КОНДЕНСАЦИОННЫЙ ПАРОВОЙ КОТЕЛ-УТИЛИЗАТОР Российский патент 2020 года по МПК F01K23/10 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к области котлов, в особенности котлов типа парового котла-утилизатора (HRSG).

Уровень техники

[0002] Известно, что паровые котлы-утилизаторы (HRSG) делают возможной рекуперацию тепла из потока горячих отработавших газов газовой турбины, причем тепло могут использовать либо в технологическом процессе (когенерация) или в паровом цикле (комбинированный цикл). Отработавшие газы состоят из неконденсируемой части, в основном содержащей N₂, О₂, СО₂ и Ar, и конденсируемой части, состоящей из водяного пара. До сих пор в известном уровне техники идею конденсации отходящих газов отвергали, главным образом из-за проблем с коррозией.

[0003] Из этого следует, что паровые котлы-утилизаторы, известные из уровня техники, в отношении их теплопроизводительности сталкиваются с двумя типами ограничений. В случае HRSG, обеспечивающих поток горячей воды под давлением для когенерации, как показано в примерах на фиг. 1 и фиг. 2, существует компромисс между количеством тепловой энергии и количеством электроэнергии, вырабатываемых паровой турбиной (что непосредственно связано с производством пара в HRSG). Этот компромисс схематично показан на фиг. 3, где точка "Уровень техники 1" относится к конфигурации HRSG, показанной на фиг. 1, а точка "Уровень техники 2" относится к конфигурации HRSG, показанной на фиг. 2. С другой стороны, наличие сернистых соединений значительно повышает точку росы кислоты отработавших газов. В результате, чтобы нагреть питательную воду до температуры выше этой точки росы кислоты, необходимо использовать большой рециркуляционный контур. Это ведет к довольно большому недогреву до температуры насыщения, т.е. разности между температурой на выходе подогревателя и температурой насыщения пара низкого давления, как показано на фиг. 4.

[0004] Некоторые документы, относящиеся к существующему уровню техники, полагаются на вторичную или байпасную дымовую трубу, в которой выполняется дополнительная рекуперация тепла. В патентном документе WO 2015/039840 А2 дополнительно рекуперированное тепло применяют, чтобы предварительно нагреть конденсат парового цикла. В документе WO 2010/136795 А2 дополнительно рекуперированное тепло применяют, чтобы предварительно нагреть воздух для горения в котле. Однако оба документа специально ориентируются на котлы, питаемые воздухом и ископаемым топливом (например, углем, нефтью), и не имеют отношения к котлам-утилизаторам, включенным в комбинированный цикл. Оба эти патента ведут к повышению эффективности цикла за счет уменьшения количества топлива, необходимого для производства заданного количества пара при заданных условиях температуры и давления. Документ CN 101922821 А раскрывает способ одновременной рекуперации воды и скрытого тепла в дымовом газе высокой влажности и абсорбционный тепловой насос, относящиеся к технике энергосберегающего оборудования. Однако можно ожидать, что это известное из уровня техники решение даст кислотные коррозионные отложения.

[0005] В документе WO 2015/064193 А1 раскрыто устройство рекуперации отработавших газов, имеющее катушку рекуперации отработавших газов, денитрирующее устройство, устройство рекуперации скрытого тепла, имеющее катушку рекуперации скрытого тепла, и модуль рекуперации конденсированной воды, соединенный с устройством рекуперации скрытого тепла, расположенный в выпускном канале газовой турбины. Конденсированную воду в модуле рекуперации конденсированной воды подают в систему подпиточной воды устройства рекуперации отработавших газов и в систему охлаждения конденсата паровой турбины.

[0006] В документе ЕР 2 878 790 А1 раскрыта система газовой турбины, работающей на влажном воздухе (AHAT), в которой возможно уменьшение количества подаваемой снаружи подпиточной воды путем уменьшения количества воды, потребляемой, когда система газовой турбины запускается, выключается или подвергается отключению нагрузки. Турбина АНАТ содержит систему газовой турбины, паровой котел-утилизатор для генерации пара с использованием отработавших газов от турбины, систему рекуперации воды для рекуперации влаги, содержащейся в отработавших газах, первую паровую систему для подачи пара, поступающего от парового котла-утилизатора, в коллектор сжатого воздуха, и вторую паровую систему для подачи пара, поступающего от парового котла-утилизатора, в паровой котел-утилизатор или систему рекуперации воды. При запуске, выключении системы газовой турбины или отключении от нее нагрузки, пар, поступающий от парового котла-утилизатора, рекуперируют путем блокирования первой паровой системы и обеспечения соединения второй паровой системы с паровым котлом-утилизатором.

