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

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к выработке электроэнергии из каменноугольного газа и в частности к системе выработки электроэнергии и способу выработки электроэнергии из каменноугольного газа с низкой теплотворной способностью.
Уровень техники
Вследствие быстрого развития черной металлургии Китай в последние годы стал крупнейшей в мире страной-производителем продукции черной металлургии. В ходе процесса плавки на предприятиях черной металлургии в виде побочных продуктов образуется большое количество каменноугольных газов, таких как каменноугольный газ доменных печей, каменноугольный газ, отходящий из конвертеров, и каменноугольный газ коксовых печей. В производстве и быту могут быть эффективно использованы каменноугольный газ, отходящий из конвертеров, и каменноугольный газ коксовых печей, которые имеют высокую теплотворную способность. Однако, что касается каменноугольного газа доменных печей, он обладает такими признаками, как наибольший выход, наименьшая теплотворная способность, неустойчивое горение и низкий КПД выработки электроэнергии.
2
2
2
4
2
4
2
2
3
3
Каменноугольный газ доменных печей представляет собой бесцветную, не имеющую запаха смесь газов, состоящую главным образом из CO, CO, N, H, CH и т.д., в которой содержание горючего компонента CO составляет приблизительно 25 %; содержание H и CHявляется относительно низким и не оказывает значительного влияния на теплоотдачу; содержание инертных газов CO и N составляет, соответственно, 15 % и 55 % (вычислены в расчете на объемные доли) и занимает большую часть. Эти инертные газы не принимают участие в горении с образованием тепла и не содействуют горению; напротив, они поглощают большое количество тепла, образующегося в процессе горения. Их пламя является относительно длинным, и температура воспламенения составляет приблизительно 700°C; пламя распространяется с низкой скоростью и имеет низкую температуру, что в результате приводит к неудовлетворительной устойчивости горения; теплотворная способность обычно находится в диапазоне от 3100 кДж/нм до 4200 кДж/нм, и объем дымового газа является большим. Таким образом, эффективная конверсия и использование каменноугольного газа доменных печей имеет большое значение для обеспечения экологической чистоты производства и экономии энергии на предприятиях черной металлургии.
Каменноугольный газ доменных печей, исходя из его топливных свойств и характеристик горения, значительно отличается от других твердых или газообразных топлив с высокой теплотворной способностью. Если котел, работающий на каменноугольном газе, подвергается действию больших изменений свойств теплопередачи, его поверхность нагрева располагается заметно иным образом, чем в углесжигающем котле, работающем на каменноугольном газе. Несмотря на то, что в патентах «Flue Gas Waste Heat Recycling System for Clean-burn Blast Furnace Coal Gas Boiler» (заявка № 201320444475.0) и «Deep Recycling System for Flue Gas Waste Heat of Clean-burn Blast Furnace Coal Gas Boiler» (заявка № 201320446384.0) раскрыты относящиеся к данному случаю системы повторного использования отбросного тепла дымового газа для котла, работающего на каменноугольном газе доменных печей, они охватывают лишь усовершенствование повторного использования отбросного тепла на стороне дымового газа. В обоих указанных патентах не затрагиваются такие основные проблемы, как расположение поверхности теплопередачи и поверхности нагрева котла, работающего на каменноугольном газе, на которых необходимо делать больший акцент, так как каменноугольный газ доменных печей имеет низкую теплотворную способность, неустойчив при горении и т.д. Более того, в них не рассмотрено, как повысить КПД выработки электроэнергии из каменноугольного газа с низкой теплотворной способностью путем оптимизации процесса на паровой стороне.
В то же время во многих котлах, работающих на каменноугольном газе доменных печей, в настоящее время существует проблема того, что объем воды, подаваемой в пароохладитель, при высоких нагрузках находится далеко за пределами расчетных значений. Главным образом, в случае, когда происходит увеличение нагрузки котла, работающего на каменноугольном газе, или если при высоких нагрузках возникают флуктуации нагрузки котла, работающего на каменноугольном газе, воды, подаваемой в пароохладитель, становится недостаточно, и поверхности нагрева пароперегревателя в котле, работающем на каменноугольном газе, подвергаются перегреву. В виду этого, различные поверхности нагрева котла, работающего на каменноугольном газе доменных печей, требуется расположить рационально (включая то, что касается форм и пропорций расположения), для того чтобы таким образом решить проблему подверженности перегреву поверхностей нагрева пароперегревателя в котле, работающем на каменноугольном газе, стабилизировать параметры пара и воды, и повысить общий тепловой КПД устройства выработки электроэнергии из каменноугольного газа с низкой теплотворной способностью.
Краткое описание сущности изобретения
Целью настоящего изобретения является создание системы выработки энергии из каменноугольного газа с низкой теплотворной способностью для решения проблемы низкого теплового КПД существующего каменноугольного газа с низкой теплотворной способностью.
Настоящее изобретение реализовано следующим образом.
Вариант осуществления настоящего изобретения предусматривает систему выработки электроэнергии из каменноугольного газа с низкой теплотворной способностью, которая содержит котел, работающий на каменноугольном газе, и электрогенераторную установку, при этом электрогенераторная установка содержит паровую турбину, соединенную трубопроводом с котлом, работающим на каменноугольном газе, и электрогенератор, приводимый во вращение паровой турбиной; котел, работающий на каменноугольном газе, содержит корпус топки, снабженный расположенной в нем топочной камерой, и барабан котла, выполненный с возможностью отделения пара от воды; корпус топки содержит горизонтальный топочный канал, расположенный над топочной камерой, и вертикальный топочный канал, находящийся в сообщении с горизонтальным топочным каналом; корпус топки снабжен расположенным на нем водным экраном; по меньшей мере один канал водного экрана сообщается с жидкостным выпуском барабана котла; по меньшей мере один канал сообщается с паровым впуском барабана котла; в горизонтальном топочном канале и вертикальном топочном канале расположены, соответственно, блок пароперегревателя и блок экономайзера; блок пароперегревателя сообщается с паровым выпуском барабана котла и впуском цилиндра высокого давления паровой турбины; блок экономайзера сообщается с выпуском отработанного пара паровой турбины и жидкостным выпуском барабана котла; и в трубопроводе между блоком экономайзера и паровой турбиной расположен конденсатор.
