СПОСОБ ДООБОРУДОВАНИЯ СЖИГАЮЩЕЙ ИСКОПАЕМОЕ ТОПЛИВО ЭНЕРГОУСТАНОВКИ УСТРОЙСТВОМ ОТДЕЛЕНИЯ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА
METHOD OF POWER PLANT FIRING FOSSIL FUEL RETROFITTING WITH CARBON DIOXIDE SEPARATION DEVICE

Для отделения диоксида углерода из газообразных отходов, работающих на ископаемом топливе энергоустановок, например газовых и паровых энергоустановок или работающих на угле паросиловых установок, требуется большое количество энергии.
При применении жидкостного абсорбционно-десорбционного способа отделения диоксида углерода эта энергия в форме тепловой энергии должна иметься для теплоснабжения десорбционного процесса. Обычно для этого используется пар низкого давления из пароводяного контура энергоустановки.
Для выполнения предписаний по токсичности существующие газопаровые или атомные электростанции без отделения диоксида углерода должны дооборудоваться устройством для его отделения. Такие старые установки, как правило, еще не имеют соответствующих предписаний (Capture Readyness) для дооборудования устройством отделения диоксида углерода.
Так, например, машинное здание может быть рассчитано недостаточно большим для прокладки дополнительных труб с целью отбора пара низкого давления, или паровая турбина или энергетический процесс не конфигурирована/конфигурирован соответствующим образом для отбора пара низкого давления. В паровых турбинах с отдельным корпусом для ступени среднего и низкого давлений, по меньшей мере, отбор пара низкого давления на перепускном трубопроводе возможен простым образом. Напротив, в паровых турбинах с однокорпусной ступенью среднего и низкого давлений последующие переделки для отбора необходимых больших количеств пара часто невозможно реализовать, поэтому турбину в этом случае приходится заменять. В любом случае, однако, при отборе пара низкого давления из перепускного трубопровода в секцию низкого давления последнюю приходится согласовывать с изменившейся поглощающей способностью (объемный поток пара).
Отбор пара из других источников в пределах энергетического процесса также нерентабелен или возможен подходящим образом. Так, например, отбор из трубопровода промежуточного перегревателя паровой турбины приводит без дополнительных мер к несимметричной нагрузке котла. Также отбор более высококачественного пара для устройства отделения диоксида углерода без дополнительных мер должен быть исключен, поскольку это ведет к неприемлемым потерям энергии.
Другая проблема, связанная с дооборудованием устройством отделения диоксида углерода, заключается в том, что при его отключении или отказе возникает избыточное количество ненужного пара низкого давления. Этот избыточный пар нельзя так просто возвратить в паротурбинный процесс, поскольку он рассчитан на эксплуатацию с устройством отделения диоксида углерода, т.е. на меньшее количество пара.
Задачей изобретения является создание недорогого способа дооборудования устройством отделения диоксида углерода, причем работающая на ископаемом топливе энергоустановка должна продолжать эксплуатироваться даже тогда, когда это устройство не работает или отключено.
Эта задача решается посредством признаков пункта 1 формулы изобретения.
Согласно изобретению, работающая на ископаемом топливе энергоустановка дооборудуется устройством отделения диоксида углерода. Такой установкой может быть газопаровая энергоустановка с утилизационным парогенератором или паросиловая установка с обогреваемым котлом (бойлером). Газопаровая энергоустановка или паросиловая установка включает в себя далее паровую турбину.
Изобретение касается паровой турбины, содержащей однокорпусную ступень среднего и низкого давлений. Помимо ступени среднего и низкого давлений паровая турбина включает в себя также ступень высокого давления в отдельном корпусе.
Предложенное дооборудование работающей на ископаемом топливе энергоустановки устройством отделения диоксида углерода происходит в несколько этапов, которые могут осуществляться одновременно или в разной последовательности.
При этом ступень низкого и среднего давлений паровой турбины на первом этапе согласуется к новой поглощающей способностью, которая изменяется из-за отвода технологического пара для работы устройства отделения диоксида углерода. При этом путем замены компонентов согласуется паротурбинный тракт, или заменяются части ступени низкого давления. Выбор опций определяется имеющейся паровой турбиной и отбираемыми массовыми потоками пара. На следующем этапе устройство отделения диоксида углерода посредством трубопровода технологического пара присоединяется к трубопроводу промежуточного перегревателя. В случае отключения устройства отделения диоксида углерода пар низкого давления продолжает отбираться из перепускного трубопровода. Поэтому параллельно устройству отделения диоксида углерода на следующем этапе включается вспомогательный конденсатор. Он служит для конденсации в себе избыточного технологического пара, возникающего при отказе или намеренном отключении устройства отделения диоксида углерода.
В одном предпочтительном варианте способа устройство отделения диоксида углерода посредством трубопровода технологического пара присоединяется к горячему трубопроводу промежуточного перегревателя, в результате чего создается повторно нагретый пар в качестве технологического пара. В качестве альтернативы устройство отделения диоксида углерода предпочтительно посредством трубопровода технологического пара присоединяется к холодному трубопроводу промежуточного перегревателя, в результате чего создается частично расширенный пар в качестве технологического пара.
В одном особом варианте в трубопровод технологического пара включается паровая турбина с противодавлением. Посредством паровой турбины с противодавлением отобранный технологический пар доводится до состояния насыщенного пара. За счет генератора, присоединенного к паровой турбине с противодавлением, вырабатывается электрическая энергия. Это позволяет использовать избыточную энергию технологического пара для вырабатывания электрической энергии.
