РАБОТАЮЩАЯ НА УГЛЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ С ОКСИСЖИГАНИЕМ С ИНТЕГРАЦИЕЙ ТЕПЛА Российский патент 2019 года по МПК F01K13/00 

Область техники

Настоящее изобретение относится к тепловым работающих на угле электростанций с оксисжиганием (кислородным сжиганием) с интегрированным улавливанием СО₂ и пароводяным силовым циклом.

Информация о предпосылках создания

Уголь обеспечивает значительный процент выработки электроэнергии в современном мире и, как ожидается, сохранит свою доминирующую долю в обозримом будущем. Тем не менее, значительные нагрузки на окружающую среду вынуждают вести разработку систем снижения выбросов для соответствия все возрастающим экологическим требованиям. Как результат, разработки установок должны соответствовать противоречащим требованиям высокоэффективной эксплуатации при сниженных уровнях выбросов СО₂, SO₂, NO_x.

Особенно предпочтительной компоновкой установки, реализованной в результате этих разработок, является паросиловая установка с оксисжиганием с улавливанием CO₂. В отличие от системы, работающей при воздушном сжигании, в данной системе для сжигания первичного топлива используется кислород, обычно получаемый в блоке разделения воздуха. В процессах оксисжигания образуется топочный газ, обычно содержащий СО₂, воду и O₂ в качестве своих главных составляющих, причем концентрация CO₂ обычно составляет более 70% по объему. Высокая концентрация CO₂ обеспечивает возможность относительно просто улавливать CO₂ в блоке обработки газа.

Типичная компоновка электростанции с оксисжиганием и улавливанием включает в себя несколько этапов предварительной очистки перед извлечением СО₂. Они могут проводится с помощью электростатического осадителя для удаления твердых частиц, десульфуратора топочного газа для удаления серы и конденсатора топочного газа для удаления воды. По причинам теплоэффективности между электростатическим осадителем и десульфуратором топочного газа может быть дополнительно расположена система рекуперации тепла топочного газа.

Пример типичного пароводяного цикла высокоэффективных паровых электростанций с оксисжиганием показан на фиг.1. Электростанция содержит последовательность паровых турбин с промежуточным перегревом пара для трех давлений (ВД, СД, НД), питаемых паром из котла 42. Отработавший пар из последней паровой турбины низкого давления (НД) конденсируется в конденсаторе 2 перед глубокой очисткой 4 и прокачивается насосом 3 последовательно через серию подогревателей 6, 7, 8, 9, 31 низкого давления, бак 36 питательной воды и подогреватели 32 высокого давления перед возвращением в котел 42 в замкнутом контуре. Источником тепла для подогревателей низкого и высокого давления, как правило, является пар, извлеченный из паровых турбин низкого/среднего и высокого давления.

Из-за большой выгоды обеспечения наиболее высокоэффективного цикла существует постоянная потребность найти пути лучшей интеграции термостоков систем оксисжигания и улавливания внутри паросиловой установки. Это требует оптимизации стоков тепла систем улавливания с циклом электростанции, чтобы гарантировать отсутствие потерь энергии. В частности, требуют рассмотрения способы интеграции блока разделения воздуха, системы рекуперации тепла топочного газа, конденсатора топочного газа и блока обработки газа в паровом цикле.

Сущность изобретения

Предложены работающий на угле котел с оксисжиганием с системой подвода кислорода и системой улавливания СО₂ топочного газа и схема электростанции с паровым циклом, которая интегрирует основные источники выработки тепла систем в целях обеспечения гибкой работы электростанции и улучшенной теплоэффективности электростанции в целом.

В аспекте предложена работающая на угле электростанция с котлом с оксисжиганием, имеющая систему сжигания топлива, систему улавливания СО₂ и паросиловую установку. Система сжигания топлива содержит блок разделения воздуха, имеющий теплообменник блока разделения воздуха, для удаления N₂ из воздуха с получением потока кислорода как части потока сжатого воздуха, используемого для получения потока кислорода, в то время как паровой котел выполнен с возможностью сжигания угля с использованием потока кислорода с получением богатого СО₂ потока топочного газа.

Система улавливания СО₂ выполнена и размещена с возможностью удаления CO₂ из потока топочного газа.

Паросиловая установка имеет систему конденсата, содержащую конденсатор для конденсации пара, множество подогревателей низкого давления, расположенных последовательно и выполненных и размещенных с возможностью приема конденсата из конденсатора. Бак питательной воды выполнен и размещен с возможностью приема конденсата из последовательных подогревателей низкого давления.