Вариант осуществления настоящего изобретения дополнительно предусматривает способ выработки электроэнергии из каменноугольного газа с низкой теплотворной способностью, который включает следующие этапы:
каменноугольный газ с низкой теплотворной способностью подается из трубопровода каменноугольного газа через горелку в топочную камеру котла, работающего на каменноугольном газе, для его сгорания с образованием тепла для нагрева всех поверхностей нагрева;
жидкая вода в барабане котла сбрасывается через жидкостный выпуск, и затем подается по трубопроводу в водный экран корпуса топки котла, работающего на каменноугольном газе, при этом жидкая вода нагревается в водном экране и претерпевает фазовый переход из жидкости в пароводяную смесь, которая подается по трубопроводу обратно в барабан котла;
пароводяная смесь подвергается разделению пара и воды в барабане котла, при этом отделенный насыщенный пар подается по трубопроводу в потолочный трубопровод, по которому насыщенный пар вводится в блок пароперегревателя в корпусе топки для дальнейшего нагрева с образованием перегретого пара;
перегретый пар подается по трубопроводу в цилиндр высокого давления паровой турбины для вращения лопаток паровой турбины с тем, чтобы паровая турбина приводила в действие электрогенератор с целью выработки электроэнергии, при этом в результате выполнения работы вращения как температура, так и давление пара снижаются;
пар, сбрасываемый из цилиндра высокого давления, попадает в низкотемпературный промежуточный пароперегреватель; затем он попадает в высокотемпературный промежуточный пароперегреватель и нагревается с образованием перегретого пара, и этот перегретый пар вводится в цилиндр низкого давления паровой турбины, при этом в результате выполнения работы вращения как температура, так и давление пара снижаются;
отработанный пар, сбрасываемый из цилиндра низкого давления паровой турбины, попадает в конденсатор для конденсации; затем он конденсируется в конденсаторе в жидкую воду; затем жидкая вода перекачивается конденсатным насосом в подогреватель низкого давления и нагревается в подогревателе низкого давления отборным паром низкого давления из паровой турбины;
вода, сбрасываемая из подогревателя низкого давления, попадает в деаэратор, где она подвергается удалению кислорода; затем она перекачивается с использованием водоподающего насоса в подогреватель высокого давления и нагревается в подогревателе высокого давления отборным паром высокого давления из паровой турбины, а затем попадает в главный экономайзер;
жидкая вода нагревается в главном экономайзере посредством дымового газа; затем она попадает в обводной экономайзер, где дополнительно нагревается, и повторно вводится в барабан котла для повторного использования.
Настоящее изобретение обладает следующими полезными эффектами.
В системе выработки электроэнергии согласно настоящему изобретению каменноугольный газ с низкой теплотворной способностью сначала попадает в топочную камеру корпуса топки и сгорает в котле с образованием тепла, жидкая вода из барабана котла вводится через жидкостный выпуск в водный экран корпуса топки, и жидкая вода в водном экране нагревается теплом, выделяемым в результате сгорания каменноугольного газа с низкой теплотворной способностью таким образом, что некоторая часть жидкой воды поглощает тепло и переходит из жидкого состояния в парообразное; пароводяная смесь из водного экрана повторно вводится в барабан котла для разделения воды и пара, при этом отделенная жидкость попадает через жидкостный выпуск в водный экран для подогрева, тогда как пар попадает в блок пароперегревателя для нагрева с образованием перегретого пара; перегретый пар может вводиться в паровую турбину и выполнять работу с целью выработки электроэнергии; в результате выполнения работы отработанный пар конденсируется с образованием жидкой воды посредством конденсатора; затем жидкая вода попадает в блок экономайзера для нагрева и подогрева, и жидкая вода после подогрева вводится в барабан котла для повторного использования. В вышеописанном способе каменноугольный газ с низкой теплотворной способностью устойчиво сгорает с использованием горелки. Сначала жидкая вода в водном экране нагревается до состояния пара; затем пар нагревается с образованием перегретого пара с помощью блока пароперегревателя, и, за счет работы, выполняемой перегретым паром, вырабатывается электроэнергия. Данное решение может стабилизировать параметры пара и воды не только для того, чтобы обеспечить безопасность, но также для того чтобы повысить КПД выработки электроэнергии из каменноугольного газа с низкой теплотворной способностью (КПД выработки электроэнергии может составлять до 37 % или более), в то же время с относительно высоким коэффициентом использования тепла.
Краткое описание графических материалов
Для более ясного описания технических решений в вариантах осуществления настоящего изобретения или в существующей технологии, ниже кратко описаны сопроводительные графические материалы, необходимые для описания вариантов осуществления или существующей технологии. Очевидно, что в сопроводительных графических материалах в нижеследующем описании приведены лишь некоторые варианты осуществления настоящего изобретения, и средние специалисты в данной области техники по-прежнему могут получать другие графические материалы исходя из данных сопроводительных графических материалов без приложения творческих усилий.
На фиг. 1 приведена принципиальная схема конструкции системы выработки электроэнергии из каменноугольного газа с низкой теплотворной способностью в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения; и
на фиг. 2 приведена схема последовательности операций системы выработки электроэнергии из каменноугольного газа с низкой теплотворной способностью, приведенной на фиг. 1.
Подробное описание настоящего изобретения
Ниже со ссылкой на сопроводительные графические материалы в вариантах осуществления настоящего изобретения в явном виде и полностью описаны технические решения в вариантах осуществления настоящего изобретения. Очевидно, что описанные варианты осуществления представляют собой некоторые варианты осуществления настоящего изобретения, но не все варианты его осуществления. Все остальные варианты осуществления, полученные специалистами в данной области техники на основе вариантов осуществления настоящего изобретения без приложения творческих усилий, будут находиться в пределах объема защиты настоящего изобретения.
