FI111182B - Kattilan ja höyryturbiinin välinen kytkentärakenne ja menetelmä höyryturbiinin syöttöveden esilämmityksessä ja sen säädössä - Google Patents

Description

111182

Kattilan ja höyryturbiinin välinen kytkentärakenne ja menetelmä höyryturbiinin syöttöveden esilämmityksessä ja sen säädössä Kopplingskonstruktion mellan en panna och en ängturbin och förfarande vid förvärmningen av ängturbinens matarvatten och dess regiering 5 £

Keksinnön kohteena on höyrykattilan ja höyryturbiinin välinen kytkentärakenne ja * menetelmä höyryturbiinin syöttöveden esilämmityksessä ja sen säädössä.

10 Höyrykattilan viimeinen lämpöpinta ennen savupiippua on joko savukaasuluvo tai ekonomaiseri. Savukaasuluvolla tarkoitetaan tässä hakemuksessa savukaasun ja pa-lamisilman välistä lämmönvaihdinta, jossa lämpö siirtyy savukaasusta palamisil-maan palamisilman esilämmittämiseksi. Ekonomaiserilla tässä hakemuksessa tar-15 ; koitetaan lämmönvaihdinta, jossa lämpöenergiaa siirretään savukaasuista syöttöve-teen.

Savukaasuluvoa käytettäessä voidaan kattilan syöttövesi esilämmittää höyryturbiinin väliottohöyryllä, jolloin höyryturbiiniprosessin hyötysuhde paranee. Savukaasuluvoa 20 eli lämmönvaihdinta, jossa lämpöenergiaa siirretään savukaasuista suoraan pala-

I il .* J

,1; ’, misilmaan, ei yleensä käytetä pienissä höyryvoimalaitoksissa sen kalleuden vuoksi.

I ) . i'', Kun savukaasuluvoa ei käytetä, jäähdytetään höyrykattilan savukaasut ennen savu- f ’ piippuun johtamista ekonomaiserin avulla. Tällöin syöttövettä ei voida esilämmittää : ; " ; 25 höyryturbiinin väliottohöyryn avulla, koska esilämmitys nostaisi savukaasujen lop- pulämpötilaa ja siten heikentäisi kattilan hyötysuhdetta.

Höyrykattilan ekonomaiserissa lämpöä siirtyy savukaasuista syöttöveteen. Höyry-kattilana on tulipesällä varustettu höyrykattila. Syöttöveden lämpötilan muutos > i 30 ekonomaiserissa on pienempi kuin savukaasupuolen lämpötilanmuutos. Syöttöveden lämpötilannousu on yleensä 40...50 % vastaavasta lämpötilan laskusta savukaasu- ) 2 111182 puolella. Sen vuoksi lämpötilaero ekonomaiserin kuumassa päässä on huomattavasti suurempi kuin kylmässä päässä. Tästä havainnosta seuraa, että syöttöveteen voidaan savukaasuista saatavan lämmön lisäksi siirtää muuta lämpöä. Höyryturbiinip-rosessissa on edullista hyödyntää väliottohöyryä syöttöveden esilämmitykseen.

5 Höyryvoimalaitoksen höyrykattilan ekonomaiseri on jaettu kahteen tai useampaan osaan, joiden väliin asetetuissa korkeapainepuolen esilämmittimissä syöttövettä esi-lämmitetään höyryturbiinin väliottohöyryllä.

10 Kytkennän avulla tehostetaan höyrykattilan ja höyryturbiiniprosessin integrointia. Höyrykattilan savukaasut voidaan järjestelyllä jäähdyttää tehokkaasti samalla, kun höyryturbiiniprosessin hyötysuhde paranee.

Halvempi investoinniltaan kuin savukaasuluvollinen vaihtoehto: 15 - säädettävyys ja kattilahyötysuhde paranevat kattilarakennus pienenee kattila halpenee.

