КОМБИНИРОВАННАЯ ПАРОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1995 года по МПК F01K13/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть применено в промышленных и энергетических газифицированных котельнях.

Известны аппараты воздушного охлаждения, в которых за счет наружного орошения трубного пучка водой интенсифицируется теплообмен между охлаждащей и охлаждаемой средами, повышается эффективность работы аппарата в целом.

Известны также контактные экономайзеры, устанавливаемые за газифицированными котлами для утилизации теплоты уходящих газов. Для повышения эффективности утилизации теплоты уходящих газов применяются конструкции контактных теплообменников с активной насадкой (КТАН), где за счет орошения водой поверхностей нагрева газ-вода заметно интенсифицируется теплообмен между охлаждающим газом и нагреваемой водой.

Недостатком всех вышеупомянутых теплообменников является низкая конечная температура нагреваемой воды. Это является следствием низкой температуры точки росы уходящих газов, составляющей 45-50^оС при сжигании сернистых топлив при избытке воздуха 1,1-1,2. Недостатком КТАНов является также потери теплоты с орошающей воды.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому техническому решению является установка для утилизации теплоты уходящих газов газифицированных котельных. Установка содеpжит котел, контактный теплообменник, напpимер, с активной насадкой (КТАН), системами орошения и подогрева воды (в установке указан контактный экономайзер любого типа), газоходы, компрессор дымовых газов и его приводом в виде паровой турбины, турбодетандер, утилизатор в газоходе после компрессора для подогрева сетевой и химически очищенной воды, деаэратор, питательный насос, пароводяные теплообменники подогрева сетевой воды, систему химводоочистки, тепловые потребители, прямой и обратный трубопроводы сетевой воды. В установке дымовые газы после контактного теплообменника, например, КТАНа, сжимаются в компрессоре до 0,3-0,5 МПа и охлаждаются в напорных поверхностях нагрева до 40-50^оС с последующим расширением в турбодетандоре до атмосферного давления. Для компенсации дисбаланса мощности конденсатора-турбодетандера предусматривается установка противодавленческой паровой турбины с использованием теплоты выхлопного пара в пароводяных подогревателях сетевой воды.

Недостатком установки является потеря тепла орошающей воды КТАНа и промывочной воды фильтров химводоочистки, а также обогрев пароводяных теплообменников редуцированным паром котлов. К недостаткам можно отнести и использование в качестве компенсатоpа дисбаланса мощности компрессор-турбодетандер паровой противодавленческой турбины, т.к. при отсутствии парового потребителя на выхлопе этой турбины возможны нарушения баланса мощностей компрессор-турбодетандер-турбина.

Целью предлагаемого изобретения является повышение экономичности и стабилизации режимов работы установки.

Поставленная цель обеспечивается применением теплового насоса и заменой паротурбинного привода газодвигателем с глубокой утилизацией отбросных газов для подогрева питательной и сетевой воды и дальнейшим сбросом этих газов в котел.

Цель достигается тем, что установка, содержащая котел, контактный теплообменник с активной насадкой и системами орошения и подогрева воды, газоходы, компрессор дымовых газов, турбодетандер, турбину, утилизатор в газоходе после компрессора для подогрева сетевой и химически очищенной воды, деаэратор с питательным насосом, теплообменники, систему химводоочистки, прямой и обратный трубопроводы сетевой воды, снабжена тепловым насосом, а его компрессор установлен на одном валу с компрессором дымовых газов и газодвигательным приводом, выхлопной патрубок которого газоходом через газоводяной теплообменник с двумя пучками труб подогрева сетевой и питательной воды соединен с топкой котла, причем испаритель теплового насоса входом охлаждающей стороны присоединен к сливу системы орошения контактного теплообменника и к трубопроводу промывочной воды фильтров химводоочистки, выходом - к трубопроводу подачи орошающей воды и к сливу в канализацию, при этом вход охлаждающей стороны конденсатора теплового насоса соединен с обратным трубопроводом сетевой воды и сливом системы подогрева воды контактного теплообменника, а выход охлаждающей стороны через первый пучок подогрева газоводяного теплообменника - прямым трубопроводом сетевой воды с тепловым потребителем, через второй пучок подогрева этого же теплообменника питательный трубопровод котла соединен с напорным патрубком питательного насоса, на одном валу с которым установлен турбодетандер.

