УТИЛИЗАЦИОННАЯ ПАРОВАЯ КОТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА
UTILISATION STEAM BOILER PLANT

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в энергетических парогазовых установках (ПТУ), содержащих газотурбинные установки (ГТУ) с утилизационными паровыми котельными установками.
Ближайшим аналогом (прототипом) изобретения является утилизационная паровая котельная установка (КУ) П-88, примененная в ПГУ-170 и ПТУ-325 /1/ (с.18, рис.12), /2/ (с.40-42), содержащая пароперегреватели, испарители и экономайзеры высокого и низкого давления (в.д. и н.д.), а также термический деаэратор питательной воды с питательным насосом. КУ сообщена на входе по греющему теплоносителю с выходом газовой турбины по выхлопным газам.
В КУ теплом выхлопных газов ГТУ вырабатывают пар двух давлений. Экономайзер н.д. по своему функциональному назначению является газовым подогревателем конденсата (ГПК). Конденсат в КУ поступает на вход экономайзера н.д. по конденсату и далее в деаэратор. Деаэрированную (питательную) воду из деаэратора подают питательным насосом на вход по питательной воде барабана-сепаратора н.д. и экономайзера в.д., из которого затем вода поступает на вход по питательной воде барабана-сепаратора в.д. Греющим теплоносителем деаэратора является пар н.д., соответственно давление и температура в деаэраторе не превышают давление и температуру в барабане н.д.
Основными недостатками данного технического решения, снижающими производительность пара н.д., являются, во-первых, необходимость поддержания температуры конденсата на входе в деаэратор на 10…40°С ниже температуры в барабане н.д. на всех режимах по условию работы деаэратора, во-вторых, значительные потери давления в тракте перегрева пара н.д., составляющие порядка 20% от давления в барабане н.д. и складывающиеся из потерь давления непосредственно в трубах пароперегревателя н.д. (ППНД), в подводящем узле раздачи пара по трубам ППНД (в так называемой улитке) и в сборном коллекторе пара н.д. за ППНД.
Поддержание недогрева конденсата до температуры в деаэраторе в указанном диапазоне обеспечивается путем регулируемого пропуска конденсата через байпас ГПК по конденсату /2/ (с.41, рис.1), что, в сочетании с требованием поддержания температуры конденсата перед ГПК на уровне 60°С (для предотвращения влажной коррозии труб ГПК на входе конденсата), существенно усложняет систему регулирования КУ.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение производительности пара н.д. за счет снижения потерь давления в тракте перегрева пара н.д. и повышения температуры конденсата за ГПК вплоть до температуры в барабане н.д., а также упрощение системы регулирования КУ.
Для достижения указанного технического результата в заявляемой утилизационной паровой котельной установке, содержащей пароперегреватели, испарители и экономайзеры двух или трех давлений, барабан-сепаратор нижнего давления (н.д.) и термический деаэратор, сообщенный на входе по деаэрируемому конденсату с выходом экономайзера н.д. по конденсату, на выходе по питательной воде - с входами барабана н.д. и экономайзера (экономайзеров) высокого (и среднего) давления по питательной воде, в соответствии с изобретением ППНД выполнен в виде водяного пароперегревателя, сообщенного на входе по греющей воде с выходом по воде экономайзера среднего или высокого давления, на выходе по греющей воде - с входом деаэратора по греющему теплоносителю.
Деаэратор на выходе по деаэрированной воде может быть сообщен с входом экономайзера в.д. по питательной воде через тракт охлаждающей воды внешнего источника тепла.
Изобретение поясняется примером реализации заявляемой утилизационной паровой котельной установки (КУ) в варианте двух давлений, схематически изображенной на чертеже.
КУ содержит пароперегреватель в.д. 1, испаритель в.д. 2, экономайзер в.д. 3, водяной пароперегреватель н.д. (ППНД) 4, испаритель н.д. 5, экономайзер н.д. 6, а также содержит барабан-сепаратор н.д. 7 и термический деаэратор 8, в данном примере - с одним питательным насосом в.д. 9, сообщенный на входе по деаэрируемому конденсату с выходом экономайзера н.д.6 по конденсату, на выходе по питательной воде - через насос 9 - с входами барабана н.д. 7 и экономайзера в.д. 3 по питательной воде.
Водяной ППНД 4 на входе по греющей воде сообщен с выходом по воде, в данном случае экономайзера в.д. 3, на выходе по греющей воде - с входом деаэратора 8 по греющему теплоносителю.
Исходным греющим теплоносителем КУ являются выхлопные газы ГТУ, на схеме не показанной.
