FI90912B - Menetelmä pienvoimalaitoskäytössä - Google Patents

Description

90912

Menetelmä pienvoimalaitoskäytössä Förfarande vid driften av ett litet kraftverk 5 Keksinnön kohteena on menetelmä pienvoimalaitoskäytössä.

Perinteinen höyryvoimalaitos koostuu höyrykattilasta ja höyryturbiinipiiristä. Perinteisen höyryvoimalaitoksen optimoinnissa pidetään mitoituskriteereinä savukaasun loppulämpötilaa ja kattilaan menevän syöttöveden lämpötilaa. Käytännössä optimoi-10 daan ensin höyryturbiinin syöttöveden lämpötila perustuen tunnettuihin kriteereihin, joissa huomioidaan mm. tuorehöyryn arvot, lauhduttimen paineja esilämmitysvaiheiden lukumäärä. Tämän jälkeen optimoidaan kattilan savukaasujen loppulämpötila mitoittamalla palamisilman esilämmitykseen käytetty savukaasuluvo niin, että haluttu savukaasun loppulämpötila saavutetaan. Savukaasuluvo on lämmönsiirrin, jossa jäähtyvänä 15 ainevirtana on savukaasu ja lämpenevänä ainevirtana on palamisilma.

Pienvoimalaitokset pyritään rakentamaan kytkennöiltään yksinkertaisiksi, jotta niiden ominaisinvestointi ei nousisi liikaa. Merkittävin säästö saadaan, kun kattilan savukaasuluvo jätetään pois. Seurauksena on laitoksen optimointiperiaatteiden muuttuminen.

20 Laitoshyötysuhteen kannalta on tällöinkin tärkein optimoitava suure kattilan savukaasujen loppulämpötila. Syöttöveden lämpötilaa ei voida nyt vapaasti valita, vaan sen arvo riippuu savukaasujen loppulämpötilasta. Käytännössä syöttöveden lämpötila on 105°C...135°C.

25 Pienvoimalaitoksella tarkoitetaan tässä yhteydessä joko sähköä tuottavaa lauhdevoima-laitosta tai sekä sähköä että lämpöä tuottavaa lämmitysvoimalaitosta kokoluokassa 3...30 MWe. Pienvoimalaitoksen pääprosessi koostuu höyrykattilan ja höyryturbiinin muodostamasta kokonaisuudesta. Höyrykattilaan kuuluu ekonomaiseri, höyrystin ja tulistimet. Höyryturbiiniprosessiin kuuluu höyryturbiini, lauhdutin tai kaukolämmön-30 vaihdin, syöttövesisäiliö sekä lauhde- ja syöttövesipumppu.

2

Yksinkertaisen pienvoimalaitoksen hyötysuhde on melko alhainen. Lauhdelaitoksen sähköntuotannon hyötysuhde on n. 32 % ja kaukolämpölaitoksen rakennussuhde on n. 31 %.

5 Höyryluvoa käytetään yleisesti savukaasuluvon suojaamistarkoituksessa kattilan loppulämpötilan nostamiseen käynnistystilanteissa ja mahdollisesti runsaasti rikkiä sisältäviä polttoaineita poltettaessa. Tällöin tavoitteena on estää vesi- tai happokaste-pisteen alittuminen savukaasuluvossa, mikä puolestaan johtaisi luvon lämpöpintojen korroosioon ja likaantumiseen. Höyryluvon tarpeeton käyttö johtaa tässä tapauksessa 10 savukaasujen loppulämpötilan nousuun ja siten sillä on huonontava vaikutus kattilan hyötysuhteeseen. Tekniikan tason höyrykattiloissa, joissa ei ole savukaasuluvoa, ei ole käytetty myöskään höyryluvoa.

Tunnettua on myös savukaasuluvon korvaaminen lämmönsiirrinjäijestelmällä, jossa 15 väliaineena on syöttövesi (patentit DE 3 111 011 AI ja DE 2 243 380). Tällöin tavoitteena on saavuttaa parempi säädettävyys tai halvempi lämpöpinta. Termodynaaminen hyöty liittyy parempaan säädettävyyteen erilaisissa käyttöolosuhteissa.

