СИСТЕМА ИЗБЫТОЧНОГО ВОЗДУХА С ТРУБЧАТЫМ ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЕМ Российский патент 2007 года по МПК F23L15/00 

Изобретение относится к энергетике, в частности к системам воздушного тракта парогенераторов (котлов), содержащим устройства - теплообменники для отбора тепла от дымовых газов в области многоходовых трубчатых воздухоподогревателей, которые размещаются в газоходах парогенераторов (котлов), может быть использовано на тепловых электростанциях.

Известны системы воздушного тракта, в которых теплообменники размещаются как на линии рециркуляции воздуха, соединенной с выходом из последнего хода воздухоподогревателя по воздуху, так и в рассечке между его ходами [1, 2, 3, 4].

Так, на блоке 800 МВт существует система избыточного воздуха (Фиг.1, 2) с воздухо-водяным теплообменником для нагрева сетевой воды, который размещается на линии рециркуляции воздуха, соединенной с линией подачи горячего воздуха в топку от последнего хода воздухоподогревателя и с линией подачи воздуха в первый его ход [1, 2, 3]. Имеется также дополнительная линия рециркулирующего воздуха, байпассирующая теплообменник, и линия для сброса горячего избыточного воздуха в атмосферу. На линии рециркуляции перед теплообменником установлен шибер. Эта система является наиболее близкой заявляемой. После охлаждения в теплообменнике избыточный воздух, отбираемый от потока горячего воздуха вентилятором рециркулирующего воздуха, подается в смеситель, где смешивается с основным потоком воздуха от дутьевого вентилятора и поступает в 1-й ход воздухоподогревателя, являющийся выходным по потоку газов. Необходимая температура воздуха на входе в воздухоподогреватель - t'_твп - обеспечивается регулированием расхода рециркулирующего избыточного воздуха байпассирующего теплообменник при заданном теплосъеме теплообменника - Q_ввто - и при соответствующей нагрузке вентилятора рециркулирующего воздуха. Основные кубы в ходах (ступенях) воздухоподогревателя выполняются с одинаковым расположением труб, в основном одного типоразмера. Для дополнительного увеличения отбора тепла от дымовых газов путем увеличения массовой скорости воздуха во всех ходах воздухоподогревателя предусмотрена линия сброса избыточного воздуха в атмосферу, соединенная с выходом горячего воздуха из последнего хода воздухоподогревателя.

Известна также система воздушного тракта, в которой между ходами воздухоподогревателя - в рассечке по воздуху - размещается также воздухо-водяной теплообменник (Фиг.3). Он может быть использован для нагрева сетевой воды или байпаса части подогревателей воды в системе регенерации турбины [3, 4].

При высоких температурах питательной воды и неблагоприятных соотношениях водяных эквивалентов дымовых газов и дутьевого воздуха невозможно глубокое охлаждение уходящих газов в котле с обычной тепловой схемой [4]. Существенное повышение экономичности энергоблока возможно лишь путем отбора тепла от потока газов. Обе системы: теплообменник в рассечке между ходами воздухоподогревателя по воздуху и система с теплообменником на линии рециркуляции избыточного воздуха, позволяют снизить температуру уходящих газов - Т_ух, и повысить КПД котла - h_ка.

Недостатком указанных схем является, тем не менее, недостаточное количество отбираемого тепла от дымовых газов в области воздухоподогревателя. Недостаточное снижение величины Т_ух в связи с ограниченной потребностью теплосъема в теплообменниках особенно в летний период при использовании их для теплоснабжения.

В случае использования теплообменников для нагрева байпасов части подогревателей воды в системе регенерации турбины имеет место снижение экономичности энергоблока вследствие замещения тепла отборов пара от турбины теплом газов в области ТВП, хотя мощность турбогенератора при этом увеличивается.

При вынужденной разгрузке вентиляторов репиркулирующего воздуха в существующей системе избыточного воздуха, в частности в летний период, будет иметь место снижение коэффициента теплопередачи К_твп во всех ходах воздухоподогревателя и соответственно увеличение Т_ух.

Так, на энергоблоке 800 МВт, где применяется система избыточного воздуха, величина Т_ух на базовой нагрузке значительно превышает проектную, достигая 180°С и выше, несмотря на близкую к проектной температуру газов перед воздухоподогревателем - Т'_твп (Фиг.1).

