Парогенератор с рекуперацией тепла (варианты) и система управления для парогенератора Российский патент 2017 года по МПК F01K23/00 

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0001] Раскрытый в настоящем описании объект изобретения относится в основном к парогенераторам с рекуперацией тепла и, в частности, к управлению температурой в парогенераторе с рекуперацией тепла (HRSG) (теплоутилизационном парогенераторе).

[0002] Теплоутилизационные парогенераторы могут использовать выхлопные газы из газовой турбины для нагрева текучей среды, протекающей через теплообменники в теплоутилизационном парогенераторе. В некоторых конструкциях текучая среда может представлять собой пар, используемый для секций высокого давления, среднего давления и/или низкого давления паровой турбины. При определенных условиях, например, при работе с газовой турбиной при частичной нагрузке или при работе при относительно высоких температурах окружающей среды температура текучей среды в теплообменниках может превышать расчетный температурный диапазон. Таким образом, теплоутилизационный парогенератор может предпринять попытку управлять температурой текучей среды, протекающей через теплообменники. В процессе эксплуатации газотурбинного двигателя температуру текучей среды можно контролировать в заранее заданном диапазоне. Некоторые системы теплоутилизационных парогенераторов могут управлять температурой внутри теплоутилизационного парогенератора путем регулирования температуры. Например, такие системы теплоутилизационных парогенераторов могут впрыскивать охлажденную текучую среду в теплообменник для охлаждения текучей среды уже в теплообменниках. Такой способ может охлаждать текучую среду до требуемой температуры; однако, тепловое КПД теплоутилизационного парогенератора теряется из-за переключения от нагрева текучей среды к охлаждению текучей среды, а затем вновь нагрева текучей среды. Следовательно, такие способы регулирование температуры могут привести к понижению выходной электрической мощности установки и ее КПД Соответственно, существует потребность в системе и устройстве для регулирования температуры в теплоутилизационном парогенераторе для повышения его производительности.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Некоторые варианты выполнения, соответствующие по объему первоначально заявленному изобретению, приведены ниже. Эти варианты выполнения не предназначены для ограничения объема заявленного изобретения, а предназначены исключительно для обеспечения краткого изложения возможных форм изобретения. Действительно, изобретение может включать различные формы, которые могут быть похожи или отличаться от изложенных ниже вариантов выполнения.

[0004] В первом варианте выполнения парогенератор с рекуперацией тепла (теплоутилизационный парогенератор) содержит несколько теплообменников, первый выпускной проточный проход, выполненный с возможностью облегчения теплообмена между выхлопными газами из газовой турбины и первым теплообменником из нескольких теплообменников, и второй выпускной проточный проход, выполненный с возможностью перенаправления части выхлопных газов в обход первого теплообменника.

[0005] Во втором варианте выполнения система управления для парогенератора с рекуперацией тепла (теплоутилизационного парогенератора) содержит контроллер, предназначенный для приема первого показания первой температуры, приема второго показания второй температуры, и определения, какой из по меньшей мере одного выпускного проточного прохода из нескольких выпускных проточных проходов будет использоваться для выпускаемого потока, основываясь на первом и втором показаниях температуры.

[0006] В третьем варианте выполнения парогенератор с рекуперацией тепла (теплоутилизационный парогенератор) содержит первый выпускной проход, второй выпускной проход и первый демпфер, выполненный с возможностью обеспечения выборочного протекания части выпускаемого потока по второму выпускному проходу.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0007] Эти и другие признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения станут более понятны из последующего подробного описания вместе со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые символы обозначают одинаковые части на всех чертежах, на которых:

[0008] Фиг.1 представляет собой блок-схему варианта выполнения энергетической установки, имеющей парогенератор с рекуперацией тепла (теплоутилизационный парогенератор);

[0009] Фиг.2 представляет собой блок-схему варианта выполнения энергетической установки, изображенной на Фиг.1, имеющей парогенератор с рекуперацией тепла (теплоутилизационный парогенератор) с двумя выпускными обходными проточными проходами;

[0010] Фиг.3 представляет собой блок-схему варианта выполнения энергетической установки, изображенной на Фиг.2, имеющей парогенератор с рекуперацией тепла (теплоутилизационный парогенератор) с четырьмя выпускными обходными проточными проходами; и

[0011] Фиг.4 представляет собой блок-схему варианта выполнения процесса для управления потоком выхлопных газов через парогенератор с рекуперацией тепла (теплоутилизационный парогенератор).

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0012] Далее будет описан один или несколько конкретных вариантов выполнения настоящего изобретения. В стремлении дать краткое описание этих вариантов выполнения, в спецификации могут быть и не представлены все признаки конкретной реализации изобретения. Следует отметить, что в развитии любой такой конкретной реализации, как и в любом инженерном или конструкторском проекте, для достижения разработчиком конкретных целей, таких как соблюдение связанных с системой и связанных с бизнесом ограничений, которые могут варьироваться от одной реализации к другой, должны быть выполнены многочисленные реализации конкретных решений. Кроме того, следует иметь в виду, что такие усилия в области развития могут быть сложными и трудоемкими, но, тем не менее, для специалистов в этой области техники, вооруженными преимуществами настоящего изобретения, являются обычно выполняемыми работами по проектированию, изготовлению и производству.