Kun savukaasuluvoratkaisu ei ole kannattava, saadaan rakenteen avulla toteutettua : >,: 20 parempi prosessi, kun väliottohöyryn käyttöä voidaan lisätä.

Järjestely on edullinen varsinkin silloin, kun höyrykattilan palamisilma lämmitetään ; yhdessä tai useammassa sarjaan kytketyssä ja väliottohöyryä hyödyntävässä höyry- luVOSSa.

25

Hakijan aiemmasta FI-patentista nro 101 163 tunnetaan edellä mainittu edullinen ' kattilan ja höyryturbiinin välinen kytkentärakenne. On osoittautunut tarpeelliseksi , / voida säätää savukaasukanavassa olevien ekonomaiserien läpi virtautetun syöttöve- ;'> J den lämpötilaa. Tässä hakemuksessa on esitetty parannus FI 101 163:ssa esitettyyn > > 30 kytkentärakenteeseen.

3 111182 Tässä hakemuksessa esitetään, että jaetun ekonomaiserin esilämmittimen väliotto-höyryn määrää rajoittamalla voidaan säätää höyryturbiiniprosessin rakennusastetta. Esilämmitystä rajoittaa kuumimman ekonomaiserin kiehumislämpötila ja alarajana on välioton sulkeminen. Säätötapa vaikuttaa tehokkaasti sähköntuotantoon, mutta 5 huonontaa hieman kattilan hyötysuhdetta, kun väliottohöyrynkäyttö on suunnittelu-arvoa suurempaa. Rakennusasteen muutos on suuruusluokaltaan 10 %. Kattilan hyötysuhteen muutos on suurimmillaan 2-3 %.

fr

Ekonomaiserin läpi virtaavan syöttöveden lämpötilaa säätämällä voidaan 10 a) kattilan savukaasun loppulämpötilaa säätää kattilan tehon muuttuessa ja polttoai neen laadun vaihdellessa b) syöttöveden loppulämpötilaa säätää niin, että ekonomaiserin jälkeinen syöttöveden loppulämpötila on haluttu (= esim. 10 - 20 °C alle kiehumislämpötilan).

15 Varsinkin kun kyseessä on soodakattila ovat savukaasut hyvin likaavia ja korro-doivia ja siksi soodakattiloita ei voida varustaa savukaasuluvolla. Kattilan savukaasut jäähdytetään syöttämällä kattilaan n. 120°C syöttö vettä. Palamisilman esilämmi-tys on mustalipeän polton vuoksi tärkeää ja siksi palamisilmaa lämmitetään teh-dashöyryn avulla tyypillisesti n. 150°C:een.

20 ; > Edellä kuvattu kytkentä ei ole höyryturbiiniprosessin kannalta optimaalinen ja siksi ;;: vastapaineturbiinista saatava sähköteho jää pieneksi. Kattilan kannalta optimaalinen '1 > \ : tilanne on silloin, kun siitä poistuvien savukaasujen lämpötila on mahdollisimman ·>,»> alhainen eikä lämpöpintojen liiallista likaantumista ja korroosiota vielä tapahdu. Kun ~ 25 kattilaan menevä syöttövesi on vakiolämpötilaista, vaihtelee savukaasujen lämpötila tehotason, polttoaineen laadun ja lämpöpintojen likaantumistilanteen mukaan. Opti-milämpötila saavutetaan vain hetkittäin osatehoilla.

;'j; Edellä selostetusti optimaaliseen kattilan ajotapaan päästään kytkemällä soodakattila ' 30 ja höyryturbiiniprosessi seuraavasti. Palamisilma esilämmitetään tehdashöyryn si- . / ; jasta höyryturbiinin väliottohöyryillä n. 200°C:een ja kattilan savukaasukanavassa 4 111182 olevien ekonomaiserien väliin sijoitetaan väliottohöyryä käyttävä syöttöveden esi-lämmitin. Säätämällä kattilaan menevän syöttöveden lämpötilaa syöttöveden esi-lämmittimeen menevän väliottohöyryn määrän avulla voidaan kattilan savukaasujen loppulämpötila säätää halutuksi kaikissa ajotilanteissa.