Раскрытие сущности изобретения

[0007] В настоящем изобретении предложен конденсационный паровой котел-утилизатор (cHRSG), преодолевающий два вида ограничений производительности HRSG, известного из уровня техники. В частности, cHRSG выполнен так, что он может обеспечить эффективную и надежную конденсацию водяного пара, а также кислотных продуктов (например, H2SO4).

[0008] В варианте осуществления изобретения cHRSG содержит главную дымовую трубу для основного потока горячего отработавшего газа, байпасную дымовую трубу для обеспечения возможности перепуска части горячего отработавшего газа мимо основного потока горячего отработавшего газа, и тепловой насос. Этот cHRSG содержит первичный водяной контур, содержащий рециркуляционный контур с подогревателем, расположенным на входе основного потока горячего отработавшего газа в главной дымовой трубе, вторичный водяной контур, оснащенный тепловым приложением конечного потребителя, и третичный водяной контур, содержащий скруббер с разбрызгивающим устройством для обеспечения потока водяного душа в противотоке с частью горячего отработавшего газа, циркулирующего в байпасной дымовой трубе, и испаритель теплового насоса. Кроме того, cHRSG содержит трубопровод питательной воды, питаемый конденсатом на первом конце, физически соединенный на втором конце с первичным водяным контуром и оснащенный конденсатором теплового насоса, первый теплообменник для обеспечения теплообмена между трубопроводом питательной воды и вторичным водяным контуром, и второй теплообменник для обеспечения теплообмена между первичным водяным контуром и третичным водяным контуром. В cHRSG предварительный нагрев, осуществляемый в подогревателе первичного водяного контура, извлекает пользу из скрытого тепла, частично рекуперированного в третичном водяном контуре из горячего отработавшего газа, циркулирующего в байпасной дымовой трубе по второму теплообменнику, и из дополнительного тепла, извлеченного в третичном водяном контуре при помощи вышеупомянутого теплового насоса, и это скрытое и дополнительное тепло, в конце концов, через первый теплообменник передается в тепловое приложение конечного потребителя во вторичном водяном контуре. Первичный водяной контур, вторичный водяной контур и третичный водяной контур находятся в тепловом контакте посредством первого теплообменника и второго теплообменника, но они не соединены с возможностью передачи текучей среды.

Краткое описание чертежей

[0009] Ниже настоящее изобретение описано более подробно при помощи иллюстративных чертежей. Изобретение не ограничено описанными примерными вариантами его осуществления. Все признаки, описанные и/или проиллюстрированные в настоящем документе, могут быть использованы в вариантах осуществления изобретения отдельно или в разных сочетаниях. Признаки и преимущества различных вариантов осуществления настоящего изобретения могут быть лучше поняты после прочтения следующего подробного описания со ссылками на чертежи, на которых изображено следующее.

[0010] Уже упомянутая фиг. 1 схематично показывает первую конфигурацию HRSG для когенерации в соответствии с уровнем техники.

[0011] Уже упомянутая фиг. 2 схематично показывает вторую конфигурацию HRSG для когенерации в соответствии с уровнем техники.

[0012] Уже упомянутая фиг. 3 представляет собой примерную диаграмму производства электроэнергии в сравнении с производством тепла в HRSG при когенерации, позволяющую сравнить настоящее изобретение с известными из уровня техники решениями.

[0013] Уже упомянутая фиг. 4 представляет собой условную диаграмму обмененного тепла в сравнении с температурой для парового котла с одним уровнем давления, выполненного в соответствии с уровнем техники.

[0014] Фиг. 5 схематично показывает общий принцип конденсационного HRSG согласно изобретению.

[0015] Фиг. 6 схематично показывает принцип конденсационного HRSG согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

[0016] Фиг. 7 схематично показывает принцип конденсационного HRSG согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

[0017] Фиг. 8 схематично показывает принцип конденсационного HRSG согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.

[0018] Фиг. 9 схематично показывает принцип конденсационного HRSG согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения.

