CS33090A3 - Steam generator and method of its intermediate superheater temperature control - Google Patents

Description

1

Parní generátor a způsob regulace teploty jeho mezip

PV 330- 90 P MP-20-90-Če

Oblast techniky 16 íx χ 0 «ΒΡ.4

Vynález se týká parního generátoru a způsobu regulaceteploty mezipřehříváku v takovém parním generátoru. I τ λ n ! 8 8 S » * u

Dosavadní stav techniky K regulaci teplot páry z mezipřehříváku existuje řadazpůsobů. Jeden z nich spočívá v použití soustavy, která umož-ňuje, aby kouřové plyny obcházely mezipřehřívák. V plynovémprůtahu kouřových plynů jsou uspořádány dvě oddělené sekce,a to jedna pro přehřívák a druhá pro mezipřehřívák, opatřenéústrojím, například hradítkem, které umožňuje měnit množstvíkouřových plynů protékajících každou sekcí. Teplotu vycháze-jící páry z mezipřehříváku lze regulovat změnou množství kou-řových plynů mezi oběma sekcemi. Hlavním nedostatkem tohotozařízení je to, že tlumicí klapky jsou umístěny v dráze kou-řových plynů, které unášejí velké množství popílku a mají vy-sokou teplotu 260 až371 ’C, takže hradítka rychle erodujía mechanicky se poškodí. Mimoto je regulační rozsah teplotypáry omezený.

Další možností, jak regulovat teplotu páry vycházejícíz mezipřehříváku, je použití externích výměníků tepla. Část recirkulovaných pevných látek v cirkulujícím fluidnímloži se odvětvuje do vnějšího fluidního výměníku tepla,v němž je umístěn mezipřehřívák nebo jeho sekce. Změnoumnožství pevných látek, přiváděných do výměníku tepla, sereguluje množství tepla přenášeného do mezipřehříváku a tep-lota páry vystupující z mezipřehříváku. Hlavní nevýhoda toho-to systému je v tom, že regulační ventil, kterým se regulujeproud pevných látek, vyžaduje častou údržbu a povrch trubek 2 mezipřehříváku ve výměníku tepla rychle eroduje. To nepříz-nivě ovlivňuje provozuschopnost zařízení. V americkém pat. spise č. 4 748 940 se navrhuje uspořádatvýhřevné plochy prvního mezipřehříváku v kouřovodu spalovacíhokotle s cirkulujícím fluidním ložem a připojit k tomuto prvnímumezipřehříváku druhý mezipřehřívák, který je umístěn ve vnějšímvýměníku tepla a zapojen paralelně k nastavitelnému obtokovémupotrubí. Výstupní teplota mezipřehříváku se reguluje regulacíproudění pevných látek ve vnějším výměníku tepla a regulacíproudu páry v obou mezipřehřívákách pomocí obtokového potrubí.

Další možnost regulace teploty páry vystupující z mezi-přehříváku spočívá v použití rozprašovacího ochlazovače přehřá-té páry, který rozprašuje vodu pro chlazení páry a tedy pro re-gulaci teploty páry vystupující z mezipřehříváku. Způsob je sicejednoduchý, obecně se ho však nepoužívá, protože zhoršuje účin-nost celého cyklu.

Další možnost spočívá v použití přebytku vzduchu, který sepřivádí do kotle a dá se použít k regulaci teploty páry z mezi-přehříváku. Tento způsob však není v oblibě, protože má nega-tivní vliv na účinnost kotle. Ještě další možností je využitírecirkulace plynu, kdy se recirkuluje tak velké množství kouřo-vých plynů, aby pára vystupující k mezipřehříváku měla požadova-nou teplotu. Tento postup však vyžaduje použití dmychadla, kterépracuje s horkými kouřovými plyny unášejícími velké množstvípopela a vyžaduje tedy přídavné množství energie, takže jenevýhodný.

