ПАРОВОЙ КОТЕЛ С СЕКЦИОНИРОВАННЫМ ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЕМ ОСТРОГО ПАРА И АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ГАЗОВОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ РАВНОМЕРНОСТИ НАГРЕВА ПАРА В СЕКЦИЯХ ТАКОГО ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЯ Российский патент 2009 года по МПК F22B35/10 F22B29/06 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано применительно к энергоблокам большой единичной мощности, в том числе и в особенности к энергоблокам с прямоточными котлами суперсверхкритического давления (ССКД) пара, в связи с предъявляемыми к ним требованиями повышенной надежности и экономичности.

Одной из острых проблем современных энергетических паровых котлов является устранение температурной неравномерности (разверки) в змеевиках пароперегревателя острого пара. Наличие температурной разверки приводит, исходя из требования надежной работы металла, к необходимости снижения температуры генерируемого острого пара с соответствующим снижением экономичности энергоустановки. Для уменьшения температурной неравномерности в настоящее время, в основном, применяют конструктивные решения, направленные на улучшение гидравлических характеристик парового тракта - установка на входах в змеевики дроссельных устройств, перебросы змеевиков в секционированных пакетах пароперегревателя через смешивающие устройства из одной секции в другую и т.п. Такие технические решения, однако, оказываются недостаточными для достижения требуемого уровня уменьшения температурной разверки при наличии существенных температурных неравномерностей в газовом тракте котла, чего в топках и газоходах мощных котлов избежать практически невозможно.

Известен паровой котел, содержащий экранированную топку прямоугольного сечения с фронтовой, задней и боковыми стенами, установленные на фронтовой и/или задней стенах горелки, примыкающий к топке со стороны фронтовой и/или задней стен по меньшей мере один газоход с помещенным в нем по меньшей мере одним пароперегревателем, включая пароперегреватель острого пара со змеевиковыми теплообменными пакетами, по меньшей мере один из которых по ширине газохода разделен по меньшей мере на две параллельно включенные секции с отдельными для каждой секции входным и выходным смешивающими устройствами, причем змеевики теплообменных пакетов каждой секции расположены в плоскостях, перпендикулярных фронтовой и задней стенам [1] - ближайший аналог. Для уменьшения температурной неравномерности нагрева пара в этом котле предусмотрены перебросные трубы из выходного смешивающего устройства (коллектора) одной пароперегревательной секции во входной коллектор другой. Как уже отмечалось выше, для мощных паровых котлов с высокими параметрами пара такое техническое решение нельзя признать достаточно эффективным.

Достигаемым результатом изобретения является повышение экономичности и надежности работы парового котла путем автоматического газового регулирования с использованием горелок для обеспечения равномерности нагрева пара в секциях пароперегревательных пакетов.

Это обеспечивается тем, что в паровом котле, содержащем экранированную топку прямоугольного сечения с фронтовой, задней и боковыми стенами, установленные на фронтовой и/или задней стенах горелки, примыкающий к топке со стороны фронтовой и/или задней стен по меньшей мере один газоход с помещенным в нем по меньшей мере одним пароперегревателем, включая пароперегреватель острого пара со змеевиковыми теплообменными пакетами, по меньшей мере один из которых по ширине газохода разделен по меньшей мере на две параллельно включенные секции с отдельными для каждой секции входным и выходным смешивающими устройствами, причем змеевики теплообменных пакетов каждой секции расположены в плоскостях, перпендикулярных фронтовой и задней стенам, согласно изобретению все пакеты по меньшей мере пароперегревателя острого пара разделены на одно и то же количество секций, по ширине одинаковых по ходу движения газов, в топке и газоходе выделены соответственно ширине секций зоны газового регулирования, а горелки на стенах топки размещены группами по указанным зонам, причем каждая группа горелок снабжена независимой системой подвода топлива и воздуха с установленными в ней соответствующими расходными регулирующими органами, и по меньшей мере один из указанных секционированных пакетов пароперегревателя острого пара образует регулирующую ступень, во входных и выходных смешивающих устройствах каждой секции которой установлены температурные датчики системы автоматического газового регулирования равномерности нагрева пара в секциях пароперегревательных пакетов.