В данной компоновке теплообменник блока разделения воздуха термически и гидравлически соединен с системой конденсата, так чтобы быть гидравлически параллельным по меньшей мере одному последовательному подогревателю низкого давления и гидравлически параллельным на по меньшей мере единицу меньшему числу последовательных подогревателей низкого давления, чем их общее число. Такая компоновка обеспечивает основу для тепловой интеграции источников тепла от системы улавливания СО₂, включая блок разделения воздуха, системы рекуперации тепла топочного газа, конденсатора топочного газа и/или блока обработки газа таким образом, чтобы эксплуатировать электростанцию при частичной нагрузке до 40% в кислородном режиме, в воздушном режиме - до 75% нагрузки и в резервном режиме с прерыванием одной из нескольких систем рекуперации тепла.

Дополнительной задачей изобретения является преодоление или по меньшей мере частичное устранение недостатков и слабых сторон уровня техники или предложение полезной альтернативы.

Другие аспекты и преимущества настоящего раскрытия станут очевидными из следующего описания, рассматриваемого вместе с сопровождающими чертежами, которые в качестве примера иллюстрируют примерные варианты осуществления настоящего изобретения.

Краткое описание чертежей

В качестве примера более подробно описан вариант осуществления настоящего раскрытия со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

На фиг. 1 представлена блок-схема из патента уровня техники; и

На фиг. 2-13 представлены блок-схемы примерных вариантов осуществления, показывающие внедрение различных схем интеграции тепла систем улавливания СО₂ в работающей на угле электростанции с котлом с оксисжиганием, которые выполнены с возможностью дополнения тепловой интеграции блока разделения воздуха в систему конденсата электростанции с котлом с оксисжиганием.

Подробное описание

Примерные варианты осуществления настоящего раскрытия описываются теперь со ссылками на чертежи, на которых повсюду одинаковые ссылочные позиции используются для обозначения аналогичных элементов. В последующем описании, в целях пояснения, для обеспечения полного понимания раскрытия изложены многие конкретные подробности. Однако настоящее раскрытие может быть реализовано на практике без этих конкретных подробностей и не ограничивается раскрытыми здесь примерными вариантами осуществления.

Примерные варианты осуществления, показанные на фиг. 2-13, применимы к электростанции с оксисжиганием, имеющей работающий на кислороде котел 42 с интегрированной системой улавливания СО₂ для глубокой очистки топочного газа, поступающего из котла, и выделения из него СО₂ в блоке обработки газа, и пароводяным циклом Ренкина, предназначенной для выработки электроэнергии. Пароводяной цикл включает в себя конструкцию конденсатного насоса для отвода конденсата из конденсатора, имеющую первую ступень 1, соединенную с выходом из конденсатора 2, и вторую ступень 3, расположенную на выходе из установки 4 глубокой очистки конденсата. Данная конструкция находится выше по потоку от ряда подогревания конденсата, состоящего из последовательно расположенных подогревателей 6, 7, 8, 9, 31 низкого давления. Нагретый конденсат из подогревателей 6, 7, 8, 9, 31 низкого давления подается в бак 36 питательной воды.

Электростанция с оксисжиганием дополнительно включает в себя блок разделения воздуха для удаления азота из воздуха с получением богатого кислородом потока для подачи в котел 42. Тепловая энергия из блока разделения воздуха предпочтительно удаляется в теплообменнике 11 блока разделения воздуха путем нагревания конденсата, извлеченного из системы конденсата, так чтобы обойти все за вычетом одного из подогревателей 6, 7, 8, 9, 31 низкого давления, так что теплообменник 11 блока разделения воздуха является гидравлически параллельным на по меньшей мере единицу меньшему числу последовательных подогревателей низкого давления, чем их общее число

В дополнительном примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 2, электростанция с оксисжиганием содержит по меньшей мере пять последовательных подогревателей 6, 7, 8, 9, 31 низкого давления, расположенных последовательно по потоку конденсата, а теплообменник 11 блока разделения воздуха гидравлически подсоединен к системе конденсата в точке выше по потоку от первого 6 из последовательных подогревателей низкого давления, а также в точке между третьим 8 из последовательных подогревателей низкого давления и четвертым 9 из последовательных подогревателей низкого давления. Таким образом, проходящий через теплообменник 11 блока разделения воздуха конденсат обходит три последовательных подогревателя 6, 7, 8 низкого давления.

В дополнительном альтернативном примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 3, электростанция с оксисжиганием содержит по меньшей мере пять последовательных подогревателей 6, 7, 8, 9, 31 низкого давления, расположенных последовательно по потоку конденсата, а теплообменник 11 блока разделения воздуха гидравлически подсоединен к системе конденсата в точке выше по потоку от первого 6 из последовательных подогревателей низкого давления, а также в точке между четвертым 9 из последовательных подогревателей низкого давления и пятым 31 из последовательных подогревателей низкого давления. Таким образом, проходящий через теплообменник 11 блока разделения воздуха конденсат обходит четыре последовательных подогревателя 6, 7, 8, 9 низкого давления.

