ИНТЕГРИРОВАННАЯ СИСТЕМА УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛА ДЫМОВЫХ ГАЗОВ Российский патент 2018 года по МПК F22D1/36 

Область техники

Настоящее изобретение относится в общем к электростанциям, содержащим паровые котлы, работающие на ископаемом топливе, и в частности к их энергически эффективным конфигурациям.

Уровень техники

Типичная электростанция, работающая на ископаемом топливе, описанная, например, в EP2351914A, содержит котел, содержащий экономайзер, испаритель, пароперегреватель и промежуточный пароперегреватель, а также множество модулей паровой турбины, содержащие ступени высокого давления, промежуточного давления и низкого давления, установленные на валу, который осуществляет привод генератора. Пар, генерируемый посредством котла, вначале расширяется на ступени турбины высокого давления, после чего осуществляется его промежуточное перегревание в промежуточном пароперегревателе перед последующей подачей на ступень турбины промежуточного давления. Пар, выходящий с промежуточной ступени, после дополнительного расширения на ступени турбины низкого давления, подается в конденсатор. Конденсат, собираемый на стенке конденсатора, перекачивается с помощью одного или более конденсатных насосов к подогревателю конденсата, который осуществляет предварительный нагрев конденсата, используя пар, выходящий из паровых турбин низкого давления и промежуточного давления. Электростанция может дополнительно содержать один или более подогревателей высокого давления, расположенные ниже по потоку относительно системы питающего насоса, используемой для повышения давления конденсата ниже по потоку относительно подогревателей низкого давления. Пар, выходящий со ступени турбины высокого давления, может использоваться в качестве источника тепла для этих подогревателей. Предварительно нагретый конденсат из подогревателей высокого давления подается в котел/экономайзер, тем самым завершая замкнутый цикл конденсации пара.

Типичная электростанция, работающая на ископаемом топливе, включает в себя систему ископаемого топлива, которая может содержать установку для измельчения угля, подающую уголь в котел, систему воздуха для подачи воздуха для горения, и систему дымового газа для выпуска и направления дымового газа из котла. Система дымового газа типично включает в себя воздухоподогреватель для предварительного нагрева воздуха перед тем, как он входит в котел, и систему улавливания частиц, например электростатический осадитель или тканевый фильтр, и блок обессеривания, которые очищают дымовой газ перед его выпуском через дымовую трубу или градирню. Предварительный нагрев воздуха, используя дымовой газ, является одним из средств улучшения тепловой эффективности электростанции. Однако имеется постоянная необходимость в создании электростанций, в которых требования по увеличению тепловой эффективности будут сбалансированы с уменьшением затрат, что может быть достигнуто путем уменьшения сложности.

Сущность изобретения

Предлагается система электростанции, работающей на ископаемом топливе, которая решает двойную проблему сложности электростанции и тепловой эффективности.

Эта проблема решается с помощью признаков, приведенных в независимом пункте формулы изобретения. Предпочтительные варианты воплощения приводятся в зависимых пунктах формулы изобретения.

Настоящее изобретение основано на общей идее обеспечения унитарного теплообменника дымового газа, который охватывает обводную линию и вторую линию конденсата, и выполнен с возможностью передачи тепловой энергии от дымового газа к конденсату.

Согласно одному аспекту предлагается электростанция, которая имеет котел, работающий на ископаемом топливе, линию подачи воздуха для подачи воздуха в котел, линию дымового газа, соединенную с котлом, для выпуска дымового газа из котла, воздухоподогреватель, расположенный и в линии подачи воздуха и в линии дымового газа и выполненный с возможностью передавать тепловую энергию от дымового газа, выходящего из котла, к воздуху, подаваемому в котел. Согласно этому аспекту дополнительно обеспечиваются обводная линия, которая образует часть линии дымового газа и выполнена с возможностью обходить воздухоподогреватель, первая линия конденсата, соединенная с котлом для подачи конденсата в котел, имеющая множество подогревателей, и вторая линия конденсата, первый и второй дистальные концы которой соединены с первой линией конденсата. В этом аспекте изобретение дополнительно включает в себя унитарный теплообменник дымового газа, охватывающий обводную линию и вторую линию конденсата. Унитарный теплообменник дымового газа обеспечивает эффективное и при этом простое средство для передачи тепловой энергии от дымового газа к конденсату в линиях конденсата.

