СПОСОБ И СИСТЕМА ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ИЗ ГАЗА С НИЗКОЙ ТЕПЛОТВОРНОЙ СПОСОБНОСТЬЮ
METHOD AND SYSTEM FOR POWER GENERATION FROM GAS WITH LOW CALORIFIC VALUE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к области техники энергосбережения и защиты окружающей среды, а именно к способу и системе выработки электроэнергии из газа с низкой теплотворной способностью.
Предпосылки изобретения
Китай является наибольшим производителем железа и стали в мире. В процессе плавки металлургические предприятия производят большое количество побочного газа, такого как доменный газ, конвертерный газ и коксовый газ, среди которых доменный газ имеет свойства максимального выхода, самую низкую теплотворную способность, токсичность, опасность, воспламеняемость, взрываемость и т.д. За последние годы проблема нехватки электроэнергии в Китае стала более острой, требования по защите окружающей среды постоянно повышаются, и выработка электроэнергии из доменного газа постепенно внедряется на металлургических предприятиях. Например, система переработки отходящей теплоты топочного газа для полностью сжигающего доменный газ котла раскрыта в китайской заявке на патент №201320444475.0, и система глубокой переработки для отходящей теплоты дыма полностью сжигающего доменный газ котла раскрыта в китайской заявке на патент №201320446384.0. При этом система выработки электроэнергии из доменного газа, описанная выше, сосредотачивается сугубо на переработке отходящей теплоты со стороны топочного газа, без учета того, как повысить тепловой коэффициент полезного действия со стороны пара. Способ и система выработки электроэнергии за счет сжигания металлургического газа собственной энергетической установки раскрыты в китайской заявке на патент №201510239804.1, в которой представлены просто идея и способ выработки электроэнергии из газа для металлургических предприятий без соответствующей системы выработки электроэнергии. Хотя производство электроэнергии из доменного газа постепенно внедряется на металлургических предприятиях, по-прежнему существуют недостатки, связанные с тем, что сгорание в котле является неустойчивым, расположение поверхности нагрева является нерациональным, и тепловой коэффициент полезного действия является низким.
Сущность изобретения
Вариант осуществления настоящего изобретения относится к способу и системе выработки электроэнергии из газа с низкой теплотворной способностью, которые по меньшей мере могут устранить некоторые недостатки известного уровня техники.
Вариант осуществления настоящего изобретения относится к способу выработки электроэнергии из газа с низкой теплотворной способностью, включающему следующие этапы:
3
этап 1, на котором газ с низкой теплотворной способностью (LHV), составляющей 3100 кДж/нм или выше, подается в котел для газа с низкой теплотворной способностью для сжигания, топочный газ, образующийся в результате сжигания, подвергается теплообмену с теплообменной поверхностью в котле для газа с низкой теплотворной способностью; перегретый пар с высокой температурой 540 градусов Цельсия и сверхвысоким давлением 13,7 МПа вырабатывается в пароперегревателе, и перегретый пар подается в цилиндр высокого давления паровой турбины для выработки электроэнергии;
этап 2, на котором пар из цилиндра высокого давления поступает в подогреватель, и подогретый пар из подогревателя поступает в цилиндр низкого давления для выработки электроэнергии;
этап 3, на котором пар из цилиндра низкого давления после конденсирования поступает в экономайзер, и вода из экономайзера поступает в барабан котла;
этап 4, на котором из барабана котла воду, полученную посредством разделения воды и пара, подают в охлаждаемые водой стенки котла для газа с низкой теплотворной способностью и нагревают до состояния пара или пароводяной смеси в охлаждаемых водой стенках, и затем пар или пароводяную смесь возвращают обратно в барабан котла; и насыщенный пар, полученный посредством разделения воды и пара, подают в пароперегреватель и нагревают в перегретый пар с высокой температурой 540 градусов Цельсия и сверхвысоким давлением 13,7 МПа, и затем перегретый пар подается в цилиндр высокого давления паровой турбины для выработки электроэнергии; и
этап 5, на котором этапы 2-4 выполняют неоднократно.
В качестве одного варианта осуществления в способе запуска установки для выработки электроэнергии давлением основного пара управляют посредством перепускного механизма высокого давления;
Перепускной механизм высокого давления содержит по меньшей мере один перепускной канал высокого давления, выполненный параллельно, при этом клапаны давления перепускных каналов высокого давления расположены на перепускных каналах высокого давления, впускные концы для регулирующей температуру воды клапанов давления перепускных каналов высокого давления соединены с трубопроводами водораспыления высокого давления, и регулирующие клапаны водораспыления перепускных каналов высокого давления и запорные клапаны водораспыления перепускных каналов высокого давления расположены на трубопроводах водораспыления высокого давления.
Способ управления для перепускных каналов высокого давления включает этапы вычисления объема необходимой регулирующей температуру воды по степеням открытия соответствующих клапанов давления перепускных каналов высокого давления и величинам энтальпии пара и величинам энтальпии регулирующей температуру воды до и после соответствующих клапанов давления перепускных каналов высокого давления, и затем вычисления степеней открытия соответствующих регулирующих клапанов водораспыления перепускных каналов высокого давления согласно давлению до и после соответствующих регулирующих клапанов водораспыления перепускных каналов высокого давления и равнопроцентным характеристическим кривым соответствующих регулирующих клапанов водораспыления перепускных каналов высокого давления.
В качестве одного варианта осуществления перепускные каналы низкого давления соединены с выпускным паропроводом подогревателя обходным образом, и выпускные концы для пара перепускных каналов низкого давления соединены с выпускным трубопроводом конденсации цилиндра низкого давления обходным образом; и
клапаны давления перепускных каналов низкого давления расположены на перепускных каналах низкого давления, впускные концы для регулирующей температуру воды клапанов давления перепускных каналов низкого давления соединены с трубопроводами водораспыления низкого давления, и запорные клапаны водораспыления перепускных каналов низкого давления расположены на трубопроводах водораспыления низкого давления.
В качестве одного варианта осуществления способ управления для перепускных каналов низкого давления включает этапы:
открытия запорных клапанов водораспыления перепускных каналов низкого давления взаимосвязанным образом при открытии клапанов давления перепускных каналов низкого давления; и
закрытия запорных клапанов водораспыления перепускных каналов низкого давления с задержкой 15 секунд при закрытии клапанов давления перепускных каналов низкого давления.
В качестве одного варианта осуществления способ управления для перепускных каналов низкого давления включает этапы вычисления объема необходимой регулирующей температуру воды по степеням открытия клапанов давления перепускных каналов низкого давления и величинам энтальпии пара и величинам энтальпии регулирующей температуру воды до и после клапанов давления перепускных каналов низкого давления, и затем вычисления степеней открытия регулирующих клапанов водораспыления перепускных каналов низкого давления согласно давлению до и после регулирующих клапанов водораспыления перепускных каналов низкого давления и равнопроцентным характеристическим кривым соответствующих регулирующих клапанов водораспыления перепускных каналов низкого давления.
Вариант осуществления настоящего изобретения относится к системе выработки электроэнергии из газа с низкой теплотворной способностью, содержащей котел и паровую турбину;
при этом корпус котла содержит камеру сгорания, горизонтальный топочный канал и вертикальный топочный канал, конструкция горелки расположена на камере сгорания, и внутренние стенки камеры сгорания представляют собой охлаждаемые водой стенки по меньшей мере частично;
при этом пароперегреватель расположен в горизонтальном топочном канале, и подогреватель и экономайзер расположены в вертикальном топочном канале последовательно сверху вниз;
при этом паровая турбина содержит цилиндр высокого давления и цилиндр низкого давления; впускной канал для пара цилиндра высокого давления сообщается с выпускным концом пароперегревателя посредством первого паропровода; выпускной канал для пара цилиндра высокого давления сообщается с впускным концом подогревателя посредством второго паропровода; и впускной канал для пара цилиндра низкого давления сообщается с выпускным концом подогревателя посредством третьего паропровода.