Задачей изобретения является повышение эффективности и экономичности системы избыточного воздуха.

Для решения поставленной задачи предлагается система избыточного воздуха с многоходовым трубчатым воздухоподогревателем, снабженным воздушной рециркуляционной линией, по меньшей мере с одним воздухо-водяным теплообменником, в которой отбор воздуха в рециркуляционную линию выполняется из рассечки между ходами воздухоподогревателя, при этом рециркуляционная линия соединена перемычкой, снабженной шибером с выходом из последнего хода воздухоподогревателя и со сбросом.

При этом:

- В заявляемой системе избыточного воздуха улучшаются соотношения водяных эквивалентов теплоносителей по ходам воздухоподогревателя. Увеличиваются температурные напоры и возрастает массовая скорость воздуха через 1-й по воздуху (конечный по газам) ход воздухоподогревателя до рассечки с отборами с соответствующим значительным снижением величины Т_ух при одинаковых с существующей системой избыточного воздуха задаваемых величинах Q_ввто и t'_твп. При этом увеличивается теплосъем и в первом ходе по воздуху воздухоподогревателя и в целом в воздухоподогревателе.

- В заявляемой системе избыточного воздуха расход рециркулирующего воздуха при его отборе из рассечки через байпас теплообменника будет больше, чем в существующей системе при тех же задаваемых величинах Q_ввто и t'_твп. При этом дополнительно снизится величина Т_ух.

- В заявляемой системе избыточного воздуха сброс его в атмосферу при отборе из рассечки с целью снижения Т_ух содержит значительно меньше теряемого тепла, чем в том же сбросе в существующей системе, что способствует повышению экономичности.

- При всем вышеуказанном в заявляемой системе избыточного воздуха аэродинамическое сопротивление участков основного тракта, входящих в контур избыточного воздуха, практически не превышает аэродинамическое сопротивление в существующей системе при тех же величинах Q_ввто и t'_твп. Это имеет место несмотря на значительное увеличение расхода избыточного воздуха на теплообменник и рециркулирующего воздуха через его байпас. Увеличение сопротивления воздуха в 1-м ходе воздухоподогревателя компенсируется значительным снижением аэродинамического сопротивления во 2-м ходе. Тем самым, согласно расчетам [5], давление воздуха в смесителе основного потока воздуха от дутьевого вентилятора с избыточным будет не выше чем в существующей системе избыточного воздуха.

- Дополнительно снижается аэродинамическое сопротивление основного воздушного тракта при использовании перемычки как байпаса хода воздухоподогревателя, следующего за 1-м ходом.

- Увеличивается на необходимую величину температура отбираемого из рассечки избыточного воздуха перед теплообменником путем подмешивания части горячего воздуха, направляемого в «обратном направлении» через перемычку (Фиг.3).

- Давление в рассечке с отборами между ходами воздухоподогревателя значительно выше, чем в точке отборов за 2-м его ходом в существующей системе. Это, наряду со значительно меньшей температурой воздуха в рассечке направляемого к теплообменнику по отношению к температуре отбираемого горячего воздуха в существующей системе избыточного воздуха, улучшает условия работы вентилятора рециркулирующего воздуха в заявляемой системе, в которой производительность этого вентилятора возрастает.

Сопоставительный анализ показывает, что совокупность признаков является новой. Решений, обладающих сходными признаками, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию "существенные отличия".

Изобретение поясняется чертежами, выполненными по документации к предложению по реконструкции существующей системы избыточного воздуха с целью выполнения из рассечки воздухоподогревателя по воздуху котла П-67 отборов: избыточного воздуха на теплообменник, рециркулирующего избыточного воздуха байпассирующего теплообменник и сброса избыточного воздуха.

Фиг.1. - Существующая система избыточного воздуха при воздухоподогревателе котла П-67 энергоблока 800 МВт - базовая система избыточного воздуха.

Фиг.2. - Схема воздухоподогревателя к существующей системе избыточного воздуха котла П-67 энергоблока 800 МВт.

Фиг.3. - Известная система отбора тепла для теплоснабжения с использованием встроенного теплообменника в рассечке воздухоподогревателя по воздуху применительно к котлу П-67 энергоблока 800 МВт.

