Патент на изобретение №2208172

(54) ПАРОГЕНЕРАТОР, В ЧАСТНОСТИ КОТЕЛ-УТИЛИЗАТОР

(57) Реферат:

Изобретение относится к парогенераторам, в частности к котлам-утилизаторам. Сущность изобретения в том, что в вытянутом в длину газоходе (2) для горячего газа парогенератора находится первая (5, 9) и вторая испарительная поверхность нагрева (8). К первой испарительной поверхности нагрева (5, 9) подключен на стороне входа первый подводящий трубопровод (10) для питательной воды, в то время как вторая испарительная поверхность нагрева (8) на стороне входа и на стороне выхода подключена к барабану низкого давления (7). Барабан низкого давления (7) снабжен вторым подводящим трубопроводом (6) для питательной воды. При этом первый подводящий трубопровод (10) содержит подогревательную поверхность нагрева (12а), которая расположена внутри газохода (2), а второй подводящий трубопровод (6) подключен к месту подключения между подогревательной поверхностью нагрева (12а) и испарительной поверхностью нагрева (5, 9) к первому подводящему трубопроводу (10). Подводящие трубопроводы (10) содержат пункты подготовки (47 и 46) для добавки и/или удаления химикалий для водоподготовки, что позволяет каждой испарительной поверхности нагрева (5, 9, 8) получать только такую питательную воду, которая кондиционирована в соответствии с действующими для нее инструкциями. 7 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к парогенератору, в частности котлу-утилизатору, с вытянутым в длину газоходом, который содержит входной конец для горячего газа и выходной конец для охлажденного горячего газа, а также с первой испарительной поверхностью нагрева, к которой на стороне входа относительно протекания подключен первый подводящий трубопровод для питательной воды и которая находится в газоходе при рассмотрении в направлении протекания горячего газа перед второй испарительной поверхностью нагрева, которая подключена как на стороне входа, так и на стороне выхода относительно протекания к барабану низкого давления, снабженному вторым подводящим трубопроводом для питательной воды. При этом первый подводящий трубопровод содержит первый пункт подготовки для добавки и/или удаления химикалий для водоподготовки и второй подводящий трубопровод – второй пункт подготовки для добавки и/или удаления химикалий для водоподготовки.

Подобный парогенератор известен из публикации Dechamps P.J. и Galopin, J. -F. , Прямоточные парогенераторы с утилизацией тепла, работающие с суб- и сверхкритическими параметрами пара для комбинированных циклов, публикация ASME 97-GT337, Международный конгресс и выставка по газовым турбинам и авиационным двигателям, Орландо, Флорида, 2 июня – 5 июня 1997, в частности, стр.7, левый столбец, второй абзац, и из европейского патента ЕР 0777036.

Эксплуатируемая в прямоточном режиме, включающая первую испарительную поверхность нагрева более высокая ступень давления этого парогенератора допускает при высоких температурах горячего газа также реализацию высоких рабочих давлений вплоть до сверхкритических состояний. Это позволяет иметь улучшенный коэффициент полезного действия. Далее, более высокая ступень давления нуждается, конечно, только в сравнительно тонкостенном сосуде для разделения пара и воды на выходе пара первой испарительной поверхности нагрева, так что возможными являются меньшие времена пуска парогенератора и более быстрые реакции этого парогенератора на изменения нагрузки. Вторая испарительная поверхность нагрева с относящимся к ней барабаном низкого давления эксплуатируется в режиме циркуляции и использует более низкие температуры, которые еще имеют горячий пар после прохождения первой испарительной поверхности нагрева. Также и это приводит к улучшению коэффициента полезного действия. Вследствие низкого давления в барабане низкого давления он может быть также сравнительно тонкостенным. Это не препятствует ни малым временам пуска парогенератора, ни быстрому реагированию парогенератора на изменения нагрузки. Циркулирующий поток во второй испарительной поверхности нагрева не проявляет никаких нестабильностей и не приводит ни к каким эрозиям в этой второй испарительной поверхности нагрева.

Эксплуатируемая в прямоточном режиме первая испарительная поверхность нагрева требует, однако, другого кондиционирования питательной воды, чем испарительная поверхность нагрева, эксплуатируемая в режиме циркуляции, то есть чем подключенная как на стороне входа, так и на стороне выхода к барабану низкого давления вторая испарительная поверхность нагрева.