5

Keksinnön mukaiselle kattilan ja höyryturbiinin väliselle kytkentärakenteelle ja menetelmälle höyryturbiinin syöttöveden esilammityksessä ja sen säädössä on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksissa.

10 Keksintöä selostetaan seuraavassa viittaamalla oheisien piirustuksien kuvioissa esitettyihin keksinnön edullisiin suoritusmuotoihin, joihin keksintöä ei ole tarkoitus kuitenkaan yksinomaan rajoittaa.

Kuviossa 1 on esitetty kaavioesityksenä kattilan ja höyryturbiinin välinen kytkentä-15 rakenne.

Kuviossa 2 on esitetty savukaasulämpötilan lasku savukaasukanavassa ja ekonomaiserin syöttövedessä tapahtuva lämpötilan nousu keksinnön mukaisessa säädössä.

20 ' ί ’; Kuviossa 1 on esitetty keksinnön mukainen kattilan ja höyryturbiinin välinen kyt- kentärakenne käsittää höyrykattilan, esimerkiksi soodakattilan, johon tuodaan : polttoaine nuolella Mi esitetysti. Kattilaa on merkitty viitenumerolla 10. Höyrystintä : on esitetty viitenumerolla 190 ja tämän jälkeistä tulistinta yhteessä 12aj viitenume- 25 rolla 120. Savukaasut poistuvat kakkosvedon 10a kautta kattilasta 10 savupiipun 100 kautta ulkoilmaan nuolella Li esitetysti. Kakkosveto 10a on se osa kattilaa 10, joka käsittää lämpöpinnat ennen savupiippua 100. Höyryturbiinille 11 johdetaan tulistettu höyry yhdettä 12ai pitkin ja höyryturbiini 11 on sovitettu pyörittämään sähköä tuot-: tavaa generaattoria G. Höyryturbiinilta 11 on väliottohöyryille yhteet 13aj ja 13a2 30 sekä yhde 13a3 lauhduttimeen poistohöyrylle tai teollisuusprosessiin menevälle vastapainehöyrylle. Yhde 13a\ on haarautettu haarayhteisiin 13an ja 13^.2, joista 5 111182 yhde 13au johtaa yhteessä 19 virtaavan syöttöveden esilämmittimelle 14 ja yhde 13ai,2 johtaa palamisilman esilämmittimelle 15ai, josta on paluuyhde 13b( syöttö-vesisäiliöön 17. Syöttöveden esilämmittimeltä 14 on paluuyhde 1302 syöttövesisäi-liöön 17. Palamisilma johdetaan yhdettä tai ilmakanavaa 16 pitkin sarjassa olevien 5 palamisilman esilämmittimien 15ai ja 15a2 kautta kattilan 10 tulipesään K.

Kytkentärakenteessa syöttöveden lämpötilaa nostetaan jatkuvasti syöttöveden virratessa ensimmäisessä ekonomaiseriosassa 20ai ja ensimmäisestä ekonomaiseriosasta * 20ai syöttöveden esilämmittimeen 14 ja sen kautta toiseen ekonomaiseriosaan 20a2. 10 Esilämmittimessä 14 syöttövettä lämmitetään väliottohöyryistä saatavan lämpöenergian avulla.

Höyryturbiinilta 11 on edelleen väliottohöyrylle yhde 13a2, joka haarautuu haa-rayhteisiin 13a2.i, 13a2.2. Yhde 13a2.i johtaa toiselle palamisilman esilämmittimelle 15 15a2. Ilman esilämmittimeltä 15a2 on poistoyhde 13b3 syöttövesisäiliöön 17. Yhde 13a2.2 johtaa syöttövesisäiliöön 17. Höyryturbiinin 11 poistohöyryn yhde 13a3 on johdettu lauhduttimelle 18. Lauhduttimen 18 jättöpuolella yhteessä 13a3 on pumppu Pi, joka pumppaa vettä syöttövesisäiliöön 17 lauhduttimelta 18.