[0013] При описании элементов различных вариантов выполнения настоящего изобретения формы единственного числа существительных и слово «указанный» также означают, что может присутствовать один или несколько элементов. Термины «содержащий», «включающий», «имеющий» подразумевают включение и означают, что могут иметься дополнительные элементы, отличные от перечисленных элементов.

[0014] Как будет показано ниже, некоторые варианты выполнения парогенератора с рекуперацией тепла (теплоутилизационного парогенератора) содержат первый выпускной проточный проход для содействия теплообмену между выхлопными газами из газовой турбины и первым теплообменником. Для управления температурой текучей среды, протекающей через первый теплообменник, теплоутилизационный парогенератор содержит второй выпускной проточный проход, который может быть использован для обхода первого теплообменника. Например, текучая среда может протекать по первому выпускному проточному проходу и второму выпускному проточному проходу, когда для нагревания текучей среды в первом теплообменнике требуется меньше тепла. Управление температурой текучей среды в первом теплообменнике, таким образом, может увеличить производительность теплоутилизационного парогенератора.

[0015] В одном варианте выполнения может иметься третий выпускной проточный проход, который может быть использован для того, чтобы дополнительные выхлопные газы обходили первый теплообменник и/или обходил второй теплообменник. Например, третий выпускной проточный проход может быть расположен параллельно второму выпускному проточному проходу таким образом, чтобы выхлопные газы, протекающие через второй и третий выпускные проточные проходы, обходили первый теплообменник. В дополнение к этому и/или, в качестве альтернативы третий выпускной проточный проход может быть расположен в ряд со вторым выпускным проточным проходом таким образом, чтобы выхлопные газы, протекающие через второй проточный проход, обходили первый теплообменник, а выхлопные газы, протекающие через третий проточный проход, обходили второй теплообменник. Кроме того, для выборочного направления выхлопных газов во второй и третий проточные проходы могут быть использованы заслонки. Заслонки могут быть размещены в различных положениях (например, в открытом, закрытом или положении между ними), чтобы управлять количеством выхлопных газов, протекающих во второй и третий проточные проходы.

[0016] В другом варианте выполнения система активации может перемещать один или несколько заслонок, основываясь на обратной связи от системы управления. Например, когда измерения датчика превышают определенный порог, заслонки могут открываться или закрываться для обеспечения или предотвращения протекания выхлопных газов через второй и третий проточные проходы. Кроме того, для управления температурой текучей среды, протекающей через первый теплообменник, может быть использован контроллер. Например, контроллер может принимать сигналы от одного или нескольких датчиков, которые показывают температуру внутри теплоутилизационного парогенератора. Эти сигналы могут быть использованы контроллером для определения того, какие проточные проходы использовать для протекания выхлопных газов.

[0017] Со ссылкой теперь на чертежи и в первую очередь на Фиг.1, отметим, что Фиг.1 представляет собой блок-схему варианта выполнения энергоустановки 10 с комбинированным циклом с газовой турбиной 12, паровой турбиной 14 и теплоутилизационным парогенератором 16. Энергоустановка 10 может содержать газовую турбину 12 для приведения в действие генератора 18 (например, нагрузку). Генератор 18 может, например, представлять собой электрический генератор для производства электроэнергии. Кроме того, газовая турбина 12 может содержать турбину 20, топку или камеру 22 сгорания и компрессор 24. В конкретных вариантах выполнения камера 22 сгорания может получать природный газ и/или жидкое топливо из нагревателя 25 топливного газа, соединенного с камерой 22 сгорания. В одном варианте выполнения энергоустановка 10 может также содержать паровую турбину 14 для управления нагрузкой 26. Нагрузка 26 может также представлять собой электрический генератор для выработки электроэнергии. Тем не менее, как генератор 18, так и нагрузка 26 могут представлять собой другие типы нагрузок, выполненные с возможностью приведения в действие газовой турбиной 12 и паровой турбиной 14. Кроме того, как показано в представленном варианте выполнения, несмотря на то, что для управления генератором 18 и нагрузкой 26 вместе на одном валу газовая турбина 12 и паровая турбина 14 используются в тандеме, для приведения в действие генератора 18 и нагрузки 26 также могут быть использованы газовая турбина 12 и паровая турбина 14, расположенные на отдельных валах. Тем не менее, конкретные конструкции паровой турбины 14, а также газовой турбины 12, могут представлять собой конкретные реализации и могут включать любую комбинацию частей.