В качестве одного варианта осуществления котел оснащен барабаном котла; устройство разделения воды и пара расположено в барабане котла; барабан котла оснащен выпускным каналом для воды, впускным каналом для воды, впускным каналом для пароводяной смеси и выпускным каналом для газа; впускные концы охлаждаемых водой стенок сообщаются с выпускным каналом для воды; выпускные концы охлаждаемых водой стенок сообщаются с впускным каналом для пароводяной смеси; впускной канал для воды сообщается с выпускным концом экономайзера; и выпускной канал для газа сообщается с впускным концом пароперегревателя.
В качестве одного варианта осуществления выпускной канал для пара цилиндра низкого давления соединен с трубопроводом конденсации; конденсатор пара и конденсатный насос расположены на трубопроводе конденсации; и выпускной конец трубопровода конденсации сообщается с впускным концом экономайзера.
В качестве одного варианта осуществления нагреватель низкого давления и нагреватель высокого давления расположены на трубопроводе конденсации, и конденсатор пара, конденсатный насос, нагреватель низкого давления и нагреватель высокого давления расположены последовательно в направлении протекания водоконденсата.
В качестве одного варианта осуществления система выработки электроэнергии из газа с низкой теплотворной способностью дополнительно содержит перепускной механизм высокого давления и перепускной механизм низкого давления;
при этом впускной конец для пара перепускного механизма высокого давления соединен с первым паропроводом обходным образом; выпускной конец для пара перепускного механизма высокого давления соединен со вторым паропроводом обходным образом;
при этом впускной конец для пара перепускного механизма низкого давления соединен с третьим паропроводом обходным образом; и выпускной конец для пара перепускного механизма низкого давления соединен с трубопроводом конденсации обходным образом, и при этом точка обхода расположена между конденсатором пара и выпускным каналом для пара цилиндра низкого давления.
В качестве одного варианта осуществления перепускной механизм высокого давления содержит по меньшей мере один перепускной канал высокого давления, выполненный параллельно, при этом клапаны давления перепускных каналов высокого давления расположены на перепускных каналах высокого давления, впускные концы для регулирующей температуру воды клапанов давления перепускных каналов высокого давления соединены с трубопроводами водораспыления высокого давления, и регулирующие клапаны водораспыления перепускных каналов высокого давления и запорные клапаны водораспыления перепускных каналов высокого давления расположены на трубопроводах водораспыления высокого давления; и
перепускной механизм низкого давления содержит по меньшей мере один перепускной канал низкого давления, выполненный параллельно, при этом клапаны давления перепускных каналов низкого давления расположены на перепускных каналах низкого давления, впускные концы для регулирующей температуру воды клапанов давления перепускных каналов низкого давления соединены с трубопроводами водораспыления низкого давления, и регулирующие клапаны водораспыления перепускных каналов низкого давления и запорные клапаны водораспыления перепускных каналов низкого давления расположены на трубопроводах водораспыления низкого давления.
В качестве одного варианта осуществления конструкция горелки содержит первый уровень горелок; первый уровень горелок содержит по меньшей мере одну первую горелку, расположенную на передней стенке камеры сгорания, или содержит множество первых горелок, противоположно расположенных на передней стенке и задней стенке камеры сгорания; и первая горелка содержит трубу для зажигательного газа, первую трубу для топливного газа и первую трубу для поддерживающего горение газа, которые последовательно соединены подобно вложенным рукавам изнутри наружу; и первые трубы для поддерживающего горение газа соединены с трубами подачи газа с низкой теплотворной способностью.
В качестве одного варианта осуществления группы закручивающих лопаток расположены на выпускных концах первых труб для топливного газа и первых труб для поддерживающего горение газа; при этом закручивающие лопатки каждой группы закручивающих лопаток расположены кольцом во внутренних полостях соответствующих труб для газа; и закручивающие лопатки расположены в радиальных направлениях соответствующих труб для газа.
В качестве одного варианта осуществления первые кольцевые узлы расположены на выпускных концах первых труб для топливного газа, и первый кольцевой узел расположен между первой трубой для топливного газа и трубой для зажигательного газа; при этом группы закручивающих лопаток в первых трубах для топливного газа содержат множество первых закручивающих лопаток и множество вторых закручивающих лопаток; при этом каждая первая закручивающая лопатка закреплена между первым кольцевым узлом и трубой для зажигательного газа; и каждая вторая закручивающая лопатка закреплена между соответствующим первым кольцевым узлом и соответствующей первой трубой для топливного газа.
В качестве одного варианта осуществления вторые кольцевые узлы расположены на выпускных концах первых труб для поддерживающего горение газа, и второй кольцевой узел расположен между первой трубой для поддерживающего горение газа и первой трубой для топливного газа; при этом группы закручивающих лопаток в первых трубах для поддерживающего горение газа содержат множество третьих закручивающих лопаток; и каждая третья закручивающая лопатка закреплена между вторым кольцевым узлом и первой трубой для топливного газа.
В качестве одного варианта осуществления группы закручивающих лопаток в первых трубах для поддерживающего горение газа дополнительно содержат множество четвертых закручивающих лопаток; и каждая четвертая закручивающая лопатка закреплена между вторым кольцевым узлом и первой трубой для поддерживающего горение газа.
В качестве одного варианта осуществления конструкция горелки дополнительно содержит второй уровень горелок, и второй уровень горелок расположен над первым уровнем горелок; при этом второй уровень горелок содержит по меньшей мере одну вторую горелку, расположенную на передней стенке камеры сгорания, или содержит множество вторых горелок, противоположно расположенных на передней стенке и задней стенке камеры сгорания;
при этом каждая вторая горелка содержит вторую трубу для топливного газа, вторую трубу для поддерживающего горение газа, третью трубу для топливного газа и третью трубу для поддерживающего горение газа, которые последовательно соединены подобно вложенным рукавам изнутри наружу; при этом группы закручивающих лопаток расположены на выпускных концах различных труб для газа; закручивающие лопатки каждой группы закручивающих лопаток расположены кольцом во внутренних полостях соответствующих труб для газа; и закручивающие лопатки расположены в радиальных направлениях соответствующих труб для газа.
В качестве одного варианта осуществления подогреватель воздуха размещен в вертикальном топочном канале и расположен под экономайзером; первые трубы для поддерживающего горение газа, вторые трубы для поддерживающего горение газа и третьи трубы для поддерживающего горение газа соединены с трубами подачи поддерживающего горение газа; и выпускной конец подогревателя воздуха сообщается с по меньшей мере одной из труб подачи поддерживающего горение газа.
3
Варианты осуществления настоящего изобретения обладают по меньшей мере следующими преимуществами: благодаря структуре расположения нагретой поверхности котла для газа с низкой теплотворной способностью и применению режима однократного нагревания паровой среды можно эффективно улучшить качество пара, и когда котел для газа с низкой теплотворной способностью применяется для выработки электроэнергии из доменного газа с LHV, составляющей 3100 кДж/нм или выше, коэффициент полезного действия выработки электроэнергии из газа с высокой теплотворной способностью можно эффективно повысить.
Краткое описание графических материалов
Для того, чтобы более ясно продемонстрировать технические решения в вариантах осуществления настоящего изобретения или на известном уровне техники, сопутствующие графические материалы, требующиеся для использования в описании вариантов осуществления или известного уровня техники, вкратце представлены следующим образом. Очевидно, что сопутствующие графические материалы в последующем описании представляют только некоторые варианты осуществления настоящего изобретения, и специалисту в данной области техники будет понятно, что без творческих усилий могут быть получены другие графические материалы, соответствующие сопутствующим графическим материалам.
На фиг. 1 приведена структурная схема горелки, представленной в примере 1 настоящего изобретения.
На фиг. 2 представлена структурная схема горелки, показанной на фиг. 1, в направлении A.
На фиг. 3 приведена структурная схема горелки, представленной в примере 2 настоящего изобретения.
На фиг. 4 представлена структурная схема горелки, показанной на фиг. 3, в направлении A.
На фиг. 5 приведена структурная схема системы выработки электроэнергии из газа с низкой теплотворной способностью, представленной в примерах настоящего изобретения.
