", в общем смысле, относится ко всем из перегревателя, испарителя ВД и экономайзера ВД. Величина пространства, отведенного для таких составных элементов в ТУПГ, может зависеть от требуемых характеристик и производительности ТУПГ 50.
Ниже по потоку от расположенного выше по потоку змеевика 70, новая конструкция имеет разгонное устройство 74 предварительного подогрева. Как будет рассмотрено, разгонное устройство 74 предварительного подогрева обеспечивает наличие подогревателя питательной воды в более горячей области ТУПГ для облегчения обратной подачи из него в теплообменник, который подает воду в другие части подогревателя питательной воды.
Продолжая описание от местоположения выше по потоку к местоположению ниже по потоку, слева направо на фиг.2, ниже по потоку от разгонного устройства 74 предварительного подогрева имеет место испаритель 77 низкого давления ("испаритель НД"). Ниже по потоку от испарителя НД имеет место то, что, в общем смысле, обозначено подогревателем 80 питательной воды.
Теперь, с более конкретной ссылкой на схематичный вид фиг.3, разгонное устройство 74 предварительного подогрева содержит змеевик, имеющий расположенную выше по потоку поверхность 90 и расположенную ниже по потоку поверхность 93. Отработавшие газы протекают в расположенную выше по потоку поверхность 90 через змеевик и оттуда через расположенную ниже по потоку поверхность 93 выходят из разгонного устройства 74 предварительного подогрева.
Как схематично видно на фиг.3, испаритель 77 НД имеет расположенную выше по потоку поверхность 96 и расположенную ниже по потоку поверхность 100. Отработавший газ выходит из разгонного устройства 74 предварительного подогрева, оттуда протекает в переднюю поверхность 96 испарителя 77 НД, через испаритель 77 НД, и через расположенную ниже по потоку поверхность 100 испарителя НД к подогревателю 80 питательной воды.
Подогреватель 80 питательной воды имеет две секции 103 и 106, которые могут размещаться рядом друг с другом в канале 54, как показано на фиг.3. Каждая из секций 103 и 106 имеет расположенную выше по потоку поверхность 108 и 110, соответственно. Отработавшие газы протекают в расположенные выше по потоку поверхности 108 и 110, затем через змеевики секций 103 и 106, соответственно, оттуда выходят через расположенные ниже по потоку поверхности 112 и 114, соответственно. Оттуда, отработавшие газы могут протекать через выпуск 59 и выходной газоход 67.
Фокусируясь теперь на протекании воды между вышеупомянутыми составными элементами конструкции, водо-водяной теплообменник 125 показан расположенным на внешней части канала 54. Конденсатный насос 52 выпускает питательную воду в подающий трубопровод 127, который подает эту питательную воду во впуск низкотемпературного контура 130 теплообменника 125. Питательная вода выходит из низкотемпературного контура 130 в обменнике 125 на его выпуске и протекает в соединительный трубопровод 132, который работает в качестве патрубка. Трубопровод 132 подает питательную воду в трубки на расположенной ниже по потоку поверхности 114 секции 106. Вода выходит из секции 106 на ее расположенной выше по потоку поверхности 110 и протекает через передаточный трубопровод 135, который служит в качестве патрубка для соединения с впуском разгонного змеевика 74 предварительного подогрева на его расположенной ниже по потоку поверхности 93. Вода протекает оттуда через разгонный змеевик 74 предварительного подогрева к его расположенной выше по потоку стороне и выходит из разгонного змеевика 74 предварительного подогрева на его расположенной выше по потоку поверхности 90. Оттуда, она протекает в передаточный трубопровод 138, который работает в качестве патрубка для соединения с впуском высокотемпературного контура 140 теплообменника 125.
В высокотемпературном контуре 140 теплообменника 125 температура воды понижается, так как она отдает тепло воде в низкотемпературном контуре 130. На выпуске высокотемпературного контура 140, вода входит в передаточный трубопровод 143, который работает в качестве патрубка, подлежащего подводу к секции 103 на ее расположенной ниже по потоку поверхности 112. Вода оттуда протекает через секцию 103 и выходит из нее на ее расположенной выше по потоку поверхности 108, посредством чего температура воды повышается, и оттуда проходит через выпускной трубопровод 150. Трубопровод 150 работает в качестве патрубка и проходит для соединения с испарителем 77 НД на его расположенной ниже по потоку поверхности 100. От расположенной выше по потоку поверхности 96 испарителя 77 НД, вода может протекать, например, в экономайзер ВД.