Podstata vynálezu Cílem vynálezu je Zdokonalit parní generátor a zlepšitregulaci teploty páry vstupující z mezipřehříváku. Předmětem vynálezu je parní generátor s fluidní spalovacísoustavou s fluidním spalovacím prostorem, nejméně jedním odlu- 3

čovačem a konvekčním průtahem obsahujícím mezipřehříváka přehřívák. Jeho podstata spočívá v tom, že první stupeňa druhý stupeň mezipřehříváku jsou uloženy za sebou vespolečném plynovém průtahu, s prvním stupněm mezipřehřívákuje zpětným potrubím chladné páry spojena vysokotlaká turbinaa ve zpětném potrubí je uspořádán rozdělovač, spojený obto-kovou trubkou se směšovačem ve spojovacím potrubí mezi prvnímstupněm a druhým stupněm mezipřehříváku. Za druhým stupněmmezipřehříváku je ve směru proudění umístěn přehřívák, a vezpětném potrubí chladné páry je umístěn mezi rozdělovačema prvním stupněm mezipřehříváku ventil. Předmětem vynálezu je rovněž způsob regulace teplotymezipřehříváku v takovém parním generátoru. Podstata tohotozpůsobu je v tom, že regulaci teploty mezipřehříváku v par-ním generátoru pára se postupně zahřívá v prvním a druhémstupni mezipřehříváku ve společném konvekčním průtahu,chladná pára vracející se do mezipřehříváku se rozdělí nadvě části, z nichž první část se ohřívá v prvním stupnimezipřehříváku, první a druhá část se smíchají a vedou dru-hým nebo koncovým stupněm mezipřehříváku. Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude vysvětlen v souvislosti s příklady prove-dení znázorněnými na výkresech, kde značí obr. 1 schématypického systému parního generátoru s cirkulujícím fluidnímložem, obr. 2 schéma dalšího provedení vynálezu a obr. 3schéma uspořádání dvou kotlů, připojených k jediné turbině. Příklad provedení vynálezu

Na obr. 1 je znázorněno schéma elektrárny s parnímgenerátorem podle vynálezu. Kotel 10 obsahuje fluidní spalo-vací prostor 12 se spalovací komorou 14, do které se zavádí nehořlavý materiál, případné přísady a recirkulovaný materiál,primární vzduch a sekundární vzduch. Ve spalovací komoře 14 jkterá obsahuje dostatečné množství fluidního materiálu, jímžproudí příslušné množství vzduchu, se lože.udržuje ve fluidnímstavu. Spalovací komora 14 má děrované dno 16 mřížové konstruk-ce, kterým prochází fluidizační vzduch. Stěny spalovací komory14 jsou trubkového membránového typu s žárovzdorným povlakemnebo bez něho.

Ve spalovací komoře 14 je uspořádán první dvoustupňovýpřehřívák 18 a 20. Ze spalovací komory 14 jsou pevné látkyunášeny přes kouřový kanál 22 do horkého odlučovače 24, kdese horké pevné látky oddělují od kouřových plynů a vracejí serecyklovacími trubkami 26, 28, 30 na dno spalovací komory 14.Před návratem do spalovací komory 14 mohou přitom projítnejprve přes neznázorněný fluidní chladič.

Podrobnosti cirkulačního okruhu napájecí vody a primár-ního přehříváku nejsou na výkrese znázorněny, protože netvořídůležitou část vynálezu.

Kouřové plyny z horkého odlučovače 24 procházejí kouřovoutrubkou 32 do plynového průtahu 34. V něm je umístěn jednostup-ňový přehřívák 38, ze kterého se horká pára vede do vysokotlakéturbíny 52. Za přehřívákem 38 je v plynovém průtahu 34 umístěnprvní stupeň 42 a druhý stupeň 40 mezipřehříváku.Jsou zapojenyve směru proudění za přehřívákem 38 a před ekonomizérem 44.Mezipřehřívák je znázorněn jako dvoustupňový, může mít ovšemvíc než dva stupně, přičemž koncový stupeň je zapojen za přehří-vákem 38, jak je znázorněno pro druhý stupeň £0. Oba stupně 42,40 jsou vytvořeny jako protiproudové výměníky tepla, kde plynyproudí ve směru doků a zahřívaná pára směrem nahoru. Umístěnípřehříváku 38 v průtahu 34 napomáhá k udržení teploty plynůproudících do druhého stupně 40 mezipřehříváku pod kritickouhodnotou.Toto uspořádání společně s obtokem, který bude ještěvysvětlen, umožňuje účinnou regulaci teplot v obou stupníchmezipřehříváku. 5

Když je teplota páry opouštějící ten který stupeňv protiproudovém výměníku blízká teplotě plynů, které dotohoto stupně vcházejí, má snížení proudu páry přicházejícído tohoto stupně za následek značný pokles absorpce tepla.