Фиг. 4. - Заявляемая система избыточного воздуха с перемычкой и с отборами из рассечки воздухоподогревателя: рециркулирующего избыточного воздуха к теплообменнику, рециркулирующего избыточного воздуха, байпассирующего теплообменник, и избыточного сбросного воздуха применительно к котлу П-67 энергоблока 800 МВт.

Фиг.5. - Схема воздухоподогревателя к заявляемой системе избыточного воздуха для котла П-67 энергоблока 800 МВт.

На фиг.1 представлена существующая система избыточного воздуха в котле П-67 энергоблока 800 МВт с расчетными параметрами одного из режимов ее работы в 2005 г.,/ полученных программой «Тракт» с учетом рабочих характеристик узлов котла, полученных программой «Реверс» [6].

Питательная вода с температурой - t_пв, равной 274°С поступает в экономайзер (1), поток газов из которого с температурой 393°С поступает в воздухоподогреватель. На выходе уходящих газов из 1-го хода воздухоподогревателя по воздуху (2) их температура - Т_ух - равна 179°С (скорректированная проектная величина Т_ух равна 162°С). После смесителя воздух с температурой 75°С поступает в 1-й ход и затем через перепускные короба в рассечке воздухоподогревателя поступает во 2-й ход (3), из которого горячий воздух выходит с температурой 315°С. От линии горячего воздуха выполнен отбор рециркулирующего избыточного воздуха на теплообменник (4), отбор в линию рециркулирующего избыточного воздуха, байпассирующего теплообменник (5), и отбор в линию избыточного сбросного воздуха (6). Доля рециркулирующего воздуха b_рц в байпасе теплообменника равна при этом 0,01, величина Q_ввто равна 38,8 Гкал/ч. Горячий воздух после 2-го хода направляется в топку (7). Линия сброса избыточного воздуха принята закрытой.

На фиг.2 приведена схема воздухоподогревателя котла П-67. Перепускные короба в рассечке воздухоподогревателя выполнены по разработанной на Подольском машиностроительном заводе схеме Z-перекрест.

На фиг.3 приведена другая известная система отбора тепла от дымовых газов со встроенным теплообменником в рассечке воздухоподогревателя по воздуху и применительно к котлу П-67 энергоблока 800 МВт при условном отсутствии контура рециркуляции избыточного воздуха с теплообменником. Доля рециркулирующего воздуха (5) - b_рц равна величине b_рц в базовой системе избыточного воздуха (фиг. 1) 0,01. Следует отметить, что обе известные системы: система рециркулирующего избыточного воздуха с теплообменником и система со встроенным теплообменником в рассечку воздухоподогревателя по воздуху, имеют близкие между собой расчетные параметры, в т.ч. высокую величину Т_yx.

На фиг.4 приведена заявляемая в качестве изобретения система избыточного воздуха с отбором из рассечки воздухоподогревателя по воздуху рециркулирующего избыточного воздуха к теплообменнику, рециркулирующего избыточного воздуха байпассирующего теплообменник и сбросного избыточного воздуха. Обозначения те же, что и на фиг.1. Показана перемычка с шибером между линиями избыточного воздуха к теплообменнику от рассечки после 1-го хода и горячего воздуха после 2-го хода (8). Применительно к котлу П-67 приведены и соответствующие расчетные параметры. При одинаковых задаваемых значениях Q_ввто, t_твп и t_пв при одинаковой расчетной величине Т'_твп, равной 393°С, температура уходящих газов в заявляемой системе избыточного воздуха снижена на 10°С. При этом доля рециркулирующего воздуха b_рц равна 0,15, а температура воздуха в рассечке воздухоподогревателя равна 183°С против b_рц и температуры воздуха в рассечке в базовой системе 0,01 и 201°С соответственно. При доле расхода части горячего воздуха через перемычку b_перем, равной 0,045, температура рециркулирующего избыточного воздуха перед теплообменником 192°С. Доля расхода воздуха через теплообменник - b_ввто - 0,795 против b_ввто, равной 0,435 в базовой системе (фиг.1). Сброс ИВ принят закрытым.

На фиг. 5 приведена схема воздухоподогревателя к заявляемой в качестве изобретения системы избыточного воздуха с отборами воздуха из рассечки воздухоподогревателя и с перемычкой при перепускных коробах в рассечке, выполненных по схеме Z-перекрест.