Осуществление изобретения

[0019] Настоящее изобретение относится к повышению теплопроизводительности HRSG в обоих случаях когенерации - то есть как "тепла" (включая охлаждение), так и электроэнергии, а также только для выработки электроэнергии. Соответственно тепло, извлеченное в байпасной дымовой трубе для основного потока горячего газа на холодном конце HRSG, а именно путем конденсации части водяного пара, содержащегося в отходящих газах, передается в питательную воду парового цикла, так что последний вызывается при температуре выше точки росы отходящих газов на входе подогревателя. В соответствии с уровнем техники эту задачу решают при помощи рециркуляционного контура.

[0020] Предлагаемый cHRSG устраняет вышеупомянутые ограничения, делая тепло, переносимое рециркуляционным контуром, доступным для других целей. В случае когенерации cHRSG позволяет максимизировать как производство электрической энергии, так и выработку тепла для данного энтальпийного потока на горячем конце cHRSG.

[0021] Как показано на фиг. 3, если пренебречь расходом электроэнергии на вспомогательные компоненты cHRSG, электрическая энергия cHRSG совпадает с уровнем техники 2, в то время как тепловая энергия равна тепловой энергии уровня техники 1. С учетом расхода электроэнергии вспомогательным оборудованием полезная электрическая энергия, полученная благодаря паровому циклу, немного снизится, в результате соответствующая точка слегка сдвинется в левую сторону графика.

[0022] Что касается вопроса точки росы кислоты, благодаря настоящему изобретению возможно либо значительное уменьшение рециркуляционного контура, либо даже его исключение. Таким образом, может быть увеличено производство пара (и, следовательно, производство электроэнергии при помощи паровой турбины).

[0023] Водяной пар, имеющийся в продуктах горения газовой турбины, переносит значительное количество энергии, которую в настоящее время выпускают в атмосферу, но которая в принципе может быть частично рекуперирована путем конденсации влаги, содержащейся в отработавших газах. Эта дополнительная рекуперация тепла предполагает обмен скрытым теплом, т.е. теплом, которое передается не в результате изменения температуры, а благодаря фазовому переходу газовой среды, в данном случае благодаря конденсации водяного пара, содержащегося в отработавших газах.

[0024] На фиг. 5 схематично показана общая компоновка HRSG в соответствии с настоящим изобретением, причем основное внимание уделено холодной стороне HRSG. В соответствии с этим HRSG дополнен зоной конденсации 21, внешней по отношению к основному корпусу HRSG, и оснащен дополнительным оборудованием, предназначенным для извлечения скрытого тепла из отработавших газов HRSG и эффективного управления результирующим стоком 8. В настоящем документе предлагается конденсационный HRSG, обеспечивающий дополнительное рекуперацию скрытого тепла, содержащегося в отработавших газах, путем их конденсации. Кроме того, предлагается HRSG, обеспечивающий в отношении выработки электроэнергии меньшие расходы.

[0025] В одном из вариантов осуществления изобретения частью отработавшего газа, текущего в зоне конденсации, управляют при помощи вентилятора.

[0026] В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения скрытое тепло утилизируют при помощи так называемого смесительного теплообменника. Смесительный теплообменник может заключать в себе, не ограничиваясь этим, скруббер с разбрызгивающим устройством, тарельчатую колонну и насадочную колонну.

[0027] В некоторых вариантах осуществления в качестве смесительного теплообменника выбирают скруббер с разбрызгивающим устройством, поскольку он обеспечивает хороший общий коэффициент теплопередачи, создает умеренную потерю давления на стороне газа и сравнительно дешев. Скруббер с разбрызгивающим устройством можно рассматривать, как устройство быстрого охлаждения, расположенное в байпасной дымовой трубе HRSG и обеспечивающее душ, причем холодную воду распыляют в противотоке через часть охлаждаемого отработавшего газа. Тогда отходящие газы насыщаются влагой, которая затем конденсируется и выделяет энергию испарения отходящих газов. Смешивание насыщенных отходящих газов, выходящих из байпасной дымовой трубы, с отходящими газами главной дымовой трубы снижает риск образования столба дыма / белого облака.

[0028] В еще одном альтернативном варианте осуществления изобретения вместо скруббера с разбрызгивающим устройством применяют альтернативные смесительные теплообменники.