[0018] Энергоустановка 10 может также содержать многоступенчатый теплоутилизационный парогенератор 16. Компоненты парогенератора 16, в показанном варианте выполнения, являются упрощенным изображением парогенератора 16 и не предназначены для ограничения того, что может быть включено в парогенератор 16. Скорее, изображенный парогенератор 16 показан для объяснения принципа работы теплоутилизационного парогенератора. Кроме того, парогенератор 16 может быть представлен как одноступенчатый парогенератор 16 или как любой другой тип теплоутилизационных парогенераторов. Нагретые выхлопные газы 34 из газовой турбины 12 могут быть перенесены в парогенератор 16 и использоваться для нагрева пара для использования для приведения в действие паровой турбины 14. Как можно понять, температура выхлопных газов 34 может меняться в зависимости от ряда переменных, включая состав топлива, условия окружающей среды, и/или условия эксплуатации газовой турбины 12. Например, во время обычной работы температура выхлопных газов 34 может варьироваться в диапазоне от 300 до 400°С.

[0019] В энергоустановках с комбинированным циклом, таких как энергоустановка 10, горячие выхлопные газы 34 могут вытекать из газовой турбины 12 и проходить через парогенератор 16, и могут быть использованы для генерации пара при одном или нескольких уровнях давления и при высоких температурах. Пар, образующийся в парогенераторе 16, может затем быть пропущен через паровую турбину 14 для выработки электроэнергии. Кроме того, полученный пар может быть подан в любые другие процессы, где может быть использован перегретый/насыщенный пар. Газовую турбину 12 часто называют «надстроечным циклом», или циклом Брайтона, тогда как цикл генерации паровой турбины 14 (например, паровой цикл) часто называют «утилизационным циклом», или циклом Ранкина. Благодаря комбинации этих двух циклов, как показано на Фиг.1, энергоустановка 10 может обеспечивать повышение общего КПД комбинированной установки. В частности, отработанное тепло из надстроечного цикла может быть захвачено и использовано для производства пара для использования в утилизационном цикле.

[0020] В проиллюстрированном варианте выполнения паровая турбина 14 может содержать секцию 28 низкого давления (LP ST), секцию 30 среднего давления (IP ST) и секцию 32 высокого давления (HP ST). Следует понимать, что каждая секция 28, 30 и 32 давления может создавать выхлопные газы. Выхлопные газы из секции 28 низкого давления паровой турбины 14 могут быть направлены в конденсатор 38, где выхлопные газы конденсируются в жидкий конденсат. Конденсат из конденсатора 38 может, в свою очередь, быть направлен в ступень низкого давления парогенератора 16 с помощью насоса 40 для перекачки конденсата. Далее конденсат может затем проходить через экономайзер 44 низкого давления (LPECON), который используется для нагрева конденсата. Из экономайзера 44 низкого давления конденсат может быть направлен в испаритель 46 низкого давления (LPEVAP) с сосудом 48 под давлением (например, котлом), используемым для производства пара из конденсата. Пар, произведенный из испарителя 46 низкого давления, может проходить через пароперегреватель 50 низкого давления, где пар перегревается, а затем направляется в секцию 28 низкого давления паровой турбины 14.

[0021] Возвращаясь к сосуду 48 высокого давления, нагретый конденсат может быть перекачен из сосуда 48 высокого давления через насос 52 промежуточного давления к экономайзеру 54 промежуточного давления (IPECON) для приложения дополнительного тепла к конденсату. Из экономайзера 54 промежуточного давления конденсат может быть направлен в испаритель 56 промежуточного давления (IPEVAP) с сосудом 58 под давлением (например, котел), используемым для производства пара из конденсата. Пар из испарителя 56 промежуточного давления может быть направлен к пароперегревателю 60 промежуточного давления, где пар перегревается. Перегретый пар затем может протекать через первичный повторный нагреватель 62 и вторичный повторный нагреватель 64 перед тем, как он направляется к секции 30 среднего давления паровой турбины 14. Как показано, выхлопные газы из секции 30 среднего давления паровой турбины 14 могут быть направлены в секцию 28 низкого давления паровой турбины 14.

[0022] Возвращаясь снова к сосуду 48 высокого давления, нагретый конденсат может быть перекачен из сосуда 48 высокого давления через насос 66 высокого давления к третьему экономайзеру 68 высокого давления (HPECON №3) для приложения дополнительного тепла к конденсату. Конденсат из третьего экономайзера 68 высокого давления может быть направлен ко второму экономайзеру 70 высокого давления (HPECON №2), затем к первому экономайзеру 72 высокого давления (HPECON №1), где конденсат еще больше нагревается. Конденсат из первого экономайзера 72 высокого давления может быть направлен в испаритель 74 высокого давления (HPEVAP) с сосудом 76 давления (например, котлом), используемым для производства пара из конденсата. Пар, выходящий из испарителя 74 высокого давления, может быть направлен в первичный пароперегреватель 78 высокого давления, вторичный пароперегреватель 80 высокого давления, и окончательный пароперегреватель 82 высокого давления, где пар перегревается и, в конечном итоге, направляется в секцию 32 высокого давления паровой турбины 14. Как показано, выхлопные газы из секции 32 высокого давления паровой турбины 14 могут, в свою очередь, быть направлены через первичные и вторичные повторные нагреватели 62 и 64, и в секцию 30 среднего давления паровой турбины 14.