На фиг. 6 приведена структурная схема перепускного канала высокого давления и перепускного канала низкого давления, представленных в одном примере настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
Технические решения согласно вариантам осуществления настоящего изобретения будут далее описаны ниже ясно и полностью вместе с сопутствующими графическими материалами. Очевидно, что описанные варианты осуществления представляют лишь часть вариантов осуществления настоящего изобретения, а не все варианты осуществления. На основе вариантов осуществления настоящего изобретения все другие варианты осуществления, полученные специалистом в данной области техники без приложения творческих усилий, попадают в область защиты настоящего изобретения.
Пример 1
Как показано на фиг. 1 и фиг. 2, вариант осуществления настоящего изобретения относится к горелке. Горелка содержит трубу 1111 для зажигательного газа, первую трубу 1112 для топливного газа и первую трубу 1113 для поддерживающего горение газа, которые последовательно соединены подобно вложенным рукавам изнутри наружу; группы закручивающих лопаток расположены на выпускных концах первой трубы 1112 для топливного газа и первой трубы 1113 для поддерживающего горение газа; закручивающие лопатки каждой группы закручивающих лопаток расположены кольцом во внутренних полостях соответствующих труб для газа; и закручивающие лопатки расположены в радиальных направлениях соответствующих труб для газа. Труба 1111 для зажигательного газа, первая труба 1112 для топливного газа и первая труба 1113 для поддерживающего горение газа соединены соосно подобно вложенным рукавам. Горелка дополнительно содержит воспламенитель 1116; воспламенитель 1116 расположен в первой трубе 1112 для топливного газа, предпочтительно находится близко к трубе 1111 для зажигательного газа, а также предпочтительно является параллельным трубе 1111 для зажигательного газа; и при этом воспламенитель 1116 проходит через закручивающие лопатки, расположенные в первой трубе 1112 для топливного газа, и находится близко к соплу горелки. Воспламенитель 1116 предпочтительно представляет собой автоматический высокоэнергетический электронный воспламенитель 1116 и является стабильным и надежным в операции воспламенения. Труба 1111 для зажигательного газа соединена с трубой подачи зажигательного газа. Зажигательный газ может представлять собой доменный газ, конвертерный газ, природный газ, сжиженный нефтяной газ или нефтяное топливо и т.п. Первая труба 1112 для топливного газа соединена с первой трубой подачи топливного газа. В данном варианте осуществления горелка предпочтительно используется для продувочного сжигания газа с низкой теплотворной способностью, при этом первая труба подачи топливного газа предпочтительно подает газ с низкой теплотворной способностью, и более предпочтительно газ с низкой теплотворной способностью представляет собой доменный газ. Первая труба 1113 для поддерживающего горение газа соединена с трубой подачи поддерживающего горение газа, и поддерживающий горение газ в общем представляет собой воздух.
Благодаря применению групп закручивающих лопаток в одном аспекте облегчается интенсивное смешивание топливного газа и поддерживающего горение газа, обеспечивается непрерывное сгорание топливного газа, и улучшается стабильность сгорания топливного газа; и в другом аспекте зона рециркуляции высокотемпературного топочного газа может быть создана в зоне сгорания, при этом воспламенение и сгорание топливного газа облегчаются, и улучшаются стабильность сгорания и полнота сгорания топливного газа. Когда горелка применяется для сжигания газа с низкой теплотворной способностью, результат и коэффициент полезного действия сжигания газа с низкой теплотворной способностью можно эффективно улучшить.
Как показано на фиг. 1 и фиг. 2, группы закручивающих лопаток могут принимать форму следующих конструкций: группы закручивающих лопаток в первой трубе 1112 для топливного газа содержат множество первых закручивающих лопаток 1114 для газа, при этом один конец каждой первой закручивающей лопатки 1114 для газа закреплен на трубе 1111 для зажигательного газа, а другой конец каждой первой закручивающей лопатки 1114 для газа закреплен на первой трубе 1112 для топливного газа; и группы закручивающих лопаток в первой трубе 1113 для поддерживающего горение газа содержат множество первых закручивающих лопаток 1115 для поддерживающего горение газа, при этом один конец каждой первой закручивающей лопатки 1115 для поддерживающего горение газа закреплен на первой трубе 1112 для топливного газа, а другой конец каждой первой закручивающей лопатки 1115 для поддерживающего горение газа закреплен на первой трубе 1113 для поддерживающего горение газа. Как показано на фиг. 2, предпочтительно количество первых закручивающих лопаток 1114 для газа меньше, чем количество первых закручивающих лопаток 1115 для поддерживающего горение газа. Кроме того, в радиальных направлениях первой трубы 1112 для топливного газа длины первых закручивающих лопаток 1114 для газа больше, чем длины первых закручивающих лопаток 1115 для поддерживающего горение газа, так чтобы обеспечить получение желаемых тангенциальных скоростей и эффекта смешивания двух газовых закрученных потоков.
В данном варианте осуществления группы закручивающих лопаток предпочтительно принимают форму следующих предпочтительных конструкций: первый кольцевой узел расположен на выпускном конце первой трубы 1112 для топливного газа и расположен между первой трубой 1112 для топливного газа и трубой 1111 для зажигательного газа; и группы закручивающих лопаток в первой трубе 1112 для топливного газа содержат множество первых закручивающих лопаток и множество вторых закручивающих лопаток, при этом каждая первая закручивающая лопатка закреплена между первым кольцевым узлом и трубой 1111 для зажигательного газа, и каждая вторая закручивающая лопатка закреплена между первым кольцевым узлом и первой трубой 1112 для топливного газа; при этом предпочтительно количество первых закручивающих лопаток меньше, чем количество вторых закручивающих лопаток. Более того, в радиальных направлениях первой трубы 1112 для топливного газа длины первых закручивающих лопаток больше, чем длины вторых закручивающих лопаток, так что скорости потока двух первых закрученных потоков топливного газа приблизительно сбалансированы. Направления вращения первых закручивающих лопаток могут быть такими же или отличающимися от имеющихся у вторых закручивающих лопаток; углы наклона первых закручивающих лопаток могут быть такими же или отличающимися от имеющихся у вторых закручивающих лопаток; при этом направления вращения первых закручивающих лопаток должны удовлетворять условию, состоящему в том, что зона отрицательного давления может быть образована в выброшенном закручивающем центре первых закручивающих лопаток, так что облегчается рециркуляция высокотемпературного топочного газа, и высокотемпературный топочный газ используется для нагрева первых топливного газа и поддерживающего горение газа, и коэффициент полезного действия сжигания повышается; и направления вращения первых закручивающих лопаток являются предпочтительно противоположными направлениям вращения вторых закручивающих лопаток, или первые закручивающие лопатки и вторые закручивающие лопатки имеют одинаковые направления вращения, но разные углы наклона, так что два первых закрученных потока топливного газа могут пересекаться и сталкиваться, с удобным образованием турбулентного потока за счет столкновения между двумя первыми закрученными потоками топливного газа и за счет эффекта смешивания первого топливного газа и поддерживающего горение газа.