Теперь система будет рассматриваться с иллюстративными температурами. Отработавшие газы из газовой турбины "G", входят в расположенную выше по потоку поверхность 153 последнего из расположенного выше по потоку змеевика 70, здесь обозначенного, например, в виде экономайзера 155 высокого давления (ВД). Газы входят в расположенную выше по потоку поверхность 153 экономайзера ВД при температуре около 260°C. Отработавшие газы выходят из расположенной ниже по потоку поверхности экономайзера 155 ВД при температуре около 193°C, и входят в расположенную выше по потоку поверхность 90 разгонного устройства 74 предварительного подогрева при приблизительно такой же температуре.
На фиг.3 показана вода, выходящая из обеих расположенных выше по потоку поверхностей 108 и 110 секций 103 и 106 подогревателя питательной воды, соответственно, при приблизительно 149°C. От расположенной выше по потоку поверхности 110 секции 106, вода проходит через трубопровод 135 и входит в расположенную ниже по потоку поверхность 93 разгонного устройства 74 предварительного подогрева при приблизительно 149°C. Эта текучая среда выходит из расположенной выше по потоку поверхности 90 разгонного устройства предварительного подогрева через трубопровод 138 при приблизительно 171°C. Через трубопровод 138, вода затем протекает в высокотемпературный контур 140 теплообменника 125 при приблизительно 171°C.
Из конденсатного насоса 52 вода выпускается при приблизительно 49°C, которая входит в теплообменник 125 через трубопровод 127 при приблизительно такой же температуре.
Теперь приводится рассмотрение температур воды, протекающей в и выходящей из секций 103 и 106 подогревателя питательной воды. На фиг.3 показано, что вода из низкотемпературного контура теплообменника 125 подается в трубопровод 132 при приблизительно 110°C. Оттуда вода входит в секцию 106 подогревателя питательной воды на ее расположенной ниже по потоку поверхности 114 при приблизительно 110°C. Вода затем проходит через секцию 106 и выходит на ее расположенной выше по потоку поверхности 110 в трубопровод 135 при температуре около 149°C.
Возвращаясь теперь к секции 103 подогревателя питательной воды, вода, выходящая из высокотемпературного контура 140 теплообменника, входит в трубопровод 143 при температуре около 110°C. Оттуда, она входит в расположенную ниже по потоку поверхность 112 секции 103 при приблизительно 110°C.
Таким образом, температура воды, входящей в обе расположенные ниже по потоку поверхности 112 и 114 секций 103 и 106, составляет около 110°C.
Вода, входящая в секцию 103, выходит на ее расположенной выше по потоку поверхности 108 при температуре около 149°C и проходит через трубопровод 150 в испаритель 77 НД при этой температуре. Трубопровод 150 также может иметь ответвления, подпитывающиеся от него при приблизительно 149°C, к расположенной ниже по потоку поверхности 157 экономайзера 155 ВД. Дополнительно, в зависимости от конструкции змеевиков конкретного ТУПГ, вода, подпитывающая расположенную выше по потоку поверхность 108 секции 103, также может протекать при 149°C к расположенной ниже по потоку поверхности других змеевиков, расположенных выше по потоку от разгонного устройства 74 предварительного подогрева, например к расположенной ниже по потоку поверхности экономайзера промежуточного давления (ПД).
Температура горячего газа, выходящего из расположенной ниже по потоку поверхности 100 испарителя 77 НД и входящего на расположенных выше по потоку поверхностях 108 и 110 секций 103 и 106 подогревателя питательной воды, составляет около 168°C. Температура горячего газа, выходящего из секций 103 и 106 подогревателя питательной воды, на их соответствующих расположенных ниже по потоку поверхностях 112 и 114, составляет около 116°C.
Таким образом, поверхности трубок, образующих секции 103 и 106 подогревателя питательной воды, поддерживаются таким образом, чтобы иметь температуру около 116°C или выше. Эта температура выше, чем вышеупомянутая точка росы для конденсации серной кислоты. Таким образом, конденсация серной кислоты на поверхностях трубок, образующих секции 103 и 106, будет сдерживаться с настоящей конструкцией.
Газы выходят из расположенной ниже по потоку поверхности 93 разгонного устройства предварительного подогрева при температуре около 177°C, и входят в расположенную выше по потоку поверхность 96 испарителя 77 НД при приблизительно этой температуре 177°C. Газы выходят из расположенной ниже по потоку поверхности 100 испарителя НД при температуре около 168°C.
