СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЕРЕГРЕТОГО ПАРА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОТЛА И КОТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК F22G5/12 

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к теплоэлектроцентралям с энергетическими и водогрейными котлами, и может быть использовано для регулирования температуры перегретого пара.

При переводе котлов с мазута на природный газ широко применяется способ регулирования температуры перегретого пара путем удаления до 40% поверхности пароперегревателя. Такая мера обеспечивает заметное снижение температуры перегретого пара. Однако способ этот имеет серьезные недостатки.

Во-первых, при переходе котельной установки на мазут температура пара становится настолько низкой, что приводит к резкому снижению экономичности котельных установок, в ряде случаев надежная эксплуатация паровых турбин становится при этом вообще невозможной.

Во-вторых, уменьшение поверхности нагрева приводит к увеличению потери теплоты с уходящими газами вследствие повышенной температуры последних.

В-третьих, металл труб пароперегревателя не избавляется при этом от воздействия повышенных температур продуктов сгорания природного газа. Вследствие этого пароперегреватели с частично вырезанными поверхностями нагрева выходят из строя в несколько раз быстрее, чем обычно.

При переводе на природный газ пылеугольных котлов температура перегретого пара не растет, а наоборот, снижается. В этих случаях широко применяется торкретирование шамотом и огнеупорной массой определенной части экранных поверхностей нагрева.

Указанная мера снижает тепловосприятие топочных экранов и повышает температуру дымовых газов, покидающих топку, что приводит к росту температуры перегретого пара. Торкретирование экранных поверхностей обладает существенным недостатком: при переходе на основное топливо (угольная пыль) температура перегретого пара повышается недопустимо высоко.

Общий недостаток рассмотренных выше способов заключается в следующем.

Изменение температуры перегретого пара в процессе эксплуатации указанными выше способами невозможно, поэтому их применение оправдано при переходе паровых котлов лишь для постоянной работы на природном газе. Указанный недостаток резко снижает ценность рассмотренных способов. Применительно к паровым котлам, работающим на газе в буферном режиме или на переменных нагрузках, рассмотренные способы непригодны вообще [1]
Известен также способ парового регулирования температуры перегретого пара, основанный на применении впрыскивающих пароохладителей. В такие пароохладители обычно вспрыскивается охлаждающая вода в количестве до 8 12% от производительности котельной установки. Регулирование с помощью впрыскивающих пароохладителей обладает малой инерционностью. Время запаздывания не превышает 30 60 с. Впрыскивающие пароохладители просты в изготовлении и надежны в эксплуатации. Однако, этому способу регулирования свойственны серьезные недостатки, которые обусловлены крайне жесткими требованиями к качеству охлаждающей воды. Концентрация примесей в воде не должна заметно превышать концентрацию примесей в паре. Указанное требование привело к тому, что в последние годы находит применение усложненная схема приготовления конденсата в специальных теплообменниках путем охлаждения части пара питательной водой.

Применение указанной схемы приводит к повышению температуры уходящих газов. Кроме того, применение впрыскивающего пароохладителя приводит к снижению КПД цикла. Так, при регулировании промежуточного перегрева КПД цикла снижается примерно на 0,16% на каждый процент впрыска (доля впрыскиваемой воды определяется от общего расхода воды на питание котла). По этой причине впрыскивающие пароохладители для регулирования промежуточного перегрева применяются лишь в качестве резервного или аварийного мероприятия [2]
Известна также конструкция, в которой для нагрева сбросного воздуха пылесистемы энергетического котла воздухопровод снабжен теплообменником, подключенным по греющей среде к пароперегревателю котла [3] Описанная конструкция не позволяет регулировать температуру перегретого пара.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ динамического воздействия на температуру перегретого пара путем охлаждения его в поверхностных пароохладителях питательной водой. Этот способ имеет достаточно широкий диапазон регулирования, достигающий 40 50^oC. Однако такой диапазон обеспечивается при переходе через пароохладитель 40 - 60% питательной воды. Нагретая в пароохладителе вода повышает температуру питательной воды на 20 25^oC, что приводит к повышению температуры уходящих газов и снижению экономичности котельной установки. Крупным и серьезным недостатком пароохладителей является ненадежность, которая обусловлена температурными напряжениями в толстостенных деталях корпусов в месте пересечения их трубами с другой температурой среды. Достигающие больших значений и постоянные во времени перепады температур приводят к аварийному выходу из строя пароохладителей. Поверхностные пороохладители дороги в изготовлении и эксплуатации, так как при использовании для охлаждения пара питательной воды требуется дополнительный контроль качества перегретого пара для своевременной фиксации попадания загрязненной воды в паровую полость пароохладителя. Регулирование поверхностных пароохладителей обладает большой инерционностью, достигающей 300-420 с при времени запаздывания 120-180 с [4]
Целью изобретения является повышение экономичности энергетического котла и повышение качества сжигания топлива в водогрейном котле. Указанная цель достигается тем, что в пароохладитель для охлаждения пара подают холодный воздух, идущий на горение в топку водогрейного котла.