Jak se teplota páry přibližuje teplotě plynů, snižuje seteplo, které je k dispozici pro přenos z plynu na páru.

To je základem principu podle vynálezu pro regulaci teplotypáry z mezipřehříváku.

Generátor podle obr. 1 přivádí páru do dvoustupňovéturbiny. Ve znázorněném provedení proudí pára z přehříváku38 přes výstupní sběrnou komoru 46 a přívodní potrubí 48ventilem 50 na vstupní stranu vysokotlaké turbiny 52.Ochla-zená pára, opouštějící turbinu 52, se vrací zpětným potrubím53 do stupňů 42, 40 mezipřehříváku. Z prvního stupně 42mezipřehříváku vede do zpětného potrubí 53 přes rozdělovač55 obtoková trubka 54, která odvádí část chladné páry;zbývající podíl páry protéká diferenciálním regulačnímventilem 56 do vstupní sběrné komory 58 prvního stupně 42mezipřehříváku. Pára prošlá prvním stupněm 42 mezipřehříváku vystupujevýstupní sběrnou komorou 60 a spojuje se s odbočeným podílemchladné páry z obtokové trubky 54 ve směšovači 62. V obtokovétrubce 54 je uspořádán diferenciální regulační ventil 64 prů-toku, kterým se reguluje množství páry odebírané obtokovoutrubkou 54. Pára smíchaná ve směšovači 62 proudí do vstupnísběrné komory 66 druhého stupně 40 nebo koncového stupněmezipřehříváku, v něm se znovu zahřívá a proudí z výstupnísběrné komory 68 přívodním potrubím 70 a ventilem 72 do nízkotlaké turbiny 74. Selektivní volba množství chladné páryodváděné obtokovou trubkou 54 a páry-přiváděné do druhéhostupně 40 mezipřehříváku představuje efektivní a účinnéopatření k regulaci teploty v obou stupních 42, 40 mežipřehříváku. - 6 -

Poloha prvního stupně 42 mezipřehříváku v dráze kouřovýchplynů je zvolena tak, aby při odvedení určeného podílu ochla-zené páry přímo do druhého stupně 40 mezipřehříváku nedošlo kezvýšení teploty páry, opouštějící první stupeň 42 mezipřehříváku,na vyšší hodnotu, než jaká je přípustná pro kov, z něhož jsouvyrobeny jeho trubky. Typická mezní hodnota je 566 ’G, ovšemmůže kolísat podle konkrétní konstrukce kotle. Účelem soustavyje to, aby maximální teplota na vnějším povrchu trubek nepře-vyšovala přípustnou teplotní mez pro daný materiál.

Uspořádání regulačních ventilů 56, 64 je zvoleno tak, abybylo možno regulovat teplotu v širokém teplotním rozmezí,a umožňuje, aby všechny plochy mezipřehříváku byly umístěnyv konvekčním průtahu kotle, takže není třeba, aby byly přímov kotli. To také umožňuje zjednodušené spouštění kotle, kdyžje ke společné turbině připojen víc než jeden kotel. Soustavaventilů představuje opatření k vyvážení proudění ohřáté párypři různých provozních podmínkách. V kotli s cirkulujícím fluidním ložem probíhá hoření palivave fluidní vrstvě netečného materiálu. Materiál fluidního lože,který opouští spalovací komoru, se vrací přes horký sběrač,například horký cyklon, a vhodné těsnicí ústrojí. Při provozuse do spalovací komory 14 zavádí vzduch a palivo a lože seudržuje ve vznosu tím, ž^®udržuje správný poměr materiálu ložea fluidizačního vzduchu, který se zavádí děrovaným dnem 16 nazpůsob mříže ve spalovací komoře 14. Kouřové plyny a produktyspalování společně s unášenými pevnými látkami vedou nejprveteplo do přehříváků 18, 20 a odtud kouřovým kanálem 22 dohorkého odlučovače 24, kde se pevné látky oddělují a vracejíse do spalovací komory 14 recyklovacími trubkami 26, 28, 30.