В дополнительном альтернативном примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 4, электростанция с оксисжиганием содержит по меньшей мере пять последовательных подогревателей 6, 7, 8, 9, 31 низкого давления, расположенных последовательно по потоку конденсата, а теплообменник 11 блока разделения воздуха гидравлически подсоединен к системе конденсата в точке между первым 6 из последовательных подогревателей низкого давления и вторым 7 из последовательных подогревателей низкого давления, а также в точке между третьим 8 из последовательных подогревателей низкого давления и четвертым 9 из последовательных подогревателей низкого давления. Таким образом, проходящий через теплообменник 11 блока разделения воздуха конденсат обходит два последовательных подогревателя 6, 7 низкого давления.

В дополнительном альтернативном примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 5, электростанция с оксисжиганием содержит по меньшей мере пять подогревателей низкого давления, расположенных последовательно по потоку конденсата, а теплообменник 11 блока разделения воздуха гидравлически подсоединен к системе конденсата в точке между первым из последовательных подогревателей низкого давления и вторым из последовательных подогревателей низкого давления, а также в точке между четвертым 9 из последовательных подогревателей низкого давления и пятым 31 из последовательных подогревателей низкого давления. Таким образом, проходящий через теплообменник блока разделения воздуха конденсат обходит три последовательных подогревателя 7, 8, 9 низкого давления, предпочтительно второй, третий и четвертый последовательные подогреватели 7, 8, 9 низкого давления.

В альтернативных примерных вариантах осуществления, показанных на фиг. 11-13, электростанция с оксисжиганием содержит только четыре последовательных подогревателя 6, 7, 8, 9 низкого давления вместо по меньшей мере пяти. Выбор между четырьмя или по меньшей мере пятью последовательными подогревателями 6, 7, 8, 9, 31 низкого давления зависит от применения конденсатора топочного газа и решения разрешать операцию улавливания или нет.

Каждый из альтернативных примерных вариантов осуществления дает возможность согласовать температуры блока разделения воздуха с системой конденсата, тем самым обеспечивая оптимальную рекуперацию тепла, определяемую сочетанием температуры на выходе и критериями производительности рекуперации, что приводит к максимальной передаче полезной энергии.

В примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 6, работающая на угле электростанция с котлом с оксисжиганием содержит множество подогревателей 6, 7, 8, 9, 31 низкого давления, расположенных последовательно по потоку конденсата, в то время как система улавливания СО₂ содержит конденсатор 16 топочного газа для удаления способных конденсироваться веществ из потока топочного газа. Конденсатор 16 топочного газа дополнительно включает в себя конденсатопровод 14 конденсатора топочного газ, подсоединенный к системе конденсата на первом конце выше по потоку от первого 6 из последовательных подогревателей низкого давления, а на втором конце - между первым 6 из последовательных подогревателей низкого давления и вторым 7 из последовательных подогревателей низкого давления. В данной компоновке система конденсата дополнительно включает в себя перепускной клапан 15 между первым 6 из последовательных подогревателей низкого давления и первым концом конденсатопровода 14 конденсатора топочного газа, так что когда перепускной клапан 15 закрыт, конденсат полностью обходит первый последовательный подогреватель 6 низкого давления.

Было установлено, что данная конкретная компоновка обеспечивает эффективную работу, если электростанция с оксисжиганием эксплуатируется в воздушном режиме, например, во время пуска, или если нужно отсоединить конденсатор 16 топочного газа для технического обслуживания. Хотя данный вариант осуществления показан со схемой расположения теплообменника 11 блока разделения воздуха, эквивалентной показанной на фиг. 2, данный вариант осуществления может применяться и к другим схемам расположения теплообменника 11 блока разделения воздуха, в том числе показанным на фиг. 3, 4 или 5.

В дополнительных примерных вариантах осуществления, показанных на фиг. 11-13, система конденсата не включает в себя каких-либо последовательных подогревателей низкого давления между первым концом и вторым концом конденсатопровода 14 конденсатора топочного газа. В данной компоновке первый 6 из последовательных подогревателей низкого давления расположен ниже по потоку от второго конца конденсатопровода 14 конденсатора топочного газа, а общее число последовательных подогревателей низкого давления обычно равно четырем. Расход конденсата через конденсатопровод 14 конденсатора топочного газа регулируется перепускным клапаном 15, расположенным в системе конденсата между первым и вторым концами конденсатопровода 14 конденсатора топочного газа.

В примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 2, работающая на угле электростанция с котлом с оксисжиганием в дополнение к системе конденсата, имеющей по меньшей мере четыре последовательных подогревателя 6, 7, 8, 9, 31 низкого давления, включает в себя систему улавливания СО₂ с системой 40 рекуперации тепла топочного газа для рекуперации тепла топочного газа. Система рекуперации тепла топочного газа дополнительно включает в себя основной контур 39 рекуперации тепла, выполненный с возможностью течения теплоносителя по замкнутому контуру через систему рекуперации тепла топочного газа, так что упомянутый теплоноситель обменивается тепловой энергией с топочным газом. В основной контур 39 рекуперации тепла включен теплообменник 22 системы рекуперации тепла топочного газа с конденсатопроводом 19 теплообменника системы рекуперации тепла топочного газа, гидравлически подсоединенным на первом конце к системе конденсата в точке между первым 6 из последовательных подогревателей низкого давления и вторым 7 из последовательных подогревателей низкого давления, а на втором конце дополнительно подсоединенным к системе конденсата в точке между третьим 8 из последовательных подогревателей низкого давления и четвертым 9 из последовательных подогревателей низкого давления.

В дополнительном примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 2, клапан 38 регулировки расположен в системе конденсата гидравлически между третьим 8 из последовательных подогревателей низкого давления и четвертым 9 из последовательных подогревателей низкого давления в точке выше по потоку от второго конца конденсатопровода 19 теплообменника системы рекуперации тепла топочного газа и вторым концом конденсатопровода 5 теплообменника блока разделения воздуха. Это делает возможным регулирование соотношения потоков конденсата, протекающих через теплообменник 22 системы рекуперации тепла топочного газа, теплообменник 11 блока разделения воздуха и находящиеся выше по потоку последовательные подогреватели 6, 7, 8 низкого давления.

В примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 7, работающая на угле электростанция с котлом с оксисжиганием в дополнение к системе конденсата, имеющей по меньшей мере четыре последовательных подогревателя 6, 7, 8, 9, 31 низкого давления, включает в себя систему улавливания СО₂ с системой 40 рекуперации тепла топочного газа для рекуперации тепла топочного газа. Система рекуперации тепла топочного газа дополнительно включает в себя основной контур 39 рекуперации тепла, выполненный с возможностью течения теплоносителя по замкнутому контуру через систему рекуперации тепла топочного газа, так что упомянутый теплоноситель обменивается тепловой энергией с топочным газом. В основной контур 39 рекуперации тепла включен теплообменник 22 системы рекуперации тепла топочного газа с конденсатопроводом 19 теплообменника системы рекуперации тепла топочного газа, который гидравлически подсоединен на первом конце к системе конденсата в точке между первым 6 из последовательных подогревателей низкого давления и вторым 7 из последовательных подогревателей низкого давления, а на втором конце дополнительно подсоединен к системе конденсата в точке между четвертым 9 из последовательных подогревателей низкого давления и пятым 31 из последовательных подогревателей низкого давления.

В дополнительном примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 7, клапан 38 регулировки расположен в системе конденсата гидравлически между третьим 8 из последовательных подогревателей низкого давления и четвертым 9 из последовательных подогревателей низкого давления в точке выше по потоку от второго конца конденсатопровода 5 теплообменника блока разделения воздуха. Это делает возможным регулирование соотношения потоков конденсата, протекающих через теплообменник 22 системы рекуперации тепла топочного газа, теплообменник 11 блока разделения воздуха и находящиеся выше по потоку последовательные подогреватели 6, 7, 8 низкого давления.

В примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 8, по причинам аварийных ситуаций/обеспечения безопасности электростанция включает в себя первый трубопровод 23 текучей среды и второй трубопровод 25 текучей среды. Первый трубопровод 23 текучей среды имеет первый конец, подсоединенный к системе конденсата между первым 6 из последовательных подогревателей низкого давления и второй ступенью 3 конденсатного насоса, расположенной ниже по потоку от конденсатора 2, и второй конец, соединенный с конденсатопроводом 19 системы рекуперации тепла топочного газа выше по потоку от теплообменника 22 системы рекуперации тепла топочного газа. В примерном варианте осуществления, в котором электростанция включает в себя конденсатор топочного газа, первый трубопровод 23 текучей среды имеет первый конец, подсоединенный к системе конденсата между первым концом конденсатопровода 14 конденсатора топочного газа и второй ступенью 3 конденсатного насоса, расположенной ниже по потоку от конденсатора 2, и второй конец, соединенный с конденсатопроводом 19 системы рекуперации тепла топочного газа выше по потоку от теплообменника 22 системы рекуперации тепла топочного газа. Первый трубопровод 23 текучей среды включает в себя клапан 24, который закрыт во время нормального режима работы и открыт в аварийном режиме работы для тепловой защиты системы рекуперации тепла топочного газа. Когда для предотвращения обратного потока конденсата через конденсатопровод 19 системы рекуперации тепла топочного газа в конденсатопровод 14 конденсатора топочного газа активирована аварийная защита, упомянутый конденсатопровод 19 системы рекуперации тепла топочного газа включает в себя средство предотвращения обратного потока, такое как механический или приводной обратный клапан, в конденсатопроводе 19 системы рекуперации тепла топочного газа, гидравлически выше по потоку от второго конца первого трубопровода 23 текучей среды. Второй трубопровод 25 текучей среды соединяет теплообменник системы рекуперации тепла топочного газа с конденсатором 2 и включает в себя клапан 26, который закрыт во время нормального режима работы и открыт в аварийном режиме работы для тепловой защиты системы рекуперации тепла топочного газа. Когда активирована аварийная защита, чтобы гарантировать, что конденсат перетекает в конденсатор 2, клапан 29 расположен в конденсатопроводе 19 системы рекуперации тепла топочного газа гидравлически между вторым концом конденсатопровода 19 системы рекуперации тепла топочного газа и вторым трубопроводом 25 текучей среды. В закрытом состоянии для аварийной защиты он обеспечивает возможность потока конденсата из конденсатопровода 19 системы рекуперации тепла топочного газа в конденсатор 2.

