ЭНЕРГОБЛОК Российский патент 1994 года по МПК F01K13/00 F01K23/00 

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для выработки электрической энергии на паросиловых электростанциях, использующих для генерации водяного пара твердое топливо.

Известен энергоблок, содержащий воздушный компрессор, нагнетательный воздухопровод которого подключен к топке высоконапорного парогенератора с испарительными и пароперегревательными поверхностями нагрева, выходы которых подключены к паровой турбине с электрическим генератором и конденсатором, а также питательный насос, при этом выход газов из высоконапорного парогенератора подключен к расширительной машине.

Однако такой энергоблок имеет недостаточную единичную мощность, а также повышенные массогабаритные характеристики элементов основного энергетического оборудования, увеличенный объем строительно-монтажных работ и отчуждение значительных территорий для сооружения ТЭС с данным энергетическим оборудованием.

Целью изобретения является увеличение единичной мощности энергоблока при снижении массогабаритных характеристик элементов основного энергетического оборудования, сокращении объемов строительно-монтажных работ и площадей отчуждаемых территорий, необходимых для сооружения энергоблока.

Цель достигается тем, что в предлагаемом энергоблоке циклонная камера сгорания твердого топлива выполнена в виде единого комплекса с элементами очистки газов продуктов сгорания от твердых частиц и с дополнительными поверхностями нагрева, размещенными в высоконапорном парогенераторе, при этом энергоблок снабжен дополнительным паротурбинным контуром.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что ему не присущи признаки, характеризующие выполнение камеры сгорания в виде единого комплекса с элементами очистки газов от твердых частиц и дополнительными поверхностями нагрева. Таким образом предложенное техническое решение соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие его от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

На чертеже представлена принципиальная схема энергоблока.

Энергоблок содержит охладитель 1 атмосферного воздуха, подключенный к воздушному компрессору 2, напорный воздуховод которого подключен к циклонной камере 3 с ограничительным порогом 4. Камера 3 сообщена сливным каналом 5 с промежуточной камерой 6, к которой подключен трубопровод 7. В промежуточной камере 6 размещены поверхности 8 нагрева водоугольной суспензии, используемой в качестве топлива в предлагаемом энергоблоке, и питатель 9, соединенный с накопительным бункером 10, нижняя часть которого выполнена в виде шлакового затвора (по типу гидрозатвора) и снабжена леткой 11. В сбросной ветви шлакового затвора бункера 10 размещены поверхности нагрева 12, используемые для повышения эффективности работ затвора и утилизации физического тепла шлаковых частиц. Циклонная камера 3 также подключена к циклону 13 очистки топочных газов, в верхней части которого размещена конфузорная вставка 14 с цилиндрической проставкой 15, размещенной с зазором относительно конфузорной вставки 14.

Нижняя часть циклона 13 выполнена в виде зольного затвора (по типу гидрозатвора), в сбросной ветви которого размещены поверхности нагрева 16, используемые для повышения эффективности работы затвора и утилизации физического тепла зольных частиц, отсепарированных в конфузорной вставке 14 и внутренней цилиндрической проставке 15 циклона 13. Нижняя часть циклона 13 снабжена леткой 17 и подключена перепускным каналом 18 к нижней части накопительного бункера 10, который выпускным каналом 19 подключен к высоконапорному парогенератору 20.

В высоконапорном парогенераторе 20 по ходу топочных газов размещены испарительные и пароперегревательные поверхности нагрева 21, 22 и 23, которые соответственно подключены к паросиловому блоку 24, к паровпуску дополнительной паровой турбины 25 и промежуточной ступени дополнительной паровой турбины 25, при этом одна из промежуточных ступеней дополнительной паровой турбины 25 подключена паропроводом 26 к промежуточной камере 6 циклонной камеры сгорания. Выхлоп турбины 25 подключен к воздушному конденсатору 27, размещенному в вытяжной башне 28.

Конденсатор 27 подключен через конденсатный насос 29 к питательным насосам 30 и 31 высокого и низкого давления. Напорный трубопровод питательного насоса 30 подключен к поверхностям нагрева 12 и 16, являющимся системой регенерации дополнительной паровой турбины 25, выходы которых подключены к испарительным и пароперегревательным поверхностям 22 нагрева. Напорный трубопровод питательного насоса 31 подключен к поверхности 23 нагрева, выход которой подключен к соответствующей промежуточной ступени дополнительной паровой турбины 25.

Высоконапорный парогенератор 20 по уходящим газам подключен к скрубберу 32, снабженному замкнутым контуром охлаждения с насосом 33, подогревателем 34 водоугольной суспензии и охладителем 35, причем подогреватель 34 соединен с насосом 36, подающим водоугольную суспензию в циклонную камеру 3.