Со ссылкой на фиг. 1 и фиг. 2, вариант осуществления настоящего изобретения предусматривает систему выработки электроэнергии из каменноугольного газа с низкой теплотворной способностью, которая содержит котел 1, работающий на каменноугольном газе, и электрогенераторную установку 2, при этом каменноугольный газ с низкой теплотворной способностью может быть введен в котел 1, работающий на каменноугольном газе, для сгорания, а затем тепло, образующееся при сгорании каменноугольного газа с низкой теплотворной способностью, используется для выработки электроэнергии посредством электрогенераторной установки 2; электрогенераторная установка 2 содержит паровую турбину 21 и электрогенератор 22, паровая турбина 21 содержит цилиндр 211 высокого давления, в котором тепло, образующееся в котле 1, работающем на каменноугольном газе, при сгорании каменноугольного газа с низкой теплотворной способностью, может быть использовано для нагрева жидкой воды с образованием пара с тем, чтобы этот пар мог быть введен в цилиндр 211 высокого давления для приведения в действие паровой турбины 21; затем электрогенератор 22 вращается под действием паровой турбины 21, вырабатывая электроэнергию, и в результате выполнения паром работы образуется отработанный пар, который сбрасывается из выпуска отработанного пара для повторного использования. Более подробно, конструкция котла 1, работающего на каменноугольном газе, включает корпус 11 топки, снабженный расположенной в нем топочной камерой 111, и барабан 12 котла, выполненный с возможностью отделения пара от воды; топочная камера 111 снабжена расположенной в ней горелкой 112, и каменноугольный газ с низкой теплотворной способностью вводится в топочную камеру 111 и зажигается горелкой 112 для выделения тепла; обычно топочная камера 111 снабжена расположенным в ней множеством горелок 112, которые могут быть разделены на уровни и расположены на передней и задней стенках топочной камеры 111 посредством держателей для горелок 112. Например, на передней стенке может быть расположено два уровня горелок, тогда как на задней стенке может быть расположен один уровень горелок; три горелки 112 последовательно расположены на каждом уровне разнесенным образом; посредством такого расположения каменноугольный газ с низкой теплотворной способностью, попадающий в топочную камеру 111, может сгорать полностью. В качестве средства зажигания в топочной камере 111 может использоваться каменноугольный газ коксовых печей, в качестве воспламенителей могут использоваться высокоэнергетические инжекторы запального пламени, и каждая горелка 112 снабжена высокоэнергетическим инжектором запального пламени и газовой пушкой, работающей на газе коксовых печей; первоначально для зажигания каменноугольного газа коксовых печей с целью вызова зажигания соответствующих горелок 112 используют высокоэнергетические инжекторы запального пламени; затем горелки 112 зажигают каменноугольный газ с низкой теплотворной способностью; горелки 112 на верхнем уровне могут не снабжаться запальными устройствами, и их зажигание вызывают горелки 112 на нижнем уровне. В дополнение, для выполнения сгорания каменноугольного газа с низкой теплотворной способностью каждая горелка 112 имеет форму конструкции с двойным вихрем. Разумеется, для обеспечения безопасного сгорания на держателе каждой горелки 112 зарезервировано отверстие для устройства обнаружения пламени, предназначенное для установки устройства обнаружения пламени с целью обеспечения безопасности котла 1, работающего на каменноугольном газе, во время горения. Кроме того, снаружи корпуса 11 топки расположен барабан 12 котла, выполненный с возможностью выполнения разделения пара и воды; принятой является система одностадийного испарения, и барабан 12 котла снабжен такими расположенными в нем устройствами, как циклонный сепаратор, промывочная диафрагма, верхний сепаратор из гофрированных пластин и верхняя перфорированная пластина; когда пароводяная смесь вводится в барабан 12 котла, пар и вода в пароводяной смеси могут быть тщательно разделены с использованием вышеописанных сепараторов; кроме того, паром заполняется верхнее пространство барабана 12 котла, тогда как жидкая вода находится в нижнем пространстве барабана 12 котла. Барабан 12 котла снабжен двумя двухцветными водомерами, двумя электрически соединенными водомерами и тремя однокамерными емкостями для выравнивания уровня воды для обеспечения пара высокого качества и своевременного блокирования явления переполнения барабана 12 котла водой. Для обеспечения качества воды барабан 12 котла обычно также снабжен расположенным в нем трубопроводом для подачи фосфата, трубопроводом для непрерывного сброса сточных вод и трубопроводом для аварийного отвода воды. Далее подробно описана конструкция корпуса 11 топки. Его главная часть представляет собой полностью стальную двухрамную конструкцию, образованную при помощи сварки, и его внутреннее пространство дополнительно содержит горизонтальный топочный канал 113 и вертикальный топочный канал 114, при этом горизонтальный топочный канал 113 расположен над топочной камерой 111 и сообщается с топочной камерой 111 и вертикальным топочным каналом 114, в то время как топочная камера 111 расположена противоположно вертикальному топочному каналу 114, и эти три компонента являются замкнутыми с образованием π-образной формы; дымовой газ, образующийся после сгорания каменноугольного газа с низкой теплотворной способностью, проходит в порядке следования через топочную камеру 111, горизонтальный топочный канал 113 и вертикальный топочный канал 114, а затем сбрасывается из котла 1, работающего на каменноугольном газе. Безусловно, дымовой газ, сбрасываемый из котла 1, работающего на каменноугольном газе, требует дальнейшей очистки перед его выбросом в атмосферу. Корпус 11 топки снабжен расположенным на нем полномембранным водным экраном 115 наряду с потолочным трубопроводом и трубопроводом экранного ограждения. Пар, отделенный в барабане 12 котла, сначала попадает в потолочный трубопровод и трубопровод экранного ограждения; затем он распределяется в следующий блок 13 пароперегревателя, при этом как потолочный трубопровод, так и трубопровод экранного ограждения относятся к типу гладких труб в сочетании с конструкцией мембранных экранов из полосовой стали. Водный экран 115 содержит по меньшей мере один канал, находящийся в сообщении с жидкостным выпуском барабана 12 котла. Обычно водный экран 115 содержит множество каналов, находящихся в сообщении с