Через перемычку может направляться часть горячего воздуха в линию отбора дня некоторого увеличения температуры воздуха перед теплообменником с целью коррекции пропускной способности контура рециркуляции избыточного воздуха, а также в период наладки и освоения новой заявляемой системы избыточного воздуха. Возможно ее использование для увеличения температуры воздуха перед теплообменником при номинальном его теплосъеме на пониженной нагрузке (60%). При этом доля подаваемого в линию отбора из рассечки горячего воздуха через перемычку «в обратном направлении» может регулироваться шибером на линии отбора из рассечки воздухоподогревателя (фиг.4) путем его прикрытия.

С целью повышения экономичности путем снижения аэродинамического сопротивления основного воздушного тракта при той же, сниженной на 10°С, величине Т_ух и соответственно увеличенным КПД котла на 0,6 % часть воздуха из линии отбора из рассечки воздухоподогревателя может быть направлена через перемычку, снабженную шибером, «в прямом направлении» в линию горячего воздуха, соединенную с выходом из 2-го хода воздухоподогревателя. При этом «полезно» снизятся t_тв и Т_а. Величина b_ввто при этом увеличивается на ˜ 8% в связи со снижением температуры избыточного воздуха перед теплообменником до температуры в рассечке.

Таким образом, заявляемая система избыточного воздуха при использовании перемычки в обоих направлениях в соответствующих условиях имеет существенное преимущество, определяемое в основном более низкой величиной Т_ух как перед базовой системой избыточного воздуха (фиг.1), так и перед известной системой со встроенным теплообменником в рассечку воздухоподогревателя по воздуху (фиг.3).

Источники информации

1. Сотников И.А., Окерблом Ю.И., Итман Д.Л., Харкин Ю.А., Маршак Ю.Л. Основные проектные и конструктивные решения по паровому котлу на канско-ачинских бурых углах для энергоблоков мощностью 800 МВт. - Теплоэнергетика, 1987, № 8, с.3.

2. А.С. № 1224417, МПК F 01 K7/40. Опубл. 15.04.86.

3. Липец А.У. Новые разработки ЗиО по проблеме использования канско-ачинских углей в мощных энергоблоках. - Проблемы использования канско-ачинских углей на электростанциях. Сборник докладов всеросийской научно-практической конфиренции. Красноярск. 2000. С. 228, рис. 7.

4. Липец А.У., к.т.н., Кузнецова С.М., Рубенкова Р.Б. "К выбору тепловой схемы для техперевооружения энергоблока 800 МВт, работающего на канско-ачинских углях". - Эксплуатация и модернизация энергоблоков мощностью 800 МВт. Сборник докладов на международной научно-практической конференции 20-22 ноября 2002 г. Шарыпово. 2002. С. 148, рис. 1.

5. Аэродинамический расчет котельных агрегатов. Нормативный метод. - Ленинград. Энергия, 1977. С. 15.

6. Демо Э.П., Шифрин В.Я., Петерс В.Ф., Сокач Г.П., Александров А.Д. "Программа "Реверс" и мониторинг показателей состояний поверхностей нагрева котлоагрегатов. - Эксплуатация и модернизация энергоблоков мощностью 800 МВт. Сборник докладов на международной научно-практической конфиренции 20-22 ноября 2002 г. Шарыпово. 2002. С. 213.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при проектировании и реконструкции котлоагрегатов. Задачей изобретения является повышение эффективности и экономичности систем избыточного воздуха с многоходовыми трубчатыми воздухоподогревателями, размещаемыми после экономайзера по ходу газов. Для решения поставленной задачи предложена система избыточного воздуха с многоходовым трубчатым воздухоподогревателем, снабженным воздушной рециркуляционной линией, по меньшей мере, с одним воздухо-водяным теплообменником, отличающаяся тем, что отбор воздуха в рециркуляционную линию выполняется из рассечки между ходами воздухоподогревателя, при этом рециркуляционная линия соединена перемычкой, снабженной шибером, с выходом из последнего хода воздухоподогревателя и со сбросом. 5 ил.

Система избыточного воздуха с многоходовым трубчатым воздухоподогревателем, снабженным воздушной рециркуляционной линией, по меньшей мере с одним воздухо-водяным теплообменником, отличающаяся тем, что отбор воздуха в рециркуляционную линию выполняется из рассечки между ходами воздухоподогревателя, при этом, рециркуляционная линия соединена перемычкой, снабженной шибером с выходом из последнего хода воздухоподогревателя и со сбросом.