[0023] Во время работы энергоустановки 10 температура текучей среды, протекающей через различные теплообменники (например, экономайзеры 44, 54, 68, 70 и 72, пароперегреватели 50, 60, 78, 80 и 82, и повторные нагреватели 62 и 64), может превысить требуемую температуру. Например, во время запуска паровой турбины 14, когда газовая турбина 12 находится в работе, может быть желательным управлять температурой текучей среды, протекающей через различные теплообменники, до заданной температуры приблизительно от 300 до 400°С. Кроме того, при некоторых режимах работы может быть желательным управлять температурой текучей среды, протекающей через различные теплообменники, до температуры менее чем приблизительно от 500 до 700°С в течение всего времени работы газовой турбины 12. Таким образом, парогенератор 16 может быть расположен так, что выхлопные газы 34 могут обходить некоторые теплообменники, и что выхлопные газы 34 нагревают текучую среду в теплообменниках, когда это необходимо. Различные варианты выполнения обходного выпускного проточного прохода описаны со ссылкой на Фиг.2 и 3.

[0024] Фиг.2 представляет собой блок-схему варианта выполнения энергетической установки 10, изображенной на Фиг.1, имеющей парогенератор 16 с двумя обходными выпускными проточными проходами. Обходные выпускные проточные проходы используются для направления части выхлопных газов 34 из основного выпускного проточного прохода. Кроме того, как показано на чертеже, энергетическая установка 10 содержит систему 94 управления для управления потоком выхлопных газов 34 через выпускные проточные проходы (например, обходной и основной выпускные проточные проходы). Система 94 управления содержит контроллер 96, который передает и принимает сигналы управления для связи с устройствами, такими как датчики и активаторы. Как можно понять, контроллер 96 может содержать один или несколько процессоров для выполнения команд, хранимых в устройстве хранения данных, таком как память. Контроллер 96 может управлять проточным проходом для выхлопных газов 34, протекающих через парогенератор 16, путем обеспечения возможности обхода выхлопными газами по меньшей мере одного теплообменника в парогенераторе 16. Различные датчики подключены к контроллеру 96 для обеспечения контроллера 96 показаниями. В частности, датчик 98 температуры повторного нагревателя (например, термопара) соединена с проточным проходом между вторичным повторным нагревателем 64 и секцией 30 промежуточного давления. Датчик 98 температуры повторного нагревателя измеряет температуру текучей среды, выходящей из вторичного повторного нагревателя 64, и обеспечивает контроллер 96 показаниями измеренной температуры. Кроме того, датчик 100 температуры высокого давления (например, термопара) соединен с проточным проходом между окончательным перегревателем 82 высокого давления и секцией 32 высокого давления. Датчик 100 температуры высокого давления измеряет температуру текучей среды на выходе из окончательного перегревателя 82 высокого давления и обеспечивает контроллер 96 показаниями измеренной температуры. Кроме того, датчик 102 температуры выхлопных газов (например, термопара) соединен с проточным проходом между газовой турбиной 12 и парогенератором 16. Датчик 102 температуры выхлопных газов измеряет температуру текучей среды, выходящей из газовой турбины 12, и обеспечивает контроллер 96 показаниями измеренной температуры. Датчик 104 потока выхлопных газов присоединен между газовой турбиной 12 и парогенератором 16. Датчик 104 потока выхлопных газов измеряет количество выхлопных газов, вытекающих из газовой турбины 12 к парогенератору 16, и обеспечивает контроллер 96 показаниями измеренного потока выхлопных газов. Как можно понять, датчик 104 потока выхлопных газов может представлять собой датчик потока или расхода любого подходящего типа.

[0025] В целом, выхлопные газы 34, поступившие в парогенератор 16, протекают по основному выпускному проточному проходу 106, который обычно находится в центральной области, и по всей длине парогенератора 16. Основной выпускной проточный проход 106 содействует теплообмену между выхлопными газами 34, выходящими из газовой турбины 12, и одним или несколькими теплообменниками (например, экономайзерами 44, 54, 68, 70 и 72, пароперегревателями 50, 60, 78, 80 и 82, и повторными нагревателями 62 и 64). Выхлопные газы 34 могут также быть направлены в первый обходной выпускной проточный проход 108 и/или во второй обходной выпускной проточный проход 110, так что часть выхлопных газов обходит один или несколько теплообменников (например, пароперегреватели 78, 80 и 82, и повторные нагреватели 62 и 64). В некоторых вариантах выполнения приблизительно от 0 до 25%, от 5 до 35%, или от 20 до 40% выпускного газа 34, поступающего в парогенератор 16, может проходить через каждый из обходных выпускных проточных проходов 108 и 110. Следует отметить, что в таком варианте выполнения, если оба обходных выпускных проточных прохода 108 и 110 открыты, чтобы обеспечить возможность протекания через них выхлопных газов 34, то приблизительно в два раза больше выхлопных газов 34, поступивших в парогенератор 16, может протекать через обходные выпускные проточные проходы 108 и 110 (например, приблизительно от 0 до 50%, от 10 до 70% или от 40 до 80% от выхлопных газов 34, поступивших в парогенератор 16, может протекать через комбинацию обходных выпускных проточных проходов 108 и 110). Как можно понять, выхлопные газы 34 могут быть направлены через первый обходной выпускной проточный проход 108, используя заслонку 112 входящего потока (например, дверцу). Заслонка 112 входящего потока может открывать и закрывать доступ к первому обходному выпускному проточному проходу 108 путем его перемещения в одном из направлений 114. Кроме того, заслонка 112 входящего потока может быть открыта и закрыта с помощью привода 116, который управляется контроллером 96. Помимо этого, для управления потоком выхлопных газов 34, выходящих из первого обходного выпускного проточного прохода 108, может быть использована заслонка 118 выходящего потока. Опять же, заслонка 118 выходящего потока может открываться и закрываться, перемещаясь в одном из направлений 120 после того, как она была перемещена приводом 122, управляемым контроллером 96.