В дополнительном примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 9, работающая на угле электростанция с котлом с оксисжиганием содержит пять подогревателей 6, 7, 8, 9, 31 низкого давления, расположенных последовательно по потоку конденсата. Система улавливания СО₂ содержит конденсатор 16 топочного газа ниже по потоку от системы 40 рекуперации тепла топочного газа и теплообменник 33 блока обработки газа для охлаждения сжатого богатого СО₂ топочного газа перед отделением CO₂. Конденсатор 16 топочного газа включает в себя конденсатопровод 14 конденсатора топочного газа, подсоединенный к системе конденсата на первом конце выше по потоку от первого 6 из последовательных подогревателей низкого давления и подсоединенный на втором конце в точке между первым 6 из последовательных подогревателей низкого давления и вторым 7 из последовательных подогревателей низкого давления. Теплообменник 33 блока обработки газа имеет конденсатопровод 30 блока обработки газа, подсоединенный на первом конце к системе конденсата в точке между первым 6 из последовательных подогревателей низкого давления и вторым 7 из последовательных подогревателей низкого давления и подсоединенный на втором конце к системе конденсата в точке гидравлически между пятым 31 из последовательных подогревателей низкого давления и баком 36 питательной воды.

В дополнительном примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 10, работающая на угле электростанция с котлом с оксисжиганием содержит по меньшей мере четыре подогревателя 6, 7, 8, 9, 31 низкого давления, расположенных последовательно по потоку конденсата. Система улавливания CO₂ содержит конденсатор 16 топочного газа ниже по потоку от системы 40 рекуперации тепла топочного газа и теплообменник 33 блока обработки газа для охлаждения сжатого богатого СО₂ топочного газа перед отделением CO₂. Конденсатор 16 топочного газа включает в себя конденсатопровод 14 конденсатора топочного газа, подсоединенный к системе конденсата на первом конце выше по потоку от первого 6 из последовательных подогревателей низкого давления и подсоединенный на втором конце в точке между первым 6 из последовательных подогревателей низкого давления и вторым 7 из последовательных подогревателей низкого давления. Теплообменник 33 блока обработки газа имеет конденсатопровод 30 блока обработки газа, подсоединенный на первом конце к системе конденсата в точке между первым 6 из последовательных подогревателей низкого давления и вторым 7 из последовательных подогревателей низкого давления и подсоединенный на втором конце к системе конденсата в точке между четвертым 9 из последовательных подогревателей низкого давления и пятым 31 из последовательных подогревателей низкого давления.

В примерных вариантах осуществления, показанных на фиг. 11-13, работающая на угле электростанция с котлом с оксисжиганием имеет четыре подогревателя 6, 7, 8, 9 низкого давления, в то время как система улавливания CO₂ дополнительно содержит конденсатор 16 топочного газа, имеющий конденсатопровод 14 конденсатора топочного газа, подсоединенный на первом и втором концах выше по потоку от первого 6 из последовательных подогревателей низкого давления. Перепускной клапан 15 для регулирования количества конденсата, протекающего через конденсатор топочного газа, расположен между концами конденсатопровода 14 конденсатора топочного газа. Конденсатопровод 30 блока обработки газа может быть подсоединен к системе конденсата в разных точках. Например, в примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 2, первый и второй конец конденсатопровода 30 блока обработки газа подсоединены в точке между первым 6 из последовательных подогревателей низкого давления и вторым 7 из последовательных подогревателей низкого давления и в точке между четвертым 9 из последовательных подогревателей низкого давления и пятым 31 из последовательных подогревателей низкого давления соответственно.

В другом примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 3, первый и второй концы конденсатопровода 30 блока обработки газа подсоединены в точке между первым 6 из последовательных подогревателей низкого давления и вторым 7 из последовательных подогревателей низкого давления, и в точке между третьим 8 из последовательных подогревателей низкого давления и четвертым 9 из последовательных подогревателей низкого давления.

В другом примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 11, первый и второй концы конденсатопровода 30 блока обработки газа подсоединены в точке выше по потоку от первого 6 из последовательных подогревателей низкого давления и в точке между четвертым 9 из последовательных подогревателей низкого давления и баком 36 питательной воды.