Согласно одному аспекту линия конденсата содержит один или более подогреватели низкого давления, один или более подогреватели высокого давления, и систему питающего насоса, которая по текучей среде располагается между одним или более подогревателями низкого давления и одним или более подогревателями высокого давления. Система питающего насоса выполнена с возможностью повышать давление конденсата в первой линии конденсата. Первый конец второй линии конденсата располагается ниже по потоку относительно подогревателя низкого давления и выше по потоку относительно системы питающего насоса, и вспомогательная система питающего насоса располагается во второй линии конденсата.

В разных аспектах вспомогательная система питающего насоса располагается или выше по потоку или ниже по потоку относительно теплообменника дымового газа.

Согласно одному аспекту второй конец второй линии конденсата располагается ниже по потоку относительно одного или более подогревателей высокого давления, при этом согласно другому аспекту второй конец второй линии конденсата располагается выше по потоку относительно системы питающего насоса.

Согласно одному аспекту вторая линия конденсата между теплообменником дымового газа и вторым концом проходит через по меньшей мере один из одного или более подогревателей высокого давления на стороне пара таким образом, чтобы обеспечить возможность нагрева конденсата, проходящего через по меньшей мере один или более подогревателей высокого давления.

Дополнительный аспект включает в себя третью линию конденсата, первый конец которой располагается по текучей среде между системой питающего насоса и одним или более подогревателями высокого давления, и второй конец располагается в первой линии конденсата ниже по потоку относительно одного или более подогревателей высокого давления. Этот аспект также включает в себя теплообменник конденсата в третьей линии конденсата. В этом аспекте второй конец второй линии конденсата располагается по текучей среде между одним или более подогревателями низкого давления и системой питающего насоса, при этом участок второй линии конденсата, расположенный ниже по потоку относительно теплообменника дымового газа, проходит через теплообменник конденсата, тем самым обеспечивая возможность нагрева конденсата, проходящего через третью линию конденсата, посредством конденсата, нагретого в теплообменнике дымового газа.

Согласно одному аспекту, линия конденсата содержит один или более подогревателей низкого давления, один или более подогревателей высокого давления и систему питающего насоса, которая по текучей среде располагается между одним или более подогревателями низкого давления и одним или более подогревателями высокого давления, и дополнительно выполнена с возможностью повышать давление конденсата в первой линии конденсата. Первый конец второй линии конденсата располагается по текучей среде между системой питающего насоса и одним или более подогревателями высокого давления, и второй конец второй линии конденсата располагается ниже по потоку относительно одного или более подогревателей высокого давления.

Дополнительной целью изобретения является преодоление или по меньшей мере смягчение недостатков известного уровня техники или обеспечение полезной альтернативы.

Другие аспекты и преимущества настоящего изобретения станут очевидны из последующего описания вместе с прилагаемыми чертежами, которые в качестве примера иллюстрируют примерные варианты воплощения настоящего изобретения.

Краткое описание чертежей

Далее в качестве примера описываются более подробно варианты воплощения настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Фиг.1 - схема, иллюстрирующая известную систему тепловой электростанции.

Фиг.2 - схема, иллюстрирующая примерный вариант воплощения тепловой электростанции, имеющий промежуточный теплообменник горячего/теплого конденсата.

Фиг.3 - схема, иллюстрирующая другой примерный вариант воплощения, имеющий унитарный теплообменник дымового газа/конденсата, соединенный с каскадом подогревателей конденсата.

Фиг.4 - схема, иллюстрирующая другой примерный вариант воплощения, имеющий унитарный теплообменник дымового газа/конденсата, присоединенный между резервуаром питательной воды низкого давления и вспомогательной системой питающего насоса.

Фиг.5 - схема, иллюстрирующая другой примерный вариант воплощения, имеющий унитарный теплообменник дымового газа/конденсата, присоединенный между резервуаром питательной воды низкого давления и входом котла со вспомогательной системой питающего насоса.

Фиг.6 - схема, иллюстрирующая другой примерный вариант воплощения, имеющий унитарный теплообменник дымового газа/конденсата, присоединенный между резервуаром питательной воды низкого давления и входом котла с выделенной системой питающего насоса.

Подробное описание

Далее будут описаны примеры вариантов воплощения настоящего изобретения со ссылкой на чертежи, на которых подобные ссылочные позиции используются для обозначения подобных элементов. В последующем описании, в целях пояснения, приводятся множество специфических деталей для обеспечения полного понимания изобретения. Однако настоящее изобретение может быть осуществлено на практике без этих специфических деталей, и не ограничивается описываемыми здесь примерными вариантами воплощения.