Tunnettua on myös höyryluvon energiataloudellinen käyttö palamisilman esilämmityk-20 seen turve- ja ruskohiilivoimalaitoksissa silloin, kun savukaasujen jäähdytys tapahtuu osaksi savukaasuluvossa ja osaksi savukaasujen lämpöä hyödyntävässä polttoainekuivu-rissa (FI-patentti n:o 77 512). Tässä tapauksessa höyryluvolla tapahtuvaa ajoittaista palamisilman esilämmitystä kannattaa tehdä, koska palamisilmaan savukaasuista siirtyvä teho vaihtelee polttoaineen kosteuden mukaan. Savukaasuluvon mitoitusperustee-25 na on vakio polttoaineen kosteuspitoisuus. Hetkelliset poikkeamat tästä mitoituskos-teudesta johtavat mahdollisuuteen käyttää höyryluvoa.

Tässä hakemuksessa esitetty keksintö perustuu siihen huomioon, että pienvoimalaitoksen kattilaan menevä palamisilma kannattaa esilämmittää energiataloudellisista syistä 30 höyryturbiinipiiristä saatavan lämmön avulla. Esilämmitys tehdään väliotto- tai vastapainehöyryn lauhtumislämpöä hyödyntävien ilman esilämmittimien avulla yhdessä 90912 3 tai useammassa vaiheessa samaan tapaan kuin kattilaan menevä syöttövesi. Palamisil-man lämpötila on vapaasti optimoitava suure silloin, kun kattilan savukaasut jäähdytetään vesihöyrypiirin avulla.

5 Ilman esilämmittimien käyttö pienentää laitoksen polttoaineen kulutusta esilämmityste-hon verran. Esilämmitykseen käytettävä höyryn lauhtumislämpö on sähkön tekemisen kannalta lähes arvotonta, jos lämmitykseen käytetään vastapaine- tai väliottohöyryä. Sen sijaan esilämmitysteho vähentää kaukolämpötehoa. Kaukolämpöä tuottavissa laitoksissa kaukolämpötehon pienentyminen on samaa suuruusluokkaa kuin polttoainete-10 hon pienentyminen. Tuloksena sähkön ja kaukolämmön tehosuhde, ns. rakennussuhde kasvaa tuoden konseptille etua perinteiseen konseptiin verrattuna.

Esilämmitykseen voidaan käyttää sekä väliotto- tai vastapainehöyryä että lämmintä syöttövettä, jolloin palamisilman lämmitys tapahtuu epäsuorasti. Kummassakin 15 tapauksessa ilman esilämmitykseen käytetään höyryturbiinista saatavan höyryn lauhtumislämpöä.

Keksintö parantaa lauhdelaitoksen hyötysuhdetta n. 1 %-yksikön. Lämmitysvoimalai-toksen rakennussuhde parantuu 1,7 %-yksikköä.

20 Höyryluvo on investointina varsin edullinen. Keksinnön mukaisella kytkennällä on investointikustannuksiinsa nähden monikertainen arvo voimalaitoshankkeesta riippuen.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiallisesti tunnusomaista, että menetelmäs-25 sä savukaasut poistetaan kattilastruktuurin yhteydestä siten, että viimeinen lämpöpin-ta, jossa savukaasut luovuttavat lämpöä, on kattilastruktuurissa sijaitseva ekonomaiseri, ja että savukaasut poistetaan kattilasta 95°C-150°C:een lämpötilassa 30 - ja että menetelmässä tuodaan palamisilma tulipesään esilämmitettynä käyttämällä palamisilman esilämmitykseen ainoastaan turbiinin väliottohöyryn tai vasta- 4 painehöyryn lauhtumislämpöä tai näillä lämmitettyä syöttövettä, jolloin pala-misilma tuodaan 80°C-120°C:een lämpöisenä tulipesään, jolloin palamisilman esilämmityksen myötä pienennetään laitoksen polttoaineen kulutusta esilämmityste-hon verran.