Питательная вода из конденсатора 51 может выпускаться при приблизительно 49°C через подающий трубопровод 127 в низкотемпературный контур 130 теплообменника 125.
Вода, выходящая из теплообменника 125 через высокотемпературный контур, выходит при 110°C и протекает в секцию 103 на ее расположенной ниже по потоку поверхности 112 при температуре около 110°C.
С настоящей конструкцией, теплообменник, обозначенный 125, не требует рециркуляции, и, таким образом, рециркуляционный насос с его присущими непроизводственными расходами и издержками не требуется для теплообменника. Более того, с настоящей конструкцией не требуется обходить какую-либо секцию подогревателя 80 питательной воды.
Также, с настоящей конструкцией, вода, подаваемая в испаритель 77 НД из предварительного подогревателя 80 питательной воды, входит при температуре около 149°C по сравнению с температурой 121°C воды, подаваемой в испаритель НД системы по предшествующему уровню техники.
Кроме того, в настоящей системе температура воды в 149°C, подаваемой из секции 103 подогревателя питательной воды в экономайзер 155 ВД или другой экономайзер, расположенный выше по потоку от испарителя НД, является предпочтительной в сравнении с температурой 121°C воды на входе в экономайзеры ВД и/или экономайзеры ПД в конструкции по предшествующему уровню техники.
Теперь внимание направлено на модификацию фиг. 4. Фиг. 4 может включать в себя некоторые из тех же самых элементов, как на фиг.3. На фиг.4 показан поток горячего газа ТУПГ в направлении от впуска, обозначенный с помощью стрелок, через расположенную выше по потоку поверхность 153' экономайзера 155' ВД, через экономайзер 155' ВД и его расположенную ниже по потоку поверхность 157', как описано для фигуры 3. Оттуда горячий газ протекает к расположенной выше по потоку поверхности 90' разгонного устройства 74' предварительного подогрева, через разгонное устройство 74' и его расположенную ниже по потоку поверхность 93' к и через переднюю поверхность 96' испарителя 77' НД. Горячий газ проходит через змеевик испарителя 77' НД и через его расположенную ниже по потоку поверхность 100'.
Вместо двух секций 103 и 106 подогревателя питательной воды, описанных касательно фигуры 3, которые расположены, в общем смысле, рядом друг с другом, подогреватель 80' питательной воды фигуры 4 имеет его секции, содержащие змеевики, размещенные от передней части к задней части, или от стороны выше по потоку к стороне ниже по потоку, последовательным образом. Подогреватель 80' питательной воды имеет секцию 210, которая расположена наиболее выше по потоку из трех секций, при этом вторая промежуточная секция 213 размещена ниже по потоку от нее. Затем ниже по потоку от второй секции 213 имеет место расположенная наиболее ниже по потоку секция, т.е. третья секция 216. Каждая из секций 210, 213 и 216 имеет пары соответствующих расположенных выше по потоку поверхностей и расположенных ниже по потоку поверхностей 218 и 220, 222 и 224, и 226 и 228, соответственно.
На фиг.4, водо-водяной теплообменник 125', расположенный снаружи канала 54', является аналогичным теплообменнику 125 фигуры 3. На фиг.4, конденсатный насос 52 выпускает питательную воду через подающий трубопровод 227 в низкотемпературный контур 231 теплообменника 125'. Питательная вода выходит из низкотемпературного контура 231 обменника 125' и протекает в соединительный трубопровод 232.
Трубопровод 232 подает питательную воду к расположенной ниже по потоку поверхности 228 секции 216 подогревателя питательной воды. Вода выходит из секции 216 на ее расположенной выше по потоку поверхности 226 и протекает через передаточный трубопровод 246 для соединения с впуском секции 210 на ее расположенной ниже по потоку поверхности 220. Вода протекает через змеевик секции 210 и оттуда выходит из ее расположенной выше по потоку поверхности 218 и протекает в передаточный трубопровод 252. Из трубопровода 252, вода протекает в разгонное устройство 74' предварительного подогрева на его расположенной ниже по потоку поверхности 93'. Вода затем проходит через разгонное устройство 74' предварительного подогрева и выходит из потоковой поверхности 90' разгонного устройства предварительного подогрева в передаточный трубопровод 225. Оттуда, вода протекает через трубопровод 255 для соединения с впуском высокотемпературного контура 258 теплообменника 125'.