[0029] Фиг. 6 схематично показывает вариант осуществления HRSG согласно изобретению. Горизонтально уставленный HRSG состоит из главной дымовой трубы 1 для потока горячего газа и байпасной дымовой трубы 2 для обеспечения возможности перепуска части отработавшего газа мимо основного потока. В этом конкретном варианте осуществления конденсационный HRSG основан на смесительном теплообменнике.

[0030] Предусмотрено три замкнутых водяных контура, которые физически разделены (то есть, не связаны между собой с возможностью передачи текучей среды), но благодаря теплообменникам (более подробно описаны ниже) находятся в тепловом контакте. Первичный водяной контур (PWC) представляет собой рециркуляционный контур 10, содержащий первый теплообменник HRSG (или подогреватель/экономайзер 6), расположенный по существу на входе горячих газов в главную дымовую трубу. PWC физически соединен с трубопроводом 13 питательной воды и оснащен барабаном 19 низкого давления. Трубопровод 13 питательной воды питается на входе 7 для питательной воды и оснащен конденсатором 17 теплового насоса (НРС) (подробно описан ниже).

[0031] Третичный водяной контур (TWC) представляет собой рециркуляционный контур 11, содержащий скруббер 3 с разбрызгивающим устройством для обеспечения потока водяного душа в противотоке с восходящими отработавшими газами. Скруббер 3 с разбрызгивающим устройством имеет в нижней части водяную ванну 5 и оснащен испарителем 16 теплового насоса (НРЕ) (подробно описан ниже).

[0032] Третичный водяной контур (TWC) содержит рециркуляционный контур 12 и тепловое приложение 9 конечного потребителя. Трубопровод 13 питательной воды/PWC 10 и TWC 11 находятся в тепловом контакте через второй теплообменник 14, в то время как PWC 10 и SWC 12 находятся в тепловом контакте через первый теплообменник 15.

[0033] Первичный водяной контур, вторичный водяной контур, третичный водяной контур и трубопровод питательной воды предпочтительно оснащены соответственно первым насосом, вторым насосом, третьим насосом и четвертым насосом (не показаны). Эти насосы обеспечивают соответствующий уровень давления в соответствующих контурах и компенсируют дополнительные потери давления, вызванные дополнительным оборудованием, предусмотренным согласно изобретению.

[0034] В HRSG, выполненным в соответствии с уровнем техники, нагрев питательной воды, как правило, достигается при помощи рециркуляционного контура, расположенного на нагревателе, который смешивает поступающий внешний холодный поток конденсата, предпочтительно в диапазоне температур 20-50°С, с горячим потоком воды под давлением, подогретой в вышеупомянутом контуре, предпочтительно в диапазоне температур 160-190°С, чтобы создать требуемый уровень температуры на входе HRSG, предпочтительно в диапазоне температур 55-80°С. В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 6, вышеописанное рекуперированное скрытое тепло применяют, чтобы способствовать этому нагреванию потока конденсата и, кроме того, использовать/передать тепло, переносимое в рециркуляционном контуре 10 к нескольким возможным тепловым приложениям 9.

[0035] Однако в варианте осуществления, показанном на фиг. 6, скрытое тепло могут рекуперировать при сравнительно низкой температуре. Температура воды в ванне 5 скруббера 3 с разбрызгивающим устройством может быть равна точке росы отработавших газов в этом месте, т.е. она может лежать в пределах от 40 до 50°С для типичных внешних условий и сжигания природного газа. В результате при помощи теплообменника, например, теплообменника 14, как правило, представляющего собой пластинчатый теплообменник, в поток конденсата пассивно может быть передана только часть этого низкопотенциального тепла.

[0036] В различных вариантах осуществления изобретения пластинчатые теплообменники используют для того, чтобы воспользоваться их высоким коэффициентом теплопередачи, низкими требованиями к сдавливанию и ограниченным объемом.

[0037] Дальнейшее нагревание потока конденсата до его требуемой температуры предполагает перемещение тепловой энергии из холодной точки в более горячую точку, что в силу второго закона термодинамики естественным образом не происходит. Поэтому согласно одному из вариантов осуществления изобретения для осуществления этой теплопередачи используют промышленный тепловой насос 18. Источником тепла, в котором тепло перехватывается испарителем 16 теплового насоса (НРЕ), является поток воды через скруббер с разбрызгивающим устройством, в то время как теплоотвод, в котором тепло выделяется из конденсатора 17 теплового насоса (НРС), представляет собой поток конденсата. Устройство, обеспечивающее электроэнергию, необходимую для работы теплового насоса, на чертежах не показано. Альтернативно, чтобы рекуперировать энергию из охлаждающего рециркулирующего потока и, таким образом, снизить температуру на входе душа, тепловой насос может быть заменен любой системой, известной в данной области техники.