жидкостным выпуском барабана 12 котла, и, таким образом, жидкая вода из барабана 12 котла может попадать в водный экран 115 через соответствующий трубопровод. Кроме того, водный экран 115 также содержит по меньшей мере один канал, находящийся в сообщении с паровым впуском барабана 12 котла. Водный экран 115 образован посредством сварки с использованием гладких труб в сочетании с полосовой сталью, и на водный экран 115 нанесено покрытие экрана с огнеупорной футеровкой; вес водного экрана 115 корпуса 11 топки подвешен на балку ростверка с использованием подвесного стержня через верхний коллектор; по диагонали назад водный экран 115 подвешен на верхнюю стальную решетку с использованием отводного трубопровода, проходящего через горизонтальный топочный канал 113; после нагрева весь корпус 11 топки расширяется вниз, и для увеличения жесткости водного экрана 115 и удовлетворения требований расчетного давления в топочной камере 111, в направлении высоты по периметру наружной части водного экрана 115 приблизительно каждые 3 м расположено кольцо жесткой балки. Кроме того, в горизонтальном топочном канале 113 и вертикальном топочном канале 114, оба из которых расположены в газоходе для дымового газа, образующегося в результате сгорания каменноугольного газа с низкой теплотворной способностью, расположены, соответственно, блок 13 пароперегревателя и блок 14 экономайзера. Блок 13 пароперегревателя сообщается с паровым выпуском барабана 12 котла и впуском цилиндра 211 высокого давления паровой турбины 21. Пар, отделенный в барабане 12 котла, сначала попадает в потолочный трубопровод, при этом часть пара попадает в трубопровод экранного ограждения для нагрева, и нагретый пар попадает в блок 13 пароперегревателя для подогрева с образованием перегретого пара. Затем перегретый пар вводится в паровую турбину 21 для выполнения работы, и блок 14 экономайзера сообщается с выпуском отработанного пара паровой турбины 21 и жидкостным впуском барабана 12 котла, и в трубопроводе между блоком 14 экономайзера и паровой турбиной 21 расположен конденсатор 23. Когда дымовой газ, образующийся в результате сгорания каменноугольного газа с низкой теплотворной способностью, втекает в блок 14 экономайзера по горизонтальному топочному каналу 113 и вертикальному топочному каналу 114, дымовой газ по-прежнему имеет относительно высокую температуру, и перегретый пар выполняет работу в паровой турбине 21, а затем превращается в отработанный пар, который сбрасывается из выпуска отработанного пара и сжижается при помощи конденсатора 23 с образованием жидкой воды, которая вводится в блок 14 экономайзера для нагрева части жидкой воды посредством блока 14 экономайзера, и нагретая жидкая вода вводится в барабан 12 котла для повторного использования.
В настоящем изобретении каменноугольный газ с низкой теплотворной способностью вводится в топочную камеру 111 корпуса 11 топки и зажигается с использованием горелки 112; кроме того, жидкая вода из барабана 12 котла втекает через его жидкостный выпуск в водный экран 115. Поскольку каменноугольный газ с низкой теплотворной способностью образует дымовой газ, выделяя при сгорании большое количество тепла, жидкая вода в водном экране 115 может быть нагрета за счет использования части этого тепла для вынуждения фазового перехода части этой воды в пар, а затем пароводяная смесь может быть повторно введена в барабан 12 котла для разделения пара и жидкости. В корпусе 11 топки обычно также расположены испарительная конвекционная трубчатая панель 116 и трубопровод со спиральными ребрами. Испарительная конвекционная трубчатая панель 116 неподвижно закреплена подвесным образом на верхней стальной решетке. Два конца испарительной конвекционной трубчатой панели 116 сообщаются, соответственно, с жидкостным выпуском и паровым впуском барабана 12 котла. Параллельно проходящая часть жидкой воды из барабана 12 котла в процессе введения в водный экран 115 попадает в испарительную конвекционную трубчатую панель 116 для нагрева с образованием пара. Пароводяная смесь в испарительной конвекционной трубчатой панели 116 также направляется в барабан 12 котла для разделения пара и жидкости. Отделенная жидкая вода в дальнейшем вводится в водный экран 115 или в испарительную конвекционную трубчатую панель 116 для подогрева. Отделенный пар вводится в блок 13 пароперегревателя и также подогревается. Таким образом, пар может быть нагрет с образованием перегретого пара, который может быть введен в паровую турбину 21 для выполнения работы и выработки электроэнергии. Перегретый пар после выполнения работы образует отработанный пар, который сбрасывается через выпуск отработанного пара паровой турбины 21. Отработанный пар попадает в конденсатор 23 и сжижается с образованием жидкой воды с температурой приблизительно 40°C, а затем перекачивается в подогреватель 25 низкого давления с использованием конденсатного насоса 24. В подогревателе низкого давления жидкая вода нагревается потоком отборного пара низкого давления из паровой турбины, и жидкая вода, сбрасываемая из подогревателя 25 низкого давления, попадает в деаэратор 26. После удаления деаэратором 26 кислорода из жидкой воды жидкая вода перекачивается в подогреватель 28 высокого давления с использованием водоподающего насоса 27. Жидкая вода нагревается в подогревателе 28 высокого давления отборным паром высокого давления из паровой турбины, а затем вводится в блок 14 экономайзера для подогрева. Нагретая жидкая вода вводится в барабан 12 котла и впоследствии используется повторно в соответствии с вышеописанными этапами. Таким образом, в вышеописанном полном процессе каменноугольный газ с низкой теплотворной способностью зажигается с использованием горелки 112 так, что каменноугольный газ с низкой теплотворной способностью устойчиво сгорает в топочной камере 111, и тепло, выделяющееся после зажигания горелкой 112 каменноугольного газа с низкой теплотворной способностью, сначала нагревает водный экран 115 или жидкую воду в испарительной конвекционной трубчатой панели 116, а затем может нагревать пар в блоке 13 пароперегревателя и, в конечном итоге, после выполнения работы, нагревать жидкость в блоке 14 экономайзера. Тепло используется многократно во всем процессе, при этом тепло каменноугольного газа с низкой теплотворной способностью находится в корпусе 11 топки и легко не теряется, и, таким образом, за счет усиления теплообмена между паром и водой может эффективно обеспечиваться общий тепловой КПД системы выработки электроэнергии.