В высокотемпературном контуре 258 теплообменника 125' температура воды понижается, так как она отдает тепло воде в низкотемпературном контуре 231. На выпуске высокотемпературного контура 258, вода входит в передаточный трубопровод 261 и подается в секцию 213 подогревателя питательной воды на ее расположенной ниже по потоку поверхности 224. Вода протекает через секцию 213 и выходит из нее на ее расположенной выше по потоку поверхности 222, посредством чего температура воды повышается, и затем проходит в выпускной трубопровод 264. Трубопровод 264 проходит таким образом, чтобы соединяться с испарителем 77' НД на его расположенной ниже по потоку поверхности 100', для нагрева в нем. Из испарителя 77' НД, вода может протекать из его расположенной выше по потоку поверхности 96' в экономайзер ВД, например.
Теперь, как и в случае варианта осуществления фиг.3, вариант осуществления фиг.4 будет рассматриваться с иллюстративными температурами. Описание потока горячего газа через экономайзер 155' ВД и через разгонное устройство 74' предварительного подогрева является аналогичным описанию, раскрытому для фиг.3, с различными трубопроводами, описанными работающими в качестве патрубков. Отработавшие газы из газовой турбины "G", входят в расположенную выше по потоку поверхность 153' последнего из расположенного выше по потоку змеевика, здесь обозначенных, например, в виде экономайзера 155 ВД. Газы входят в расположенную выше по потоку поверхность 153' экономайзера ВД при температуре около 260°C. Затем отработавшие газы выходят из поверхности 157' экономайзера ВД при приблизительно 193°C, и затем входят в расположенную выше по потоку поверхность 90' разгонного устройства 74' предварительного подогрева при приблизительно такой же температуре, и проходят через разгонное устройство 74' и его расположенную ниже по потоку поверхность 93' при приблизительно 177°C. Горячий газ затем протекает при приблизительно 177°C через испаритель 77' НД и выходит из его расположенной ниже по потоку поверхности 100' при приблизительно 168°C.
Возвращаясь теперь к наиболее расположенной выше по потоку из секций подогревателя питательной воды, вода выходит из расположенной выше по потоку поверхности 218 секции 210, при температуре около 149°C. Затем вода проходит через трубопровод 252 и входит в расположенную ниже по потоку поверхность 93' разгонного устройства 74' предварительного подогрева при приблизительно 149°C. Эта вода затем проходит через разгонное устройство 74' предварительного подогрева к его расположенной выше по потоку поверхности 90' и далее выходит через трубопровод 255 при приблизительно 171°C. Вода затем протекает через трубопровод 255 в высокотемпературный контур 258 теплообменника 125' при температуре около 171°C.
Конденсатный насос 52 выпускает воду при приблизительно 49°C в теплообменник 125' через трубопровод 227 при приблизительно такой же температуре. Теперь приводится рассмотрение температур воды, когда она выходит из теплообменника 125'. Вода из низкотемпературного контура 231 теплообменника 125' подается в трубопровод 232 при температуре около 110°C. Оттуда, вода при приблизительно 110°C входит в наиболее расположенную ниже по потоку из секций подогревателя питательной воды, секцию 216, на ее расположенной ниже по потоку поверхности 228. Вода затем проходит через секцию 216 и входит в ее расположенную выше по потоку поверхность 226 в выпускной трубопровод 246 при приблизительно 121°C. Через трубопровод 246 вода затем входит в секцию 210 питательной воды на ее расположенной ниже по потоку поверхности 220 при приблизительно 121°C. Вода затем протекает через секцию 210 и выходит на ее расположенной выше по потоку поверхности 218 через трубопровод 252 при температуре около 149°C.
Вода выходит из теплообменника 125' через его высокотемпературный контур 258 и входит в трубопровод 261 при температуре около 110°C. Вода протекает через трубопровод 261 и входит в расположенную ниже по потоку поверхность 224 секции 213 подогревателя питательной воды при приблизительно 110°C. Вода выходит из секции 213 на ее расположенной выше по потоку поверхности 222 при температуре около 141°C и проходит через трубопровод 264 в испаритель 77' НД при этой температуре. Трубопровод 285 также может иметь ответвление, подпитывающееся от него при температуре 141°C, к расположенной ниже по потоку поверхности 157' экономайзера 155' ВД.
Более того, в зависимости от конструкции змеевиков конкретного ТУПГ, вода, подпитывающая расположенную выше по потоку поверхность 222 секции 213, также может протекать при 141°C к расположенной ниже по потоку поверхности других змеевиков, расположенных выше по потоку от разгонного устройства 74' предварительного подогрева, например к расположенной ниже по потоку поверхности экономайзера промежуточного давления (ПД).