[0038] Затем тепло, переносимое в рециркуляционном контуре 10 (PWC), могут использовать для других целей, особенно для разнообразных применений 9, требующих тепловой энергии при низкой или умеренной температуре. Чтобы не смешивать потоки воды различного качества, то есть воду, проходящую через HRSG, и воду, используемую в упомянутых тепловых приложениях 9, тепло передается во вспомогательный контур 12 (SWC) с помощью первого теплообменника 15, который также может представлять собой, например, пластинчатый теплообменник.

[0039] Поток горячей воды, создаваемый в соответствии с настоящим изобретением, может служить, например, в следующем неполном списке тепловых приложений конечных потребителей: прямое использование потока горячей воды для подачи в сеть централизованного теплоснабжения, использование потока горячей воды в холодильниках, приводимых в действие с помощью тепловой энергии (абсорбционные и адсорбционные холодильники представляют собой питаемые от трех источников тепловые машины, которые производят охлажденную воду из горячей воды или пара) и использование охлажденной воды для подачи в сеть централизованного охлаждения, использование потока горячей воды для производства пресной воды из морской воды (опреснение воды) при помощи теплового процесса, например, посредством многоступенчатой дистилляции (MED).

[0040] В альтернативных вариантах осуществления изобретения, чтобы обеспечить так называемую тригенерацию или даже полигенерацию (электричество, тепло, холодная и пресная вода), могут объединить два или даже три вышеуказанных приложения.

[0041] В других альтернативных вариантах осуществления изобретения тепловую нагрузку рециркуляционного контура могут использовать для увеличения производства пара в HRSG и, следовательно, выработки энергии паровой турбиной.

[0042] В стационарном режиме поток стока 8, образующийся при частичной конденсации отходящих газов, необходимо выпускать в окружающую среду, чтобы поддержать стабильный уровень в водяной ванне скруббера с разбрызгивающим устройством.

[0043] В результате плотного контакта распыляемой воды с отходящими газами распыляемая вода становится кислой. СО₂, содержащийся в отходящих газах, может растворяться в воде. В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, чтобы увеличить рН этой подкисленной воды до рН, составляющего от 6,0 до 8,0, прежде чем выпускать сток 8 в окружающую среду, могут применить водоочистную установку (WTU). Очистка может быть основана на применении щелочных продуктов, например, карбоната кальция, чтобы нейтрализовать кислотность воды.

[0044] Фиг. 7 схематично показывает еще один вариант осуществления предлагаемого конденсационного HRSG. В отличие от варианта осуществления, изображенного на фиг. 6, здесь тепловой насос отсутствует. Этот вариант осуществления может подойти для случаев более высокой концентрацией водяного пара в отходящих газах (например, когда HRSG установлен после цикла, в котором применяют турбину, работающую на влажном газе).

[0045] Фиг. 8 схематично показывает еще один вариант осуществления конденсационного HRSG согласно настоящему изобретению. Частичная рекуперация скрытого тепла, содержащегося в части отработавшего газа, циркулирующего в байпасной дымовой трубе 2, осуществляется с помощью средств непрямого контакта, содержащих участок трубопровода 13 питательной воды, оснащенного теплообменником 20 непрямого действия, установленным внутри части отработавшего газа, циркулирующего в байпасной дымовой трубе 2, так что вследствие конденсации отработавшего газа на поверхности теплообменника 20 непрямого действия скрытое тепло, содержащееся в отработавшем газе, передается, как показано выше, в первичный водяной контур 10.

[0046] Частичная конденсация отработавших газов на внешней поверхности обмена теплообменника непрямого действия также создает поток избыточного стока 8, который необходимо выпустить в окружающую среду после соответствующей обработки, как описано выше.