Аналогов такой системы автоматического газового регулирования не выявлено. Указанная система согласно изобретению содержит отдельный для каждой зоны газового регулирования измеритель перепада между температурами пара в выходном и входном смешивающих устройствах каждой секции регулирующей ступени, формирователь сигнала, пропорционального усредненному для всей регулирующей ступени значению перепадов указанных температур в каждой ее секции, отдельный для каждой зоны газового регулирования формирователь основного сигнала, пропорционального разности между фактическим значением указанного перепада температур для соответствующей секции регулирующей ступени и усредненным значением указанных перепадов, отдельный для каждой зоны газового регулирования формирователь корректирующего сигнала, пропорционального скорости изменения соответствующего основного сигнала, а также отдельный для каждой зоны регулирования регулятор равномерности нагрева пара в секциях пароперегревательных пакетов, причем входы каждого указанного измерителя соединены с расположенными в соответствующей секции регулирующей ступени температурными датчиками, а его выход - с одним из входов формирователя сигнала, пропорционального усредненному значению указанных перепадов, а также с одним из входов формирователя основного сигнала для соответствующей зоны газового регулирования, выход формирователя сигнала, пропорционального усредненному значению указанных перепадов - с другим входом каждого формирователя основного сигнала, вход каждого формирователя корректирующего сигнала - с выходом формирователя соответствующего основного сигнала, выходы обоих формирователей сигналов каждой зоны газового регулирования - со входами соответствующего регулятора, а выход последнего - с расходными регулирующими органами независимой системы подвода топлива и воздуха к группам горелок соответствующей зоны газового регулирования.

На фиг.1 схематически изображен в продольном разрезе один из возможных примеров выполнения парового котла согласно изобретению; на фиг.2 - то же в горизонтальных разрезах по А-А, Б-Б; на фиг.3 - схема посекционной трассировки змеевиковых пароперегревательных пакетов данного котла, а также размещения на нем горелок с подводящей системой топлива и воздуха; на фиг.4 - принципиальная схема системы автоматического газового регулирования равномерности нагрева пара в секциях пароперегревателя данного парового котла.

Паровой котел согласно изобретению содержит экранированную топку 1 прямоугольного сечения (фиг.1, 2) с фронтовой, задней и боковыми стенами соответственно 2, 3, 4, 5. На фронтовой стене 2 и задней стене 3 установлены горелки 6. Котел в данном примере имеет П-образную компоновку с примыкающим к топке 1 со стороны задней стены 3 газоходом, имеющим поворотный участок 7 и опускной участок (конвективную шахту) 8 (фиг.1). В первом из них помещен пароперегреватель 9 острого пара, во втором - пароперегреватель 10 промежуточного перегрева пара после цилиндра высокого давления паровой турбины (на чертеже не показана). В опускном участке 8 газохода расположен также водяной экономайзер 11. Оба пароперегревателя 9, 10 выполнены со змеевиковыми теплообменными пакетами, образующими ступени нагрева пара, причем змеевики в пакетах расположены в плоскостях, перпендикулярных фронтовой и задней стенам 2, 3 топки 1. В трехступенчатом пароперегревателе 9 острого пара первая ступень выполнена в виде ширмовых пакетов 12, 13 (фиг.1, 3) с объединяющими змеевики входными и выходными смешивающими устройствами (коллекторами) соответственно 14, 15 (фиг.1). Две последующие ступени выполнены в виде конвективных пакетов соответственно 16, 17 со смешивающими устройствами соответственно 15, 18, 19. Пароперегреватель 10 промежуточного перегрева пара выполнен одноступенчатым в виде конвективного змеевикового пакета 20 со смешивающими устройствами 21, 22. Теплообменные пакеты 12, 13, 16, 17, 20 обоих пароперегревателей 9, 10 по ширине газохода разделены на четыре параллельно включенные секции 23, 24, 25, 26 (фиг.3) с отдельными для каждой секции входным и выходным смешивающими устройствами, причем по ходу движения газов секции всех пакетов имеют одинаковую ширину. В топке 1 и газоходе 7, 8 выделены соответственно ширине секций 23-26 зоны 27, 28, 29, 30 газового регулирования (фиг.2). Горелки 6 на стенах 2, 3 топки 1 размещены по указанным зонам группами (фиг.3), каждая из которых снабжена независимой системой подвода топлива с трубопроводами 31, 32, 33, 34 и воздуха с коробами соответственно 35, 36, 37, 38, причем в трубопроводах и коробах установлены топливные и воздушные расходные регулирующие органы соответственно 39, 40, 41, 42 и 43, 44, 45, 46. Горелки 6 в центральных зонах 28, 29 имеют для данного примера трехярусное, а в крайних зонах, примыкающих к экранированным боковым стенам 4, 5, - четырехярусное расположение. Секционированные ширмовые пакеты 12, 13 пароперегревателя 9 острого пара выбраны для образования регулирующей ступени. Во входных смешивающих устройствах 14 и выходных смешивающих устройствах 15 секций 23-26 этой ступени установлены температурные датчики (на чертеже не показаны) системы автоматического газового регулирования равномерности нагрева пара в секциях пароперегревательных пакетов.