Описываемые здесь примерные варианты воплощения могут использоваться в электростанции, работающей на ископаемом топливе, показанной на фиг.1. Такая электростанция, работающая на ископаемом топливе, содержит котел 10, линию 30 воздуха для подачи в основном воздуха горения в котел 10, линию 20 дымового газа для выпуска дымового газа из котла 10, и линию 40 конденсата, которая образует части замкнутого контура вода/пар для подачи конденсата в котел 10.

Типично воздухоподогреватель 32 охватывает линию 20 дымового газа и линию 30 воздуха. Линия 20 дымового газа может дополнительно включать в себя блок 24 улавливания частиц, например электростатический осадитель, и блок 26 обессеривания, присоединенный перед дымовой трубой 28 или градирней 28.

Линия 40 конденсата включает в себя множество подогревателей 50, 52, которые могут включать в себя один или более подогревателей 50 низкого давления и один или более подогревателей 52 высокого давления. В этой конфигурации система 44 питающего насоса, расположенная между подогревателями 50 низкого давления и подогревателями 52 высокого давления, повышает давление конденсата, проходящего через линию 40 конденсата. В качестве опции, резервуар 48 питательной воды низкого давления, образующий часть линии 40 конденсата, может располагаться между системой 44 питающего насоса и одним или более подогревателями 50 низкого давления.

В примерном варианте воплощения, показанном на фиг.2, система дымового газа электростанции имеет обводную линию 22 вокруг воздухоподогревателя 32, которая действует в качестве средства, обеспечивающего возможность по меньшей мере некоторой части дымового газа из котла обойти воздухоподогреватель 32, частично расположенный в линии 20 дымового газа. Дополнительно, система конденсата включает в себя вторую линию 42 конденсата, которая продолжается от линии 40 конденсата между одним или более подогревателями 50 низкого давления и системой 44 питающего насоса, через вспомогательную систему 46 питающего насоса и теплообменник 54 дымового газа, расположенный на обводной линии 22, и затем через теплообменник 56 конденсата, перед возвратом обратно в ту же область линии 40 конденсата, или напрямую к участку линии или к резервуару 48 питательной воды низкого давления, который образует часть линии 40 конденсата.

Теплообменник 54 дымового газа, представляющий собой унитарный теплообменник, который является единственным теплообменником в обводной линии 22, обеспечивает возможность передачи тепловой энергии от системы дымового газа в систему конденсата.

Третья линия 43 конденсата имеет концы, присоединенные к линии 40 конденсата в точке между одним или более подогревателями 52 высокого давления и системой 44 питающего насоса и в точке между котлом 10 и одним или более подогревателями 52 высокого давления. Третья 43 линия конденсата дополнительно проходит через теплообменник 56 конденсата. Вторая линия 42 конденсата и третья линия 43 конденсата имеют тепловую связь с конденсатом через теплообменник 56.

В примерном варианте воплощения, показанном на фиг.3, система дымового газа электростанции имеет обводную линию 22 вокруг воздухоподогревателя 32, которая действует в качества средства, обеспечивающего возможность по меньшей мере некоторой части дымового газа из котла обойти воздухоподогреватель 32, который частично располагается в линии 20 дымового газа и линии 30 воздуха. Система конденсата дополнительно включает в себя вторую 42 линию конденсата, которая продолжается от линии 40 конденсата между одним или более подогревателями 50 низкого давления и системой 44 питающего насоса, через вспомогательную систему питающего насоса, теплообменник 54 дымового газа, расположенный на обводной линии 22, и затем через один или более подогревателей 52 высокого давления, перед возвратом назад в ту же область линии 40 конденсата, или напрямую в линию или через резервуар 48 питательной воды низкого давления.

Теплообменник 54 дымового газа, представляющий собой унитарный теплообменник, который является единственным теплообменником в обводной линии, обеспечивает возможность передачи тепловой энергии от дымового газа в систему конденсата. Дополнительное присоединение второй линии 42 конденсата к одному или более подогревателям 52 высокого давления обеспечивает возможность передачи тепловой энергии, полученной конденсатом в теплообменнике 54 дымового газа, в основной поток конденсата, проходящий через один или более подогревателей 52 высокого давления.

В примерном варианте воплощения, показанном на фиг.4, система дымового газа электростанции имеет обводную линию 22 вокруг воздухоподогревателя 32, которая действует в качестве средства, обеспечивающего возможность по меньшей мере некоторой части дымового газа из котла 10 обойти воздухоподогреватель 32, который частично располагается линии 20 дымового газа и линии 30 воздуха. Дополнительно, система конденсата включает в себя вторую линию 42 конденсата, которая продолжается от системы 44 питающего насоса, через теплообменник 54 дымового газа, расположенный на обводной линии 22, и затем через вспомогательную систему 46 питающего насоса, перед возвратом назад в область линии 40 конденсата между котлом 10 и одним или более подогревателями 52 высокого давления.