В основе изобретения поставлена задача создания парогенератора, в частности котла-утилизатора, с вытянутым в длину газоходом, который содержит входной конец для горячего газа и выходной конец для охлажденного горячего газа, а также с первой испарительной поверхностью нагрева, к которой на стороне входа относительно протекания подключен первый подводящий трубопровод для питательной воды и которая находится в газоходе при рассмотрении в направлении протекания горячего газа перед второй испарительной поверхностью нагрева, которая подключена как на стороне входа, так и на стороне выхода относительно протекания к барабану низкого давления, снабженному вторым подводящим трубопроводом для питательной воды, причем первый подводящий трубопровод для питательной воды содержит первый пункт подготовки для добавки и/или удаления химикалий для водоподготовки и второй подводящий трубопровод – второй пункт подготовки для добавки и/или удаления химикалий для водоподготовки, причем первый подводящий трубопровод содержит подогревательную поверхность нагрева, которая расположена внутри газохода, который обеспечивает получение только питательной воды как первой испарительной поверхностью нагрева, эксплуатируемой в прямоточном режиме, так и второй испарительной поверхности нагрева, эксплуатируемой в режиме циркуляции.

Питательная вода является кондиционированной для испарительной поверхности нагрева.

Эта задача решается в парогенераторе, в частности котле-утилизаторе, с вытянутым в длину газоходом, который содержит входной конец для горячего газа и выходной конец для охлажденного горячего газа, а также с первой испарительной поверхностью нагрева, к которой на стороне входа относительно протекания подключен первый подводящий трубопровод для питательной воды и которая находится в газоходе при рассмотрении в направлении протекания горячего газа перед второй испарительной поверхностью нагрева, которая подключена как на стороне входа, так и на стороне выхода относительно протекания к барабану низкого давления, снабженному вторым подводящим трубопроводом для питательной воды, причем первый подводящий трубопровод для питательной воды содержит первый пункт подготовки для добавки и/или удаления химикалий для водоподготовки и второй подводящий трубопровод – второй пункт подготовки для добавки и/или удаления химикалий для водоподготовки, причем первый подводящий трубопровод содержит подогревательную поверхность нагрева, которая расположена внутри газохода так, что второй подводящий трубопровод подключен относительно протекания к месту подключения между подогревательной поверхностью нагрева и испарительной поверхностью нагрева к первому подводящему трубопроводу.

За счет химикалий, которые добавляют и/или удаляют в первом пункте подготовки первого подводящего трубопровода, можно кондиционировать питательную воду для первой испарительной поверхности нагрева в соответствии с ее потребностями, в то время как путем добавления и/или удаления химикалий во втором пункте подготовки второго подводящего трубопровода можно кондиционировать питательную воду для второй испарительной поверхности нагрева в соответствии с ее потребностями. Оба подводящих трубопровода поэтому могут быть подключены к тому же самому, общему устройству снабжения питательной водой. Это устройство снабжения питательной водой может поставлять выходную питательную воду стандартного выходного качества и, например, являться сливным пространством конденсатора, установкой подготовки питательной воды или сборником конденсата.

Целесообразным является то, что первый подводящий трубопровод относительно протекания перед подогревательной поверхностью нагрева содержит первый пункт подготовки для добавки и/или удаления химикалий для водоподготовки и что второй подводящий трубопровод относительно протекания после своего места подключения к первому подводящему трубопроводу содержит второй пункт подготовки для добавки и/или удаления химикалий для водоподготовки.

В данном случае можно питательную воду, кондиционированную в первом подводящем трубопроводе, дополнительно кондиционировать для второй испарительной поверхности нагрева.

Предпочтительным является также то, что первый подводящий трубопровод относительно протекания после места подключения второго подводящего трубопровода и перед испарительной поверхностью нагрева содержит третий пункт подготовки для подготовки питательной воды, в частности для добавки химикалий.