5

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

10 Kuviossa 1 on esitetty keksinnön mukainen pien voimalaitos osittain kaaviomaisena esityksenä.

Kuviossa 2 on esitetty keksinnön mukainen menetelmä prosessikaaviona.

15 Kuviossa 1 on esitetty keksinnön mukainen pienvoimalaitoksen kattilarakenne. Pienvoi-malaitos on kokoluokkaa 3-30 MWe. Pienvoimalaan liittyvä muu struktuuri on esitetty prosessikaaviossa kuviossa 2. Kanavaa 11 pitkin tuodaan polttoaine, esim. turve ja mahdollinen kantoilma kattilaan 10. Puhaltimella 12 kuljetetaan palamisilma kanavaa 13 pitkin kattilaan 10 sen tulipesään M. Kattilarakenne käsittää välittömästi kattilan 10 20 yhteydessä tulistimen 14 höyrystimen 15, jona toimivat tulipesän seinämät sekä sekä ekon 16 eli lämmönvaihtimen. Lämmönvaihtimen 16 kautta virtautetaan höyrypuolen kierrätysvesi höyrystimelle 15 ja tulistimeen 14 ja edelleen höyryturbiinille 17, joka pyörittää sähkögeneraattoria 18, joka tuottaa sähköä. Kuvion 1 mukaisessa keksinnön mukaisessa ratkaisussa lämmitetään palamisilmaa höyryturbiinista 17 saatavan höyryn 25 lauhtumislämmön avulla siten, että lämmitykseen käytetään väliotto- tai vasta-painehöyryä tai näillä höyryillä lämmitettyä syöttövettä, jolloin palamisilman lämmitys tapahtuu epäsuorasti. Lämpöenergiaa siirretään palamisilmaan sellaisessa lämmönvaihtimessa 19, jonka kautta kierrätetään palamisilma sekä höyrynsyöttöpiirin 20 höyry.

I; 30 90912 5 Höyry lauhtuu lämmönvaihtimessa 19 ja lauhde johdetaan syöttövesisäiliöön S. Näin ollen keksinnön mukaisessa ratkaisussa ilmaa esilämmitetään höyryturbiinipiiristä 20 saatavan lämmön avulla. Ratkaisussa palamisilman Lj lämpötila Tj on vapaasti optimoitava suure, kun kattilan savukaasut jäähdytetään vesihöyrypiirin 21 avulla. Piiri 5 21 käsittää edullisesti pumpun Pj (kuviossa 2). Optimialue Tj.-lle on 80°C-120°C.

Kattilan 10 ekonomaiseri 16 on se viimeinen lämpöpinta, jossa savukaasut 1^ luovuttavat lämpöä virratessaan tämän jälkeen savupiippuun 22 ja ulos. Kattilasta 10 ulosvir-taavan savukaasun 1^ lämpötila-alue on T2 = 95°C-150°C.

10

Kuviossa on esitetty viitenumerolla 23,24 kaukolämpöpiiriä tai jäähdytyspiiriä. Höyryturbiinin väliottohöyry tuodaan yhdettä 23a pitkin lämmönvaihtimeen 25, jossa lauhtunut höyry luovuttaa lauhtumislämpönsä piirissä 24 kiertävään kaukolämpöve-teen. Lauhdevesi johdetaan lämmönvaihtimelta 25 yhdettä 23b pitkin syöttövesisäili-15 öön. Lauhdeyhde 23b voi käsittää pumpun P2 (kuviossa 2).

Ilman esilämmityksen myötä pienennetään laitoksen polttoaineen kulutusta esilämmi-tystehon verran. Esilämmitysteho vähentää kaukolämpötehoa. Kaukolämpöä tuottavissa laitoksissa kaukolämpötehon pienentyminen on samaa suuruusluokkaa kuin poltto-20 ainetehon pienentyminen. Tuloksena sähkön ja kaukolämmön tehosuhde ns. rakennus-suhde kasvaa tuoden konseptille etua perinteiseen pienvoimalaitoskäyttöön verrattuna. Esilämmitykseen voidaan käyttää sekä väliotto- tai vastapainehöyryä tai lämmintä syöttövettä. Kuitenkin yhteistä kaikille edellä mainituille jäijestelyille on, että palamisilman esilämmitykseen käytetään höyryturbiinista saatavan höyryn lauhtumis-25 lämpöä.