В качестве дополнительного усовершенствования конструкции горелки второй кольцевой узел расположен на выпускном конце первой трубы 1113 для поддерживающего горение газа и расположен между первой трубой 1113 для поддерживающего горение газа и первой трубой 1112 для топливного газа; и группы закручивающих лопаток в первой трубе 1113 для поддерживающего горение газа содержат множество третьих закручивающих лопаток, и третьи закручивающие лопатки закреплены между вторым кольцевым узлом и первой трубой 1112 для топливного газа. Закручивающие лопатки могут не быть предоставлены между вторым кольцевым узлом и первой трубой 1113 для поддерживающего горение газа, то есть на выходе первой трубы 1113 для поддерживающего горение газа образуются два газовых потока, где внешний струйный поток представляет собой прямой струйный поток, и внутренний струйный поток представляет собой закрученный поток; и при такой конструкции газовый поток всего струйного потока, выбрасываемого горелкой, может быть удлинен до некоторой степени, тогда как интенсивность вращения газового потока ослабевает, и зона рециркуляции топочного газа уменьшается. Поэтому в данном варианте осуществления еще более предпочтительно закручивающие лопатки расположены между вторым кольцевым узлом и первой трубой 1113 для поддерживающего горение газа, то есть, группы закручивающих лопаток в первой трубе 1113 для поддерживающего горение газа дополнительно содержат множество четвертых закручивающих лопаток, и четвертые закручивающие лопатки закреплены между вторым кольцевым узлом и первой трубой 1113 для поддерживающего горение газа. Аналогично, направления вращения третьих закручивающих лопаток могут быть такими же или отличающимися от направлений вращения четвертых закручивающих лопаток; и углы наклона третьих закручивающих лопаток могут быть такими же или отличающимися от углов наклона четвертых закручивающих лопаток; предпочтительно направления вращения третьих закручивающих лопаток противоположны направлениям вращения четвертых закручивающих лопаток, при этом направления вращения третьих закручивающих лопаток предпочтительно противоположны направлениям вращения вторых закручивающих лопаток в первой трубе 1112 для топливного газа, и закрученные потоки являются противоположными, так что эффект смешивания первого топливного газа и поддерживающего горение газа улучшается до некоторой степени, и четвертая группа закручивающих лопаток обеспечивает, что весь струйный поток, выбрасываемый горелкой, имеет определенную тангенциальную скорость.
Для получения желаемых характеристик пламени (таких как направление, форма, устойчивость и распространяемость) и обеспечения полноты сгорания газа, стабильности сгорания и т.п., необходимо принимать во внимание эффект смешивания первого топливного газа и поддерживающего горение газа, управление зоной рециркуляции топочного газа и соответствующие тангенциальные скорости различных закрученных потоков, и регулирование может выполняться посредством следующих способов в зависимости от конкретных обстоятельств:
(1) регулирование количественного отношения и отношения длин лопаток групп первых закручивающих лопаток к группам вторых закручивающих лопаток;
(2) регулирование углов наклона первых закручивающих лопаток и вторых закручивающих лопаток;
(3) регулирование количественного отношения и отношения длин лопаток групп третьих закручивающих лопаток к группам четвертых закручивающих лопаток;
(4) регулирование углов наклона третьих закручивающих лопаток и четвертых закручивающих лопаток;
(5) регулирование углов наклона вторых закручивающих лопаток и третьих закручивающих лопаток; и
(6) регулирование количественного отношения и отношения длин лопаток групп вторых закручивающих лопаток к группам третьих закручивающих лопаток.
В большинстве случаев посредством сочетания двух или более режимов регулирования предпочтительно добиваются признаков устойчивости пламени, стабильности сгорания, отсутствия отрыва пламени, отсутствия отпуска пламени, отсутствия блуждания пламени и т.д. Относительно характеристик газа у газа с низкой теплотворной способностью, газ необходимо смешивать с воздухом, действующим в качестве поддерживающего горение газа, равномерно, и предпочтительно газ необходимо сжигать полностью. В данном варианте осуществления объемное отношение доменного газа к поддерживающему горение воздуху может регулироваться в диапазоне от 1:5 до 1:10.
Посредством режимов регулирования перед установкой горелок согласно характеристикам газа с низкой теплотворной способностью, имеющегося на площадке, желаемые параметры групп закручивающих лопаток получают с помощью соответствующих расчетов, так что для установки выбирают соответствующие горелки. Более предпочтительным режимом является следующий режим: в процессе горения углы наклона закручивающих лопаток могут быть отрегулированы в реальном времени так, чтобы получить желаемые состояния горения; то есть, два конца каждой закручивающей лопатки расположены с возможностью вращения на соответствующей установочной части, и согласно признакам рабочей среды горелки вращающиеся валы на двух концах каждой закручивающей лопатки и соответствующие подшипники могут быть смазаны устойчивой к высокой температуре консистентной смазкой или устойчивым к высокой температуре смазочным маслом; закручивающие лопатки каждой группы закручивающих лопаток предпочтительно подвергают синхронизированному регулированию вращения посредством механизма синхронной передачи; и механизм синхронной передачи может представлять собой обычный механизм синхронной передачи, реализующий режим передачи с зубчатым зацеплением, и подробно здесь не описывается.
В дополнение, может быть дополнительно предусмотрен механизм отслеживания, и он используется для отслеживания рабочего состояния горелки в реальном времени, так что обеспечивается безопасная и стабильная работа горелки. Механизм отслеживания в основном содержит датчик пламени, датчик давления и датчик температуры, и отверстие 1117 наблюдения за пламенем и отверстие 1118 отслеживания пламени могут быть образованы на одном конце горелки, дальнем от сопла.
Пример 2
Как показано на фиг. 3 и фиг. 4, вариант осуществления настоящего изобретения относится к горелке. Горелка содержит вторую трубу 1121 для топливного газа, вторую трубу 1122 для поддерживающего горение газа, третью трубу 1123 для топливного газа и третью трубу 1124 для поддерживающего горение газа, которые последовательно соединены подобно вложенным рукавам изнутри наружу; при этом группы закручивающих лопаток расположены на выпускных концах различных труб для газа; закручивающие лопатки каждой группы закручивающих лопаток расположены кольцом во внутренних полостях соответствующих труб для газа; и закручивающие лопатки расположены в радиальных направлениях соответствующих труб для газа.
Благодаря применению групп закручивающих лопаток в одном аспекте облегчается интенсивное смешивание топливного газа и поддерживающего горение газа, обеспечивается непрерывное сгорание топливного газа, и улучшается стабильность сгорания топливного газа; и в другом аспекте зона рециркуляции высокотемпературного топочного газа может быть создана в зоне сгорания, при этом воспламенение и сгорание топливного газа облегчаются, и улучшаются стабильность сгорания и полнота сгорания топливного газа.
Вторая труба 1121 для топливного газа, вторая труба 1122 для поддерживающего горение газа, третья труба 1123 для топливного газа и третья труба 1124 для поддерживающего горение газа предпочтительно соединены соосно подобно вложенным рукавам. Вторая труба 1121 для топливного газа соединена со второй трубой подачи топливного газа; третья труба 1123 для топливного газа соединена с третьей трубой подачи топливного газа; вторая труба 1122 для поддерживающего горение газа и третья труба 1124 для поддерживающего горение газа соединены с трубами подачи поддерживающего горение газа; и поддерживающий горение газ в общем представляет собой воздух. Благодаря применению конструкции с двойной трубой для топливного газа две трубы для топливного газа используются для одинакового топливного газа, то есть вторая труба подачи топливного газа и третья труба подачи топливного газа подключены к одному и тому же источнику газа, так что эффект смешивания топливного газа и поддерживающего горение газа может быть эффективно улучшен, и коэффициент полезного действия сжигания повышается. Когда две трубы для топливного газа используются для разного топливного газа, то есть, вторая труба подачи топливного газа и третья труба подачи топливного газа подключены к разным источникам газа, реализуются разные отношения соответствия разного топливного газа, выполняется оптимизация горения, и таким образом повышается коэффициент полезного действия сжигания. При этом, когда качество топливного газа одного типа изменяется, или подача одного топливного газа обрывается, устойчивость горения обеспечивается благодаря другому топливному газу, повышается стабильность горения, и обеспечивается безопасность горения. В данном варианте осуществления вторая труба подачи топливного газа предпочтительно подает газ с высокой теплотворной способностью, такой как конвертерный газ; третья труба подачи топливного газа предпочтительно подает газ с низкой теплотворной способностью, и более предпочтительно газ с низкой теплотворной способностью представляет собой доменный газ; газ с высокой теплотворной способностью и газ с низкой теплотворной способностью смешивают и сжигают; в одном аспекте топливный коэффициент может быть отрегулирован согласно остающимся объемам конвертерного газа и доменного газа на металлургическом предприятии; и в другом аспекте результат и коэффициент полезного действия сжигания могут быть улучшены посредством регулирования отношения конвертерного газа к доменному газу, так что результат сжигания газа с низкой теплотворной способностью эффективно улучшается, и облегчается повышение качества топочного газа. Кроме того, посредством системы выработки электроэнергии из газа с низкой теплотворной способностью может быть реализовано стабильное сгорание доменного газа, который сгорает целиком, и осуществлена выработка электроэнергии.