Температура горячего газа, выходящего из расположенной ниже по потоку поверхности 100' испарителя 77' НД и входящего на расположенной выше по потоку поверхности 218 секции 210 подогревателя питательной воды, составляет около 168°C. Температура горячего газа, выходящего из секции 210 подогревателя питательной воды на ее расположенной ниже по потоку поверхности 220, составляет около 146°C. Температура горячего газа, выходящего из секции 213 подогревателя питательной воды на ее расположенной ниже по потоку поверхности 224, составляет около 127°C. В заключение, на расположенной ниже по потоку поверхности 228 наиболее расположенной ниже по потоку секции 216 питательной воды, горячий газ выходит при приблизительно 116°C. Следовательно, с вариантом осуществления фиг.4, поверхности трубок, образующих секции 210, 213 и 216 подогревателя питательной воды, поддерживаются таким образом, чтобы иметь температуру около 116°C или выше. Эта температура, как и в случае варианта осуществления фиг.3, выше, чем вышеупомянутая точка росы для конденсации серной кислоты. Следовательно, вариант осуществления фиг.4 сдерживает конденсацию серной кислоты на поверхностях трубок, образующих секции 210, 213 и 216.
Что касается варианта осуществления фиг.3, с вариантом осуществления фиг.4, теплообменник 125' не требует рециркуляции, или рециркуляционного насоса с его присущими непроизводственными расходами и издержками. Также как и в случае варианта осуществления фиг.3, вариант осуществления фиг.4 не требует обхода какой-либо секции подогревателя 80' питательной воды.
Более того, с настоящей конструкцией, вода, подаваемая в испаритель 77' НД из предварительного подогревателя 80' питательной воды, входит при температуре 141°C по сравнению со 121°C для температуры воды, подаваемой в испаритель НД системы по предшествующему уровню техники. Кроме того, с вариантом осуществления фиг.4, температура воды в 141°C, подаваемой из секции 213 подогревателя питательной воды в экономайзер 155' ВД или другой экономайзер, расположенный выше по потоку от испарителя НД, является предпочтительной в сравнении с температурой 121°C воды на входе в экономайзеры ВД и/или экономайзеры ПД в конструкции уровня техники.
На фиг.5 показан другой вариант осуществления, который является менее предпочтительным, чем вариант осуществления фиг.3 и 4. На фиг.5 подогреватель 80" питательной воды содержит один сегмент 106", нежели чем состоящий из двух секций подогреватель 80 питательной воды, такой как показан на фиг.3, или состоящий из трех секций подогреватель 80' питательной воды, показанный на фиг.4. На фиг.5, водо-водяной теплообменник 125", подобный теплообменникам 125 и 125', имеет высокотемпературный контур 140", через который вода выходит в трубопровод 143". Трубопровод 143", вместо того, чтобы проходить для подачи в подогреватель питательной воды, проходит для соединения и подачи в испаритель 77" НД или в экономайзер 355 ВД, или к змеевику теплообменника выше по потоку от экономайзера 355 ВД.
На фиг.5, показанные и описанные различные трубопроводы работают в качестве патрубка для потока воды. На фиг.5, вода из низкотемпературного контура 330 водо-водяного теплообменника 125" выходит из обменника 125" для подачи в трубопровод 332 при температуре около 110°C. Оттуда, вода, при приблизительно 110°C, входит вблизи расположенной ниже по потоку поверхностью 114" подогревателя 80" питательной воды. Вода затем проходит через подогреватель 80" питательной воды и входит в его расположенную выше по потоку поверхность 110" и затем выходит на расположенной выше по потоку поверхности 110" через трубопровод 135" при температуре около 149°C.
От расположенной выше по потоку поверхности 110" подогревателя 80" питательной воды, вода проходит через трубопровод 135" и входит в расположенную ниже по потоку поверхность 93" разгонного устройства 74" предварительного подогрева при приблизительно 149°C. Эта текучая среда выходит из расположенной выше по потоку поверхности 90" разгонного устройства предварительного подогрева через трубопровод 138" при приблизительно 171°C. Через трубопровод 138", вода затем протекает в высокотемпературный контур 140" теплообменника 125" при приблизительно 60°C.
Другие конструкции, применяющие признаки изобретения, могут воплощаться с подогревателями питательной воды, имеющими более трех секций, например в конструкции фиг.4. Например, четыре или пять секций могут размещаться на расстоянии друг от друга в поперечном направлении, как секции 103 и 106 на фиг.3, или на расстоянии в продольном направлении, как секции 210, 213 и 216 на фиг.4.