В другом примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 12, первый и второй концы конденсатопровода 30 блока обработки газа подсоединены в точке выше по потоку от первого 6 из последовательных подогревателей низкого давления и в точке между третьим 8 из последовательных подогревателей низкого давления и четвертым 9 из последовательных подогревателей низкого давления.

В другом примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 13, первый и второй концы конденсатопровода 30 блока обработки газа подсоединены в точке выше по потоку от первого 6 из последовательных подогревателей низкого давления и в точке между вторым 7 из последовательных подогревателей низкого давления и третьим 8 из последовательных подогревателей низкого давления. Для того чтобы в целом регулировать поток конденсата через теплообменники системы улавливания СО₂ и теплообменник блока разделения воздуха, клапан 38 регулировки расположен в системе конденсата гидравлически между последовательными подогревателями 6, 7, 8, 9, 31 низкого давления, непосредственно выше по потоку от вторых концов конденсатопроводов 5, 19, 30 теплообменника 11 блока разделения воздуха, теплообменника 22 системы рекуперации тепла топочного газа и теплообменника 33 блока обработки газа.

Хотя изобретение было показано и описано здесь тем, что представляется наиболее практичным примерным вариантом осуществления, специалистами будет принято во внимание, что настоящее раскрытие может быть осуществлено в других конкретных формах, без отступления от его сути и существенных характеристик. Например, хотя теплообменники упоминаются в единственном числе, каждая система может включать в себя многочисленные теплообменники, гидравлически присоединенные к системе конденсата, расположенные или параллельно, или последовательно. Поэтому раскрытые здесь варианты осуществления рассматриваются во всех отношениях как иллюстративные, а не ограничивающие. Объем изобретения указан прилагаемой формулой изобретения, а не предшествующим описанием, и подразумевается, что ею охватываются все изменения, находящиеся в пределах ее значения и диапазона и эквивалентов.

Ссылочные позиции

1 Первая ступень конденсатного насоса

2 Конденсатор

3 Вторая ступень конденсатного насоса

4 Установка глубокой очистки конденсата

5 Конденсатопровод теплообменника блока разделения воздуха

6 Подогреватель низкого давления №1

7 Подогреватель низкого давления №2

8 Подогреватель низкого давления №3

9 Подогреватель низкого давления №4

11 Теплообменник блока разделения воздуха

14 Конденсатопровод конденсатора топочного газа

15 Перепускной клапан

16 Конденсатор топочного газа

19 Конденсатопровод теплообменника системы рекуперации тепла топочного газа

22 Теплообменник системы рекуперации тепла топочного газа

23 Трубопровод текучей среды

24 Клапан

25 Трубопровод текучей среды

26 Клапан

29 Клапан

30 Конденсатопровод теплообменника блока обработки газа

31 Подогреватель низкого давления №5

32 Подогреватели высокого давления

33 Теплообменник блока обработки газа

36 Бак питательной воды

38 Клапан регулировки

40 Система рекуперации тепла топочного газа

42 Котел

ВД Паровая турбина высокого давления

СД Паровая турбина среднего давления

НД Паровая турбина низкого давления.

Изобретение относится к энергетике. Работающая на угле электростанция с котлом с оксисжиганием имеет систему сжигания топлива, выполненную с возможностью сжигания угля при использовании потока кислорода с получением потока топочного газа, систему улавливания CО₂, соединенную с потоком топочного газа, и паровой цикл с последовательно расположенными подогревателями низкого давления, образующими часть системы конденсата. Система сжигания топлива содержит блок разделения воздуха для удаления N₂ из воздуха с получением потока кислорода для котла. Блок разделения воздуха включает в себя теплообменник блока разделения воздуха, который термически и гидравлически соединен с системой конденсата так, чтобы быть гидравлически параллельным по меньшей мере одному последовательному подогревателю низкого давления и гидравлически параллельным на по меньшей мере единицу меньшему числу последовательных подогревателей низкого давления, чем их общее число. Система рекуперации тепла топочного газа, конденсатор топочного газа и блок обработки газа термически интегрированы в систему конденсата. Изобретение позволяет повысить эффективность работы электростанции. 17 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Работающая на угле электростанция с котлом с оксисжиганием, имеющая: систему сжигания топлива, содержащую:

блок разделения воздуха для удаления N₂ из воздуха с получением потока кислорода, имеющий теплообменник блока разделения воздуха;

паровой котел, выполненный с возможностью сжигания угля при использовании потока кислорода с получением потока топочного газа;

систему улавливания СО₂, выполненную и размещенную с возможностью удаления СО₂ из потока топочного газа;

паросиловую установку с системой конденсата, содержащую:

конденсатор для конденсации пара;

множество последовательных подогревателей низкого давления, расположенных последовательно и пронумерованных последовательно в направлении потока конденсата, выполненных и размещенных с возможностью приема конденсата из конденсатора; и