Указанная система (фиг.4) содержит отдельные для каждой зоны 27-30 (фиг.2) газового регулирования соответственно измерители ИПТ-1 47, ИПТ-2 48, ИПТ-3 49, ИПТ-4 50 перепада между температурами пара в выходном смешивающем устройстве 15 и входном смешивающем устройстве 14 каждой секции 23-26 регулирующей ступени (фиг.3). Входы каждого измерителя 47-50 соединены с температурными датчиками (на чертеже не показаны), расположенными в соответствующих секциях 23-26 регулирующей ступени, образованной ширмовыми пакетами 12,13 пароперегревателя 9. Четыре выхода 51-54 измерителей 47-50 соединены с формирователем ФУПТ 55 сигнала, пропорционального усредненному для всей регулирующей ступени значению перепадов указанных температур в каждой ее секции. Выход ФУПТ 55 линиями 56 соединен со входами отдельных для каждой зоны газового регулирования формирователями ФОС-1 57, ФОС-2 58, ФОС-3 59, ФОС-4 60 основного сигнала, пропорционального разности между фактическим значением перепада температур между указанными выходным и входным смешивающими устройствами соответствующей секции регулирующей ступени и усредненным значением указанных перепадов. Выходы от каждого формирователя основного сигнала ФОС-1 57 - ФОС-4 60 линиями 61-64 соединены с одним из входов каждого регулятора РРН-1 65 - РРН-4 68 равномерности нагрева пара в секциях пароперегревательных пакетов. Эти же выходы линиями 69-72 соединены с отдельными для каждой зоны газового регулирования формирователями ФКС-1 73 - ФКС-4 76 корректирующего сигнала, пропорционального скорости изменения соответствующего основного сигнала. В качестве указанных формирователей ФКС могут использоваться обычные дифференциаторы. Выход каждого ФКС соединен одной из линий 77-80 с соответствующим вторым входом каждого РРН. Каждый из последних имеет два выхода, один из которых соединен одной из линий 81-84 с соответствующим топливным расходным регулирующим органом ТРО 39-42 независимой системы подвода топлива, а другой - одной из линий 85-88 с соответствующим воздушным расходным регулирующим органом ВРО 43-46.

Паровой котел и система автоматического газового регулирования равномерности нагрева пара в секциях пароперегревательных пакетов работают следующим образом. Котел растапливают и вводят в рабочий режим эксплуатации обычным путем. В процессе растопки и эксплуатации котла в рабочем режиме в секциях змеевиковых пакетов его пароперегревателя возникает неравномерность нагрева пара в змеевиках пароперегревателя по ширине котла, связанная с уменьшением температуры газового потока у охлаждаемых боковых стен топочной камеры, а также невозможности равномерного распределения поступающего в горелки топлива и воздуха. Эта неравномерность фиксируется температурными датчиками, установленными в смешивающих устройствах каждой секции регулирующей ступени пароперегревателя. Соответствующая информация от указанных датчиков поступает в ИПТ-1 47 - ИПТ-4 50. Информация об измеренных перепадах температур пара между выходным и входным смешивающими устройствами каждой секции регулирующей ступени поступает от указанных ИПТ в ФУПТ 55, где производится усреднение полученных значений температурных перепадов в секциях. Сигнал, пропорциональный усредненному значению температурного перепада, подается на один из входов каждого ФОС-1 57 - ФОС-4 60. На второй вход каждого из указанных ФОС от соответствующих ИПТ подается сигнал о фактическом значении температурного перепада между смешивающими устройствами соответствующей секции регулирующей ступени. Сигнал, пропорциональный отклонению фактического температурного перепада от усредненного значения, подается с выхода каждого ФОС на один из входов соответствующего РРН-1 65 -РРН-4 68. Тот же сигнал от каждого ФОС поступает на вход соответствующего ФКС-1 73 - ФКС-4 76, где преобразуется в сигнал, пропорциональный производной по времени от основного сигнала, что позволяет уменьшить влияние на регулирование инерционности процесса изменения температуры пара при его движении от входного коллектора 14 к выходному коллектору 15 в секциях 12,13 регулирующей ступени. Корректирующий сигнал от каждого ФКС подается на второй вход соответствующего РРН, где вырабатывается два итоговых сигнала регулирующего воздействия, подающихся на соответствующие ТРО 39-42 и ВРО 43-46.

Автоматическое газовое регулирование с воздействием на подачу топлива и воздуха в группы горелок по зонам регулирования в значительной мере устраняет разность между фактическим и усредненным значениями перепадов температур между выходным и входным смешивающими каждой секции регулирующей ступени и тем самым понижает неравномерность нагрева пара в змеевиках пароперегревателя по ширине котла. При этом для дополнительного уменьшения неравномерности нагрева пара газовое регулирование может сочетаться с использованием известных средств гидравлического воздействия на паровые потоки в секциях и подсекциях пароперегревательных пакетов.