20 Pumppu P2 on liitetty yhteeseen 19, joka johtaa syöttövesisäiliöstä 17 savukaasu-kanavassa 10a olevan ekonomaiserin 20 ensimmäiseen ekonomaiseriosaan 20ai, ; ' i joka ensimmäinen ekonomaiseriosa on edelleen liitetty toiseen ekonomaiseriosaan . 20a2, jotka ekonomaiseriosat ovat sarjassa toisiinsa nähden ja joiden ekonomaiseriosien 20ai ja 20a2 välissä on väliottohöyrystä energian syöttöveteen - : 25 siirtävä esilämmitin 14. Ekonomaiseri 20 on siten ainakin kaksiosainen ja ensimmäi nen ekonomaiseriosa 20ai, syöttöveden esilämmitin 14 ja toinen ekonomaiseriosa \; 20a2 on kytketty sarjaan toisiinsa nähden. Lämpöenergiaa siirretään esilämmittimes sä 14 joko suoraan höyryistä syöttöveteen tai välillisesti väliaineen, esimerkiksi ve- ; den kautta syöttöveteen. Esilämmitin 14 on siten lämmönvaihdin, jossa lämpöener- > > r30 giaa siirretään syöttöveteen.

6 111182

Esilämmittimelle 14 menevän väliottohöyryn määrää venttiilillä 21 säätämällä voidaan säätää tehokkaasti toiseen ekonomaiseriosaan 20a2 menevän syöttöveden lämpötilaa kattilan eri ajo-olosuhteissa.

5 Kuvassa 2 esitetysti kuumaan ekonomaiseriosaan 20a2 tulevan syöttöveden veden lämpötila muuttuu säädön vaikutuksesta. Tämä vaikuttaa savukaasujen jäähtymiste-hoon lämmönsiirron lämpötilaerojen muuttumisen vuoksi ja siten säädön vaikutus välittyy savukaasujen loppulämpötilaan. Ekonomaiseriosan 20ai tulopuolella ja sa-vukaasukanavan 10a lähtöpuolella on merkitty savukaasun lämpötilaa Ti' ja syöttö-10 veden lämpötilaa Ti". Toisen ekonomaiseriosan lähtöpuolella ja savukaasukanavan tulopuolella ovat kuvion 2 merkinnät seuraavat: savukaasun lämpötila on T2' ja syöttöveden lämpötila on T2". Savukaasukanava 10a voi käsittää lämpötila-anturit; lämpötila-anturin E2, joka mittaa lämpötilaa savukaasukanavan tulopuolella (savukaasujen virtaussuuntaan Li katsottaessa) ja lämpötila-anturin Ei, joka mittaa savu-15 kaasun lämpötilaa savukaasukanavan 10a lähtöpuolella. Lisäksi laitteisto voi käsittää lämpötila-anturit itse syöttöveden yhteessä 19. Lämpötilaa voidaan mitata syöttöve-destä ensimmäisen ekonomaiseriosan 20ai jälkeen ennen toista ekonomaiseriosaa 20a2 ja syöttövedestä toisen ekonomaiseriosan 20a2 jälkeen, syöttöveden virtaus-suuntaan L2 katsottaessa. Syöttöveden virtaussuuntaa yhteessä 19 on kuviossa 1 esi-: ’.; 20 tetty viitenuolella L2.

