ВЕРТИКАЛЬНЫЙ БАРАБАННЫЙ ПАРОВОЙ КОТЕЛ-УТИЛИЗАТОР С СЕКЦИОНИРОВАННЫМИ ВОДОГРЕЙНЫМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ НАГРЕВА

Область использования
Полезная модель относится к теплоэнергетике и может быть использована в паровых котлах-утилизаторах (КУ) парогазовых установок-теплоэлектроцентралей (ПТУ-ТЭЦ).
Уровень техники
В настоящее время все большее распространение получают ПТУ, в которых с целью утилизации тепла газов после газовой турбины устанавливаются паровые барабанные КУ с естественной или принудительной циркуляцией. Полученный в КУ пар используется в паротурбинных установках (ПТУ) для выработки электроэнергии, а также в теплофикационных целях (ПТУ-ТЭЦ).
Существует два компоновочных типа энергетических КУ - горизонтальный и вертикальный. В горизонтальном КУ трубы испарительных поверхностей нагрева (ИПН) расположены вертикально, что, благодаря их относительно низкому гидравлическому сопротивлению силам гравитации позволяет обеспечить естественную циркуляцию пароводяной смеси (ПВС) с требуемой оптимальной кратностью циркуляции (3,0…3,5) или при принудительной циркуляции существенно уменьшить потребляемую мощность циркуляционных насосов. В вертикальном КУ трубы змеевиковых пакетов ИПН расположены горизонтально, что из-за повышенного гидравлического сопротивления силам гравитации требует обязательного применения принудительной циркуляции или при естесственной циркуляции значительного увеличения высоты установки сепарационных барабанов для увеличения циркуляционного напора. Однако для размещения более экономичного КУ горизонтального типа необходимо относительно больше занимаемой им площади, что создает определенные трудности для компоновки оборудования электростанции. Поэтому для промышленной реализации предпочтительным является вертикальный барабанный КУ при условии устранения присущих этому типу котлов упомянутого выше недостатка.
Известен принятый в качестве прототипа заявляемой полезной модели паровой барабанный КУ, содержащий вертикальный газоход с неравносторонним прямоугольным поперечным сечением, помещенные внутри указанного газохода горизонтальные пакеты испарительных, пароперегревательных и водогрейных поверхностей нагрева и сепарационные барабаны, расположенные вне газохода вдоль его более протяженных стен (RU 52464, F22B 1/18, 2006 [1]). Расположение согласно [1] сепарационных барабанов вертикального КУ вдоль его более протяженных стен, в отличие от практикуемого обычно их расположения вдоль менее протяженных стен газохода, позволяет увеличить количество параллельно включенных в указанные барабаны труб пакетов ИПН, что существенно снижает гидравлическое сопротивление ИПН у барабанного КУ вертикального типа.
Вместе с тем в последнее время ведутся разработки всережимных ПГУ - ТЭЦ с широким диапазоном регулирования отпуска энергии тепловым потребителям. При этом водогрейные поверхности нагрева (ВПН) КУ, в основном, газовые подогреватели конденсата (ГПК) и в некоторых случаях водяные экономайзеры (ВЭ) должны допускать изменение в широких пределах их тепловой нагрузки.
Раскрытие полезной модели
Задачей полезной модели и достигаемым ею техническим результатом является сохранение эффективной работы ВПН вертикального барабанного парового КУ в широком диапазоне изменения их тепловой нагрузки.
Указанные задача и технический результат обеспечиваются тем, что в паровом барабанном КУ, содержащем вертикальный газоход с неравносторонним прямоугольным поперечным сечением, помещенные внутри указанного газохода горизонтальные пакеты испарительных, пароперегревательных и водогрейных поверхностей нагрева и сепарационные барабаны, расположенные вне газохода вдоль его более протяженных стен, согласно полезной модели по меньшей мере один пакет ВПН разделен по меньшей мере на две параллельно включенных по воде секции, каждая из которых снабжена независимыми отключающими органами по воде и газам. При этом каждая водогрейная секция может быть составлена из горизонтально расположенных труб Фильда со спаренными входной и выходной сборными камерами, вынесенными за пределы газохода. Отключающий водогрейную секцию по газу орган может быть выполнен в виде установленной над секцией горизонтальной рольставни с управляемым электроприводом, вынесенным за пределы газохода.