[0047] Фиг. 9 схематично показывает еще один вариант осуществления конденсационного HRSG согласно изобретению. Принимая во внимание вариант осуществления, показанный на фиг. 8, здесь конденсационный котел-утилизатор дополнительно содержит тепловой насос. Участок трубопровода 13 питательной воды, оснащенного теплообменником 20 непрямого действия, установленным внутри части отработавшего газа, циркулирующего в байпасной дымовой трубе 2, содержит испаритель 16 теплового насоса 18, а рециркуляционный участок трубопровода 13 питательной воды содержит конденсатор 17 теплового насоса 18, так что на упомянутом участке трубопровода 13 питательной воды, оснащенном теплообменником 20 непрямого действия, извлекают дополнительное тепло и при помощи указанного теплового насоса 18 передают его в первичный водяной контур 10. В результате производительность в отношении передачи энергии увеличивается, так как температура конденсата, поступающего в теплообменник непрямого действия, ниже.

[0048] Принципы, представленные в настоящей заявке, не ограничены описанными в ней примерами осуществления. В частности, система может работать непрерывно или периодически в соответствии с потреблением энергии, и система может быть адаптирована как к вертикальному, так и к горизонтальному HRSG.

[0049] Более того, в одном из вариантов осуществления изобретения обеспечено наличие дополнительного оборудования для существующего HRSG или HRSG, известного из уровня техники (неконденсационного HRSG), и данный вариант может объединять в пределах данного объема правовой охраны следующие признаки: заданное производство пара в отношении давлений, температур и массовых расходов (температуру, давление и массовый расход воды для барабана низкого давления (LP) могут не изменять по отношению к эталонному HRSG), требуемое минимальное значение температуры питательной воды на входе HRSG во избежание конденсации на первом теплообменнике из ребристых труб (температуру питательной воды на входе HRSG могут не изменять относительно эталонного HRSG) и максимальный уровень потерь давления, допустимый на стороне отработавшего газа для обеспечения надлежащей работы газовой турбины, установленной выше по потоку.

[0050] В других вариантах осуществления изобретения поток очищенного стока 8 предпочтительно могут использовать для подачи в различные точки комбинированного цикла, например, подать подпиточную воду для парового цикла, подпиточную воду для системы охлаждения или нагнетания воды, смотря по тому, что лучше подходит для газотурбинного цикла в существующих рабочих режимах. Можно ожидать, что это последнее применение увеличит содержание водяного пара в отработавших газах, выходящих из паровой турбины. Этот приведет к "эффекту снежного кома" с дополнительной конденсацией отработавших газов и дополнительной рекуперацией скрытого тепла.

[0051] Хотя изобретение было проиллюстрировано и описано в деталях при помощи чертежей и вышеприведенного описания, эти чертежи и описание следует рассматривать, как иллюстративные и примерные, а не ограничивающие. Понятно, что специалист в области техники может осуществить изменения и модификации, не выходя за пределы объема нижеследующей формулы изобретения. В частности настоящее изобретение также охватывает дополнительные варианты осуществления с комбинацией признаков из разных вариантов осуществления, описанных выше и ниже.

[0052] Термины, используемые в формуле изобретения, следует толковать как имеющие самую широкую разумную интерпретацию, соответствующую вышеприведенному описанию. Например, применение единственного числа при представлении какого-либо элемента не следует толковать, как исключение множества элементов. Точно также перечисление "или" следует интерпретировать как "включительно", так что перечисление "А" или "В" не исключает "А и В", если только из контекста или предшествующего описания не ясно, что имеется в виду только "А" или только "В". Кроме того, перечисление "по меньшей мере один из А, В и С" следует трактовать, как один или несколько элементов из группы элементов, состоящей из А, В и С, и не следует интерпретировать, как требующее по меньшей мере одного из перечисленных элементов А, В и С, независимо от того, связаны ли А, В и С как категории или иным образом. Кроме того, перечисление "А, В и/или С" или "по меньшей мере один из А, В или С" следует интерпретировать, как включающее любой единичный объект из перечисленных элементов, например, А, любое подмножество перечисленных элементов, например, А и В, или весь перечень элементов А, В и С.