Химикалиями, которые добавляют в первом пункте подготовки в первый подводящий трубопровод, можно предварительно кондиционировать питательную воду в первом подводящем трубопроводе для обеих испарительных поверхностей нагрева. Химикалиями, добавляемыми во втором пункте подготовки во второй подводящий трубопровод, можно предварительно кондиционированную для обеих испарительных поверхностей нагрева питательную воду из первого подводящего трубопровода дополнительно кондиционировать для второй испарительной поверхности нагрева. В третьем пункте подготовки, наконец, питательную воду в первом подводящем трубопроводе, которая уже предварительно кондиционирована для обеих испарительных поверхностей нагрева, можно дополнительно кондиционировать для первой испарительной поверхности нагрева за счет добавления и/или удаления дальнейших химикалий.

Также предпочтительным является то, что он выполнен прямоточным, причем первый подводящий трубопровод содержит первую подогревательную поверхность нагрева, которая расположена внутри газохода, а второй подводящий трубопровод содержит вторую, расположенную внутри газохода подогревательную поверхность нагрева и относительно протекания подключен к первому месту подключения перед первой подогревательной поверхностью нагрева к первому подводящему трубопроводу, при этом первый подводящий трубопровод относительно протекания перед первой подогревательной поверхностью нагрева и после первого места подключения содержит первый пункт подготовки для добавки и/или удаления химикалий для водоподготовки, а второй пункт подготовки для добавки и/или удаления химикалий для водоподготовки предусмотрен на втором подводящем трубопроводе относительно протекания перед второй подогревательной поверхностью нагрева.

Благодаря этому можно точно кондиционировать питательную воду для первой испарительной поверхности нагрева за счет добавления и/или удаления химикалий в первом пункте подготовки и питательную воду для второй испарительной поверхности нагрева за счет добавления и/или удаления химикалий во втором пункте подготовки.

Целесообразным является также то, что второй пункт подготовки содержит сосуд для дегазации для удаления газообразных химикалий из питательной воды.

Упомянутый сосуд для дегазации предпочтительным образом может быть встроен в барабан низкого давления, снабженный вторым подводящим трубопроводом для питательной воды.

Целесообразным вариантом изобретения является то, что в первом пункте подготовки добавляют NН₃ и О₂ и во втором пункте подготовки добавляют NН₃ и удаляют O₂, а также то, что в первом пункте и во втором пункте подготовки добавляют NН₃ и в третьем пункте подготовки добавляют O₂, что в первом пункте подготовки добавляют NН₃ и О₂, а во втором пункте подготовки добавляют NН₃.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1-3 показана схематично комбинированная газотурбинная-паротурбинная установка электрической станции. На этих трех фигурах одинаковые части снабжены одинаковыми ссылочными позициями.

Установка согласно фигуре 1 содержит котел-утилизатор с вытянутым в длину газоходом 2. Этот газоход 2 имеет входной конец 3 и выходной конец 4. Внутри этого газохода 2 можно различить три испарительных поверхности нагрева 9, 5 и 8. Эти испарительные поверхности нагрева 9, 5 и 8 расположены друг за другом в газоходе 2 при рассмотрении в направлении протекания для горячего газа от входного конца 3 к выходному концу 4. Испарительная поверхность нагрева 8 является ближайшей к выходному концу 4 газохода и испарительная поверхность нагрева 9 – к входному концу 3.

Испарительная поверхность нагрева 5 находится между обеими испарительными поверхностями нагрева 8 и 9.

Испарительная поверхность нагрева 8 подключена как своим входом 8а, так и своим выходом 8b к барабану низкого давления 7. К этому барабану низкого давления 7 ведет подводящий трубопровод 6 для питательной воды. Кроме того, от этого барабана низкого давления 7 отходит паропровод низкого давления 41. Он содержит перегревательную поверхность нагрева 26, которая расположена между двумя испарительными поверхностями нагрева 5 и 8 в газоходе 2.

Каждой из обеих испарительных поверхностей нагрева 5 и 9 придан в соответствие пусковой баллон 27 или, соответственно, 28, в который сбоку входит отходящий от испарительных поверхностей нагрева 5 или, соответственно, 9 паропровод 29 или, соответственно, 30.