Новым решением является в предлагаемой установке дополнительно установленный на одном валу с газовой турбиной и газовым компрессором компрессор теплового насоса с использованием в его испарителе потоков низкопотенциальной теплоты орошающей воды КТАНа и промывочной воды фильтров химводоочистки для подогрева в конденсаторе этого теплового насоса потоков сетевой воды и воды после нагрева в КТАНе. Новым является и размещение на одном валу турбодетандера и питательного насоса. Газодвигательный привод компрессора теплового насоса и сброс отработавших в турбине газов в котел через газовый теплообменник подогрева как сетевой, так и питательной воды является известным решением. Однако все вместе эти решения, а также новые дополнительные связи между элементами установки служат выполнению поставленной цели - повышение экономичности и стабилизации режимов, и отличает заявляемую установку от известных решений.

На чертеже представлена схема предлагаемой установки.

Установка содержит паровой котел 1, контактный теплообменник с активной насадкой (КТАН) 2, который газоходом 3 подсоединен к всасывающей стороне компрессора дымовых газов 4. Нагнетательная сторона компрессора 4 газоходом 5 через утилизатор 6 с двумя пучками труб - 7 подогрева подпиточной воды до химводоочистки (ХОВ) 8 и пучком 9 подогрева химически очищенной воды подсоединена к турбодетандору 10, который своим выхлопным газоходом 11 соединен с дымовой трубой. Компрессор 12 теплового насоса установлен на одном валу с газовым двигателем 13 и компрессором дымовых газов 4. Выхлоп газодвигательного привода 13 газоходом 14 через газоводяной теплообменник 15 с двумя пучками труб: первый 16 - подогрева сетевой воды и второй 17 - подогрева питательной воды, соединен с топкой котла 1. Испаритель 18 теплового насоса входом охлаждающей стороны трубопроводом 19 соединен со сливом 20 орошающей системы КТАНа 2 и трубопроводом 21 с химводоочисткой 8, выходом же охлаждающей стороны трубопроводом 22 подсоединен к подаче орошающей системы 23 КТАНа 2 и к сливу канализации 24. Конденсатор 25 входом охлаждающей стороны трубопроводом 26 соединен с обратным трубопроводом 27 сетевой воды и выходом трубного пучка системы подогрева 28 в КТАНе 2 подпитки 29 теплосети, выход охлаждающей стороны конденсатора 25, трубопроводом 30 через пучок нагрева 16 газового теплообменника 15 подключен к прямому трубопроводу 31 сетевой воды. К деаэратору 32 подключены трубопроводы подогретой химически очищенной воды 33, возврата конденсата с производства 34 и паропровод 35 редуцированного после РОУ 36 острого пара. Питательный насос 37 деаэратора 32 установлен на одном валу с турбодетандером 10.

Установка работает следующим образом.

Дымовые газы из котла 1 поступают в КТАН 2 и интенсивно отдают часть тепла на трубном пучке 28 нагрева подпитки теплосети 29 как за счет естественного теплообмена, так и за счет орошения пучка труб и встречного потока газа водой из орошающего устройства 23. Охлажденные газы по газоходу 3 подаются на всас компрессора 4, в нем сжимаются и при повышенном давлении поступают в утилизатор 6, где газ отдает тепло химически очищенной воде до ХОВ 8 в пучке 7 и после ХОВ 8 в пучке 9. Далее газ, находящийся еще под давлением поступает в турбодетандер 10, расширяется, приводя во вращение питательный насос 37, и по газоходу 11 выбрасывается в дымовую трубу. Химически очищенная вода после подогрева в пучке 9 по трубопроводу 33 подается в деаэратор 32. Подпиточная вода 29 тепловой сети нагревается в активной насадке 28 КТАНа 2 за счет теплоты дымовых газов, причем интенсификация теплообмена в насадке 28 происходит за счет орошения водой из системы: подача воды 23 и слива 20. Нагретая в системе орошения вода по трубопроводу 19, а также промывочная вода 21 системы фильтров ХОВ 8 поступает в испаритель 18 ТН и, отдавая тепло хладагенту ТН, охлаждается и холодная по трубопроводу 22 подается в систему охлаждения 23, а частично сливается в канализацию 24. В конденсаторе 25 ТН за счет конденсации хладагента нагревается вода: после КТАНа 2 поступающая из трубопровода 26 и обратная сетевая вода из трубопровода 27. Этот поток воды из конденсатора 25 по трубопроводу 30 поступает в пучок 16 газового теплообменника 15, догревается и поступает по прямому трубопроводу сетевой воды 31 к тепловому потребителю. Отбросные газы газодвигательного привода 13, приводящего во вращение компрессор дымовых газов 4 и компрессор 12 ТН, по газоходу 14 через газовый теплообменник 15 сбрасываются в котел 1. В газовом теплообменнике 15 отбросные газы нагревают в пучке 16 сетевую воду, а в пучке 17 питательную воду котла 1. Пар из котла 1 через РОУ 36 подается потребителю и в деаэратор 32. Возврат конденсата пара от потребителя поступает в деаэратор 32 по трубопроводу 34.