Более того, варианты осуществления были показаны с входом воды в различные теплообменники, находящимся, предпочтительно, на расположенных ниже по потоку поверхностях секций. Однако, менее предпочтительно, вода может входить еще выше по потоку в теплообменник. Подобным образом, вода показана, предпочтительно, выходящей из различных теплообменников в точке на расположенной выше по потоку поверхности теплообменника, при этом, менее предпочтительно, вода может входить более ниже по потоку от расположенной выше по потоку поверхности.
Варианты разгонного змеевика 80, 80' и 80" предварительного подогрева были показаны на фиг.3, 4 и 5, предпочтительно, расположенными ниже по потоку от экономайзеров 155, 155' и 155" ВД, соответственно. Такое расположение разгонного змеевика предварительного подогрева на фиг.3, 4 и 5 относительно испарителя НД и экономайзера ВД считается предпочтительным и наиболее эффективным расположением для разгонного змеевика предварительного подогрева. Система является более эффективной, если теплообменные змеевики расположены таким образом, чтобы отбирать тепло из отработавшего газа, где температура газа, окружающего змеевик, близка к температуре воды внутри змеевика. Если разгонное устройство предварительного подогрева располагалось бы еще выше по потоку таким образом, чтобы быть выше по потоку от экономайзера ВД, разгонное устройство предварительного подогрева отбирало бы энергию из газа, энергия которого, с этого момента была бы недоступной для отбора змеевиками ниже по потоку от разгонного устройства предварительного подогрева в таком расположении. Следовательно, для такого расположения разгонного устройства предварительного подогрева, змеевик отбирал бы энергию от других потенциальных расположенных выше по потоку змеевиков с более высокой температурой, которые поэтому находились бы ниже по потоку от разгонного устройства предварительного подогрева, змеевику которого необходима энергия для подогрева воды или пара.
Однако разгонный змеевик предварительного подогрева также может располагаться выше по потоку от экономайзера ВД и обеспечивать воду более высокой температуры для подачи в водо-водяные теплообменники, например показанные с помощью 125, 125' и 125". В таком случае, разница температуры газа, окружающего разгонный змеевик предварительного подогрева, по сравнению с температурой воды внутри разгонного змеевика предварительного подогрева, была бы больше, чем для систем, в частности показанных на фиг.3, 4 и 5. Таким образом, такая система была бы менее эффективной с точки зрения вышеприведенного объяснения того, что система является более эффективной, если теплообменные змеевики расположены таким образом, чтобы отбирать тепло из отработавшего газа, где температура газа, окружающего змеевик, близка к температуре воды внутри змеевика. Тем не менее, с таким расположением, температура воды, выходящей из разгонного змеевика предварительного подогрева, подлежащей подаче через трубопроводы, такие как 138, 138' и 138", в водо-водяные теплообменники, такие как показаны с помощью 125, 125' и 125", была бы достаточно высокой для поддержания температуры поверхности змеевика соответствующего подогревателя питательной воды выше вышеупомянутой точки росы серной кислоты.
Соединения различных рассмотренных трубопроводов были описаны, как, предпочтительно, на расположенных ниже по потоку или расположенных выше по потоку поверхностях теплообменников, таких как секции подогревателя питательной воды, разгонное устройство предварительного подогрева, испаритель НД и экономайзер ВД. Однако, менее предпочтительно, соединения различных трубопроводов могут, иным образом, иметь местоположение вблизи расположенной ниже по потоку поверхности или расположенной выше по потоку поверхности таких составных элементов.
Изменения могут быть выполнены в вышеприведенных конструкциях, не отступая от объема описания изобретения, подразумевается, что все объекты, содержащиеся в вышеприведенном описании или показанные на прилагаемых чертежах, следует интерпретировать как иллюстративные, а не в ограничивающем смысле.