От дна каждого из обоих пусковых баллонов 27 и 28 отходит ведущий к соответствующему входу испарительной поверхности нагрева 5 или, соответственно, 9 и содержащий водяной насос 31 или, соответственно, 32 возвратный трубопровод 31а или, соответственно, 32а. За счет этого возвратного трубопровода выделенную в соответствующем пусковом баллоне 27 или, соответственно, 28 конденсатную воду можно закачивать обратно к входу соответствующей испарительной поверхности нагрева 5 или, соответственно, 9.

Паропровод высокого давления 33, который выходит из приданного в соответствие испарительной поверхности нагрева 9 пускового баллона 28, содержит перегревательную поверхность нагрева 34, которая находится в газоходе 2 котла-утилизатора между испарительной поверхностью нагрева 9 и входным концом 3 газохода 2. Другой паропровод 35 выходит, с одной стороны, из пускового баллона 27, который придан в соответствие испарительной поверхности нагрева 5. Он содержит перегревательную поверхность нагрева 35а, которая находится в газоходе 2 между обеими испарительными поверхностями нагрева 5 и 9. С другой стороны, этот паропровод 35 выходит также от выхода пара 36b части высокого давления паровой турбины 36, к входу пара 36а которой ведет выходящий из пускового баллона 28 паропровод высокого давления 33. Паропровод 35 содержит перегревательную поверхность нагрева 38, которая относительно протекания включена как после перегревательной поверхности нагрева 35а, так и после выхода пара 36b и которая находится внутри газохода 2 также между входным концом 3 этого газохода 2 и испарительной поверхностью нагрева 9. Выходя из перегревательной поверхности нагрева 38, паропровод 35 ведет к входу пара 36с части среднего давления паровой турбины 36. Выход пара 36d этой части среднего давления паровой турбины 36 через паропровод 40 соединен относительно протекания с входом пара 36е обеих частей низкого давления паровой турбины 36. К этому входу пара 36е ведет также паропровод низкого давления 41, который исходит из барабана низкого давления 7 и который содержит перегревательную поверхность нагрева 26. Эта перегревательная поверхность нагрева 26 расположена в газоходе 2 между обеими испарительными поверхностями нагрева 5 и 8. От двух выходов пара 36f и 36g части низкого давления паровой турбины 36 выходит трубопровод отработавшего пара 42, который проходит к конденсатору 11.

От этого конденсатора 11 ведет подводящий трубопровод 10 для питательной воды, который содержит конденсатный насос 43 с относящейся к нему установкой очистки конденсата, а также находящуюся в газоходе 2 подогревательную поверхность нагрева 12а и включенный после этой подогревательной поверхности нагрева 12а насос питательной воды высокого давления/среднего давления 44, к входным сторонам находящихся в газоходе 2 испарительных поверхностей нагрева 5 и 9. Подогревательная поверхность нагрева 12а расположена в газоходе 2 между выходным концом 4 газохода 2 и испарительной поверхностью нагрева 8. Перед входными сторонами испарительных поверхностей нагрева 5 и 9 относительно протекания включена соответственно подогревательная поверхность нагрева 12b или, соответственно, 12с для питательной воды в подводящем трубопроводе 10 для питательной воды. Эти подогревательные поверхности нагрева 12b и 12с расположены в газоходе 2 между испарительной поверхностью нагрева 8 и испарительными поверхностями нагрева 5 или, соответственно, 9. Параллельно к подогревательной поверхности нагрева 12а подключен циркуляционный насос 12d, который может подавать питательную воду от выхода этой подогревательной поверхности нагрева 12а назад к входу для повышения температуры поступающей в подогревательную поверхность нагрева 12а питательной воды.

Подводящий трубопровод 6 для питательной воды ведет к барабану низкого давления 7 и подключен к подводящему трубопроводу 10 питательной воды относительно протекания после подогревательной поверхности нагрева 12а и после циркуляционного насоса 12d, однако перед насосом питательной воды высокого давления/среднего давления 44. Пункт подготовки 46, который является, например, присоединительным патрубком, находится на этом подводящем трубопроводе 6 относительно протекания после места присоединения этого подводящего трубопровода 6 к подводящему трубопроводу 10 для питательной воды.

Другой пункт подготовки 47, который также является, например, присоединительным патрубком, находится снаружи газохода 2 на подводящем трубопроводе 10 между конденсатным насосом 43 и подогревательной поверхностью нагрева 12а перед циркуляционным насосом 12d.