[0026] Аналогичным образом, выхлопные газы 34 могут быть направлены через второй обходной выпускной проточный проход 110, используя заслонку 124 входящего потока. Заслонка 124 входящего потока может открывать и закрывать доступ ко второму обходному выпускному проточному проходу 110, перемещаясь в одном из направлений 126 после того, как она была перемещена приводом 128, управляемым контроллером 96. Кроме того, для управления потоком выхлопных газов 34, выходящих из второго обходного выпускного проточного прохода 110, может быть использована заслонка 130 выходящего потока. Опять же, эта заслонка 130 выходящего потока может открываться и закрываться, перемещаясь в одном из направлений 132 после того, как она была перемещена приводом 134, управляемым контроллером 96. Как можно понять, заслонки 112, 118, 124 и 130 могут быть перемещены (например, активированы) в открытое или закрытое положение, или любое промежуточное положение (например, частично открытое положение). Например, контроллер 96 может управлять заслонками 112, 118, 124 и 130, чтобы те были открыты от 10 до 50%, открыты от 30 до 95%, открыты 5 до 60% или открыты от 0 до 100%. Конкретное положение заслонки 112, 118, 124 и 130 может быть основано на заключении, сделанном контроллером 96, например, основано на значении текущей и/или расчетной температуре, полученном от датчиков 98, 100 и 102 температуры. Кроме того, приводы 116, 122, 128 и 134 могут представлять собой приводы любого типа, такие как приводы, которые приводятся в действие гидравлически, пневматически, электрически или механически.

[0027] Во время работы контроллер 96 может определить, какой выпускной проточный проход или проходы должны быть использованы для проведения выхлопных газов 34 через парогенератор 16. В конкретных вариантах выполнения определение проточного прохода может быть основано на показаниях, полученных от датчиков 98, 100 и/или 102 температуры. Как можно понять, в конкретных вариантах выполнения может иметься запаздывание между температурой, измеряемой датчиками 98, 100 и 102 температуры, и фактической температурой в температурных датчиках. Например, из-за задержки, температура, сообщаемая датчиками 98, 100 и 102 температуры, может запаздывать приблизительно от 10 до 20 секунд (т.е., датчикам 98, 100 и 102 температуры может потребоваться от 10 до 20 секунд для измерения точной температуры). Поэтому, когда используются газовые турбины 12, имеющие быстрый запуск, датчики 98, 100 и 102 температуры могут отображать температуру, которая отличается от текущей температуры. Таким образом, контроллер 96 может компенсировать задержки по времени в датчиках 98, 100 и 102 температуры. В некоторых вариантах выполнения для оценки текущей температуры контроллер 96 может использовать температурную статистику. Например, в системе с датчиками температуры, имеющими 10-секундное запаздывание, контроллер 96 может использовать измерения температуры, выполненные 15 секунд ранее и 10 секунд ранее для определения скорости изменения температуры. Тогда скорость изменения температуры может быть использована для оценки текущей температуры. Как можно понять, контроллер 96 может использовать измерения датчиками 98, 100 и 102 температуры как часть внешнего контура управления для управления заслонками 112, 118, 124 и 130 и может обеспечить медленное управление заслонками.