Horké kouřové plyny se pak vedou z horkého odlučovače 24 kou-řovou trubkou 32 do plynového průtahu 34, kde je umístěn jedno-stupňový přehřívák 38 a první a druhý stupeň 42, 40 mezipřehří-váku. Mezi stupni 42, 40 přehříváků mohou být uspořádány ochla-zovače přehřátých par, které slouží k regulaci teploty páry. 7

Regulace teploty mezipřehříváku v parním generátoru podlevynálezu tedy probíhá postupným zahříváním páry v prvníma druhém stupni 42, 40 mezipřehříváku. Chladicí pára, vrace-jící se do mezipřehříváku, se rozdělí na dvě části a prvníz těchto částí se ohřívá, v prvním stupni 42 mezipřehříváku,pak se smíchá s druhou částí a společně se vedou do druhéhostupně 40 mezipřehříváku. Stupně 42, 40 mezipřehříváku jsouumístěny v plynovém průtahu 34 a jsou ve spojení s regulačnímiventily a spojovacími trubkami tak, že teplotu výstupní páryz mezipřehříváku lze přesně regulovat.

Proudění prvním stupněm 42 mezipřehříváku je ovládánooběma regulačními ventily 56, 64, které ovládají teplotu páry,opouštějící druhý stupeň 40 mezipřehříváku a zaváděné do nízko-tlaké turbiny 74 přívodním potrubím 70 horké páry.

Nastavení regulačního ventilu 56 ovládá regulační jednotka80, která snímá rozdíl tlaku mezi zpětným potrubím 53 chladnépáry a výstupním tlakem ve směšovači 62, spojujícím výstupprvního stupně 42 mezipřehříváku a obtokovou trubku 54.

Na obr. 1 je to zakresleno přerušovanou čarou 84. Regulačníjednotka 80 nastavuje regulační ventil 56 v závislosti na zatí-žení kotle.

Ventil 64 v obtokové trubce 54 je ovládán regulační jed-notkou 82, která detekuje teplotu páry vycházející ze druhéhostupně 40 mezipřehříváku do přívodního potrubí 70. Na obr. 1je to znázorněno přerušovanou čarou 86. Jako příklad lze uvést,že teplota druhého stupně 40 mezipřehříváku se udržuje v roz-mezí asi 538 *C - 10 *C. Když se teplota páry opouštějícídruhý stupeň 40 začne zvyšovat nad 543 *C, otevře se ventil 64,který vede přídavnou chladnou páru přímo do druhého stupně 40.Když se naopak teplota začne snižovat pod 532 ’C, ventil 64se uzavře a tím přestane chladná pára přitékat obtokovou trub-kou 54 do druhého stupně 40 mezipřehříváku. 8

Obr. 2 ukazuje systém analogický k obr. 1, kde všakpřehřívák 38 je zapojen mezi stupni 40, 42 mezipřehříváku.Jednostupňový přehřívák 38 je umístěn v konvekčním průtahu34 a druhý stupeň 40 mezipřehříváku je umístěn ve směru prou-dění spalin před ním a první stupeň 42 za ním. Ve směru prou-dění za přehřívákem 38 je zapojen ekonomizér 44. Toto zapojeníje tedy odlišné od obr. 1. Umístění druhého stupně 40 mezi-přehříváku ve směru proudění před přehřívákem 38 umožňuje za-chytit větší množství tepla při nižším zatížení. To dává mož-nost rozšířit regulační rozsah teploty páry, aniž by to mělovliv na regulační rozsah přehříváku 38. Možnost rozšíření roz-sahu regulace teploty páry z mezipřehříváku umožňuje snadnějšíspojení dvou jednotek s jednou turbinou, pokud jde o teplotnípřizpůsobení.