К входному концу газохода 2 ведет трубопровод 63 для горячего газа, который выходит из газовой турбины 64. Входу этой газовой турбины 64 придана в соответствие камера сгорания 65 с включенным перед ней компрессором 66, приводимым в действие газовой турбиной 64. Как газовая турбина 64, так и паровая турбина 36 приводят в действие электрический генератор G.

В пункте подготовки 47 можно за счет добавки NH₃ и О₂ кондиционировать питательную воду соответственно инструкциям, которые действуют для испарительных поверхностей нагрева 5 и 9. За счет обезгаживания питательной воды, то есть удаления О₂, и дальнейшего добавления NH₃ в пункте подготовки 46 подводимую к барабану низкого давления 7 питательную воду дополнительно кондиционируют так, что она соответствует инструкциям для испарительной поверхности нагрева 8.

Отработавший пар, покидающий паровую турбину 36 через трубопровод отработавшего пара 42, конденсируется в конденсаторе 11 в обезгаженный конденсат, который очищается в установке для очистки конденсата 43.

В пункте подготовки 47 устанавливают водородный показатель питательной воды порядка 8.5 и содержание О₂ порядка от 50 до 100 частей на миллиард. В обогреваемом сосуде для дегазации, который относится к барабану низкого давления 7 и который придан в соответствие пункту подготовки 46, содержание О₂ подводимой к барабану низкого давления 7 питательной воды снижают до порядка 20 частей на миллиард. Кроме того, в пункте подготовки 46 к подводимой к барабану низкого давления 7 питательной воде еще добавляют NH₃ так, что водородный показатель питательной воды, наконец, поднимается до порядка 9-9.5.

Комбинированная газотурбинная-паротурбинная установка согласно фигуре 2 отличается от установки согласно фигуре 1 только тем, что кроме обоих пунктов подготовки 46 и 47 для добавки и/или удаления химикалий для водоподготовки имеется еще третий такой пункт подготовки 48. Он, например, также является присоединительным патрубком и находится в первом подводящем трубопроводе 10 для питательной воды относительно протекания после места присоединения второго подводящего трубопровода 6 и перед насосом питательной воды высокого давления/среднего давления 44 и тем самым перед испарительными поверхностями нагрева 5 и 9.

За счет добавки NН₃ к питательной воде в пункте подготовки 47 на фиг.2 эту питательную воду можно предварительно кондиционировать. В пункте подготовки 46 за счет дальнейшей добавки NН₃ питательную воду дополнительно кондиционируют так, что она соответствует инструкциям для испарительной поверхности нагрева 8. В пункте подготовки 48 питательную воду дополнительно кондиционируют путем добавки О₂ так, что она соответствует инструкциям для испарительных поверхностей нагрева 5 и 9. Удаление химикалий не требуется ни в одном из пунктов подготовки 46-48, также не требуется и никакой дегазации.

Комбинированная газотурбинная-паротурбинная установка согласно фигуре 3 отличается от установки согласно фигуре 1 только тем, что второй подводящий трубопровод 6 содержит расположенную внутри газохода 2 вторую подогревательную поверхность нагрева 13 и подключен относительно протекания в месте подключения перед первой подогревательной поверхностью нагрева 12а к первому подводящему трубопроводу 10 между первым пунктом подготовки 47 и конденсатным насосом 43. Второй пункт подготовки 46 предусмотрен на втором подводящем трубопроводе 6 относительно протекания перед второй подогревательной поверхностью нагрева 13. За счет добавки NН₃ и O₂ в первом пункте подготовки 47 можно кондиционировать поступающую от конденсатного насоса 43 питательную воду точно в соответствии с инструкциями для испарительных поверхностей нагрева 5 и 9 и в пункте подготовки 46 за счет добавки NН₃ точно в соответствии с инструкциями для испарительной поверхности нагрева 8.

Параллельно к подогревательной поверхности нагрева 13, однако, относительно протекания после места подключения второго подводящего трубопровода 6 к первому подводящему трубопроводу 10 также расположен циркуляционный насос 13d, который может подавать питательную воду от выхода подогревательной поверхности нагрева 13 обратно к ее входу так, что температура поступающей в эту подогревательную поверхность нагрева питательной воды повышается.