Деаэратор 8 на выходе по деаэрированной воде может быть сообщен с входом экономайзера в.д. 3 по питательной воде через тракт охлаждающей воды внешнего источника тепла, в данном примере - водяного воздухоохладителя 10 ГТУ.
Установка работает следующим образом.
В КУ теплом выхлопных газов ГТУ вырабатывают пар двух давлений. Конденсат в КУ поступает на вход экономайзера н.д. 6 по конденсату и далее в деаэратор 8 с регулированием при помощи регулирующего клапана (РК) 11 по уровню воды в деаэраторе 8. Деаэрированную (питательную) воду из деаэратора подают питательным насосом 9 на вход по питательной воде барабана-сепаратора н.д. 7 и на вход по питательной воде экономайзера в.д. 3, из которого затем вода поступает на входы по питательной воде барабана-сепаратора в.д. 12 и по греющей воде ППНД 4. Воду в барабаны н.д. и в.д. подают с регулированием по уровням воды в барабанах н.д. и в.д. при помощи РК 13 и РК 14, греющую воду в ППНД 4 - с регулированием по давлению в деаэраторе 8 при помощи РК 15.
Величина температуры конденсата перед деаэратором для обеспечения подогрева конденсата в деаэраторе на 11-25°С в заявляемой КУ существенного значения не имеет, поскольку требуемый подогрев конденсата и соответствующее ему давление в деаэраторе могут быть обеспечены подачей греющей воды в деаэратор в нужном количестве.
В связи с этим температура конденсата перед деаэратором не регулируется. В номинальном режиме она может быть принята равной температуре в барабане н.д., т.е., по меньшей мере, на 10°С выше, чем в прототипе. На частичных режимах она может и превышать температуру воды в барабане н.д. 7 с соответствующим эффектом повышения производительности пара н.д.
В то же время расход греющей воды в деаэратор на всех режимах оказывается достаточно большим для того, что эта вода могла быть также использована в качестве промежуточного теплоносителя для передачи тепла греющих газов пару н.д. через экономайзер в.д. 3 и водяной ППНД 4 с приемлемыми средними температурными напорами.
Потери же давления в тракте водяного ППНД 4 - это, в основном, потери давления пара в корпусе ППНД 4, его поверхности теплообмена могут быть выполнены, например, в виде пучка водяных оребренных труб, поперечно обтекаемого паром, со значительно более высоким коэффициентом теплопередачи и, следовательно, значительно более компактного, чем в ППНД прототипа. Улитка раздачи пара н.д. и сборный коллектор отсутствуют. В результате потери давления в водяном ППНД 4 оказываются примерно на порядок ниже, чем в прототипе.
Снижение потерь давления в ППНД 4 и повышение температуры конденсата перед деаэратором (вплоть до температуры в барабане н.д.) в отсутствие необходимости поддержания ее на каком-то определенном уровне обеспечивают повышение производительности пара н.д. с одновременным упрощением системы регулирования КУ.
Подача питательной воды в экономайзер в.д. 3 из деаэратора 8 через тракт охлаждающей воды внешнего источника тепла, в данном примере - водяного воздухоохладителя 10 ГТУ (в случае наличия такового в системе охлаждения ГТУ, как, например, в комплектной ГТУ ПТУ-325 ГТД-110) позволяет утилизировать отводимое в воздухоохладитель 10 тепло для дополнительного увеличения производительности пара н.д.
В случае, когда КУ содержит три парогенерирующих контура разных давлений и термический деаэратор на выходе по питательной воде соединен с входами по питательной воде экономайзеров высокого и среднего давления, водяной ППНД на входе по греющей воде может быть сообщен с выходом по питательной воде экономайзера среднего или высокого давления, в зависимости от тепловой схемы ПТУ, в которой используется заявляемая КУ.
Приведенный на чертеже пример предназначен лишь для иллюстрации заявляемого изобретения по обоим пунктам формулы и не исчерпывает всего многообразия возможных технических решений по его реализации.
Так, например, водяной ППНД может быть сообщен с выходом по воде экономайзера в.д. не непосредственно, а через тракт по греющей воде другого потребителя тепла - водяного перегревателя пара среднего давления или водяного промежуточного перегревателя пара, и т.п.
Источники информации
1. История парогазового цикла в России. Перспективы развития. / Петреня Ю.К. // Сборник конференции «Энергетическое машиностроение - новые решения», Екатеринбург, 2006, с.6-26, http://utz.ru/file/file007.pdf.
2. Утилизационные котельные установки для ГПА-110. / Петров Ю., Чуканов А., Зелинский А. // Газотурбинные технологии, №6, 2003, с.40-42