Вышеописанный вариант осуществления оптимизируется следующим образом: в корпусе 11 топки дополнительно располагается блок 15 промежуточного пароперегревателя, и блок 15 промежуточного пароперегревателя сообщается с впуском цилиндра 212 низкого давления паровой турбины 21 и выпуском цилиндра 211 высокого давления паровой турбины 21. Обычно паровая турбина 21 в данном варианте осуществления дополнительно содержит цилиндр 212 низкого давления; перегретый пар вводится через впуск цилиндра 211 высокого давления, а затем выполняет работу с целью выработки электроэнергии, и после выполнения работы пар может сбрасываться из выпуска цилиндра 211 высокого давления. В дополнение, по причине выполнения перегретым паром работы вращения в цилиндре 211 высокого давления, давление и температура пара, сбрасываемого из выпуска цилиндра 211 высокого давления, уменьшаются. В связи с этим, пар может вводиться в блок 15 промежуточного пароперегревателя для подогрева с образованием перегретого пара. Перегретый пар может вводиться в цилиндр 212 низкого давления для повторного выполнения работы вращения. Температура и давление пара снова снижаются, и этот пар может называться отработанным паром. Отработанный пар вводится через выпуск отработанного пара в конденсатор 23 и сжижается с образованием жидкой воды. В связи с этим, за счет добавления блока 15 промежуточного пароперегревателя, степень использования перегретого пара может быть повышена, за счет этого обеспечивается общий тепловой КПД каменноугольного газа с низкой теплотворной способностью для системы выработки электроэнергии.
Болеe подробно конструкция блока 15 промежуточного пароперегревателя содержит низкотемпературный промежуточный пароперегреватель 151, расположенный в вертикальном топочном канале 114; с низкотемпературным промежуточным пароперегревателем сообщается 151 выпуск цилиндра 211 высокого давления паровой турбины 21. Для низкотемпературного промежуточного пароперегревателя 151 также принята конструктивная форма трубопровода со спиральными ребрами, и он расположен коридорным и противоточным образом; пар сбрасывается из паровой турбины 21 через выпуск цилиндра 211 высокого давления, а затем попадает во впускной коллектор низкотемпературного промежуточного пароперегревателя 151; во впускном коллекторе может быть расположен пароохладитель; т.е. пар, сбрасываемый из цилиндра 211 высокого давления, сначала попадает во впускной коллектор низкотемпературного промежуточного пароперегревателя 151 для регулировки температуры с использованием пароохладителя, и пароохладитель регулирует температуру, главным образом, посредством распыления воды для тонкой регулировки температуры пара, и после понижения температуры пар попадает в низкотемпературный промежуточный пароперегреватель 151 для нагрева. Обычно блок 15 промежуточного пароперегревателя дополнительно содержит высокотемпературный промежуточный пароперегреватель 152, расположенный в горизонтальном топочном канале 113, сообщается с низкотемпературным промежуточным пароперегревателем 151 и впуском цилиндра 212 низкого давления. Поскольку горизонтальный топочный канал 113 расположен перед вертикальным топочным каналом 114 в направлении течения дымового газа, температура в горизонтальном топочном канале 113 больше температуры в вертикальном топочном канале 114; пар, сбрасываемый из цилиндра 211 высокого давления, сначала попадает в низкотемпературный промежуточный пароперегреватель 151 для нагрева, а затем вводится для нагрева в высокотемпературный промежуточный пароперегреватель 152, и пар, нагретый в высокотемпературном промежуточном пароперегревателе 152, представляет собой перегретый пар, который может быть введен в цилиндр 212 низкого давления паровой турбины 21 для выполнения работы вращения. С целью повышения КПД теплопоглощения для высокотемпературного промежуточного пароперегревателя 152 принята конструкция из гладких труб, и он расположен коридорным и прямоточным образом, направление расположения высокотемпературного промежуточного пароперегревателя 152 является противоположным направлению расположения низкотемпературного промежуточного пароперегревателя 151. В дополнение, в части, соответствующей блоку 15 промежуточного пароперегревателя, корпуса 11 топки, выполняется подгонка топочных каналов. В вертикальном топочном канале 114 корпуса 11 топки выполнена конструкция с двойным топочным каналом. Тогда отражательная плита 161 дымового газа расположена в хвостовой части двойного топочного канала; распределение объема дымового газа в два топочных канала реализуется путем регулировки открывания отражательной плиты 161 дымового газа, за счет чего достигается цель регулировки температуры вторично перегретого пара с использованием блока 15 промежуточного пароперегревателя для обеспечения устойчивости температуры и давления вторично перегретого пара.
Далее подробно описана конструкция блока 14 экономайзера. Блок 14 экономайзера содержит главный экономайзер 141, расположенный в нижней части вертикального топочного канала 114, и обводной экономайзер 142, расположенный над главным экономайзером 141. Главный экономайзер 141 и обводной экономайзер 142 сообщаются друг с другом, и может иметься два обводных экономайзера 142. Два обводных экономайзера 142 соединены параллельно, и главный экономайзер 141 соединяется с двумя обводными экономайзерами 142 по отдельности с использованием двух трактов. Выпуск конденсатора 23 сообщается с главным экономайзером 141, и один канал обводного экономайзера 142 сообщается с жидкостным впуском барабана 12 котла. В дополнение, обводной экономайзер 142 и низкотемпературный промежуточный пароперегреватель 151 располагаются параллельно и, соответственно, находятся в двух топочных каналах вертикального топочного канала 114 и отделены друг от друга с использованием двухсветного экрана 16 пароперегревателя. Общепринятой является конструкция двухсветного экрана мембранного типа, и некоторая часть пара, попадающего в потолочный трубопровод, попадает в двухсветный экран 16 пароперегревателя для нагрева, тогда как нагретый пар может попадать в блок 13 пароперегревателя для подогрева с образованием перегретого пара; в дополнение, вышеописанная отражательная плита 161 дымового газа регулирует поток дымового газа между топочными каналами, соответствующими обводному экономайзеру 142 и низкотемпературному промежуточному пароперегревателю 151. Главный экономайзер 141 расположен под хвостовой частью двойного топочного канала. В данном варианте осуществления дымовой газ течет в направлении от обводного экономайзера 142 к главному экономайзеру 141, и жидкая вода, сбрасываемая из конденсатора 23, течет в обводной экономайзер 142 из главного экономайзера 141 таким образом, что рабочая среда и дымовой газ представляют собой взаимные противотоки; главный экономайзер 141 и обводной экономайзер 142 представляют собой конструкции из труб со спиральными ребрами. Главный экономайзер 141 расположен ступенчатым образом, и обводной экономайзер 142 расположен коридорным образом. Для обводного экономайзера 142 принята подвесная конструкция, и весь вес неподвижно закреплен на трубопроводе экранного ограждения с использованием подвесного устройства, а затем подвешен на верхнюю стальную решетку с использованием отводной трубы трубопровода экранного ограждения. Главный экономайзер 141 размещен на вентиляционной балке, которая проходит через корпус 11 топки и опирается на защитную плиту корпуса 11 топки. В дополнение, в ходе работы после того, как жидкая вода, доставляемая водоподающим насосом 27, попадает в главный экономайзер 141 для нагрева, некоторая часть жидкой воды может непосредственно вводиться из него в барабан 12 котла в соответствии с требованиями для использования промывной воды.