бак питательной воды, выполненный и размещенный с возможностью приема конденсата из последовательных подогревателей низкого давления,

отличающаяся тем, что теплообменник блока разделения воздуха термически и гидравлически подсоединен к системе конденсата конденсатопроводом теплообменника блока разделения воздуха, так чтобы быть гидравлически параллельным по меньшей мере одному последовательному подогревателю низкого давления, но не более, чем общее число последовательных подогревателей низкого давления минус один, и при этом система улавливания СО₂ дополнительно включает в себя систему рекуперации тепла топочного газа для рекуперации тепла от топочного газа, содержащую:

основной контур рекуперации тепла, выполненный с возможностью течения теплоносителя по замкнутому контуру через систему рекуперации тепла топочного газа, так что упомянутый теплоноситель обменивается тепловой энергией с топочным газом;

теплообменник системы рекуперации тепла топочного газа в основном контуре рекуперации тепла, имеющий конденсатопровод теплообменника системы рекуперации тепла топочного газа, гидравлически подсоединенный к системе конденсата:

на первом конце между первым из последовательных подогревателей низкого давления и вторым из последовательных подогревателей низкого давления, и на втором конце между третьим из последовательных подогревателей низкого давления и четвертым из последовательных подогревателей низкого давления; или

на первом конце между первым из последовательных подогревателей низкого давления и вторым из последовательных подогревателей низкого давления, и на втором конце между четвертым из последовательных подогревателей низкого давления и пятым из последовательных подогревателей низкого давления; или

на первом конце выше по потоку от первого из последовательных подогревателей низкого давления, и на втором конце между вторым из последовательных подогревателей низкого давления и третьим из последовательных подогревателей низкого давления; или

на первом конце выше по потоку от первого из последовательных подогревателей низкого давления, и на втором конце между третьим из последовательных подогревателей низкого давления и четвертым из последовательных подогревателей низкого давления.

2. Работающая на угле электростанция с котлом с оксисжиганием по п. 1, в которой теплообменник блока разделения воздуха гидравлически подсоединен к системе конденсата:

выше по потоку от первого из последовательных подогревателей низкого давления; и

между третьим из последовательных подогревателей низкого давления и четвертым из последовательных подогревателей низкого давления.

3. Работающая на угле электростанция с котлом с оксисжиганием по п. 1, в которой конденсатопровод теплообменника блока разделения воздуха гидравлически подсоединен к системе конденсата в точке:

выше по потоку от первого из последовательных подогревателей низкого давления; и

между четвертым из последовательных подогревателей низкого давления и баком питательной воды.

4. Работающая на угле электростанция с котлом с оксисжиганием по п. 1, в которой конденсатопровод теплообменника блока разделения воздуха гидравлически подсоединен к системе конденсата в точке:

выше по потоку от первого из последовательных подогревателей низкого давления; и

между вторым из последовательных подогревателей низкого давления и третьим из последовательных подогревателей низкого давления.

5. Работающая на угле электростанция с котлом с оксисжиганием по п. 1, в которой конденсатопровод теплообменника блока разделения воздуха гидравлически подсоединен к системе конденсата в точке:

между первым из последовательных подогревателей низкого давления и вторым из последовательных подогревателей низкого давления; и

между третьим из последовательных подогревателей низкого давления и четвертым из последовательных подогревателей низкого давления.

6. Работающая на угле электростанция с котлом с оксисжиганием по п. 1, в которой конденсатопровод теплообменника блока разделения воздуха гидравлически подсоединен к системе конденсата в точке:

между первым из последовательных подогревателей низкого давления и вторым из последовательных подогревателей низкого давления; и

между четвертым из последовательных подогревателей низкого давления и баком питательной воды.

7. Работающая на угле электростанция с котлом с оксисжиганием по п. 1, дополнительно содержащая в системе конденсата клапан регулировки потока конденсата, расположенный гидравлически:

между первым концом и вторым концом конденсатопровода теплообменника блока разделения воздуха; и

между первым концом и вторым концом конденсатопровода теплообменника системы рекуперации тепла топочного газа.

8. Работающая на угле электростанция с котлом с оксисжиганием по п. 1, дополнительно содержащая первый трубопровод текучей среды:

подсоединенный к системе конденсата между первым из последовательных подогревателей низкого давления и второй ступенью конденсатного насоса, расположенной ниже по потоку от упомянутого конденсатора; и

подсоединенный к конденсатопроводу системы рекуперации тепла топочного газа выше по потоку от теплообменника системы рекуперации тепла топочного газа, при этом упомянутый конденсатопровод системы рекуперации тепла топочного газа включает в себя средство предотвращения обратного потока, расположенное гидравлически выше по потоку от второго конца первого трубопровода текучей среды.