[0028] После того, как выполнено определение проточного прохода, контроллер 96 может управлять протеканием выхлопных газов 34 по проточным проходам через определенный выпускной проточный проход или проходы, так чтобы текучая среда, протекающая через теплообменники в теплоутилизационном парогенераторе, не перегревалась. Таким образом, контроллер 96 может выборочно обеспечивать возможность протекания выхлопных газов 34 через различные нагревательные элементы путем выборочного приведения в действие проточных проходов для выхлопных газов. Например, контроллер 96 может определить, что для нагрева текучей среды, протекающей через теплообменники, необходимо меньшее количество тепла. Таким образом, контроллер 96 может управлять открытием заслонок 112 и 118, обеспечивая, тем самым, возможность протекания выхлопных газов 34 через первый обходной выпускной проточный проход 108. С другой стороны, контроллер 96 может определить, что для нагрева текучей среды, протекающей через теплообменник, необходимо большее количество тепла, т.е. чтобы текучая среда, протекающая через теплообменник, не была недогрета. Таким образом, контроллер 96 может управлять закрытием заслонок 112 и 118, препятствуя, тем самым, протеканию выхлопных газов 34 через первый обходной выпускной проточный прохода 108. Как можно понять, заслонками 124 и 130 можно управлять таким же образом, что и заслонками 112 и 118.

[0029] Как можно понять, первый и второй обходные выпускные проточные проходы 108 и 110 могут быть расположены в другом месте, чем показано, так что любой из теплообменников может быть обойден либо первым, либо вторым обходным выпускным проточным проходом 108 и 110. Кроме того, первый и второй обходные выпускные проточные проходы 108 и 110 могут проходить на большую или меньшую длину, чем показано на чертеже (например, проточные проходы 108 и 110 могут проходить вдоль одного теплообменника (например, теплообменника 82) или всех теплообменников (например, теплообменников 50, 60, 62, 64, 78, 80 и 82)). Кроме того, несмотря на то, что на Фиг.2 для каждого проточного прохода 108 и 110 показано всего только одно входное отверстие и одно выходное отверстие, в некоторых вариантах выполнения для управления потоком выхлопных газов 34 в проточных проходах 108 и 110 может иметься несколько входных отверстий и одно выходное отверстие, одно входное отверстие и несколько выходных отверстий, или несколько входных отверстий и несколько выходных отверстий.

[0030] Фиг.3 представляет собой блок-схему варианта выполнения энергетической установки 10, изображенной на Фиг.2, имеющей парогенератор 16 с четырьмя обходными выпускными проточными проходами. Как показано, парогенератор 16 может содержать третий обходной выпускной проточный проход 146 и четвертый обходной выпускной проточный проход 148, так что часть выхлопных газов обходит один или несколько теплообменников (например, экономайзеры 70, 72 и пароперегреватели 50 и 60). Кроме того, в некоторых вариантах выполнения третий обходной выпускной проточный проход 146 может соединяться с первым обходным выпускным проточным проходом 108 через первый промежуточный проточный проход 150. Кроме того, в некоторых вариантах выполнения четвертый обходной выпускной проточный прохода 148 может соединяться со вторым обходным выпускным проточным проходом 110 через второй промежуточный проточный проход 152.

[0031] Выхлопные газы 34 могут быть направлены через третий обходной выпускной проточный проход 146 с использованием заслонки 154 входящего потока. Заслонка 154 входящего потока может открывать и закрывать доступ к третьему обходному выпускному проточному проходу 146, перемещаясь в одном из направлений 156 после того, как она была перемещена приводом 158, управляемым контроллером 96. Кроме того, заслонка 160 выходящего потока может быть использована для управления потоком выхлопных газов 34, выходящих из третьего обходного выпускного проточного прохода 146. Опять же, заслонка 160 выходящего потока может открываться и закрываться, перемещаясь в одном из направлений 162 после того, как она была перемещена приводом 164, управляемым контроллером 96.

[0032] Аналогично, выхлопные газы 34 могут быть направлены через четвертый обходной выпускной проточный проход 148 с использованием заслонки 166 входящего потока. Заслонка 166 входящего потока может открывать и закрывать доступ к четвертому обходному выпускному проточному проходу 148, перемещаясь в одном из направлений 168 после того, как она была перемещена приводом 170, управляемым контроллером 96. Кроме того, заслонка 172 выходящего потока может быть использована для управления потоком выхлопных газов 34, выходящих из четвертого обходного выпускного проточного прохода 148. Опять же, заслонка 172 выходящего потока может открываться и закрываться, перемещаясь в одном из направлений 174 после того, как она была перемещена приводом 176, управляемым контроллером 96. Как можно понять, заслонки 154, 160, 166 и 172 могут быть перемещены (например, активированы) в открытое или закрытое положение или в любое промежуточное положение. Кроме того, приводы 158, 164, 170 и 176 могут представлять собой приводы любого типа, такие как приводы, которые являются гидравлическими, пневматическими, электрическими или механическими приводами. Как можно понять, первый, второй, третий и четвертый обходные выпускные проточные проходы 108, 110, 146 и 148 могут быть расположены в других местах, чем показано на чертежах, так что любой из теплообменников может быть обойден любым их обходных выпускных проточных проходов 108, 110, 146 и 148. С помощью обходных проточных проходов 108, 110, 146 и 148 контроллер 96 может быть в состоянии управлять температурой текучей среды, протекающей через теплообменник так, чтобы текучая среда не перегревалась или недогревалась.