Ссылочные обозначения

1 паровой котел-утилизатор (HRSG)

2 труба для перепуска части потока отработавшего газа

3 скруббер с разбрызгивающим устройством

4 вентилятор

5 водяная ванна

6 подогреватель /экономайзер

7 вход для питательной воды (конденсат из парового цикла)

8 выход жидкого стока в окружающую среду или полезные приложения

9 тепловое приложение конечного потребителя

10 первичный водяной контур (рециркуляционный контур подогревателя) или PWC

11 третичный водяной контур (рециркуляционный контур скруббера с разбрызгивающим устройством) или TWC

12 вторичный водяной контур (рециркуляционный контур теплового приложения) или SWC

13 трубопровод питательной воды (конденсат при низкой температуре)

14 второй теплообменник (между трубопроводом питательной воды и третичным водяным контуром)

15 первый теплообменник (между первичный водяным контуром и вторичным водяным контуром)

16 испаритель теплового насоса (НРЕ)

17 конденсатор теплового насоса (НРС)

18 тепловой насос

19 барабан низкого давления (LP)

20 теплообменник непрямого действия

21 зона конденсации

22 теплообменник для когенерации

Конденсационный паровой котел-утилизатор (cHRSG) содержит главную дымовую трубу для основного потока горячего отработавшего газа, байпасную дымовую трубу для обеспечения возможности перепуска части горячего отработавшего газа мимо основного потока горячего отработавшего газа и тепловой насос. Котел-утилизатор cHRSG содержит первичный водяной контур, вторичный водяной контур и третичный водяной контур. Кроме того, cHRSG содержит трубопровод питательной воды, первый теплообменник для обеспечения теплообмена между трубопроводом питательной воды и вторичным водяным контуром и второй теплообменник для обеспечения теплообмена между первичным водяным контуром и третичным водяным контуром. В cHRSG частично рекуперируют скрытое тепло из указанного горячего отработавшего газа, циркулирующего в байпасной дымовой трубе во втором теплообменнике, и извлекают дополнительное тепло в третичном водяном контуре при помощи указанного теплового насоса, внося вклад в предварительный нагрев, выполняемый в подогревателе первичного водяного контура. 13 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Конденсационный паровой котел-утилизатор (cHRSG), содержащий:

- главную дымовую трубу (1) для основного потока горячего отработавшего газа;

- байпасную дымовую трубу (2) для обеспечения возможности перепуска части горячего отработавшего газа мимо основного потока горячего отработавшего газа и ее циркулирование в байпасной дымовой трубе (2);

- первичный водяной контур (10) и вторичный водяной контур (12);

- трубопровод (13) питательной воды, питаемый конденсатом на первом конце и физически соединенный на втором конце с первичным водяным контуром (10);

- средства для по меньшей мере частичной рекуперации скрытого тепла, содержащегося в части отработавшего газа, циркулирующего в байпасной дымовой трубе (2), и передачи указанного скрытого тепла в первичный водяной контур (10);

причем средства для по меньшей мере частичной рекуперации скрытого тепла, содержащегося в части горячего отработавшего газа, циркулирующего в байпасной дымовой трубе (2), и передачи указанного скрытого тепла в первичный водяной контур (10) содержат зону (21) конденсации;

отличающийся тем, что

- первичный водяной контур (10) содержит рециркуляционный контур с подогревателем (6), расположенным на входе основного потока горячего отработавшего газа в главной дымовой трубе (1), и вторичный водяной контур (12) оснащен тепловым приложением (9) конечного потребителя, предусмотрен первый теплообменник (15) для обеспечения теплообмена между первичным водяным контуром (10) и вторичным водяным контуром (12), так что первичный водяной контур и вторичный водяной контур находятся в тепловом контакте посредством первого теплообменника (15), но не соединены с возможностью передачи текучей среды; и тем, что

- средства для по меньшей мере частичной рекуперации указанного скрытого тепла выполнены так, чтобы, во-первых, способствовать предварительному нагреву воды, осуществляемому в подогревателе (6) первичного водяного контура (10), и во-вторых, передавать тепло тепловому приложению (9) конечного потребителя во вторичном водяном контуре (12) через первый теплообменник (15).

2. Конденсационный паровой котел-утилизатор по п. 1, в котором кислотная конденсация происходит по существу в зоне (21) конденсации.