1. Теплоутилизационный парогенератор, содержащий:
корпус, имеющий впуск и выпуск и путь протекания газа между ними для протекания газа выше по потоку от впуска к выпуску ниже по потоку от него;
теплообменный змеевик испарителя низкого давления, расположенный в корпусе ниже по потоку от впуска;
теплообменный разгонный змеевик предварительного подогрева, расположенный в корпусе ниже по потоку от впуска корпуса и выше по потоку от змеевика испарителя низкого давления, таким образом, что газ, проходящий через впуск, может протекать вниз по потоку для прохождения через разгонный змеевик предварительного подогрева, и газ, проходящий через разгонный змеевик предварительного подогрева, может протекать вниз по потоку от них;
теплообменный змеевик подогревателя питательной воды, расположенный в корпусе ниже по потоку от змеевика испарителя низкого давления таким образом, что газ, проходящий через змеевик испарителя низкого давления, может протекать вниз по потоку от змеевика испарителя низкого давления для прохождения через змеевик подогревателя питательной воды;
водо-водяной теплообменник, имеющий низкотемпературный контур и более высокотемпературный контур;
первый патрубок, продолжающийся от местоположения соединения потока с разгонным змеевиком предварительного подогрева к местоположению соединения потока с высокотемпературным контуром водо-водяного теплообменника, при этом первый патрубок выполнен с возможностью обеспечения протекания воды через него от разгонного змеевика предварительного подогрева к водо-водяному теплообменнику; и
второй патрубок, продолжающийся от змеевика подогревателя питательной воды к теплообменному разгонному змеевику предварительного подогрева, при этом второй патрубок выполнен с возможностью обеспечения протекания воды через него от змеевика подогревателя питательной воды к разгонному змеевику предварительного подогрева.
2. Теплоутилизационный парогенератор по п.1, в котором разгонный змеевик предварительного подогрева имеет расположенную выше по потоку поверхность, причем первый патрубок выходит из разгонного змеевика предварительного подогрева вблизи расположенной выше по потоку поверхности разгонного змеевика предварительного подогрева.
3. Теплоутилизационный парогенератор по п.1 или 2, в котором разгонный змеевик предварительного подогрева имеет расположенную ниже по потоку поверхность, и змеевик подогревателя питательной воды имеет расположенную выше по потоку поверхность, причем второй патрубок выходит из змеевика подогревателя питательной воды вблизи расположенной выше по потоку поверхности змеевика подогревателя питательной воды и продолжается к местоположению соединения потока с разгонным змеевиком предварительного подогрева вблизи расположенной ниже по потоку поверхности разгонного змеевика предварительного подогрева.
4. Теплоутилизационный парогенератор по п.3, дополнительно содержащий патрубок, выполненный с возможностью обеспечения соединения потока от змеевика подогревателя питательной воды к теплообменному змеевику испарителя низкого давления.
5. Теплоутилизационный парогенератор по п.3, дополнительно содержащий патрубок, выполненный с возможностью обеспечения соединения потока от водо-водяного теплообменника для нахождения в соединении по потоку со змеевиком подогревателя питательной воды для обеспечения потока от водо-водяного теплообменника к змеевику подогревателя питательной воды.
6. Теплоутилизационный парогенератор по п.1, дополнительно содержащий теплообменный змеевик экономайзера высокого давления, расположенный выше по потоку от разгонного змеевика предварительного подогрева, и патрубок, выполненный с возможностью обеспечения соединения потока от змеевика подогревателя питательной воды к теплообменному змеевику экономайзера высокого давления.
7. Теплоутилизационный парогенератор по п.6, дополнительно содержащий дополнительный расположенный выше по потоку теплообменный змеевик, расположенный в корпусе выше по потоку от змеевика экономайзера высокого давления и ниже по потоку от впуска корпуса, таким образом, что газ, проходящий от впуска, может протекать вниз по потоку через указанный дополнительный расположенный выше по потоку змеевик и затем протекать через змеевик экономайзера высокого давления.
8. Теплоутилизационный парогенератор по п.1, в котором змеевик подогревателя питательной воды содержит первую секцию и вторую секцию, причем второй патрубок продолжается от первой секции подогревателя питательной воды к разгонному змеевику предварительного подогрева.
9. Теплоутилизационный парогенератор по п.8, дополнительно содержащий первую секцию подогревателя питательной воды, имеющую расположенную выше по потоку поверхность и расположенную ниже по потоку поверхность, причем второй патрубок продолжается для соединения потока от местоположения вблизи расположенной выше по потоку поверхности указанной первой секции к местоположению соединения потока с разгонным змеевиком предварительного подогрева, и дополнительно содержащий третий патрубок, продолжающийся от местоположения соединения потока с водо-водяным теплообменником к местоположению соединения потока вблизи расположенной ниже по потоку поверхности первой секции подогревателя питательной воды.