Причинно-следственная связь между основными отличительными признаками и указанным техническим результатом состоит в следующем. Разделение каждого пакета ВПН на параллельно включенные по воде секции, каждая из которых снабжена независимыми отключающими органами по воде и газам, позволяет секциям, оставшимся после отключения из работы другой их части иметь при изменившемся режиме нагрузки оптимальные скорости воды и газового потока, что и обеспечивает указанный выше технический результат.
Краткое описание фигур чертежа
На фиг.1 схематично изображен КУ согласно полезной модели; на фиг.2 - вид по Α-A фиг.1 на секционированные пакеты ГПК; на фиг.3 - секция ГПК в укрупненном масштабе.
Подробное описание полезной модели
Паровой барабанный КУ (фиг.1) содержит вертикальный газоход 1 с нижним подводом выхлопных газов от газотурбинной установки (ГТУ) и отводом дымовых газов в его верхней части. Газоход 1 имеет неравностороннее прямоугольное поперечным сечение (не показано) с расположением сепарационных барабанов 2 вне газохода 1 вдоль более протяженных стен (перпендикулярно плоскости чертежа). Внутри газохода 1 помещены снизу вверх (в направлении убывания температуры горячих газов) горизонтальные пакеты конвективных поверхностей нагрева: пароперегреватель 3, ИПН 4 высокого давления, водяной экономайзер 5 высокого давления, ИПН 6 низкого давления, водяной экономайзер 7 низкого давления и ГПК 8. При этом в рассматриваемом примере пакет ГПК 8 разделен на три параллельно включенных по воде секции 9 (фиг.2), каждая из которых снабжена независимыми отключающими органами по воде и газам в виде соответственно запорной водяной арматуры 10 (фиг.2) и рольставни 11 с управляемым электроприводом 12 (фиг.1), вынесенным за пределы газохода 1. Каждая водогрейная секция 9 составлена из горизонтально расположенных труб Фильда 13 со спаренными входной и выходной сборными камерами соответственно 14, 15 (фиг.1, 3), вынесенными за пределы газохода 1, внутренней трубой 16 и наружной оребренной трубой 17 (фиг.3).
Работа котла-утилизатора
Выбранный в качестве примера КУ согласно полезной модели работает следующим образом. Выхлопные газы ГТУ поступают в газоход 1 и движутся в нем снизу вверх в направлении стрелок, обозначенных на чертеже (фиг.1), обогревая установленные в нем конвективные поверхности нагрева 3-8. Конденсат, пройдя ГПК 8, деаэраторные колонки низкого и высокого давления и питательные насосы (на чертеже не показаны) подается в водяные экономайзеры 7 и 5 низкого и высокого давления, после которых питательная вода по ступает в соответствующие сепарационные барабаны 2. В подключенных к ним контурах циркуляции высокого и низкого давления с ИПН 4,6 генерируется пар, который, пройдя соответствующие пакеты пароперегревателя 3, подается в паровую турбину (не показана). Часть подогретого в ГПК конденсата может направляться тепловому потребителю. Необходимая регулировка режимов работы ГПК по воде и обогреву горячими газами обеспечивается запорной водяной арматурой 10 (фиг.2) и рольставнями 11 (фиг.1).
Промышленное применение
Для всережимной ПТУ 25/20 был спроектирован КУ, в котором при номинальной мощности без дожигания топлива перед котлом и ГПК при температуре наружного воздуха -3,1°С отпускается 0,9 Гкал/ч тепла, а при дожигании топлива только перед ГПК при тех же условиях отпускается 9 Гкал/ч. Соответственно этому диапазону выделения тепла расход конденсата через ГПК будет меняться от 38 до 199 т/ч.