В установках согласно фигурам 1-3 конденсатор 11 с конденсатным насосом 43 является общим устройством снабжения питательной водой, из которого происходит выходная питательная вода стандартного выходного качества, которая, наконец, – различным образом кондиционированная – течет, с одной стороны, к испарительным поверхностям нагрева 5 и 9 и, с другой стороны, к испарительной поверхности нагрева 8.

Формула изобретения

1. Парогенератор, в частности котел-утилизатор, с вытянутым в длину газоходом (2), который содержит входной конец для горячего газа и выходной конец (4) для охлажденного горячего газа, а также с первой испарительной поверхностью нагрева (5, 9), к которой на стороне входа относительно протекания подключен первый подводящий трубопровод (10) для питательной воды и которая находится в газоходе (2) при рассмотрении в направлении протекания горячего газа перед второй испарительной поверхностью нагрева (8), которая подключена, как на стороне входа, так и на стороне выхода относительно протекания к барабану низкого давления (7), снабженному вторым подводящим трубопроводом (6) для питательной воды, причем первый подводящий трубопровод (10) для питательной воды содержит первый пункт подготовки (47) для добавки и/или удаления химикалий для водоподготовки и второй подводящий трубопровод (6) – второй пункт подготовки (46) для добавки и/или удаления химикалий для водоподготовки, причем первый подводящий трубопровод (10) содержит подогревательную поверхность нагрева (12а), которая расположена внутри газохода (2), отличающийся тем, что второй подводящий трубопровод (6) подключен относительно протекания к месту подключения между подогревательной поверхностью нагрева (12а) и испарительной поверхностью нагрева (5, 9) к первому подводящему трубопроводу (10).

2. Парогенератор по п.1, отличающийся тем, что первый подводящий трубопровод (10) относительно протекания перед подогревательной поверхностью нагрева (12а) содержит первый пункт подготовки (47) для добавки и/или удаления химикалий для водоподготовки и что второй подводящий трубопровод (6) относительно протекания после своего места подключения к первому подводящему трубопроводу (10) содержит второй пункт подготовки (46) для добавки и/или удаления химикалий для водоподготовки.

3. Парогенератор по п.2, отличающийся тем, что первый подводящий трубопровод (10) относительно протекания после места подключения второго подводящего трубопровода (6) и перед испарительной поверхностью нагрева (5, 9) содержит третий пункт подготовки (48) для подготовки питательной воды, в частности для добавки химикалий.

4. Парогенератор по п.1, отличающийся тем, что он выполнен прямоточным, причем первый подводящий трубопровод (10) содержит первую подогревательную поверхность нагрева (12а), которая расположена внутри газохода (2), а второй подводящий трубопровод (6) содержит вторую, расположенную внутри газохода (2), подогревательную поверхность нагрева (13) и относительно протекания подключен к первому месту подключения перед первой подогревательной поверхностью нагрева (12а) к первому подводящему трубопроводу (10), при этом первый подводящий трубопровод (10) относительно протекания перед первой подогревательной поверхностью нагрева (12а) и после первого места подключения содержит первый пункт подготовки (47) для добавки и/или удаления химикалий для водоподготовки, а второй пункт подготовки (46) для добавки и/или удаления химикалий для водоподготовки предусмотрен на втором подводящем трубопроводе (6) относительно протекания перед второй подогревательной поверхностью нагрева (13).

5. Парогенератор по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что второй пункт подготовки (46) содержит сосуд для дегазации для удаления газообразных химикалий из питательной воды.

6. Парогенератор по п.2, отличающийся тем, что в первом пункте подготовки (47) добавляют NH₃ и О₂ и во втором пункте подготовки (46) добавляют NH₃ и удаляют О₂.

7. Парогенератор по п.3, отличающийся тем, что в первом пункте (47) и во втором пункте подготовки (46) добавляют NH₃ и в третьем пункте подготовки (48) добавляют О₂.

8. Парогенератор по п.4, отличающийся тем, что в первом пункте подготовки (47) добавляют NH₃ и О₂, а во втором пункте подготовки (46) добавляют NH₃.

РИСУНКИ