По охлаждающим газам скруббер 32 подключен через осушитель 37 газов к турбодетандеру 38, выхлоп которого соединен через охладитель 1 атмосферного воздуха с вытяжной башней 28.

Воздушный компрессор 2, дополнительная паровая турбина 25 и турбодетандер 38 размещены на одном валу с дополнительным электрическим генератором 39.

Энергоблок работает следующим образом.

Атмосферный воздух после прохождения охладителя 1 поступает в воздушный компрессор 2, где сжимается до давления порядка 15 кгс/см². Сжатый в воздушном компрессоре 2 воздух подается в циклонную камеру 3, где для снижения образования окисных соединений азота осуществляется многоступенчатое сжигание водоугольной суспензии при температуре, обеспечивающей выход жидкого шлака. Жидкий шлак, скапливающийся на стенках циклонной камеры 3 при помощи ограничительного порога 4, направляется в сливной канал 5. Сливающийся по сливному каналу 5 в промежуточную камеру 6 жидкий шлак струями воды, поступающей по трубопроводу 7, гранулируется в шлаковые частицы, которые скапливаются в нижней части промежуточной камеры 6.

Водоугольная суспензия перед подачей в циклонную камеру 3 подогревается в поверхностях нагрева 8.

Шлаковые частицы питателем 9, обеспечивающим поддержание определенного верхнего уровня шлаковых частиц в промежуточной камере 6, подаются в накопительный бункер 10, откуда удаляются через летку 11. Из циклонной камеры 3 газообразные продукты сгорания водоугольной суспензии, содержащие около 5-10% золы топлива, поступают в циклон 13, в верхнюю часть которого (по стрелке А) для десульфации топочных газов подается при помощи сжатого воздуха, отбираемого из компрессора 2, размолотая известь при соотношении Ca/S ≥ 5. В зазор между конфузорной вставкой 14 и цилиндрической проставкой 15 стекает основная масса зольных частиц, отсепарированных в конфузорной вставке 14. Зольные частицы удаляются из нижней части циклона 13 через летку 17.

Очищенные в циклоне 13 поточные газы по перепускному каналу 18 поступают в нижнюю часть накопительного бункера 10, где фильтруются через слой шлаковых частиц. Здесь расплавы СаО, CaSO₄ и других химических соединений абсорбируются на поверхности шлаковых частиц. Прошедшие через слой шлаковых частиц горячие топочные газы по выпускному каналу 19, расположенному в верхней части накопительного бункера 10, сбрасываются в высоконапорный парогенератор 20.

В высоконапорном парогенераторе 20 в поверхностях нагрева 21 генерируется пар стандартных параметров, который направляется в энергоблок 24, в поверхностях нагрева 22 - "острый" пар на давление порядка 90 кгс/см² для дополнительной паровой турбины 25, а в поверхностях нагрева 23 - пар низких параметров, соответствующий давлению в промежуточной ступени дополнительной паровой турбины 25.

Пар, генерируемый в верхней части промежуточной камеры 6 при осуществлении процесса гранулирования жидкого шлака, по паропроводу 26, присоединенному в верхней части промежуточной камеры 6, направляется в соответствующую промежуточную ступень дополнительной паровой турбины 25.

Отработанный пар дополнительной паровой турбины 25 конденсируется в воздушном конденсаторе 27 и подается конденсатным насосом 29 на вход питательных насосов 30 и 31. Питательный насос 30 подает конденсат через поверхности нагрева 12 и 16 в испарительные и пароперегревательные поверхности нагрева 22.

Часть питательной воды, нагретой в поверхностях нагрева 12 по трубопроводу 7 подается в промежуточную камеру 6 для гранулирования шлаковых частиц из жидкого шлака, стекающего из циклонной камеры 3 по сливному каналу 5.

Питательный насос 31 подает конденсат в испарительные и пароперегревательные поверхности нагрева 23.

Охлажденные в поверхностях нагрева 21, 22 и 23 высоконапорного парогенератора 20 до температуры 100-130^оС топочные газы поступают в скруббер 32, где при подаче охлаждающей воды, циркулирующей по замкнутому контуру, осуществляется конденсация основной массы водяных паров, находящихся в топочных газах. Охлаждающая вода циркулирует по замкнутому контуру при помощи насоса 33, а ее охлаждение последовательно осуществляется в подогревателе 34 водоугольной суспензии и охладителе 35. Избыток конденсата удаляется из замкнутого контура циркуляции охлаждающей воды скруббера по стрелке Б.

Водоугольная суспензия подается в циклонную камеру 3 при помощи топливного насоса 36.

Охлажденные в скрубере 32 топочные газы направляются в осушитель 37 газов, где удаление водяных паров осуществляется за счет прохождения топочных газов через один или несколько слоев силикагелевых поглотителей, размещенных в осушителе 37 газов.

