ПРЯМОТОЧНЫЙ КОТЕЛ-УТИЛИЗАТОР ДЛЯ ПАРОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ

Полезная модель относится к области котлостроения и может быть использована в парогазовых установках (ПГУ) тепловых электростанций (ТЭС) в качестве парового котла-утилизатора (КУ) теплоты выхлопных газов, входящей в состав ПГУ газовой турбины (ГТ).
Известен КУ с принудительной циркуляцией для парогазовой установки, содержащий вертикальную шахту с примыкающей к ее нижней части поворотным патрубком для соединения с выхлопным патрубком газовой турбины указанной установки, расположенные в шахте змеевиковые пакеты водяного экономайзера, испарительных поверхностей нагрева и пароперегревателя, а также сепарационный барабан, подключенный к указанным змеевиковым пакетам [1] - аналог. Использование такого котла, в особенности при реконструкции действующих ТЭС, требует значительных капиталовложений на изготовление и монтаж сепарационного барабана, сложной системы опускных труб, насосов принудительной циркуляции котловой воды и усложняет технологию пуска. Кроме того, котлы с принудительной циркуляцией так же, как котлы с естественной циркуляцией, могут работать только в докритической области давлений генерируемого пара, что уменьшает возможности повышения КПД ПГУ.
Известен прямоточный КУ для ПГУ, содержащий вертикальную шахту с примыкающей к ее нижней части поворотным патрубком для соединения с выхлопным патрубком ГТ ПГУ, расположенный в шахте и имеющий два - входной и выходной смесительные коллекторы змеевиковый пакет поверхностей нагрева, включающий экономайзерный и объединенный испарительно-пароперегревательный участок (ИППУ) [2]. Такой котел не имеет сепарационного барабана и не ограничен верхним пределом давления генерируемого пара. Кроме того, по сравнению с барабанными КУ, он менее инерционен в управлении. К недостаткам [2] можно отнести то, что для повышения гидравлической устойчивости ИППУ экономайзерный участок котла помещен в нижней части шахты первым по ходу греющего потока выхлопных газов ГТ. При этом неоправданно теряется на подогрев питательной воды до сравнительно низкой температуры наиболее высокотемпературная часть греющего потока, что уменьшает температуру перегрева генерируемого пара и увеличивает потребную поверхность нагрева ИППУ.
Достигаемым результатом полезной модели является повышение эффективности работы прямоточного КУ при сохранении гидравлической устойчивости ИППУ.
Указанный результат обеспечивается тем, что в прямоточном КУ для ПГУ, содержащем вертикальную шахту с примыкающей к ее нижней части поворотным патрубком для соединения с выхлопным патрубком газовой турбины указанной установки, расположенный в шахте и имеющий два - входной и выходной смесительные коллекторы змеевиковый пакет поверхностей нагрева, включающий экономайзерный и объединенный ИППУ, согласно полезной модели экономайзерный участок расположен по ходу газов за испарительно-пароперегревательным участком, а трубы пакета между указанными участками образуют петлю с вынесенным за пределы шахты опускным и расположенным внутри нее подъемным участками, причем экономайзерный участок, а также указанные опускной и подъемный участки петли разделены промежуточными смесительными коллекторами. Для одновременной выработки пара более низкого давления в шахте котла согласно полезной модели дополнительно может быть установлен второй змеевиковый пакет поверхностей нагрева, не связанный с первым и аналогичный с ним по конструкции.
На чертеже схематично изображен в продольном разрезе один из возможных примеров выполнения КУ согласно полезной модели. Прямоточный КУ для ПГУ (на чертеже не показана) содержит вертикальную шахту 1 с примыкающей к ее нижней части (в данном примере со стороны фронтовой стены 2 поворотным патрубком 3 для соединения с выхлопным патрубком ГТ ПГУ. Внутри шахты 1 последовательно по ходу потока греющих газов расположены два змеевиковых пакета 4 и 5 для выработки пара высокого и низкого давления. При этом пар высокого давления направляется на вход первой ступени, а пар низкого давления может подмешиваться к отработавшему пару соответствующей промежуточной ступени паровой турбины (ПТ) ПГУ или использоваться для других целей. Каждый из змеевиковых пакетов 4, 5 имеет входной смесительный коллектор соответственно 6, 7 для подачи питательной воды и выходной смесительный коллектор соответственно 8, 9 для отвода пара. В состав каждого из змеевиковых пакетов 4, 5 входят экономайзерный участок соответственно 10, 11 и ИППУ соответственно 12, 13. При этом согласно полезной модели экономайзерные участки 10, 11 расположены по ходу газов за соответствующими ИППУ 12, 13, а трубы каждого змеевикового пакета 4, 5 между указанными участками образуют петлю с вынесенным за пределы шахты опускным участком 14, 15 и расположенным внутри нее подъемным участком 16, 17. При этом экономайзерные участки 10, 11, а также указанные опускные участки 14, 15 и соответственные подъемные участки 16, 17 петли разделены промежуточными смесительными коллекторами соответственно 18, 19 и 20, 21.
Прямоточный паровой КУ согласно полезной модели работает следующим образом. Во входные смесительные коллекторы 6, 7 с помощью не показанных на чертеже питательных насосов подается питательная вода, которая в каждом змеевиковом пакете 4, 5 проходит вначале (встречно или в спутном направлении по отношению к потоку греющих выхлопных газов ГТ) экономайзерные участки 10, 11, а затем последовательно через опускной участок 16 и подъемный участок 17 поступает (встречно по отношению к потоку греющего потока газов) в ИППУ 12, 13. Выработанный пар высокого и низкого давлений из смесительных коллекторов соответственно 8 и 9 направляется к соответствующим ступеням ПТ ПГУ. Экономайзерный участок 11 в контуре низкого давления КУ может служить в качестве газового подогревателя конденсата (ГПК). Введение трубных петель с неохлаждаемыми опускными и обогреваемыми подъемными участками позволяет обеспечить надежную гидравлическую устойчивость ИППУ без необходимости переноса экономайзерного участка поверхностей нагрева в высокотемпературную зону, что существенно повышает эффективность утилизации теплоты выхлопных газов ГТ, способствуя повышению КПД ПГУ в целом.
Источники информации:
1. Авторское свидетельство SU 1740857. F23В 1/18? 1989.
2. Патент US 7383791, НКИ 122/406.4, МПК F22В 35/00, 2008.