9. Работающая на угле электростанция с котлом с оксисжиганием по п. 8, дополнительно содержащая:

второй трубопровод текучей среды, соединяющий теплообменник системы рекуперации тепла топочного газа с конденсатором; и

клапан, расположенный в конденсатопроводе системы рекуперации тепла топочного газа гидравлически между вторым концом конденсатопровода системы рекуперации тепла топочного газа и вторым трубопроводом текучей среды, причем в закрытом состоянии клапан выполнен и размещен с возможностью обеспечения потока конденсата из конденсатопровода системы рекуперации тепла топочного газа в конденсатор.

10. Работающая на угле электростанция с котлом с оксисжиганием по п. 1, в которой система улавливания СО₂ дополнительно содержит конденсатор топочного газа для удаления способных конденсироваться веществ из потока топочного газа, имеющий конденсатопровод конденсатора топочного газа, подсоединенный к системе конденсата на:

первом конце - в точке выше по потоку от первого из последовательных подогревателей низкого давления; и

втором конце - в точке между упомянутым первым из последовательных подогревателей низкого давления и первым концом конденсатопровода конденсатора топочного газа; и

перепускной клапан, расположенный между первым концом конденсатопровода конденсатора топочного газа и вторым концом конденсатопровода конденсатора топочного газа.

11. Работающая на угле электростанция с котлом с оксисжиганием по п. 1, в которой система улавливания СО₂ дополнительно содержит конденсатор топочного газа для удаления способных конденсироваться веществ из потока топочного газа, имеющий конденсатопровод конденсатора топочного газа, подсоединенный к системе конденсата:

на первом конце - выше по потоку от первого из последовательных подогревателей низкого давления; и

на втором конце - между первым из последовательных подогревателей низкого давления и вторым из последовательных подогревателей низкого давления, и

при этом система конденсата дополнительно включает в себя перепускной клапан между первым из последовательных подогревателей низкого давления и первым концом конденсатопровода конденсатора топочного газа, так что когда перепускной клапан закрыт, конденсат полностью обходит первый из последовательных подогревателей низкого давления.

12. Работающая на угле электростанция с котлом с оксисжиганием по п. 1, в которой система улавливания СО₂ дополнительно содержит теплообменник блока обработки газа, имеющий конденсатопровод блока обработки газа, подсоединенный к системе конденсата в точке:

между первым из последовательных подогревателей низкого давления и вторым из последовательных подогревателей низкого давления; и

между пятым из последовательных подогревателей низкого давления и баком питательной воды.

13. Работающая на угле электростанция с котлом с оксисжиганием по п. 1, в которой система улавливания СО₂ дополнительно содержит теплообменник блока обработки газа, имеющий конденсатопровод блока обработки газа, подсоединенный к системе конденсата в точке:

между первым из последовательных подогревателей низкого давления и вторым из последовательных подогревателей низкого давления; и

между четвертым из последовательных подогревателей низкого давления и пятым из последовательных подогревателей низкого давления.

14. Работающая на угле электростанция с котлом с оксисжиганием по п. 1, в которой система улавливания СО₂ дополнительно содержит теплообменник блока обработки газа, имеющий конденсатопровод блока обработки газа, подсоединенный к системе конденсата в точке:

между первым из последовательных подогревателей низкого давления и вторым из последовательных подогревателей низкого давления; и

между третьим из последовательных подогревателей низкого давления и четвертым из последовательных подогревателей низкого давления.

15. Работающая на угле электростанция с котлом с оксисжиганием по п. 1, в которой система улавливания СО₂ дополнительно содержит теплообменник блока обработки газа, имеющий конденсатопровод блока обработки газа, подсоединенный к системе конденсата в точке:

выше по потоку от первого из последовательных подогревателей низкого давления; и

между четвертым из последовательных подогревателей низкого давления и баком питательной воды.

16. Работающая на угле электростанция с котлом с оксисжиганием по п. 1, в которой система улавливания СО₂ дополнительно содержит теплообменник блока обработки газа, имеющий конденсатопровод блока обработки газа, подсоединенный к системе конденсата в точке:

выше по потоку от первого из последовательных подогревателей низкого давления; и

между третьим из последовательных подогревателей низкого давления и четвертым из последовательных подогревателей низкого давления.

17. Работающая на угле электростанция с котлом с оксисжиганием по п. 1, в которой система улавливания СО₂ дополнительно содержит теплообменник блока обработки газа, имеющий конденсатопровод блока обработки газа, подсоединенный к системе конденсата в точке:

выше по потоку от первого из последовательных подогревателей низкого давления; и

между вторым из последовательных подогревателей низкого давления и третьим из последовательных подогревателей низкого давления.

18. Работающая на угле электростанция с котлом с оксисжиганием по любому из пп. 12-17, дополнительно содержащая в системе конденсата клапан регулировки потока конденсата, расположенный гидравлически:

параллельно теплообменнику блока разделения воздуха; и

параллельно теплообменнику блока обработки газа.