Как показано на фиг. 3 и фиг. 4, группы закручивающих лопаток могут принимать форму следующих конструкций: группы закручивающих лопаток во второй трубе 1121 для топливного газа содержат множество вторых закручивающих лопаток 1126 для газа, при этом один конец каждой второй закручивающей лопатки 1126 для газа закреплен на опорном узле 1125 во второй трубе 1121 для топливного газа, а другой конец каждой второй закручивающей лопатки 1126 для газа закреплен на второй трубе 1121 для топливного газа; при этом группа закручивающих лопаток во второй трубе 1122 для поддерживающего горение газа содержит множество вторых закручивающих лопаток 1127 для поддерживающего горение газа, при этом один конец каждой второй закручивающей лопатки 1127 для поддерживающего горение газа закреплен на второй трубе 1121 для топливного газа, а другой конец каждой второй закручивающей лопатки 1127 для поддерживающего горение газа закреплен на второй трубе 1122 для поддерживающего горение газа; группы закручивающих лопаток в третьей трубе 1123 для топливного газа содержат множество третьих закручивающих лопаток 1128 для газа, при этом один конец каждой третьей закручивающей лопатки 1128 для газа закреплен на второй трубе 1122 для поддерживающего горение газа, а другой конец каждой третьей закручивающей лопатки 1128 для газа закреплен на третьей трубе 1123 для топливного газа; и группы закручивающих лопаток в третьей трубе 1124 для поддерживающего горение газа содержат множество третьих закручивающих лопаток 1129 для поддерживающего горение газа, при этом один конец каждой третьей закручивающей лопатки 1129 для поддерживающего горение газа закреплен на третьей трубе 1123 для топливного газа, а другой конец каждой третьей закручивающей лопатки 1129 для поддерживающего горение газа закреплен на третьей трубе 1124 для поддерживающего горение газа.
Как показано на фиг. 4, предпочтительно количество вторых закручивающих лопаток 1126 для газа меньше, чем количество вторых закручивающих лопаток 1127 для поддерживающего горение газа. Кроме того, в радиальных направлениях второй трубы 1121 для топливного газа длины вторых закручивающих лопаток 1126 для газа больше, чем длины вторых закручивающих лопаток 1127 для поддерживающего горение газа, так чтобы обеспечить получение желаемых тангенциальных скоростей и эффекта смешивания двух газовых закрученных потоков. Количество третьих закручивающих лопаток 1128 для газа меньше, чем количество третьих закручивающих лопаток 1129 для поддерживающего горение газа. Кроме того, в радиальных направлениях третьей трубы 1123 для топливного газа длины третьих закручивающих лопаток 1128 для газа больше, чем длины третьих закручивающих лопаток 1129 для поддерживающего горение газа, так чтобы обеспечить получение желаемых тангенциальных скоростей и эффекта смешивания двух газовых закрученных потоков.
В данном варианте осуществления группы закручивающих лопаток предпочтительно принимают форму следующих предпочтительных конструкций: опорный узел 1125 и третий кольцевой узел расположены на выпускном конце второй трубы 1121 для топливного газа, и опорный узел 1125, третий кольцевой узел и вторая труба 1121 для топливного газа последовательно соединены подобно вложенным рукавам изнутри наружу; и группы закручивающих лопаток во второй трубе 1121 для топливного газа содержат множество пятых закручивающих лопаток и множество шестых закручивающих лопаток, при этом пятые закручивающие лопатки закреплены между третьим кольцевым узлом и опорным узлом 1125, и шестые закручивающие лопатки закреплены между третьим кольцевым узлом и второй трубой 1121 для топливного газа. Предпочтительно количество пятых закручивающих лопаток меньше, чем количество шестых закручивающих лопаток; более того, в радиальных направлениях второй трубы 1121 для топливного газа длины пятых закручивающих лопаток больше, чем длины шестых закручивающих лопаток, так что скорости потока двух вторых закрученных потоков топливного газа приблизительно сбалансированы. Направления вращения пятых закручивающих лопаток могут быть такими же или отличающимися от направлений вращения шестых закручивающих лопаток; углы наклона пятых закручивающих лопаток могут быть такими же или отличающимися от углов наклона шестых закручивающих лопаток; при этом направления вращения пятых закручивающих лопаток должны удовлетворять условию, состоящему в том, что зона отрицательного давления может быть образована в выброшенном закручивающем центре пятых закручивающих лопаток, так что облегчается рециркуляция высокотемпературного топочного газа, и высокотемпературный топочный газ используется для нагрева второго топливного газа и поддерживающего горение газа, и коэффициент полезного действия сжигания повышается; и направления вращения пятых закручивающих лопаток являются предпочтительно противоположными направлениям вращения шестых закручивающих лопаток, или пятые закручивающие лопатки и шестые закручивающие лопатки имеют одинаковые направления вращения, но разные углы наклона, так что два первых закрученных потока топливного газа могут пересекаться и сталкиваться, с удобным образованием турбулентного потока посредством столкновения между двумя вторыми закрученными потоками топливного газа и эффектом смешивания второго топливного газа и поддерживающего горение газа.
В качестве одного варианта осуществления четвертый кольцевой узел расположен на выпускном конце второй трубы 1122 для поддерживающего горение газа и расположен между второй трубой 1122 для поддерживающего горение газа и второй трубой 1121 для топливного газа; и группы закручивающих лопаток во второй трубе 1122 для поддерживающего горение газа содержат множество седьмых закручивающих лопаток и множество восьмых закручивающих лопаток, при этом седьмые закручивающие лопатки закреплены между четвертым кольцевым узлом и второй трубой 1121 для топливного газа, и восьмые закручивающие лопатки закреплены между четвертым кольцевым узлом и второй трубой 1122 для поддерживающего горение газа. Направления вращения седьмых закручивающих лопаток могут быть такими же или отличающимися от направлений вращения восьмых закручивающих лопаток; и углы наклона седьмых закручивающих лопаток могут быть такими же или отличающимися от направлений вращения восьмых закручивающих лопаток. Предпочтительно направления вращения седьмых закручивающих лопаток являются противоположными направлениям вращения восьмых закручивающих лопаток, при этом направления вращения седьмых закручивающих лопаток предпочтительно являются противоположными направлениям вращения шестых закручивающих лопаток во второй трубе 1121 для топливного газа, и закрученные потоки являются противоположными, так что эффект смешивания второго топливного газа и поддерживающего горение газа улучшается до некоторой степени, тогда как направления вращения восьмых закручивающих лопаток предпочтительно являются противоположными направлениям вращения группы закручивающих лопаток в третьей трубе 1123 для топливного газа, и закрученные потоки являются противоположными, так что эффект смешивания третьего топливного газа и поддерживающего горение газа улучшается до некоторой степени.
В качестве одного варианта осуществления пятый кольцевой узел расположен на выпускном конце третьей трубы 1124 для поддерживающего горение газа и расположен между третьей трубой 1124 для поддерживающего горение газа и третьей трубой 1123 для топливного газа; и группы закручивающих лопаток в третьей трубе 1124 для поддерживающего горение газа содержат множество девятых закручивающих лопаток, и девятые закручивающие лопатки закреплены между пятым кольцевым узлом и третьей трубой 1123 для топливного газа. Закручивающие лопатки могут не быть предусмотрены между пятым кольцевым узлом и третьей трубой 1124 для поддерживающего горение газа, то есть, на выходе третьей трубы 1124 для поддерживающего горение газа образуются два газовых потока, где внешний струйный поток представляет собой прямой струйный поток, и внутренний струйный поток представляет собой закрученный поток; и при такой конструкции газовый поток всего струйного потока, выбрасываемого горелкой, может быть удлинен до некоторой степени, тогда как интенсивность вращения газового потока ослабевает, и зона рециркуляции топочного газа уменьшается. Поэтому в данном варианте осуществления еще более предпочтительно закручивающие лопатки расположены между пятым кольцевым узлом и третьей трубой 1124 для поддерживающего горение газа, то есть, группы закручивающих лопаток в третьей трубе 1124 для поддерживающего горение газа дополнительно содержат множество десятых закручивающих лопаток, и десятые закручивающие лопатки закреплены между пятым кольцевым узлом и третьей трубой 1124 для поддерживающего горение газа. Аналогично, направления вращения девятых закручивающих лопаток могут быть такими же или отличающимися от направлений вращения десятых закручивающих лопаток; и углы наклона девятых закручивающих лопаток могут быть такими же или отличающимися от углов наклона десятых закручивающих лопаток.