Вышеописанный вариант осуществления оптимизируется следующим образом: вертикальный топочный канал 114 делится на верхнее пространство и нижнее пространство; главный экономайзер 141 располагается в нижнем пространстве; обводной экономайзер 142 и низкотемпературный промежуточный пароперегреватель 151 располагаются в верхнем пространстве, и верхнее пространство сообщается с нижним пространством с использованием компенсационного расширительного узла 117. В данном варианте осуществления вертикальный топочный канал 114 делится на верхнее пространство и нижнее пространство с использованием вышеописанного двойного топочного канала и одиночного топочного канала; т.е. двойной топочный канал соответствует верхнему пространству, и главный экономайзер 141 расположен под двойным топочным каналом, а нижнему пространству соответствует расположенный в нем одиночный топочный канал. В связи с этим, двойной топочный канал соединен с одиночным топочным каналом с использованием неметаллического компенсационного расширительного узла 117 для поглощения расширения и уменьшения утечек.
Далее подробно описана конструкция блока 13 пароперегревателя, которая содержит узел 131 ширмового пароперегревателя, низкотемпературный пароперегреватель 132 конвекционного типа и высокотемпературный пароперегреватель 133 конвекционного типа, которые последовательно сообщаются друг с другом; т.е. пар последовательно проходит через узел 131 ширмового пароперегревателя, низкотемпературный пароперегреватель 132 и высокотемпературный пароперегреватель 133, и паровой выпуск барабана 12 котла сообщается с узлом 131 ширмового пароперегревателя, а высокотемпературный пароперегреватель 133 сообщается с впуском цилиндра 211 высокого давления паровой турбины 21. В дополнение, коэффициент теплопоглощения узла 131 ширмового пароперегревателя составляет 6,5—7,6 %; коэффициент теплопоглощения низкотемпературного пароперегревателя 132 составляет 9,4—10,8 %, и коэффициент теплопоглощения высокотемпературного пароперегревателя 133 составляет 9,9—10,9 %. «Коэффициент теплопоглощения» главным образом означает соотношение теплопоглощения соответствующего компонента корпуса 11 топки к общему теплопоглощению. Например, коэффициент теплопоглощения узла 131 ширмового пароперегревателя составляет 6,5—7,6 %, и имеется множество факторов, оказывающих влияние на коэффициент теплопоглощения. Главным образом, он определяется в соответствии с поверхностью нагрева соответствующего компонента, и определенно относится к местоположению соответствующего компонента в корпусе топки. Температура дымового газа вблизи местоположения топочной камеры является относительно высокой, за счет чего увеличивается ее коэффициент теплопоглощения. Блок 13 пароперегревателя, для которого принята данная конструктивная форма, может обеспечивать перегретый пар под давлением 13,7 МПа при температуре 566°C, образуя систему выработки электроэнергии при сверхвысокой температуре и сверхвысоком давлении, что таким образом решает проблему легкого перегрева поверхности нагрева пароперегревателя котла 1, работающего на каменноугольном газе, и стабилизирует параметры пара и воды. В частности, в ходе повышения нагрузки или флуктуации высокой нагрузки обеспечивается возможность стабилизации параметров пара и воды котлом 1, работающим на каменноугольном газе, и таким образом обеспечивается не только безопасность котла 1, работающего на каменноугольном газе, и исключается риск простого разрыва трубопроводов пароперегревателя, но также повышается общий тепловой КПД системы выработки электроэнергии из каменноугольного газа с низкой теплотворной способностью при сверхвысокой температуре и сверхвысоком давлении. В качестве альтернативы, в других вариантах осуществления коэффициент теплопоглощения узла 131 ширмового пароперегревателя составляет 6,0—7,0 %; коэффициент теплопоглощения низкотемпературного пароперегревателя 132 составляет 9,0—10,5 %, и коэффициент теплопоглощения высокотемпературного пароперегревателя 133 составляет 9,5—10,5 %. Блок 13 пароперегревателя, для которого принята данная конструктивная форма, может обеспечивать перегретый пар под давлением 13,7 МПа при температуре 540°C, образуя систему выработки электроэнергии при высокой температуре и сверхвысоком давлении. В качестве альтернативы, коэффициент теплопоглощения узла 131 ширмового пароперегревателя составляет 7,8—8,9 %; коэффициент теплопоглощения низкотемпературного пароперегревателя 132 составляет 10,8—12,2 %, и коэффициент теплопоглощения высокотемпературного пароперегревателя 133 составляет 11,4—12,3 %. Блок 13 пароперегревателя, для которого принята данная конструктивная форма, может обеспечивать перегретый пар под давлением 16,7 МПа при температуре 600°C, образуя систему выработки электроэнергии при сверхвысокой температуре и докритическом давлении. В качестве альтернативы, коэффициент теплопоглощения узла 131 ширмового пароперегревателя составляет 7,5—8,5 %; коэффициент теплопоглощения низкотемпературного пароперегревателя 132 составляет 10,3—11,8 %, и коэффициент теплопоглощения высокотемпературного пароперегревателя 133 составляет 10,9—11,9 %. Блок 13 пароперегревателя, для которого принята данная конструктивная форма, может обеспечивать перегретый пар под давлением 16,7 МПа при температуре 566°C, образуя систему выработки электроэнергии при сверхвысокой температуре и докритическом давлении. В качестве альтернативы, коэффициент теплопоглощения узла 131 ширмового пароперегревателя составляет 6,8—7,8 %; коэффициент теплопоглощения низкотемпературного пароперегревателя 132 составляет 9,9—11,3 %, и коэффициент теплопоглощения высокотемпературного пароперегревателя 133 составляет 10,5—11,5 %. Блок 13 пароперегревателя, для которого принята данная конструктивная форма, может обеспечивать перегретый пар при температуре 600 °C под давлением 11,5 МПа, образуя систему выработки электроэнергии при сверхвысокой температуре и сверхвысоком давлении. В качестве альтернативы, коэффициент теплопоглощения узла 131 ширмового пароперегревателя составляет 5,2—6,1 %; коэффициент теплопоглощения низкотемпературного пароперегревателя 132 составляет 8,2—9,7 %, и коэффициент теплопоглощения высокотемпературного пароперегревателя 133 составляет 8,9—9,5 %. Блок 13 пароперегревателя, для которого принята данная конструктивная форма, может обеспечивать перегретый пар под давлением 9,8 МПа при температуре 540°C, образуя систему выработки электроэнергии при высокой температуре и высоком давлении. В данном варианте осуществления узел 131 ширмового пароперегревателя представляет собой полурадиационный пароперегреватель; низкотемпературный пароперегреватель 132 и высокотемпературный пароперегреватель 133 представляют собой пароперегреватели конвекционного типа. Т.