Источники информации:

1. А.М. Литвин. Основы теплоэнергетики. М.: Энергия, 1973, с.91-94, рис.4-22, 4-25.

Изобретения предназначены для выработки пара и газового регулирования котла и могут быть использованы в теплоэнергетике. В котле все пакеты пароперегревателя острого пара котла разделены на одно и то же количество секций, в топке и газоходе котла выделены соответственно по ширине секций зоны газового регулирования. Горелки на стенах топки котла размещены группами по указанным зонам, причем каждая группа горелок снабжена независимой системой подвода топлива и воздуха. По меньшей мере, один из пакетов пароперегревателя острого пара образует регулирующую ступень, в пределах которой установлены температурные датчики системы автоматического газового регулирования равномерности нагрева пара в секциях пароперегревательных пакетов. Система газового регулирования содержит отдельный для каждой зоны газового регулирования измеритель перепада между температурами пара в выходном и входном смешивающих устройствах каждой секции регулирующей ступени, формирователь сигнала, пропорционального усредненному для всей регулирующей ступени значению перепадов температур пара в каждой ее секции, отдельный для каждой зоны газового регулирования формирователь основного сигнала, пропорционального разности между фактическим значением указанного перепада температур для соответствующей секции регулирующей ступени и усредненным значением указанных перепадов, отдельный для каждой зоны газового регулирования формирователь корректирующего сигнала, пропорционального скорости изменения соответствующего основного сигнала, а также отдельный для каждой зоны регулирования регулятор равномерности нагрева пара в секциях пароперегревательных пакетов. Изобретение обеспечивает повышение экономичности и надежности работы, а также обеспечивает равномерность нагрева пара в секциях пароперегревательных пакетов. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Паровой котел, содержащий экранированную топку прямоугольного сечения с фронтовой, задней и боковыми стенами, установленные на фронтовой и/или задней стенах горелки, примыкающий к топке со стороны фронтовой и/или задней стен, по меньшей мере, один газоход с помещенным в нем, по меньшей мере, одним пароперегревателем, включая пароперегреватель острого пара со змеевиковыми теплообменными пакетами, по меньшей мере, один из которых по ширине газохода разделен, по меньшей мере, на две параллельно включенные секции с отдельными для каждой секции входным и выходным смешивающими устройствами, причем змеевики теплообменных пакетов каждой секции расположены в плоскостях, перпендикулярных фронтовой и задней стенам, отличающийся тем, что все пакеты, по меньшей мере, пароперегревателя острого пара разделены на одно и то же количество секций, по ширине одинаковых по ходу движения газов, в топке и газоходе выделены соответственно ширине секций зоны газового регулирования, а горелки на стенах топки размещены группами по указанным зонам, причем каждая группа горелок снабжена независимой системой подвода топлива и воздуха с установленными в ней соответствующими расходными регулирующими органами, и, по меньшей мере, один из указанных секционированных пакетов пароперегревателя острого пара образует регулирующую ступень, во входных и выходных смешивающих устройствах каждой секции, которой установлены температурные датчики системы автоматического газового регулирования равномерности нагрева пара в секциях пароперегревательных пакетов.

2. Система автоматического газового регулирования равномерности нагрева пара в секциях пароперегревателя парового котла по п.1, отличающаяся тем, что она содержит отдельный для каждой зоны газового регулирования измеритель перепада между температурами пара в выходном и входном смешивающих устройствах каждой секции регулирующей ступени, формирователь сигнала, пропорционального усредненному для всей регулирующей ступени значению перепадов указанных температур в каждой ее секции, отдельный для каждой зоны газового регулирования формирователь основного сигнала, пропорционального разности между фактическим значением указанного перепада температур для соответствующей секции регулирующей ступени и усредненным значением указанных перепадов, отдельный для каждой зоны газового регулирования формирователь корректирующего сигнала, пропорционального скорости изменения соответствующего основного сигнала, а также отдельный для каждой зоны регулирования регулятор равномерности нагрева пара в секциях пароперегревательных пакетов, причем входы каждого указанного измерителя соединены с расположенными в соответствующей секции регулирующей ступени температурными датчиками, а его выход - с одним из входов формирователя сигнала, пропорционального усредненному значению указанных перепадов, а также с одним из входов формирователя основного сигнала для соответствующей зоны газового регулирования, выход формирователя сигнала, пропорционального усредненному значению указанных перепадов - с другим входом каждого формирователя основного сигнала, вход каждого формирователя корректирующего сигнала - с выходом формирователя соответствующего основного сигнала, выходы обоих формирователей сигналов каждой зоны газового регулирования - со входами соответствующего регулятора, а выход последнего - с расходными регулирующими органами независимой системы подвода топлива и воздуха к группам горелок соответствующей зоны газового регулирования.