Uspořádání podle obr. 2, totiž zapojení druhého stupně40 mezipřehříváku ve směru proudění před přehřívákem 38, umož-ňuje ještě rozsáhlejší regulaci teploty v obou stupních 40, 42 mezipřehříváku. Jak plyn prochází nejprve druhým stupněm40 mezipřehříváku a potom teprve přehřívákem 38, a% do urči-tého zatížení kotle nemusí být jeho teplota pod kritickouteplotou druhého stupně 40 mezipřehříváku. Když je tedy přehří-vák 38 umístěn v průtahu 34 za druhým stupněm 40, je teplotaplynů pod kritickou teplotou druhého stupně 40 mezipřehřívákuteprve tehdy, když je zatížení 25 až 30 %. V této dbě je k dispozici chladná pára, která umožňuje regulaci teploty podle vy-nálezu. Když má být zatížení vyšší, lze užít lepších materiálůpro trubky, aby mohlo být maximální zatížení asi 35 až 40 %.Tento fakt, že totiž nemusí pára proudit mezipřehřívákem dřív,než jednotka pracuje se zatížením 25 až 40 %, je další výhodouvynálezu.

Na obr. 3 je zakreslena soustava podobná obr. 1, avšakse dvojitým kotlem. V této soustavě jsou součásti označenystejnými vztahovými značkami jako na obr. 1. Obr. 3 tedy zná-zorňuje kotelní agregát, kde dva kotle vyrábějí páru pro jedi-nou turbinu. Pro tento typ soustavy je podstatné, aby byly upraveny prostředky proudící ke každému mezipřehříváku byla .•-·,-ύ·:Λ-»’>>; ·: :/-.·<·. - Λ·,·/'.·.··./; V.' ;<\<·- ,/. '·.·' - 9 - pro regulaci množství mezipřehřáté páry,kotli tak, aby teplota páry na výstupuve všech provozních podmínkách v určitých mezích. Ve znázorněné soustavě jsou proto regulační prvkya potrubí zdvojené.

Regulačních ventilů 56 a 64 pro regulaci teploty ohřátépáry lze využít pro vyvážení proudění páry a pro udržení výstup-ní teploty z mezipřehříváku v daných mezích jak při normálníchtak při abnormálních provozních podmínkách. Redukční ventily 80, 82 tlaku společně s ochlazovači 7 6, 78 přehřáté páry zajišřujípružnost regulace během spouštění za studená, spouštění za horkaa při startování druhé jednotky během doby, kdy je první jednotkazapojena. Tento jednoduchý systém tedy odstraňuje jinak nezbytnousložitou soustavu pro smíchávání páry a tvoří jednoduchý a účinnýprostředek pro regulaci teploty ohřáté páry při různých zatíženích. Při provozu při spouštění za studená začne spalování ve spa-lovací komoře 14 přívodem paliva a spalovacího vzduchu. Jakv důsledku spalování vzniká teplo, horké spaliny se pohybují vespalovací komoře 14 nahoru a přenášejí teplo do vody ve stěnáchspalovací komory a do přehříváků 18, 20. Horké plyny, produktyspalování a pevné látky proudí ze spalovací komory 14 kouřovýmkanálem 22 do horkého odlučovače 24, kde se pevné látky oddělía vrací do spalovací komory 14. Horké spaliny proudí kouřovoutrubkou 32 do konvekčního průtahu 34, kde se jejich teplo přenášípostupně na přehřívák 38, druhý stupeň 40 a první stupeň 42 mezi-přehříváku. Průtok horkých spalin soustavou začíná dřív než prou-dění chladné páry. Palivo v kotli se zapálí a hoří po dobu potřeb-nou k tomu, aby vznikaly horké spaliny dřív než se generuje páraa spustí turbina. Chladná pára začne proudit teprve po spuštěníturbiny.

Jak horké spaliny odevzdávají teplo vodě a páře ve vodníchstěnách, v přehřívákách a mezipřehřívákách, klesá jejich teplota,takže je v každém postupném stupni menší. Teplota plynů opouště-jících spalovací komoru 14 při plném zatížení leží v rozmezí 843p . 10 až 927 ’C. Čím větší je rozdíl teploty mezi spalinami a vodou,tím vyšší je přenos tepla a tím chladnější jsou plyny, kterévycházejí z příslušného mezipřehříváku a přehříváku.