[0033] Фиг.4 представляет собой блок-схему варианта выполнения процесса 190 для управления потоком выхлопных газов, проходящих через парогенератор 16. В блоке 192 контроллер 96 может получать первое показание первой температуры. Например, контроллер 96 может получить первое показание первой температуры от одного или нескольких датчиков 98, 100 и 102 температуры. Далее, на этапе 194, контроллер 96 может получать второе показание второй температуры. Как можно понять, второе показание второй температуры может быть от одного датчика температуры (например, первое и второе показания могут быть от датчика 98), или от другого датчика температуры (например, первое показание может быть от датчика 98, а второе показание может быть от датчика 100). Например, первое показание температуры может быть измерено датчиком 100 температуры высокого давления приблизительно через 2 минуты после запуска газовой турбины 12. Второе показание температуры может быть измерено датчиком 100 температуры высокого давления приблизительно через 4 минуты после запуска газовой турбины 12. На основании этих двух показаний температуры контроллер 96 может определить, что температура текучей среды, протекающей в секции 32 высокого давления, возрастает слишком быстро. Затем, в блоке 196, контроллер 96 может определять один или несколько выпускных проточных проходов, предназначенных для протекания выхлопных газов 34, основываясь на этих двух показаниях. Такое определение может быть использовано для управления температурой текучей среды, протекающей через теплообменники в парогенераторе 16. Кроме того, определение может быть основано, по меньшей мере частично, на первом и втором показаниях температуры. Таким образом, контроллер 96 может определить, что должен быть использован обходной проточный проход. В блоке 198 контроллер 96 может управлять указанным одним или несколькими выпускными проточными проходами для протекания через них выхлопных газов 34. Например, контроллер 96 может открывать или закрывать заслонки в любом из обходных выпускных проточных проходах 108, 110, 146 и 148, чтобы управлять потоком выхлопных газов 34.

[0034] Следует отметить, что, хотя некоторые виды энергетических установок 10 были описаны на Фиг.1-4, парогенератор 16 с обходными проточными проходами может быть использован в энергетической установке 10 любого типа или в другой системе. Аналогично, в парогенераторе 16 может иметься меньше, больше систем и устройств, или другие системы и устройства, чем те, что описаны и показаны на чертежах. Таким образом, обходные проточные проходы могут быть использованы с парогенератором 16 любого типа так, чтобы выхлопные газы 34 могли обходить основной проточный проход 106. С помощью обходных проточных проходов температура текучей среды, протекающей через теплообменник в парогенераторе 16 может управляться (т.е. количество горячих выхлопных газов 34, протекающих через теплообменник, может быть изменено по желанию). В такой конструкции наличие пароохладителей не требуется и, следовательно, части и расходы, связанные с пароохладителями, не являются частью парогенератора 16. Кроме того, с помощью обходных проточных проходов парогенератор 16 может иметь больший тепловой КПД, чем системы, использующие пароохладители для управления температурой текучей среды в теплообменниках. Например, в конкретных вариантах выполнения использование обходных проточных проходов может повысить КПД работы парогенератора 16 приблизительно от 0,001 до 1,000%.

[0035] В приведенном описании примеры, включая наилучший режим, используются для раскрытия изобретения, а также чтобы дать возможность любому специалисту в данной области техники осуществить изобретение на практике, в том числе создать и использовать любые устройства или системы и осуществить любой включенный в описание способ. Патентоспособный объем изобретения определяется формулой изобретения и может включать другие примеры, которые будут очевидны для специалистов в данной области техники. Подразумевается, что такие другие примеры находятся в пределах объема формулы изобретения, если они имеют конструктивные элементы, которые ничем не отличаются от буквального языка формулы изобретения, или если они включают в себя эквивалентные конструктивные элементы с несущественными отличиями от буквального языках формулы изобретения.

Изобретение относится к энергетике. Система парогенератора с рекуперацией тепла (теплоутилизационного парогенератора) содержит первый, второй и третий проточный проход. Парогенератор с рекуперацией тепла может содержать первую заслонку, выполненную с возможностью выборочного обеспечения пропускания части выхлопных газов через второй проточный проход. Изобретение позволяет обеспечить управление температурой в парогенераторе.

2 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Система парогенератора с рекуперацией тепла (теплоутилизационного парогенератора), содержащая:

теплоутилизационный парогенератор, содержащий:

несколько теплообменников,

первый проточный проход для выхлопных газов, выполненный с возможностью содействия теплообмену между выхлопными газами из газовой турбины и потоком первой текучей среды через первый теплообменник и второй теплообменник из указанных нескольких теплообменников, и

второй проточный проход для выхлопных газов, выполненный с возможностью перенаправления первой части выхлопных газов через второй теплообменник в обход первого теплообменника, причем первый и второй проточные проходы для выхлопных газов расположены в теплоутилизационном парогенераторе, причем обход первого теплообменника содержит обход первого пароперегревателя высокого давления, второго пароперегревателя высокого давления и первого повторного нагревателя, причем первый пароперегреватель высокого давления соединен с испарителем высокого давления и со вторым пароперегревателем высокого давления, второй пароперегреватель высокого давления соединен с третьим пароперегревателем высокого давления, а первый повторный нагреватель соединен со вторым повторным нагревателем и пароперегревателем промежуточного давления,