Для получения желаемых характеристик пламени (таких как направление, форма, устойчивость и распространяемость) и обеспечения полноты сгорания газа, стабильности сгорания и т.п., необходимо принимать во внимание эффект смешивания топливного газа и поддерживающего горение газа, управление зоной рециркуляции топочного газа и соответствующие тангенциальные скорости различных закрученных потоков, и регулирование может выполняться посредством следующих способов в зависимости от конкретных обстоятельств:
(1) регулирование количественного отношения и отношения длин лопаток групп пятых закручивающих лопаток к группам шестых закручивающих лопаток;
(2) регулирование углов наклона пятых закручивающих лопаток и шестых закручивающих лопаток;
(3) регулирование количественного отношения и отношения длин лопаток групп седьмых закручивающих лопаток к группам восьмых закручивающих лопаток;
(4) регулирование углов наклона седьмых закручивающих лопаток и восьмых закручивающих лопаток;
(5) регулирование углов наклона шестых закручивающих лопаток и седьмых закручивающих лопаток;
(6) регулирование количества и длин лопаток группы закручивающих лопаток в третьей трубе 1123 для топливного газа;
(7) регулирование количественного отношения и отношения длин лопаток групп закручивающих лопаток к группам восьмых закручивающих лопаток в третьей трубе 1123 для топливного газа; и
(8) регулирование количественного отношения и отношения длин лопаток групп девятых закручивающих лопаток к группам десятых закручивающих лопаток.
В большинстве случаев посредством сочетания двух или более режимов регулирования предпочтительно добиваются признаков устойчивости пламени, стабильности сгорания, отсутствия отрыва пламени, отсутствия отпуска пламени, отсутствия блуждания пламени и т.д. Относительно характеристик газа у газа с низкой теплотворной способностью, газ с низкой теплотворной способностью, газ с высокой теплотворной способностью и воздух, действующий как поддерживающий горение газ, должны смешиваться равномерно, и предпочтительно газ должен сжигаться полностью. В данном варианте осуществления объемное отношение доменного газа к конвертерному газу и к поддерживающему горение воздуху может регулироваться в диапазоне от 1:1:7 до 1:3:12.
Посредством режимов регулирования перед установкой горелок согласно характеристикам газа с низкой теплотворной способностью и конвертерного газа, имеющихся на площадке, желаемые параметры групп закручивающих лопаток получают с помощью соответствующих расчетов, так что для установки выбирают соответствующие горелки. Более предпочтительным режимом является следующий режим: в процессе горения углы наклона закручивающих лопаток могут быть отрегулированы в реальном времени так, чтобы получить желаемые состояния горения; то есть, два конца каждой закручивающей лопатки расположены с возможностью вращения на соответствующих установочных частях, и согласно признакам рабочей среды горелки вращающиеся валы на двух концах каждой закручивающей лопатки и соответствующие подшипники могут быть смазаны устойчивой к высокой температуре консистентной смазкой или устойчивым к высокой температуре смазочным маслом; закручивающие лопатки каждой группы закручивающих лопаток предпочтительно подвергают синхронизированному регулированию вращения посредством механизма синхронной передачи; и механизм синхронной передачи может представлять собой обычный механизм синхронной передачи, реализующий режим передачи с зубчатым зацеплением, и подробно здесь не описывается.
В дополнение, может быть дополнительно предусмотрен механизм отслеживания, и он используется для отслеживания рабочего состояния горелки в реальном времени, так что обеспечивается безопасная и стабильная работа горелки. Механизм отслеживания в основном содержит датчик пламени, датчик давления и датчик температуры, и отверстие наблюдения за пламенем и отверстие отслеживания пламени могут быть образованы на одном конце горелки, дальнем от сопла.
Пример 3
Вариант осуществления настоящего изобретения относится к конструкции 11 горелки. Конструкция 11 горелки расположена на камере сгорания котла 1 и содержит первый уровень горелок; первый уровень горелок содержит по меньшей мере одну первую горелку, расположенную на передней стенке камеры сгорания или содержит множество первых горелок, противоположно расположенных на передней стенке и задней стенке камеры сгорания; и первая горелка содержит трубу 1111 для зажигательного газа, первую трубу 1112 для топливного газа и первую трубу 1113 для поддерживающего горение газа, которые последовательно соединены подобно вложенным рукавам изнутри наружу.
Конструкция горелки дополнительно содержит второй уровень горелок; второй уровень горелок расположен над первым уровнем горелок; при этом второй уровень горелок содержит по меньшей мере одну вторую горелку, расположенную на передней стенке камеры сгорания или содержит множество вторых горелок, противоположно расположенных на передней стенке и задней стенке камеры сгорания; и при этом каждая вторая горелка содержит вторую трубу 1121 для топливного газа, вторую трубу 1122 для поддерживающего горение газа, третью трубу 1123 для топливного газа и третью трубу 1124 для поддерживающего горение газа, которые соединены последовательно подобно вложенным рукавам изнутри наружу.
При этом предпочтительно первые горелки представляют собой горелку, представленную в примере 1, а вторые горелки представляют собой горелку, представленную в примере 2, и подробное описание конкретных конструкций первых горелок и вторых горелок здесь опускается.
Пример 4
Как показано на фиг. 5, вариант осуществления настоящего изобретения относится к котлу 1 для газа с низкой теплотворной способностью, содержащему корпус котла; корпус котла содержит камеру сгорания, горизонтальный топочный канал и вертикальный топочный канал; пароперегреватель 13 расположен в горизонтальном топочном канале; и подогреватель 14 и экономайзер 15 расположены в вертикальном топочном канале последовательно в направлении сверху вниз. При этом выпускной конец пароперегревателя 13 может иметь сообщение с впускным каналом для пара периферийного механизма использования пара; впускной конец подогревателя 14 сообщается с выпускным концом для пара механизма использования пара; выпускной конец подогревателя 14 сообщается с впускным каналом для пара механизма использования пара; и впускной конец экономайзера 15 может иметь сообщение с конденсирующим механизмом, соединенным с выводящим выпускным концом механизма использования пара. Кроме того, внутренние стенки камеры сгорания представляют собой охлаждаемые водой стенки 17 по меньшей мере частично. Предпочтительно все внутренние стенки камеры сгорания представляют собой охлаждаемые водой стенки 17. Более того, котел 1 для газа с низкой теплотворной способностью оснащен барабаном 12 котла; устройство разделения воды и пара расположено в барабане 12 котла; барабан 12 котла оснащен выпускным каналом для воды, впускным каналом для воды, впускным каналом для пароводяной смеси и выпускным каналом для газа; впускные концы охлаждаемых водой стенок 17 сообщаются с выпускным каналом для воды; выпускные концы охлаждаемых водой стенок 17 сообщаются с впускным каналом для пароводяной смеси; впускной канал для воды сообщается с выпускным концом экономайзера 15; и выпускной канал для газа сообщается с впускным концом пароперегревателя 13.
Механизм использования пара представляет собой механизм выработки электроэнергии в целом и содержит паровую турбину 2 и электрический генератор 3.