3. Конденсационный паровой котел-утилизатор по п. 1 или 2, в котором средства для по меньшей мере частичной рекуперации скрытого тепла, содержащегося в части отработавшего газа, циркулирующего в байпасной дымовой трубе (2), и передачи указанного скрытого тепла в первичный водяной контур (10) представляют собой средство прямого контакта, содержащее третичный водяной контур (11), имеющий скруббер (3) с разбрызгивающим устройством, оснащенный на нижнем конце водяной ванной (5), для выдачи потока водяного душа, обменивающегося теплом непосредственно и в противопотоке с частью горячего отработавшего газа, циркулирующего в байпасной дымовой трубе (2), и второй теплообменник (14) для обеспечения теплообмена между третичным водяным контуром (11) и трубопроводом (13) питательной воды, а затем с первичным водяным контуром (10).

4. Конденсационный паровой котел-утилизатор по п. 3, дополнительно содержащий тепловой насос (18), причем третичный водяной контур (11) содержит испаритель (16) теплового насоса (18), а трубопровод (13) питательной воды содержит конденсатор (17) теплового насоса (18), так что в третичном водяном контуре (11) извлекается дополнительное тепло и при помощи указанного теплового насоса (18) передается в первичный водяной контур (10).

5. Конденсационный паровой котел-утилизатор по п. 1 или 2, в котором средства для по меньшей мере частичной рекуперации скрытого тепла, содержащегося в части отработавшего газа, циркулирующего в байпасной дымовой трубе (2), и для передачи указанного скрытого тепла в первичный водяной контур (10) представляют собой средства непрямого контакта, содержащие участок трубопровода (13) питательной воды, оснащенный теплообменником (20) непрямого действия, установленным внутри части отработавшего газа, циркулирующего в байпасной дымовой трубе (2), так что вследствие конденсации отработавшего газа на поверхности теплообменника (20) непрямого действия скрытое тепло, содержащееся в отработавшем газе, передается в первичный водяной контур (10).

6. Конденсационный паровой котел-утилизатор по п. 5, дополнительно содержащий тепловой насос (18), причем указанный участок трубопровода (13) питательной воды, оснащенный теплообменником (20) непрямого действия, установленным внутри части отработавшего газа, циркулирующего в байпасной дымовой трубе (2), содержит испаритель (16) теплового насоса (18), а рециркуляционный участок трубопровода (13) питательной воды содержит конденсатор (17) теплового насоса (18), так что на упомянутом участке трубопровода (13) питательной воды, оснащенном теплообменником (20) непрямого действия, обеспечена возможность извлечения дополнительного тепла и его передачи при помощи указанного теплового насоса (18) в первичный водяной контур (10).

7. Конденсационный паровой котел-утилизатор по п. 1 или 2, в котором тепловое приложение (9) конечного потребителя выполнено с возможностью непосредственного использования потока горячей воды во вторичном водяном контуре (12) для подачи в сеть централизованного теплоснабжения.

8. Конденсационный паровой котел-утилизатор по п. 1 или 2, в котором тепловое приложение (9) конечного потребителя выполнено с возможностью использования потока горячей воды во вторичном водяном контуре (12) для применения в холодильниках, приводимых в действие с помощью тепловой энергии, чтобы произвести охлажденную воду для подачи в сеть централизованного охлаждения.

9. Конденсационный паровой котел-утилизатор по п. 1 или 2, в котором тепловое приложение (9) конечного потребителя выполнено с возможностью использования потока горячей воды во вторичном водяном контуре (12) для осуществления опреснения воды.

10. Конденсационный паровой котел-утилизатор по п. 1 или 2, в котором объединены по меньшей мере два разных тепловых приложения (9) конечного потребителя, чтобы обеспечить полигенерацию энергии.

11. Конденсационный паровой котел-утилизатор по п. 1 или 2, в котором тепловое приложение (9) конечного потребителя заменено или дополнено средством дополнительного производства пара.

12. Конденсационный паровой котел-утилизатор по п. 11, в котором тепловое приложение (9) конечного потребителя объединено со средством дополнительного производства пара, так что в соответствии с потребностями между последними может быть выполнено определенное разделение.

13. Конденсационный паровой котел-утилизатор по п. 1 или 2, содержащий средство для выпуска потока стока (8), образующегося в результате частичной конденсации горячего отработавшего газа, в окружающую среду или для любого потенциального использования.

14. Конденсационный паровой котел-утилизатор по п. 13, содержащий средство для впрыскивания потока стока (8) в наиболее подходящей точке в газотурбинном цикле, чтобы повысить уровень влажности отработавших газов, образующихся в газовой турбине.