В котельной установке теплоэлектроцентрали для реализации предлагаемого способа воздухопровод водогрейного котла между вентилятором и горелками содержит пароохладитель, подключенный по охлаждаемой среде между ступенями пароперегревания, причем воздухопровод водогрейного котла снабжен байпасным, помимо пароохладителя, трубопроводом с регулирующим шибером.

О соответствии предложенного технического решения критерию "Существенные отличия" свидетельствуют нижеприведенные сведения, представленные в таблице.

Данные по пп.1 и 2 подтверждают, что техническое решение соответствует критерию "Существенные отличия".

Сущность предложенного способа котельной установки теплоэлектроцентрали и установки для его реализации схематично представлена на чертеже.

Котельная установка теплоэлектроцентрали содержит энергетический котел 1 с многоступенчатым пароперегревателем 2, водогрейный котел 3 с воздухопроводом холодного воздуха 4. Воздухопровод холодного воздуха 4 содержит пароохладитель 5, соединенный с одной стороны с вентилятором 6, с другой через горелки 7 с топкой 8 водогрейного котла.

По охлаждаемой среде вход пароохладителя 5 подключен паропроводом 9 к коллектору 1, входной ступени пароперегревателя, а выход паропроводом 11 к коллектору 12 выходной ступени пароперегревателя. Воздухопровод холодного воздуха 4 снабжен байпасным, помимо пароохладителя 5, тpубопpоводом 13 с регулирующим шибером 14.

Котельная установка теплоэлектроцентрали работает следующим образом. При сжигании в топке энергетического котла 1 расчетного топлива, например мазута, пароохладитель 5 в стационарных режимах работы котла отключен. Поток воздуха, подаваемый вентилятором 6 через горелки 7 в топку 4 водогрейного котла 3, проходит по байпасному трубопроводу 13, минуя поверхность охлаждения пароохладителя 5. Регулирующий шибер 14 в этом случае находится в одном из крайних положений, перекрывая полностью сечение воздухопровода холодного воздуха 4.

При переводе энергетического котла на другое топливо, например, в режим буферного сжигания природного газа, продукты сгорания которого имеют отличные от продуктов сгорания мазута теплообменные характеристики, температура перегретого пара в выходном коллекторе пароперегревателя возрастет сверх нормативных значений. Для поддержания температуры перегретого пара в выходном коллекторе пароперегревателя в заданных пределах, его необходимо охладить. В этом случае во входной ступени пароперегревателя пар паропеpегревается до промежуточной температуры. Затем пар по паропроводу 9 направляется в пароохладитель 5, где он охлаждается, отдав часть тепла воздуху, подаваемому по воздуховоду 4 через горелки 7 в топку 8 водогрейного котла 3. Охлажденный в пароохладителе 5 пар по паропроводу 11 направляют в выходную ступень пароперегревателя энергетического котла 1, где он перегревается до конечной температуры.

Регулирование температуры перегретого пара в выходном коллекторе пароперегревателя осуществляется количеством воздуха, проходящим через пароохладитель 5. Изменение количества воздуха, проходящего через пароохладитель, производится регулирующим шибером 14. При прохождении воздуха через пароохладитель 5 он нагревается. Подогрев воздуха, идущего на горение, способствует улучшению качества горения топлива в топке водогрейного котла.

Использование: в теплоэлектроцентралях с энергетическими и водогрейными котлами, например, на тепловых электростанциях. Сущность изобретения: для повышения экономичности энергетического котла 1 и повышения качества сжигания топлива в топке 8 водогрейного котла 3 в поверхностный пароохладитель 5 энергетического котла для охлаждения перегретого пара подают холодный воздух, идущий на горение в топку 8 водогрейного котла 3. Поверхностный пароохладитель 5 энергетического котла 1 расположен в воздухопроводе 4 водогрейного котла 3 между вентилятором 6 и горелками 7. Поверхностный пароохладитель 5 по охлаждаемой среде подключен паропроводами 9 и 11 между входной и выходной ступенью пароперегревателя 2. Регулирование температуры перегретого пара в выходном коллекторе пароперегревателя осуществляется количеством воздуха, проходящего через пароохладитель. Изменение количества воздуха, проходящего через пароохладитель, производят регулирующим шибером 14, установленным на байпасном, помимо пароохладителя, трубопроводе 13. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил. , 1 табл.

1. Способ регулирования температуры перегретого пара энергетического котла путем бесконтактного теплообмена с охлаждающим агентом, отличающийся тем, что в качестве охлаждающего агента используют холодный воздух, поступающий на горение в топку водогрейного котла. 2. Котельная установка для регулирования температуры перегретого пара энергетического котла, содержащая энергетический и водогрейный котлы, первый из которых снабжен многоступенчатым пароперегревателем, а второй - воздухопроводом холодного воздуха, подключенным к горелкам и вентилятору своими концами, отличающаяся тем, что, с целью повышения экономичности, она дополнительно содержит пароохладитель, включенный по охлаждаемой среде между ступенями пароперегревателя и расположенный в воздухопроводе между указанными вентилятором и горелками водогрейного котла. 3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит байпасный воздухопровод с регулирующим шибером, подключенный к основному воздухопроводу до и после пароохладителя.