Направление движения пароводяной среды, задействованной в котле 1 для газа с низкой теплотворной способностью, является приблизительно следующим:
газ с низкой теплотворной способностью сжигают в котле 1 для газа с низкой теплотворной способностью, и топочный газ, создаваемый посредством сжигания, подвергают теплообмену с теплообменной поверхностью в котле 1 для газа с низкой теплотворной способностью; перегретый пар вырабатывается в пароперегревателе 13 и подается в механизм использования пара для использования;
пар из механизма использования пара подается в подогреватель 14 и нагревается снова, и подогретый пар из подогревателя 14 подается в механизм использования пара для использования;
пар, выходящий из механизма использования пара, конденсируется с образованием водоконденсата посредством конденсирующего механизма, затем водоконденсат поступает в экономайзер 15, и вода из экономайзера 15 поступает в барабан 12 котла;
из барабана 12 котла вода, полученная посредством разделения воды и пара, поступает в охлаждаемые водой стенки 17 котла 1 для газа с низкой теплотворной способностью и нагреваетсядо состояния пара или пароводяной смеси в охлаждаемых водой стенках 17, и затем пар или пароводяная смесь поступает обратно в барабан 12 котла; и насыщенный пар, полученный посредством разделения воды и пара, поступает в пароперегреватель 13, нагревается до перегретого пара, и затем перегретый пар подается в механизм использования пара для использования.
Еще более предпочтительно, подогреватель 16 воздуха дополнительно размещен в вертикальном топочном канале, и подогреватель 16 воздуха расположен под экономайзером 15; и воздух, предварительно нагретый подогревателем 16 воздуха, может действовать как поддерживающий горение газ, предназначенный для применения в котле 1 для газа с низкой теплотворной способностью.
Пример 5
Как показано на фиг. 5, вариант осуществления настоящего изобретения относится к котлу 1 для газа с низкой теплотворной способностью. Основная конструкция котла 1 для газа с низкой теплотворной способностью является такой же, как и у котла 1 для газа с низкой теплотворной способностью, представленного в примере 4. Конструкция 11 горелки расположена на камере сгорания котла 1 для газа с низкой теплотворной способностью, и конструкция 11 горелки предпочтительно представляет собой конструкцию 11 горелки, представленную в примере 3.
3
Благодаря конструкции 11 горелки может быть обеспечено стабильное сжигание газа с низкой теплотворной способностью; благодаря сочетанию варианта расположения нагретой поверхности котла 1 для газа с низкой теплотворной способностью и однократного повторного нагревания паровой среды котел 1 для газа с низкой теплотворной способностью является применимым для выработки электроэнергии из доменного газа с LHV (низкой теплотворной способностью), составляющей 3100 кДж/нм или выше, можно получить параметры высокой температуры и сверхвысокого давления, составляющие 13,7 МПа/540°C/540°C, и коэффициент полезного действия при производстве электроэнергии достигает 36% или более.
Пример 6
Как показано на фиг. 5, вариант осуществления настоящего изобретения относится к системе выработки электроэнергии из газа с низкой теплотворной способностью. Система выработки электроэнергии из газа с низкой теплотворной способностью содержит котел 1 и паровую турбину 2; котел 1 предпочтительно представляет собой котел 1 для газа с низкой теплотворной способностью, представленный в примере 4 или примере 5, и поэтому подробное описание конкретной конструкции котла здесь опускается; и механизм использования пара, задействованный в примере 4, представляет собой механизм выработки электроэнергии. Паровая турбина 2 содержит цилиндр 21 высокого давления и цилиндр 22 низкого давления; впускной канал для пара цилиндра 21 высокого давления сообщается с выпускным концом пароперегревателя 13 посредством первого паропровода; выпускной канал для пара цилиндра 21 высокого давления сообщается с впускным концом подогревателя 14 посредством второго паропровода; и впускной канал для пара цилиндра 22 низкого давления сообщается с выпускным концом подогревателя посредством третьего паропровода.
Кроме того, как показано на фиг. 5, выпускной канал для пара цилиндра 22 низкого давления соединен с трубопроводом конденсации; конденсатор 61 пара и конденсатный насос 62 расположены на трубопроводе конденсации; и выпускной конец трубопровода конденсации сообщается с впускным концом экономайзера 15. Нагреватель 63 низкого давления и нагреватель 66 высокого давления дополнительно расположены на трубопроводе конденсации, и конденсатор 61 пара, конденсатный насос 62, нагреватель 63 низкого давления и нагреватель 66 высокого давления расположены последовательно в направлении протекания водоконденсата. Более того, деаэратор 64 может быть расположен на трубопроводе конденсации, и деаэратор 64 предпочтительно расположен между нагревателем 63 низкого давления и нагревателем 66 высокого давления; и кроме того, насос 65 может быть расположен на трубопроводе конденсации, и насос 65 предпочтительно расположен между деаэратором 64 и нагревателем 66 высокого давления. В описанной выше конструкции конденсатор 61 пара может иметь горизонтальную или вертикальную конструкцию и предпочтительно представляет собой двухпоточный и однокорпусный конденсатор 61, который может принимать эластичную опору; нагреватель 63 низкого давления может иметь в конструкции одну стадию, две стадии или более; нагреватель 66 высокого давления может иметь в конструкции одну стадию, две стадии или более; и деаэратор 64 должен удовлетворять рабочему условию скользящего давления в системе.
Конструкция системы выработки электроэнергии из газа с низкой теплотворной способностью дополнительно улучшается. Как показано на фиг. 5 и фиг. 6 система выработки электроэнергии из газа с низкой теплотворной способностью дополнительно содержит перепускной механизм высокого давления и перепускной механизм низкого давления; при этом впускной конец для пара перепускного механизма высокого давления соединен с первым паропроводом обходным образом; выпускной конец для пара перепускного механизма высокого давления соединен со вторым паропроводом обходным образом; при этом впускной конец для пара перепускного механизма низкого давления соединен с третьим паропроводом обходным образом; и выпускной конец для пара перепускного механизма низкого давления соединен с трубопроводом конденсации обходным образом, и при этом точка обхода расположена между конденсатором 61 пара и выпускным каналом для пара цилиндра 22 низкого давления. Как показано на фиг. 6, перепускной механизм высокого давления содержит по меньшей мере один перепускной канал 4 высокого давления, выполненный параллельно, при этом клапаны 41 давления перепускных каналов высокого давления расположены на перепускных каналах 4 высокого давления, впускные концы для регулирующей температуру воды клапанов 41 давления перепускных каналов высокого давления соединены с трубопроводами водораспыления высокого давления, и регулирующие клапаны 42 водораспыления перепускных каналов высокого давления и запорные клапаны 43 водораспыления перепускных каналов высокого давления расположены на трубопроводах водораспыления высокого давления. В данном варианте осуществления предпочтительно система выработки электроэнергии из газа с низкой теплотворной способностью содержит четыре перепускных канала 4 высокого давления, причем максимальная пропускная способность каждого клапана 41 давления перепускных каналов высокого давления составляет 25% основного расхода пара котла 1 в рабочих условиях полностью открытого (VWO) регулирующего клапана паровой турбины 2. Перепускной механизм низкого давления содержит по меньшей мере один перепускной канал 5 низкого давления, выполненный параллельно, при этом клапаны 51 давления перепускных каналов низкого давления расположены на перепускных каналах 5 низкого давления, впускные концы для регулирующей температуру воды клапанов 51 давления перепускных каналов низкого давления соединены с трубопроводами водораспыления низкого давления, и регулирующие клапаны 52 водораспыления перепускных каналов низкого давления и запорные клапаны 53 водораспыления перепускных каналов низкого давления расположены на трубопроводах водораспыления низкого давления. В данном варианте осуществления может быть реализован просто один вышеуказанный перепускной канал 5 низкого давления. Разумеется, количество перепускных каналов 5 низкого давления может быть увеличено согласно реальной ситуации.