; V; Menetelmässä höyryturbiinin syöttöveden esilämmityksessä ja sen säädössä me- ‘ ,; netellään seuraavasti. Syöttövesi johdetaan tulipesällä K varustetun höyrykattilan ! ; 10 ekonomaiseriin 20, jossa lämpöä siirretään lämmönvaihtimessa savukaasuista 25 syöttöveteen. Ekonomaiseri 20 on sovitettu lämpöpinnoiltaan sijaitsemaan ainakin osittain höyrykattilan 10 savukaasukanavassa 10a. Käytetään ainakin kaksiosaista ekonomaiseria 20ai, 20a2 syöttöveden lämmitykseen. Ensimmäinen syöttöveden esilämmitys tapahtuu kattilan savukaasuista otetun lämpöenergian avulla ensim-mäisessä ekonomaiseriosassa 20ai- Toinen esilämmitysvaihe 14 on : 30 ekonomaiseriosien 20ah 20a2 välillä, jossa suoritetaan syöttöveden esilämmitys väliottohöyryistä joko suoraan tai välillisesti otetun lämpöenergian avulla. Vä- 111182 7 liottohöyryjen avulla esilämmitetty syöttövesi johdetaan toiseen ekonomaiseriosaan 20a2 ja edelleen höyrystimelle 190 ja tulistimeen 120 ja edelleen höyrynä höyryturbiinille 11 sähkögeneraattorin G pyörittämiseksi ja sähkön tuottamiseksi. Menetelmässä kohotetaan syöttöveden lämpötilaa jatkuvasti sen 5 virratessa ensimmäisessä ekonomaiseriosassa 20ai ja ensimmäisestä ekonomaiseriosasta 20a2 esilämmitysosaan 14, ja mainitusta esilämmitysosasta 14 syöttövedeltään kuumempaan ekonomaiseriosaan 20a2. Menetelmässä esilämmi-tetään myös palamisilma väliottohöyryistä otetun energian avulla. Menetelmässä % säädetään syöttöveden esilämmittimelle 14 virtautettua väliottohöyryvirtausta 10 syöttöveden lämpötilan säätämiseksi yhteessä 19. Väliottohöyryn virtausmäärä yhteessä 13ai.i säädetään venttiilillä 21. Väliottohöyryvirtausta esilämmittimelle 14 säädetään lämpötilamittauksiin pemstuen eli mittaamalla savukaasukanavassa 10a virtautettujen savukaasujen lämpötilaa Τι', T2' ja/tai syöttöveden lämpötilaa Τι", T2" yhteessä 19.

15 > ; t > j > » > ·* ) - > .> 1 I ; V ) ) > t f J ) ·.>. i > > • )

Claims (5)

8 111182

1. Tulipesällä varustetun höyrykattilan ja höyryturbiinin välinen kytkentärakenne, jossa 5. höyry johdetaan höyrykattilasta (10) yhdettä pitkin höyryturbiinille (11) sähköä tuottavan sähkögeneraattorin (G) pyörittämiseksi, höyrykattilan (10) kautta kierrätetty syöttövesi höyrystetään höyrykattilassa (10) sijaitsevassa höyrystimessä (190) ja tulistetaan tulistimessa (120), 10. syöttövesi johdetaan kattilaan lämmönvaihtimena toimivan ekonomaiserin (20) kautta, jossa lämpöä siirretään kattilan savukaasuista syöttöveteen, ekonomaiseri (20) on ainakin kaksiosainen käsittäen ainakin yhden ensimmäisen ekonomaiseriosan (20ai) ja ainakin yhden toisen 15 ekonomaiseriosan (20a2), syöttövesi johdetaan ensimmäisestä ekonomaiseriosasta (20ai) läm-mönvaihtimesta muodostuvaan syöttöveden esilämmittimeen (14), jos-.·. sa lämpöenergiaa siirretään höyryturbiinin väliottohöyryistä joko suo- , , . raan tai väliaineen, edullisesti veden, kautta syöttöveteen, * ) I 20. höyryturbiinin väliottohöyryillä esilämmitetty syöttövesi johdetaan . höyrykattilassa (10) toiseen ekonomaiseriosaan (20a2) ja edelleen höy- / ; rynä höyrystimelle ja tulistimelle ja sen kautta höyryturbiinille, kytkentärakenteessa syöttöveden lämpötilaa nostetaan jatkuvasti syöttöveden I virratessa ensimmäisessä ekonomaiseriosassa (20ai) ja ensimmäisestä 25 ekonomaiseriosasta (20ai) syöttöveden esilämmittimeen (14) ja sen kautta toi seen ekonomaiseriosaan (20a2) . ja jossa kytkentärakenteessa höyrykattila (10) on soodakattila, \ tunnettu siitä, että ’ ‘, syöttöveden esilämmittimelle (14) johtava yhde (13aj.i) käsittää venttiilin (21) 30 väliottohöyryvirtauksen säätämiseksi esilämmittimelle (14). 9 111182