Таким образом, применение теплового насоса для использования теплоты орошающей воды КТАНа и воды промывки фильтров ХОВ для подогрева подпитки теплосети и обратной воды теплосети, использование газодвигательного привода для компрессоров дымовых газов и ТН с глубокой утилизацией отбросной теплоты этого привода существенно повышают экономичность установки, расположение же турбодетандера на одном валу с питательным насосом и применение газодвигательного привода вместо парового противодавленческой турбины стабилизирует режим работы всей установки в целом.

Использование: в промышленной энергетике для утилизации теплоты уходящих газов газифицированных котельных. Сущность изобретения: парогазовая установка снабжена тепловым насосом, его компрессор 12 установлен на одном валу с компрессором дымовых газов 4 и газодвигательным приводом 13, выхлопной патрубок которого газоходом 14 через газоводяной теплообменник 15 с двумя пучками 16 и 17 труб подогрева сетевой и питательной воды соединен с топкой котла 1. Испаритель 18 теплового насоса входом охлаждающей стороны подсоединен к сливу 20 орошающей воды контактного теплообменника 2 и к трубопроводу 21 промывочной воды фильтров системы 8 химводоочистки, выходом - к трубопроводу 22 подачи орошающей воды и к сливу 24 в канализацию. Вход охлаждающей стороны конденсатора 25 соединен с обратным трубопроводом 27 сетевой воды и сливом 26 подогретой воды, а выход конденсатора 25 трубопроводом 31 через пучок 16 теплообменника 15 соединен с тепловым потребителем. Турбодетандер 10 размещен на одном валу с питательным насосом 37, напорный патрубок которого через пучок 17 труб газоводяного теплообменника 15 соединен с котлом 1. Газ на расширение к турбодетандеру 10 поступает по газоходу 5 после сжатия в компрессоре 4 и после охлаждения в утилизаторе 6. 1 ил.

КОМБИНИРОВАННАЯ ПАРОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА, содержащая котел, подключенный к деаэратору посредством питательного трубопровода с питательным насосом, контактный теплообменник с активной насадкой и системами орошения и подогрева воды, причем последние включают трубопровод подачи орошающей воды и слива подогретой и орошающей воды, газоход с последовательно размещенными в нем компрессором дымовых газов и утилизатором для подогрева химически очищенной воды, турбину, турбодетандер, теплообменник подогрева воды, систему химводоочистки с фильтрами и трубопроводом промывочной воды последних, а также прямой и обратный трубопроводы сетевой воды с тепловым потребителем, отличающаяся тем, что, с целью повышения экономичности и стабилизации режимов путем наиболее полной утилизации теплоты уходящих газов, она снабжена дополнительным газоходом, газодвигательным приводом с выхлопным патрубком и тепловым насосом с компрессором, конденсатором и испарителем, а теплообменник подогрева воды выполнен в виде газоводяного теплообменника с двумя пучками труб для подогрева соответственно сетевой и питательной воды, причем последний включен в питательный трубопровод между питательным насосом и котлом и подключен по газу своими выходом и входом посредством дополнительного газохода соответственно к топке котла и выхлопному патрубку газодвигательного привода, причем последний размещен на одном валу с компрессорами дымовых газов и теплового насоса, испаритель которого по охлаждающей стороне подсоединен своим входом к сливу орошающей воды и трубопроводу промывочной воды фильтров системы химводоочистки, а выходом - к трубопроводу подачи орошающей воды и сливу в канализацию, а конденсатор своим входом подключен к обратному трубопроводу сетевой воды и сливу подогретой воды, а выходом посредством прямого трубопровода сетевой воды через пучок подогрева сетевой воды газоводяного теплообменника соединен с тепловым потребителем, при этом турбодетандер размещен на одном валу с питательным насосом.