10. Теплоутилизационный парогенератор по п.2, дополнительно содержащий подогреватель питательной воды, имеющий первую секцию, вторую секцию и третью секцию, при этом
первая секция подогревателя питательной воды имеет расположенную выше по потоку поверхность и расположенную ниже по потоку поверхность, причем второй патрубок продолжается от местоположения вблизи расположенной выше по потоку поверхности указанной первой секции подогревателя питательной воды к местоположению вблизи расположенной ниже по потоку поверхности разгонного змеевика предварительного подогрева,
вторая секция подогревателя питательной воды имеет расположенную выше по потоку поверхность и расположенную ниже по потоку поверхность, причем третий патрубок продолжается от местоположения соединения потока с водо-водяным теплообменником к местоположению соединения потока вблизи расположенной ниже по потоку поверхности второй секции подогревателя питательной воды, при этом указанный третий патрубок выполнен с возможностью обеспечения протекания воды через него от водо-водяного теплообменника ко второй секции подогревателя питательной воды; и
указанная третья секция подогревателя питательной воды имеет расположенную выше по потоку поверхность и расположенную ниже по потоку поверхность, причем четвертый патрубок продолжается от местоположения вблизи расположенной выше по потоку поверхности третьей секции подогревателя питательной воды к местоположению вблизи расположенной ниже по потоку поверхности первой секции подогревателя питательной воды, при этом указанный четвертый патрубок выполнен с возможностью обеспечения протекания воды через него от третьей секции подогревателя питательной воды к первой секции подогревателя питательной воды.
11. Теплоутилизационный парогенератор по п.10, дополнительно содержащий патрубок, продолжающийся от местоположения вблизи расположенной выше по потоку поверхности второй секции подогревателя питательной воды к соединению с одними из змеевика испарителя низкого давления или змеевика экономайзера высокого давления.
12. Теплоутилизационный парогенератор, содержащий:
корпус, имеющий впуск, выпуск и путь протекания газа между ними для протекания газа выше по потоку от впуска к выпуску ниже по потоку от него;
теплообменный змеевик испарителя низкого давления, расположенный в корпусе ниже по потоку от расположенного выше по потоку змеевика;
теплообменный разгонный змеевик предварительного подогрева, имеющий расположенную выше по потоку поверхность и расположенную ниже по потоку поверхность, причем разгонный змеевик предварительного подогрева расположен в корпусе ниже по потоку от впуска корпуса и выше по потоку от змеевика испарителя низкого давления, таким образом, что газ, проходящий через впуск, может протекать вниз по потоку для прохождения через переднюю поверхность разгонного змеевика предварительного подогрева и через разгонный змеевик предварительного подогрева для выхода из расположенной ниже по потоку поверхности разгонного змеевика предварительного подогрева и протекать вниз по потоку от нее;
теплообменный змеевик подогревателя питательной воды, содержащий первую секцию и вторую секцию, расположенные в корпусе ниже по потоку от змеевика испарителя низкого давления таким образом, что газ, проходящий через змеевик испарителя низкого давления, может протекать вниз по потоку от змеевика испарителя низкого давления для прохождения через змеевик подогревателя питательной воды;
водо-водяной теплообменник, имеющий низкотемпературный контур и более высокотемпературный контур;
первый патрубок, продолжающийся от местоположения соединения потока вблизи расположенной выше по потоку поверхности разгонного змеевика предварительного подогрева к местоположению соединения потока с высокотемпературным контуром водо-водяного теплообменника, при этом первый патрубок выполнен с возможностью обеспечения протекания воды через него от разгонного змеевика предварительного подогрева к высокотемпературному контуру водо-водяного теплообменника;
второй патрубок, продолжающийся от местоположения вблизи расположенной выше по потоку поверхности змеевика первой секции подогревателя питательной воды к местоположению вблизи расположенной ниже по потоку поверхности разгонного змеевика предварительного подогрева, при этом второй патрубок выполнен с возможностью обеспечения протекания воды через него от змеевика первой секции подогревателя питательной воды к разгонному змеевику предварительного подогрева;
третий патрубок, выполненный с возможностью продолжения для соединения потока от водо-водяного теплообменника к местоположению вблизи расположенной ниже по потоку поверхности первой секции подогревателя питательной воды для нахождения в соединении по потоку со змеевиком подогревателя питательной воды для обеспечения протекания от водо-водяного теплообменника к змеевику подогревателя питательной воды; и
четвертый патрубок, выполненный с возможностью продолжения для соединения потока с водо-водяным теплообменником к местоположению вблизи расположенной ниже по потоку поверхности второй секции подогревателя питательной воды для обеспечения протекания от водо-водяного теплообменника ко второй секции подогревателя питательной воды.