В другом предпочтительном варианте предусмотрено, что устройство отделения диоксида углерода посредством трубопровода возврата конденсата соединяется с конденсатором паровой турбины. Этот трубопровод возврата конденсата обеспечивает возврат израсходованного в десорбционном процессе технологического пара в контур питательной воды энергоустановки.
Работающая на ископаемом топливе энергоустановка выполнена предпочтительно в виде газопаротурбинной энергоустановки, причем парогенератор является утилизационным парогенератором. В качестве альтернативы работающая на ископаемом топливе энергоустановка может быть выполнена также в виде паротурбинной энергоустановки, причем парогенератор является обогреваемым котлом.
Ниже изобретение более подробно поясняется со ссылкой на чертежи, на которых изображают:
фиг.1 - работающую на ископаемом топливе энергоустановку, дооборудованную устройством отделения диоксида углерода предложенным способом;
фиг.2 - вариант изображенной на фиг.1 дооборудованной, работающей на ископаемом топливе энергоустановки;
фиг.3 - работающую на ископаемом топливе энергоустановку, дооборудованную устройством отделения диоксида углерода предложенным способом в альтернативном варианте;
фиг.4 - вариант изображенной на фиг.1 дооборудованной, работающей на ископаемом топливе энергоустановки.
На фиг.1 изображена работающая на ископаемом топливе энергоустановка 1 с устройством 5 отделения диоксида углерода. Энергоустановка 1 выполнена здесь в виде газопаровой энергоустановки 12. Она показана в упрощенном виде и состоит, в основном, из газовой турбины 13, паровой турбины 2, генератора 20 и включенного в канал для отходящих газов газовой турбины 13 парогенератора 4, выполненного в виде парогенератора 15, работающего на отходящем тепле. Паровая турбина 2 состоит из ступени 24 высокого давления и ступени 25 среднего и низкого давлений. Газовая турбина 13, генератор 20 и паровая турбина 2 находятся на общем валу 8. За паровой турбиной 2 установлен конденсатор 22.
Ступень 24 высокого давления соединена с парогенератором 4 посредством трубопровода 23 свежего пара с возможностью его подачи и посредством трубопровода 3 возвратного пара и холодного трубопровода 16 промежуточного перегревателя с возможностью возврата пара. Ступень 25 среднего и низкого давлений соединена с парогенератором 4 посредством горячего трубопровода 31 промежуточного перегревателя. К нему для отбора технологического пара 17 присоединен трубопровод 6 для него.
При дооборудовании сначала согласовывалась поглощающая способность ступени 25 среднего и низкого давлений паровой турбины 2. Это происходило за счет замены компонентов или согласования частей ступени 25. Затем устройство 5 посредством теплообменника 21 через трубопровод 6 технологического пара присоединялось к горячему трубопроводу 31 промежуточного перегревателя. Далее параллельно устройству 5 прокладывался байпасный трубопровод 34, в который включен вспомогательный конденсатор 32.
Из теплообменника 21 конденсат по трубопроводу 29 для возврата конденсата удаляется из конденсатора 22. Для этого трубопровод 29 соответственно соединен с конденсатором 22. Наконец, предусмотрен конденсатопровод 30, который соединяет конденсатор 22 с парогенератором 4, чтобы замкнуть контур питательной воды.
При работе энергоустановки 1 и при включенном устройстве 5 технологический пар 17 отбирается из горячего трубопровода 31 промежуточного перегревателя и по трубопроводу 6 технологического пара подается к теплообменнику 21, который, в свою • очередь, отдает тепло устройству 5. В этом режиме открыт первый клапан 35, включенный в трубопровод 6 технологического пара за ответвлением байпасного трубопровода 34. Второй капан 36, включенный в байпасный трубопровод 34 перед вспомогательным конденсатором 32, закрыт.
Если в устройстве 5 происходит сбой, или оно отключается, то должен продолжаться отбор технологического пара 17 из горячего трубопровода 31 промежуточного перегревателя, поскольку ступень 25 среднего и низкого давлений в результате дооборудования больше не рассчитана на прием этого пара. Поэтому технологический пар направляется по байпасному трубопроводу 34 в вспомогательный конденсатор 32. Для этого первый клапан 35 закрывается, а второй клапан 36 в байпасном трубопроводе 34 открывается.
На фиг.2 изображен вариант работающей на ископаемом топливе энергоустановки из фиг.1, дооборудованной устройством 5 отделения диоксида углерода предложенным способом. В варианте на фиг.2 помимо паровой турбины 2 предусмотрена паровая турбина 7 с противодавлением, включенная в трубопровод 6 технологического пара. В ней происходит процесс расширения 18 технологического пара 17 в насыщенный пар 26. При этом технологический пар 17 за счет присоединенного к паровой турбине 7 с противодавлением генератора 9 превращается в электрическую энергию. Температура на выходе турбины 7 составляет около 290°C.
На фиг.3 изображена работающая на ископаемом топливе энергоустановка, дооборудованная устройством отделения диоксида углерода предложенным способом в альтернативном варианте. В данном примере устройство 5 отделения диоксида углерода посредством теплообменника 21 через трубопровод 6 технологического пара и трубопровод 28 насыщенного пара присоединено к холодному трубопроводу 16 промежуточного перегревателя. Паровая турбина с противодавлением не предусмотрена.
На фиг.4, как и на фиг.3, показаны отбор технологического пара 17 и присоединение трубопровода 6 для него к холодному трубопроводу 16 промежуточного перегревателя. По сравнению с фиг.2 в трубопровод 6 технологического пара включена паровая турбина 7 с противодавлением. Температура на ее выходе составляет около 160°C. Как и на фиг.2, предусмотрен генератор для вырабатывания тока.