Теплообменник 54 дымового газа, представляющий собой унитарный теплообменник, который является единственным теплообменником в обводной линии 22, обеспечивает возможность передачи тепловой энергии от системы дымового газа в систему конденсата.

В примерном варианте воплощения, показанном на фиг.5, система дымового газа электростанции имеет обводную линию 22 вокруг воздухоподогревателя 32, которая действует в качестве средства, обеспечивающего возможность по меньшей мере некоторой части дымового газа из котла 10 обойти воздухоподогреватель 32, который частично располагается линии 20 дымового газа и линии 30 воздуха. Дополнительно, система конденсата включает в себя вторую линию 42 конденсата, которая продолжается от линии 40 конденсата между одним или более подогревателями 52 высокого давления и системой 44 питающего насоса, через теплообменник 54 дымового газа, расположенный на обводной линии 22, и затем через вспомогательную систему 46 питающего насоса, перед возвратом обратно в область линии 40 конденсата между вспомогательной системой 46 питающего насоса, расположенной в линии 40 конденсата ниже по потоку относительно одного или более подогревателей 52 высокого давления, и одним или более подогревателями 52 высокого давления.

Теплообменник 54 дымового газа, представляющий собой унитарный теплообменник, который является единственным теплообменником в обводной линии 22, обеспечивает возможность передачи тепловой энергии от системы дымового газа в систему конденсата.

В примерном варианте воплощения, показанном на фиг.6, система дымового газа электростанции имеет обводную линию 22 вокруг воздухоподогревателя 32, которая действует в качестве средства, обеспечивающего возможность по меньшей мере некоторой части дымового газа из котла 10 обойти воздухоподогреватель 32, который частично располагается линии 20 дымового газа и линии 30 воздуха. Дополнительно, линия конденсата включает в себя вторую линию 42 конденсата, которая продолжается от линии 40 конденсата между одним или более подогревателями 52 высокого давления и системой 44 питающего насоса, через вспомогательную систему 46 питающего насоса, и затем через теплообменник 54 дымового газа, расположенный на обводной линии 22, перед возвратом назад в область линии 40 конденсата между котлом 10 и одним или более подогревателями 52 высокого давления.

Теплообменник 54 дымового газа, представляющий собой унитарный теплообменник, который является единственным теплообменником в обводной линии 22, обеспечивает возможность передачи тепловой энергии от системы дымового газа в систему конденсата.

В альтернативном примерном варианте воплощения, который не показан, вспомогательная система 46 питающего насоса располагается ниже по потоку относительно теплообменника 54 дымового газа вместо размещения выше по потоку относительно теплообменника 54 дымового газа, как было показано на фиг.6.

Хотя изобретение было здесь показано и описано на примере полагаемых в качестве наиболее практичных вариантов воплощения, очевидно, что настоящее изобретение может быть осуществлено в других специфических формах. Поэтому раскрытые здесь варианты воплощения рассматриваются во всех отношениях иллюстративными и не ограничивающими изобретение. Объем изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения, а не приведенным выше описанием, и он охватывает все изменения, которые находятся в пределах его смысла и диапазона эквивалентов.

Описание ссылочных позиций

10 Котел

20 Линия дымового газа

22 Обводная линия дымового газа

24 Блок улавливания частиц

26 Блок обессеривания

28 Дымовая труба/градирня

30 Линия воздуха

32 Воздухоподогреватель

40 Линия конденсата

42 Вторая линия конденсата

43 Третья линия конденсата

44 Система питающего насоса

46 Вспомогательная система питающего насоса

48 Резервуар питательной воды низкого давления

50 Подогреватели низкого давления

52 Подогреватели высокого давления

54 Теплообменник дымового газа

56 Теплообменник конденсата

Изобретение относится к энергетически эффективным конфигурациям электростанций, содержащих паровые котлы, которые, в свою очередь, работают на ископаемом топливе. Электростанция включает в себя котел (10), работающий на ископаемом топливе, систему подачи воздуха, систему дымового газа и систему конденсата. Унитарный теплообменник (54) дымового газа охватывает обводную линию (22) в системе дымового газа и систему конденсата таким образом, чтобы улучшить тепловую эффективность электростанции, при этом сводя к минимуму сложность. 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Электростанция, содержащая:

котел (10), работающий на ископаемом топливе;

линию подачи воздуха для подачи воздуха в котел (10);