е. для блока 13 пароперегревателя, предусмотренного в данной полезной модели, принят способ сочетания радиации с конвекцией; взаимное экранирование выполняется многократно; в ходе установки узел 131 ширмового пароперегревателя располагают непосредственно над топочной камерой 111, и высокотемпературный дымовой газ, образующийся после сгорания каменноугольного газа с низкой теплотворной способностью, сначала течет в узел 131 ширмового пароперегревателя; низкотемпературный пароперегреватель 132 и высокотемпературный пароперегреватель 133 расположены последовательно в направлении течения дымового газа; пар, нагретый в трубопроводе экранного ограждения, и пар, нагретый в двухсветном экране 16 пароперегревателя, вводится в узел 131 ширмового пароперегревателя и нагревается в узле 131 ширмового пароперегревателя, а затем попадает в низкотемпературный пароперегреватель 132 для нагрева и, наконец, попадает для нагрева в высокотемпературный пароперегреватель 133, за счет чего получается перегретый пар для выполнения работы вращения в паровой турбине 21. Обычно выпуск корпуса 11 топки в топочной камере 111 является изогнутым и проходит в направлении горизонтального топочного канала 113 с образованием передней части 118 свода. Передняя часть 118 свода содержит первую наклонную секцию и вторую наклонную секцию; первая наклонная секция наклонена и проходит в направлении горизонтального топочного канала 113 в направлении вверх; вторая наклонная секция наклонена и проходит вверх в направлении от первой наклонной секции к вертикальному топочному каналу 114, и, таким образом, за счет использования первой наклонной секции, образуется щель от топочной камеры 111 до горизонтального топочного канала 113, и тогда, за счет использования второй наклонной секции, обеспечивается возможность прохождения щели горизонтального топочного канала 113 с формой, постепенно сужающейся в направлении потока дымового газа таким образом, что может быть эффективно улучшено аэродинамическое поле в горизонтальном топочном канале 113. Вышеописанный узел 131 ширмового пароперегревателя содержит передний ширмовый пароперегреватель 134 и задний ширмовый пароперегреватель 135, оба из которых находятся в пространстве, соответствующем передней части 118 свода горизонтального топочного канала 113; передний ширмовый пароперегреватель 134 сообщается с паровым выпуском барабана 12 котла и, конкретнее, сообщается с выпуском трубопровода экранного ограждения и выпуском двухсветного экрана 16 пароперегревателя таким образом, что пар из них может втекать в передний ширмовый пароперегреватель 134; задний ширмовый пароперегреватель 135 сообщается с передним ширмовым пароперегревателем 134 и низкотемпературным пароперегревателем 132, и пар, нагретый в переднем ширмовом пароперегревателе 134, сначала попадает в задний ширмовый пароперегреватель 135 для нагрева, а затем попадает в низкотемпературный пароперегреватель 132. Передний ширмовый пароперегреватель 134, задний ширмовый пароперегреватель 135, низкотемпературный пароперегреватель 132 и высокотемпературный пароперегреватель 133 подвешены на верхнюю стальную решетку с использованием подвесного стержня и являются выполненными из материала 12Cr1MoVG, и некоторые стальные секции выполнены из стального сплава crmowvtib 102.
Кроме того, в блоке 13 пароперегревателя дополнительно расположена конструкция для регулировки температуры пара. Например, в тракте между передним ширмовым пароперегревателем 134 и задним ширмовым пароперегревателем 135 расположена первичная водораспыляющая конструкция; первичная водораспыляющая конструкция распыляет воду для охлаждения пара в тракте между передним ширмовым пароперегревателем 134 и задним ширмовым пароперегревателем 135 с использованием водораспыляющего пароохладителя. Эта регулировка является грубой и может выполнять предварительную регулировку температуры пара. Конструкция для регулировки температуры пара дополнительно содержит вторичную водораспыляющую конструкцию, расположенную на высокотемпературном пароперегревателе 133. Высокотемпературный пароперегреватель 133 содержит две холодные секции и одну горячую секцию; горячая секция расположена между двумя холодными секциями; вторичная водораспыляющая конструкция может быть расположена в тракте между первой холодной секцией и горячей секцией; здесь регулировка представляет собой тонкую регулировку, и в этом тракте для реализации относительно точной регулировки температуры пара в тракте могут быть расположены регулирующий клапан и запорный клапан. В связи с этим, посредством функции совместной регулировки первичной водораспыляющей конструкцией и вторичной водораспыляющей конструкцией можно обеспечить температуру перегретого пара при номинальной нагрузке котла 1, работающего на каменноугольном газе. В качестве воды, используемой первичной водораспыляющей конструкцией и вторичной водораспыляющей конструкцией, может быть использована жидкая вода, перекачиваемая водоподающим насосом 27 после удаления кислорода. Обычно в тракте между блоком 13 пароперегревателя и паровой турбиной 21 дополнительно расположен паровой коллектор 136; перегретый пар, нагретый в высокотемпературном пароперегревателе 133, сначала попадает в паровой коллектор 136 для буферизации, а затем вводится в цилиндр 211 высокого давления паровой турбины 21 для выполнения работы вращения.