Když tedy spaliny projdou přehřívákem 38, mají do jistéhozatížení kotle nižší teplotu, než je kritická teplota druhéhostupně 40 mezipřehříváku. Když je tedy přehřívák 38 v průtahu34 před druhým stupněm 40 mezipřehříváku, je teplota plynů podkritickou teplotou druhého stupně 40 až do té doby, než se zatí-žení zvýší na 40 až 50 %. V této době je však k dispozici chlad-ná pára, která podle vynálezu umožňuje regulaci teploty. Skuteč-nost, že pára nemusí proudit mezipřehřívákem do té doby, nežzatížení stoupne asi na 50 %, je další výhodou vynálezu. Většinastandardních systémů vyžaduje průtok mezipřehřívákem během čas-nějších stupňů spouštění za studená nebo za horka, aby se mezi-přehřívák nezničil. Je tedy třeba používat nákladné obtokovésoustavy. Naproti tomu v zařízení podle vynálezu není třebaobtoku a periody spouštění se dají zkrátit. V popsaném zařízení lze provádět různé obměny a změnya v některých případech lze použít pouze některých znaků bezodpovídajícího použití jiných znaků. Třebaže tedy byl vynálezpopsán a je znázorněn ve specifických provedeních, je samozřej-mé, že jej lze různě obměňovat a měnit.

Claims (2)

MP-20-90-ČePV 330-90

1. Parní generátor^s fluidní spalovací soustavou s fluidnímspalovacím prostorem, nejméně jedním odlučovačem a kon-vekčním průtahem obsahujícím mezipřehřívák a přehřívák,vy z n a č u j í c í se t í m , že první stu-peň (42) a druhý stupeň (40) mezipřehříváku jsou uloženyza sebou ve společném plynovém průtahu (34) , s prvnímstupněm (42) mezipřehříváku je zpětným potrubím (53)chladné páry spojena vysokotlaká turbina (52) a ve zpět-ném potrubí (53) je uspořádán rozdělovač (55), spojenýobtokovou trubkou (54) se směšovačem (62) ve spojovacímpotrubí mezi prvním stupněm (42) a druhým stupněm (40)mezipřehříváku.

2. Parní generátor podle nároku 1,· vyznačujícíse tím, že za druhým stupněm (40) mezipřehřívákuje ve směru proudění umístěn přehřívák (38) .

3. Parní generátor podle nároku 1, „vyznačujícís e t í m , že ve zpětném potrubí (53) chladné páryje umístěn mezi.rozdělovačem (55) a prvním stupněm (42)mezipřehříváku ventil (56).

4. Parní generátor podle nároku 1, vyznačujícíse tím, že na vstupu do prvního stupně (42) mezi-přehříváku je zapojen nejméně jeden diferenciální regu-lační ventil (56), připojený k detektoru tlaku ve zpět-n.ém potrubí (53) chladné páry před rozdělovačem (55) a k dalšímu detektoru tlaku na výstupu z druhého stup-ně (40) mezipřehříváku.

5. Parní generátor podle nároku 1, vyznačujícíse tím, že v obtokové trubce (54) je zapojen nej-méně jeden diferenciální regulační ventil (64), spojenýs detektorem teploty umístěným v přívodním potrubí (70)

2 7. 7. 8. 8. 9. 9. přehřáté páry, které spojuje druhý stupeň (40) mezi-přehříváku s nízkotlakou turbinou (74). Způsob regulace teploty mezipřehříváku v parním generá-toru podle nároku 1, vyznačující setím, že pára se postupně zahřívá v prvním a druhémstupni mezipřehříváku ve společném konvekčním průtahu,chladná pára vracející se do mezipřehříváku se rozdělína dvě části, z nichž první část se ohřívá v prvnímstupni mezipřehříváku, první a druhá část se smíchajía vedou druhým nebo koncovým stupněm mezipřehříváku. Způsob podle nároku 6, .vyznačující setím, že teplota ve druhém stupni mezipřehříváku seudržuje na hodnotě 538 *C i 10 *C. Způsob podle nároku 6, vyznačující setím, že druhá část chladné páry se vede obtokemmezi vstupem a výstupem prvního stupně mezipřehříváku. Způsob podle nároku 6, vyznačující setím, že se reguluje teplota páry ve druhém nebokoncovém stupni mezipřehříváku pro rozdělení chladnépáry v první a druhou část. Způsob podle nároku 6, vyznačující setím, že se reguluje rozdíl tlaku mezi vratnou pá-rou a párou vystupující z prvního stupně mezipřehřívákuk rozdělení chladné páry na první a druhou část.