Осушенные топочные газы поступают в турбодетандер 38, в котором расширяются до давления, незначительно превосходящего давление окружающей среды. За счет расширения в турбодетандере 38 топочные газы охлаждаются до температуры минус 50-55^оС и направляются в охладитель 1 атмосферного воздуха, где охлаждают атмосферный воздух, используемый в дальнейшем после сжатия в воздушном компрессоре 2 для сжигания водоугольной суспензии в циклонной камере 3.

После прохождения охладителя атмосферного воздуха 1 топочные газы сбрасываются в вытяжную башню 28 воздушного конденсатора 27 дополнительной паровой турбины 25.

Экономическая эффективность предлагаемого энергоблока складывается из роста единичной мощности при идентичных исходных данных с альтернативным агрегатом, уменьшения массогабаритных характеристик элементов основного энергетического оборудования, в частности парогенерирующего комплекса, снижения объема строительно-монтажных работ и сокращения площадей отчуждаемых теppиторий, необходимых для сооружения энергетического объекта. Традиционный твердотопливный энергоблок типа К-300-240 при единичной мощности 300 МВт размещается в ячейке 48 м, в трехпролетном здании главного корпуса, имеющем в плане площадь 4608 м² и строительный объем 179150 м³. Предлагаемый энергоблок при единичной момщности порядка 350-370 МВт может быть смонтирован в ячейке 72 м в однопролетном здании главного корпуса, которое будет занимать в плане площадь 3240 м² и иметь строительный объем 106920 м³. (56) Сборник научных трудов ЦКТИ, N 163, Л. : 1978, с. 6, рис. 2а.

Использование: в области энергетики для выработки электрической энергии на паросиловых электростанциях, использующих для генерации водяного пара твердое топливо. Сущность изобретения: энергоблок включает в свой состав воздушный компрессор 2, нагнетательный воздухопровод которого подключен к топке 3 высоконапорного парогенератора 20 с испарительными и пароперегревательными поверхностями нагрева, выходы которых подключены к паровой турбине с электрическим генератором и конденсатором, а также питательный насос, при этом выход газов из высоконапорного парогенератора подключен к турбодетандеру 38. Энергоблок оснащен также дополнительным паросиловым контуром, включающим дополнительную паровую турбину 25 с воздушным конденсатором 27. Высоконапорный парогенератор выполнен с дополнительными поверхностями нагрева низкого и высокого давления и выносной циклонной камерой 3 сгорания для твердого топлива. Камера 3 может быть выполнена в едином корпусе с циклоном 13 очистки топочных газов и накопительным бункером 10, при этом корпус имеет промежуточную камеру 6 с теплообменной поверхностью 8 подогрева топлива. 3 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. ЭНЕРГОБЛОК, содержащий воздушный компрессор, нагнетательный воздухопровод которого подключен к топке высоконапорного парогенератора с испарительными и пароперегревательными поверхностями нагрева, выходы которых подключены к паровой турбине с электрическим генератором и конденсатором, а также питательный насос, при этом выход газов из высоконапорного парогенератора подключен к расширительной машине, отличающийся тем, что, с целью увеличения единичной мощности и снижения массо-габаритных характеристик, энергоблок снабжен дополнительным паросиловым контуром, включающим дополнительную паровую турбину с воздушным конденсатором, питательные насосы низкого и высокого давления, поверхности нагрева низкого и высокого давления, входы и выходы которых подключены соответственно к напорным патрубкам соответствующего насоса и к промежуточной ступени дополнительной паровой турбины и паровпуску последней, при этом высоконапорный парогенератор выполнен с выносной циклонной камерой сгорания, циклоном очистки топочных газов, накопительным бункером и размещенными в нем и в нижней части циклона по меньшей мере двумя теплообменными поверхностями нагрева, причем первая из них подключена к поверхности нагрева высокого давления после питательного насоса, а вторая - к промежуточной ступени дополнительной паровой турбины, а расширительная машина выполнена в виде турбодетандера. 2. Энергоблок по п. 1, отличающийся тем, что циклонная камера сгорания, циклон очистки топочных газов и накопительный бункер выполнены в едином корпусе, имеющим промежуточную камеру с теплообменной поверхностью подогрева топлива, соединенную своей нижней частью с накопительным бункером и посредством сливного канала жидкого шлака с камерой сгорания, при этом последняя по газам подсоединена к циклону очистки топочных газов. 3. Энергоблок по п. 2, отличающийся тем, что он снабжен скруббером с охладителем и насосом охлаждающей воды, размещенным в газоходе после высоконапорного парогенератора, при этом выход охладителя скруббера подключен к теплообменной поверхности подогрева топлива. 4. Энергоблок по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что нижние части накопительного бункера и циклона очистки топочных газов выполнены в виде гидрозатворов, накопительные ветви которых соединены перепускным каналом.