линию (20) дымового газа, соединенную с котлом (10) для выпуска дымового газа из котла (10);

воздухоподогреватель (32), расположенный и в линии подачи воздуха и в линии (20) дымового газа, выполненный с возможностью передачи тепловой энергии от дымового газа, выходящего из котла (10), к воздуху, подаваемому в котел (10);

обводную линию (22), образующую часть линии (20) дымового газа, выполненную с возможностью обходить воздухоподогреватель (32);

первую линию (40) конденсата, соединенную с котлом (10) для подачи конденсата в котел (10), имеющую множество подогревателей; и

вторую линию (42) конденсата, в которой первый и второй дистальные, концы соединены с первой линией (40) конденсата,

отличающаяся тем, что она включает в себя унитарный теплообменник (54) дымового газа, охватывающий обводную линию (22) и вторую линию (42) конденсата, выполненный с возможностью передачи тепловой энергии от дымового газа к конденсату.

2. Электростанция по п. 1, в которой линия (40) конденсата содержит:

один или более подогревателей (50) низкого давления;

один или более подогревателей (52) высокого давления; и

систему (44) питающего насоса, расположенную по текучей среде между одним или более подогревателями (50) низкого давления и одним или более подогревателями (52) высокого давления, выполненную с возможностью повышать давление конденсата в первой линии (40) конденсата,

в которой первый конец второй линии (42) конденсата располагается ниже по потоку относительно одного или более подогревателей (50) низкого давления и выше по потоку относительно системы (44) питающего насоса, и вспомогательная система (46) питающего насоса располагается во второй линии (42) конденсата.

3. Электростанция по п. 2, в которой вторая линия (42) конденсата продолжается от системы (44) питающего насоса.

4. Электростанция по п. 2, в которой вспомогательная система (46) питающего насоса располагается выше по потоку относительно теплообменника (54) дымового газа.

5. Электростанция по п. 3, в которой вспомогательная система (46) питающего насоса располагается выше по потоку относительно теплообменника (54) дымового газа.

6. Электростанция по п. 2, в которой вспомогательная система (46) питающего насоса располагается ниже по потоку относительно теплообменника (54) дымового газа.

7. Электростанция по п. 3, в которой вспомогательная система (46) питающего насоса располагается ниже по потоку относительно теплообменника (54) дымового газа.

8. Электростанция по любому из пп. 4-7, в которой второй конец второй линии (42) конденсата располагается ниже по потоку относительно одного или более подогревателей (52) высокого давления.

9. Электростанция по любому из пп. 4-7, в которой второй конец второй линии (42) конденсата располагается выше по потоку относительно системы (44) питающего насоса.

10. Электростанция по п. 9, в которой вторая линия (42) конденсата между теплообменником (54) дымового газа и вторым концом проходит через по меньшей мере один из одного или более подогревателей (52) высокого давления таким образом, чтобы обеспечить возможность нагрева конденсата, проходящего через по меньшей мере один или более подогревателей (52) высокого давления.

11. Электростанция по любому из п.п. 2, 4 и 5, дополнительно содержащая:

третью линию (43) конденсата, в которой первый конец располагается по текучей среде между системой (44) питающего насоса и одним или более подогревателями (52) высокого давления, и второй конец располагается в первой линии (40) конденсата ниже по потоку относительно одного или более подогревателей (52) высокого давления; и

теплообменник конденсата в третьей линии (43) конденсата,

в которой второй конец второй линии (42) конденсата располагается по текучей среде между одним или более подогревателями (50) низкого давления и системой (44) питающего насоса, и участок второй линии (42) конденсата, расположенный ниже по потоку относительно теплообменника (54) дымового газа, проходит через теплообменник (56) конденсата, тем самым обеспечивая возможность нагрева конденсата, проходящего через третью линию (43) конденсата, посредством конденсата, нагретого в теплообменнике (54) дымового газа.

12. Электростанция по п. 1, в которой линия (40) конденсата содержит:

один или более подогревателей (50) низкого давления;

один или более подогревателей (52) высокого давления; и

систему (44) питающего насоса, расположенную по текучей среде между одним или более подогревателями (50) низкого давления и одним или более подогревателями (52) высокого давления, выполненную с возможностью повышать давление конденсата в первой линии (40) конденсата,

в которой первый конец второй линии (42) конденсата располагается по текучей среде между системой (44) питающего насоса и одним или более подогревателями (52) высокого давления, и второй конец второй линии (42) конденсата располагается ниже по потоку относительно одного или более подогревателей (52) высокого давления.