ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ПАРОВОЙ КОТЕЛ-УТИЛИЗАТОР С ПОВЫШЕННОЙ КРАТНОСТЬЮ ЦИРКУЛЯЦИИ

В настоящее время все большее распространение получают парогазовые установки (ПГУ), в которых с целью утилизации тепла газов после газовой турбины устанавливаются паровые котлы-утилизаторы с естественной циркуляцией. Полученный в котле пар используется, в основном, в паровой турбине для выработки электроэнергии.
Существует два компоновочных типа котлов-утилизаторов - горизонтальные и вертикальные. В горизонтальном котле трубы испарительных поверхностей расположены вертикально, что, благодаря их относительно низкому гидравлическому сопротивлению силам гравитации позволяет обеспечить естественную циркуляцию пароводяной смеси с требуемой оптимальной кратностью циркуляции (3-3,5). В вертикальном котле трубы испарительных поверхностей расположены горизонтально, что из-за повышенного гидравлического сопротивления силам гравитации требует применения принудительной циркуляции или значительного увеличения высоты установки сепарационных барабанов для увеличения циркуляционного напора. Однако для размещения горизонтального котла-утилизатора необходима относительно большая площадь, что создает определенные трудности для компоновки оборудования электростанции. Кроме того, горизонтальный котел-утилизатор с несколькими ступенями давления содержит большое (соответствующее числу ступеней) число последовательно установленных вертикальных испарительных панелей. Тепловое напряжение этих панелей различно, поэтому они объединяются между собой в сложные контуры циркуляции. При этом наличие большого числа испарительных панелей увеличивает затраты на создание и обслуживание линий продувок этих панелей. Из упомянутых двух типов котлов-утилизаторов, учитывая изложенное, для промышленной реализации предпочтительным является вертикальный котел при условии устранения присущих этому типу котлов упомянутых выше недостатков.
Известен котел-утилизатор с естественной циркуляцией, содержащий вертикальный газоход с передней, задней и боковыми стенами, имеющий в поперечном сечении форму неравностороннего прямоугольника, по меньшей мере один горизонтальный сепарационный барабан, расположенный параллельно одной из стен газохода и помещенную внутри газохода испарительную поверхность в виде по меньшей мере одного конвективного пакета плоских змеевиков, подключенных параллельно к сепарационным барабанам [1] - прототип. Известному котлу [1] присущи все отмеченные выше недостатки парового котла вертикального типа, в частности, сепарационный барабан котла расположен на сравнительно высокой отметке для преодоления высокого гидравлического сопротивления горизонтально расположенных труб испарительной поверхности.
Достигаемым результатом полезной модели является повышение эффективности работы котла-утилизатора вертикального типа, имеющего в поперечном сечении форму неравностороннего прямоугольника, путем существенного уменьшения гидравлического сопротивления труб испарительной поверхности без необходимости подъема сепарационного барабана на высокую отметку.
Указанный результат обеспечивается тем, что в котле-утилизаторе с естественной циркуляцией, содержащем вертикальный газоход с передней, задней и боковыми стенами, имеющий в поперечном сечении форму неравностороннего прямоугольника, по меньшей мере один горизонтальный сепарационный барабан, расположенный параллельно одной из стен газохода и помещенную внутри газохода испарительную поверхность в виде по меньшей мере одного конвективного пакета плоских змеевиков, подключенных параллельно к сепарационным барабанам, согласно полезной модели плоскости змеевиков конвективных пакетов расположены в газоходе перпендикулярно более протяженным стенам газохода, а сепарационные барабаны расположены вдоль этих стен.
На фиг.1 схематически изображен пример конструктивного выполнения котла-утилизатора согласно полезной модели, вид на боковую сторону; на фиг.2 - разрез по А-А фиг.1.
Котел-утилизатор согласно полезной модели содержит вертикальный газоход 1 с передней и задней стенами соответственно 2 и 3 (фиг.2) и боковыми стенами 4.5 (фиг.1). В поперечном сечении (на чертеже не показано) газоход 1 имеет форму неравностороннего прямоугольника с более протяженными боковыми стенами соответственно 4,5 и менее протяженными передней и задней стенами соответственно 2,3. В газоходе 1 последовательно (по ходу газов) установлены следующие конвективные поверхности нагрева, выполненные в виде пакетов плоских змеевиков: пароперегреватель 6 высокого давления, испарительная поверхность 7 высокого давления, водяной экономайзер 8, пароперегреватель низкого давления 9, испарительная поверхность низкого давления 10, газовый подогреватель 11 конденсата. Змеевики испарительной поверхности 7 высокого давления подключены с помощью подъемных труб 12 и опускных труб 13 параллельно к сепарационному барабану 14 высокого давления (фиг.1), расположенному параллельно боковой стене 4. Змеевики испарительной поверхности 10 низкого давления подключены с помощью подъемных труб 15 и опускных труб 16 параллельно к сепарационному барабану 17. Плоскости змеевиков конвективных пакетов расположены в газоходе 1 перпендикулярно более протяженным стенам газохода (для данного примера перпендикулярно боковым стенам 4 и 5), а сепарационные барабаны расположены вдоль этих стен.
Выбранный в качестве примера котел-утилизатор согласно полезной модели работает следующим образом. Выхлопные газы газотурбинной установки поступают в газоход 1 и движутся в нем снизу вверх в направлении стрелок, обозначенных на чертеже (фиг.1 и фиг.2), обогревая установленные в нем конвективные поверхности нагрева 6-11. Питательная вода, пройдя газовый подогреватель 11 конденсата, деаэраторные колонки низкого и высокого давления и питательные насосы (на чертеже не показаны) подается в экономайзер 6, после которого вода поступает в барабаны 14 и 17. В контурах
высокого и низкого давления, образованных соответственно барабаном 14, испарительной поверхностью 7 высокого давления, опускными трубами 13, подъемными трубами 12 и барабаном 17 низкого давления, испарительной поверхностью 10 низкого давления, опускными трубами 16, подъемными трубами 15, осуществляется циркуляция котловой воды с высокой кратностью, обеспечиваемой увеличенным количеством испарительных труб и укороченной длиной змеевиков, подключенных к барабанам 14 и 17. Необходимая расчетная величина испарительных поверхностей 7 и 10 при укороченной длине змеевиков обеспечивается соответствующим увеличением их числа. При этом высотные габариты теплообменных пакетов и вертикального газохода (шахты) котла не изменяются.
Источники информации:
1. Полезная модель RU №18193 7 F 22 В 1/18, 2000.