Перепускной механизм высокого давления и перепускной механизм низкого давления обладают следующими функциями: (1) улучшаются пусковые характеристики установки в холодном, горячем и теплом состоянии; время запуска сокращается, образуется паровой агент и снижается ограничение на количество топлива котла 1 при запуске; и тепловая нагрузка на установку, в частности вызываемая запуском в горячем состоянии, уменьшается, срок эксплуатации установки продлевается, и рабочая среда восстанавливается; (2) подогреватель 14 охлаждается и защищается; (3) котлу 1 обеспечивается защита от избыточного давления; (4) можно добиться эффекта сброса нагрузки котла 1 при остановке паровой турбины 2; и (5) можно добиться остановки машины, не останавливая котел, и сохраняется наименьшая нагрузка стабильного горения котла 1. Особыми функциями являются следующие:
Перепускной механизм высокого давления имеет основную функцию, которая заключается в управлении давлением основного пара посредством регулирования открытия клапанов давления перепускных каналов высокого давления в процессе запуска установки таким образом, чтобы выполнять требования к давлению основного пара на различных этапах во время запуска установки. Перепускной механизм высокого давления имеет три режима управления: перепускной механизм высокого давления проходит режим расположения клапана, режим постоянного давления и режим работы на скользящем давлении с момента зажигания, возрастания температуры и возрастания давления котла 1 установки до момента, когда установка доводит работу под нагрузкой до полной нагрузки.
Способ управления для перепускных каналов 4 высокого давления включает следующие этапы:
(1) объем необходимой регулирующей температуру воды вычисляют по степеням открытия соответствующих клапанов 41 давления перепускных каналов высокого давления и величинам энтальпии пара и величинам энтальпии регулирующей температуру воды до и после соответствующих клапанов 41 давления перепускных каналов высокого давления, и затем степени открытия соответствующих регулирующих клапанов 42 водораспыления перепускных каналов высокого давления вычисляют согласно давлению до и после соответствующих регулирующих клапанов 42 водораспыления перепускных каналов высокого давления и равнопроцентным характеристическим кривым соответствующих регулирующих клапанов 42 водораспыления перепускных каналов высокого давления;
(2) посредством перепускных каналов высокого давления можно регулировать значения настроек целевых значений регулирования температуры, при этом верхний предел устанавливают в соответствии с расчетами термодинамической системы, а нижний предел равен степени перегрева заднего пара клапана 41 давления перепускного канала высокого давления плюс 30 градусов Цельсия;
(3) запорные клапаны регулирующей температуру воды перепускных каналов высокого давления взаимно заблокированы с клапанами 41 давления перепускных каналов высокого давления, что требует точного управления температурой пара во всех режимах работы и требует, чтобы контроллер очень хорошо подходил для различных рабочих ситуаций (быстрое открытие при низкой нагрузке и высокой нагрузке, и т.п.) перепускных каналов 4 высокого давления, и точное управление температурой во всех рабочих ситуациях является критически важным для клапанов и трубопроводов, которые находятся под сильным давлением.
(4) клапаны 41 давления перепускных каналов высокого давления выполняют функции защиты пароперегревателя 13 и могут быть быстро открыты; клапаны 41 давления перепускных каналов высокого давления имеют два режима быстрого открытия клапанов, а именно, клапаны 41 давления перепускных каналов высокого давления быстро открываются с использованием управляющей логики распределенной системы управления, при этом время запуска составляет 10 с или менее; и клапаны открываются посредством безопасного и быстрого открытия возвратного контура с использованием рабочей кнопки на панели управления и датчика давления на площадке, то есть, когда нажимают рабочую кнопку на панели управления или действует датчик давления, клапаны 41 давления перепускного канала высокого давления открываются посредством безопасного и быстрого открытия возвратного контура, при этом время запуска составляет 2 секунды или менее; и
(5) перепускной механизм высокого давления имеет функцию быстрого открытия, и когда отклонение давления основного пара от заданного значения превышает заданное значение отклонения, выполняется действие по отключению паровой турбины, и оператор выдает команду быстрого открытия.
Способ управления для перепускных каналов 5 низкого давления включает следующие этапы:
(1) когда соответствующие клапаны 51 давления перепускных каналов низкого давления открывают (при этом степень открытия превышает 3%), соответствующие запорные клапаны 53 водораспыления перепускных каналов низкого давления открывают взаимосвязанным образом; когда соответствующие клапаны 51 давления перепускных каналов низкого давления открыты полностью (при этом открытие составляет менее 2,5%), запорные клапаны 53 водораспыления перепускных каналов низкого давления закрывают с задержкой в 15 секунд; и запорные клапаны 53 водораспыления перепускных каналов низкого давления также могут быть открыты и закрыты в соответствии с командами оператора;
(2) когда клапаны 51 давления перепускных каналов низкого давления подвергаются автоматическому переключению и быстро открываются или закрываются, регулирующие клапаны 52 водораспыления перепускных каналов низкого давления автоматически переключаются на автоматическое управление;
(3) объем необходимой регулирующей температуру воды вычисляют по степеням открытия соответствующих клапанов 51 давления перепускных каналов низкого давления и величинам энтальпии пара и величинам энтальпии регулирующей температуру воды до и после соответствующих перепускных каналов 5 низкого давления, и затем степени открытия соответствующих регулирующих клапанов 52 водораспыления перепускных каналов низкого давления вычисляют согласно давлению до и после соответствующих регулирующих клапанов 52 водораспыления перепускных каналов низкого давления и равнопроцентным характеристическим кривым соответствующих регулирующих клапанов 52 водораспыления перепускных каналов низкого давления; и
(4) поскольку перепускной механизм низкого давления имеет функции быстрого открытия и быстрого закрытия, перепускные каналы 5 низкого давления быстро открываются взаимосвязанным образом, когда перепускной канал 4 высокого давления быстро открывается; и механизм быстрого закрытия перепускного канала 5 низкого давления срабатывает, когда возникает одна из следующих ситуаций: конденсатор 61 пара имеет низкую степень вакуумирования, конденсатор 61 пара имеет высокую температуру, конденсатор 61 пара имеет высокий уровень воды, и давление регулирующей температуру воды является низким.
Пример 7
Вариант осуществления настоящего изобретения относится к системе выработки электроэнергии из газа с низкой теплотворной способностью, включающей следующие этапы:
3
этап 1, на котором газ с низкой теплотворной способностью с LHV, составляющей 3100 кДж/нм или выше, подается в котел 1 для газа с низкой теплотворной способностью для сжигания, и топочный газ, образующийся в результате сжигания, подвергается теплообмену с теплообменной поверхностью в котле 1 для газа с низкой теплотворной способностью; перегретый пар с высокой температурой 540 градусов Цельсия и сверхвысоким давлением 13,7 МПа вырабатывается в пароперегревателе 13, и перегретый пар подается в цилиндр 21 высокого давления паровой турбины 2 для выработки электроэнергии;
этап 2, на котором пар из цилиндра 21 высокого давления паровой турбины 2 поступает в подогреватель 14, и подогретый пар из подогревателя 14 поступает в цилиндр 22 низкого давления для выработки электроэнергии;
этап 3, на котором пар из цилиндра 22 низкого давления конденсируется с образованием водоконденсата, затем водоконденсат поступает в экономайзер 15, и вода из экономайзера 15 поступает в барабан 12 котла;
этап 4, на котором из барабана 12 котла воду, полученную посредством разделения воды и пара, подают в охлаждаемые водой стенки 17 котла 1 для газа с низкой теплотворной способностью и нагревают до состояния пара или пароводяной смеси в охлаждаемых водой стенках 17, и затем пар или пароводяную смесь возвращают обратно в барабан 12 котла; и насыщенный пар, полученный посредством разделения воды и пара, подают в пароперегреватель 13, нагревают в перегретый пар с высокой температурой 540 градусов Цельсия и сверхвысоким давлением 13,7 МПа, и затем перегретый пар подается в цилиндр 21 высокого давления паровой турбины 2 для выработки электроэнергии; и
этап 5, на котором этапы 2-4 выполняют неоднократно,
при этом котел 1 для газа с низкой теплотворной способностью представляет собой котел 1 для газа с низкой теплотворной способностью, представленный в примере 4 или примере 5.
Вышеописанные варианты осуществления являются просто предпочтительными вариантами осуществления настоящего изобретения и не предназначены для ограничения настоящего изобретения, и изменения, эквивалентные альтернативы, усовершенствования и т.п., внесенные в варианты осуществления заявленного изобретения в рамках идеи и принципов настоящего изобретения должны попадать в пределы защиты настоящего изобретения.