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kytkentärakenne, tunnettu siitä, että venttiileillä (21) säädetään väliottohöyryn virtausmäärää esilämmittimelle (14).

3. Menetelmä höyryturbiinin syöttöveden esilämmityksessä ja sen säädössä, jos- 5 sa syöttövesi johdetaan tulipesällä (K) varustetun höyrykattilan (10) ekonomaiseriin (20), jossa lämpöä siirretään lämmön-vaihtimessa savukaasuista syöttöveteen, ekonomaiseri (20) on sovitettu lämpöpinnoiltaan sijaitsemaan aina-10 kin osittain höyrykattilan (10) savukaasukanavassa (10a), käytetään ainakin kaksiosaista ekonomaiseria (20ai, 20a2) syöttöveden lämmitykseen, ensimmäinen syöttöveden esilämmitys tapahtuu kattilan savukaasuista otetun lämpöenergian avulla ensimmäisessä ekonomaiseri-15 osassa (20aj) toinen esilämmitysvaihe (14) on ekonomaiseriosien (20ai, 20a2) välillä, jossa suoritetaan syöttöveden esilämmitys väliottohöyryistä jo-;; ' ko suoraan tai välillisesti otetun lämpöenergian avulla, 1 , - väliottohöyryjen avulla esilämmitetty syöttövesi johdetaan toiseen 20 ekonomaiseriosaan (20a2) ja edelleen höyrystimelle (190) ja tulisti- meen (120) ja edelleen höyrynä höyryturbiinille (11) sähköin generaattorin (G) pyörittämiseksi ja sähkön tuottamiseksi, j ) menetelmässä kohotetaan syöttöveden lämpötilaa jatkuvasti sen vir- ,.,,, ratessa ensimmäisessä ekonomaiseriosassa (20ai) ja ensimmäisestä > ) 25 ekonomaiseriosasta (20a2) esilämmitysosaan (14), ja mainitusta esi- ; · ? lämmitysosasta (14) syöttövedeltään kuumempaan ekonomaiseriosaan (20a2), i - menetelmässä esilämmitetään myös palamisilma väliottohöyryistä > otetun energian avulla, 30. ja jossa menetelmässä käytettävänä höyrykattilana (10) on sooda kattila, 10 111182 tunnettu siitä, että menetelmässä syöttöveden lämpötilan yhteessä (19) säädetään säätämällä syöttöveden esilämmittimelle (14) virtautettua väliotto-höyryvirtausta.

4. Edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vä- liottohöyryn virtausmäärä yhteessä (13au) säädetään venttiilillä (21).

5. Patenttivaatimuksen 3 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että väliotto- i höyryvirtausta esilämmittimelle (14) säädetään lämpötilamittauksiin perustuen 10 eli niittaamalla savukaasukanavassa (10a) virtautettujen savukaasujen lämpötilaa (Τι', T2) ja/tai syöttöveden lämpötilaa(Ijn, T2") yhteessä (19). ) ' > 11 111182