Кроме того, в нижней части вертикального топочного канала 114 дополнительно расположен воздухоподогреватель 17; воздух, подаваемый в топочную камеру 111, сначала попадает в воздухоподогреватель 17; дымовой газ в вертикальном топочном канале 114 втекает в воздухоподогреватель 17 и может нагревать находящийся в нем воздух, что повышает коэффициент использования тепла дымового газа; разумеется, дымовой газ не смешивается с воздухом в воздухоподогревателе 17; воздух нагревается бесконтактным образом. Для воздухоподогревателя 17 принята конструкция вертикального трубоизоляционного короба, и он расположен на одном уровне способом отдельного хода; трубопровод воздухоподогревателя 17 представляет собой тонкостенный трубопровод со спиральными канавками; продольная промывка выполняется в трубопроводе дымового газа, а поперечная промывка выполняется вне воздуховода во избежание вибрации в воздухоподогревателе 17; на трубоизоляционном коробе установлена вибростойкая перегородка.
Со ссылкой на фиг. 1 и фиг. 2, как указано выше, в соответствии с системой выработки электроэнергии, для которой принята вышеописанная конструкция, тепло, образующееся в результате сгорания каменноугольного газа с низкой теплотворной способностью, может быть использовано для выполнения работы и выработки электроэнергии, и конкретные этапы являются следующими:
каменноугольный газ с низкой теплотворной способностью доставляется из трубопровода каменноугольного газа через двойную вихревую горелку 112 в топочную камеру 111 котла 1, работающего на каменноугольном газе, для сгорания с образованием тепла для нагрева всех поверхностей нагрева;
жидкая вода вытекает из барабана 12 котла через жидкостный выпуск жидкой воды и образует два тракта; один из трактов доставляется по трубопроводу в водный экран 115 корпуса 11 топки; и второй тракт доставляется по трубопроводу в испарительную конвекционную трубчатую панель 116; жидкая вода нагревается в водном экране 115 и испарительной конвекционной трубчатой панели 116 и претерпевает фазовый переход с образованием пароводяной смеси, которая доставляется по трубопроводу обратно в барабан 12 котла;
пароводяная смесь подвергается в барабане 12 котла разделению на пар и воду; отделенный насыщенный пар доставляется по трубе в потолочный трубопровод, и пар делится в потолочном трубопроводе на четыре тракта; два тракта (левая передняя часть и правая передняя часть) после нагрева попадают в трубопровод экранного ограждения, а остальные два тракта (левая задняя часть и правая задняя часть) после нагрева попадают в двухсветный экран 16 пароперегревателя; пар, выходящий из трубопровода экранного ограждения и двухсветного экрана 16 пароперегревателя, вместе попадает в передний ширмовый пароперегреватель 134.
После нагрева в переднем ширмовом пароперегревателе 134 пар попадает в задний ширмовый пароперегреватель 135; температуру пара регулируют между передним ширмовым пароперегревателем 134 и задним ширмовым пароперегревателем 135 с использованием первичной водораспыляющей конструкции; после нагрева в заднем ширмовом пароперегревателе 135 пар попадает в низкотемпературный пароперегреватель 132 для нагрева, а затем попадает для нагрева в высокотемпературный пароперегреватель 133, и температуру между холодной секцией и горячей секцией высокотемпературного пароперегревателя 133 еще раз регулируют с использованием вторичной водораспыляющей конструкции; перегретый пар после вторичного распыления воды и регулировки температуры попадает в паровой коллектор 136.
После буферизации в паровом коллекторе перегретый пар доставляется по трубопроводу в цилиндр 211 высокого давления паровой турбины 21; пар вращает лопатки паровой турбины 21 так, что паровая турбина 21 приводит в действие электрогенератор 22 с целью выработки электроэнергии, при этом в результате выполнения работы вращения как температура, так и давление пара снижаются;
пар, сбрасываемый из цилиндра 211 высокого давления, попадает в низкотемпературный промежуточный пароперегреватель 151; затем он попадает в высокотемпературный промежуточный пароперегреватель 152 и подогревается с образованием перегретого пара, и перегретый пар вводится в цилиндр 212 низкого давления паровой турбины 21, при этом в результате выполнения работы вращения как температура, так и давление пара снижаются;
отработанный пар, сбрасываемый из цилиндра 212 низкого давления паровой турбины 21, попадает в конденсатор 23 для конденсации; затем он конденсируется в конденсаторе 23 с образованием жидкой воды, имеющей температуру приблизительно 40°C; после этого жидкая вода перекачивается конденсатным насосом 24 в подогреватель 25 низкого давления и нагревается в подогревателе 25 низкого давления отборным паром низкого давления из паровой турбины;
вода, сбрасываемая из подогревателя 25 низкого давления, попадает в деаэратор 26, где подвергается удалению кислорода; затем она перекачивается с использованием водоподающего насоса 27 в подогреватель 28 высокого давления и нагревается в подогревателе 28 высокого давления отборным паром высокого давления из паровой турбины, а затем попадает в главный экономайзер 141; и
после нагрева в главном экономайзере 141 дымовым газом из хвостовой части вертикального топочного канала 114 жидкая вода попадает в обводной экономайзер 142, а затем в барабан 12 котла для повторного использования после дополнительного нагрева; вышеописанные этапы с участием жидкой воды и пара последовательно повторяются. В дополнение, на выпуске главного экономайзера 141 дополнительно расположено ответвление, при необходимости используемое в качестве промывной воды, доставляемой в барабан 12 котла для промывки барабана 12 котла.
Приведенные выше описания являются лишь предпочтительными вариантами осуществления настоящего изобретения, и они не предназначены для ограничения настоящего изобретения. Любая модификация, эквивалентная замена, усовершенствование и т.п., выполненные в пределах сущности и принципов настоящего изобретения, будут находиться в пределах объема защиты настоящего изобретения.