третий проточный проход для выхлопных газов, выполненный с возможностью обхода пароперегревателя промежуточного давления и экономайзера высокого давления, причем испаритель высокого давления соединен с экономайзером высокого давления, при этом третий проточный проход для выхлопных газов расположен в теплоутилизационном парогенераторе,

заслонку, выполненную с возможностью выборочного направления указанной первой части потока выхлопных газов в обход первого теплообменника путем направления этой части потока выхлопных газов через второй проточный проход для выхлопных газов, и

привод, соединенный с заслонкой и выполненный с возможностью регулирования положения заслонки для регулирования температуры указанной текучей среды.

2. Система по п. 1, в которой третий проточный проход для выхлопных газов выполнен с возможностью перенаправления второй части выхлопных газов в обход первого теплообменника.

3. Система по п. 1, в которой третий проточный проход для выхлопных газов выполнен с возможностью перенаправления второй части выхлопных газов в обход третьего теплообменника, при этом третий проточный проход для выхлопных газов выполнен без возможности перенаправления указанной второй части выхлопных газов в обход первого теплообменника.

4. Система по п. 1, в которой третий проточный проход для выхлопных газов выполнен с возможностью перенаправления второй части выхлопных газов в обход первого теплообменника и третьего теплообменника.

5. Система по п. 1, в которой теплоутилизационный парогенератор содержит заслонку для выходящего потока, выполненную с возможностью выборочного направления указанной первой части потока выхлопных газов из второго проточного прохода для выхлопных газов.

6. Система по п. 1, в которой второй проточный проход для выхлопных газов выполнен с возможностью обхода первого пароперегревателя высокого давления, второго пароперегревателя высокого давления и первого повторного нагревателя, причем первый пароперегреватель высокого давления соединен с испарителем высокого давления и со вторым пароперегревателем высокого давления, второй пароперегреватель высокого давления соединен с третьим пароперегревателем высокого давления, а первый повторный нагреватель соединен со вторым повторным нагревателем и пароперегревателем промежуточного давления.

7. Система по п. 6, в которой третий проточный проход для выхлопных газов выполнен с возможностью обхода пароперегревателя промежуточного давления и экономайзера высокого давления, причем испаритель высокого давления соединен с экономайзером высокого давления.

8. Система парогенератора с рекуперацией тепла (теплоутилизационного парогенератора), содержащая:

теплоутилизационный парогенератор, содержащий:

несколько теплообменников, расположенных в теплоутилизационном парогенераторе и содержащих первый пароперегреватель высокого давления, второй пароперегреватель высокого давления, третий пароперегреватель высокого давления, первый повторный нагреватель, второй повторный нагреватель и пароперегреватель промежуточного давления,

первый проточный проход для выхлопных газов, расположенный в теплоутилизационном парогенераторе и выполненный с возможностью направления потока через первый пароперегреватель высокого давления, второй пароперегреватель высокого давления, третий пароперегреватель высокого давления, первый повторный нагреватель, второй повторный нагреватель и пароперегреватель промежуточного давления,

второй проточный проход для выхлопных газов, расположенный в теплоутилизационном парогенераторе и выполненный с возможностью направления потока через третий пароперегреватель высокого давления и в обход первого пароперегревателя высокого давления, второго пароперегревателя высокого давления и первого повторного нагревателя, причем первый пароперегреватель высокого давления соединен с испарителем высокого давления и со вторым пароперегревателем высокого давления, второй пароперегреватель высокого давления соединен с третьим пароперегревателем высокого давления, а первый повторный нагреватель соединен со вторым повторным нагревателем и пароперегревателем промежуточного давления

третий проточный проход для выхлопных газов, выполненный с возможностью обхода пароперегревателя промежуточного давления и экономайзера высокого давления, причем испаритель высокого давления соединен с экономайзером высокого давления, при этом третий проточный проход для выхлопных газов расположен в теплоутилизационном парогенераторе,

первую заслонку, выполненную с возможностью выборочного обеспечения протекания части выхлопных газов через второй проточный проход для выхлопных газов, и

привод, соединенный с первой заслонкой и выполненный с возможностью регулирования положения первой заслонки.

9. Система по п. 8, в которой теплоутилизационный парогенератор содержит вторую заслонку, выполненную с возможностью выборочного обеспечения протекания выхлопных газов через третий проточный проход для выхлопных газов.

10. Система по п. 8, в которой теплоутилизационный парогенератор содержит контроллер, выполненный с возможностью активации первой заслонки.

11. Система по п. 8, в которой первый проточный проход для выхлопных газов выполнен с возможностью содействия теплообмену между выхлопными газами и потоком текучей среды через указанные несколько теплообменников, а указанный привод выполнен с возможностью перемещения заслонки между открытым положением и закрытым положением для регулирования температуры указанной текучей среды, которая представляет собой пар.