Kuviossa 2 on esitetty prosessikaavio keksinnön mukaisesta menetelmästä. Kattilaan 10 menevä syöttövesi V kierrätetään kattilan 10 kautta, jossa se höyrystetään ja siirretään höyryturbiinille 17. Savukaasut 1^ poistuvat kattilasta ilman, että savukaasukanava 30 käsittäisi savukaasuluvoa. Olennaista menetelmälle on, että viimeinen lämpöpinta 16, jonka savukaasut ohittavat ennen savupiippua, sijaitsee kattilastruktuurissa 10. Puhallinil- 6 ma L1? jonka lämpötila on n. 30°C, lämmitetään höyryn lauhtumislämmön avulla höyryluvossa 19 noin 100°C:een. Puhallinilma Lj tuodaan siten höyryluvon 19 kautta esilämmitettynä kattilaan 10. Lämpötila-alue, johon palamisilma esilämmitetään on Tj = 80°C-120°C.

Claims (1)

1. 90912 Patenttivaatimus Menetelmä pienvoimalaitoskäytössä voimalaitoskäytön tehostamiseksi, jonka pienvoi-malaitoksen kokoluokka on alueella 3-30 MWe ja joka pienvoimalaitos käsittää 5 höyryturbiinin (17), joka on sovitettu käyttämään sähkögeneraattoria (18), joka tuottaa sähköä ja jossa ratkaisussa höyryturbiinipiirin vettä kierrätetään höyryturbiinilta kattilaan (10) ja siellä olevaan ekonomaiseriin (16), ekonomaiserilta (16) höyrystimelle (15) ja edelleen höyrystimeltä (15) tulistimelle (14), jotka sijaitsevat kattilastruktuurin yhteydessä, jolloin tulistettu höyry tulistimelta (14) siirretään edelleen höyryturbiinille 10 (17) sähkögeneraattorin (18) pyörittämiseksi, tunnettu siitä, että menetelmässä savukaasut (L2) poistetaan kattilastruktuurin yhteydestä siten, että viimeinen lämpöpinta, jossa savukaasut luovuttavat lämpöä, on kattilastruktuurissa sijaitseva ekonomaiseri (16), ja että savukaasut poistetaan kattilasta 95°C-150°C:een lämpötilassa 15 - ja että menetelmässä tuodaan palamisilma tulipesään (M) esilämmitettynä käyttämällä palamisilman esilämmitykseen ainoastaan turbiinin väliottohöyryn tai vastapainehöyryn lauhtumislämpöä tai näillä lämmitettyä syöttövettä, jolloin palamisilma tuodaan 80°C-120°C:een lämpöisenä tulipesään (M), jolloin palamisilman esilämmityksen myötä pienennetään laitoksen polttoaineen kulutusta esiläm-20 mitystehon verran. Förfarande vid driften av ett litet kraftverk for att effektivera driften av kraftverket, varvid storleken pä det lilla kraftverket är inom omrädet 3-30 Mwe och vilket litet 5 kraftverk innefattar en ängturbin (17) som är anordnad att diiva en elgenerator (18), som producerar elektricitet och i vilken lösning vattnet frän ängturbinen cirkuleras frän ängturbinen till pannan (10) och en där belägen forvärmare (16), frän förvärmaren (16) tili ett förängningsorgan (15) och vidare frän förängningsorganet (15) tili en överhettare (14), vilka är belägna i förbindelse med pannstrukturen, varvid den 10 överhettade ängan överförs frän överhettaren (14) vidare tili ängturbinen (17) for att rotera elgeneratom (18), kännetecknat därav, att vid förfarandet avlägsnas rökgasema β^) frän förbindelsen med pannstrukturen pä sädant sätt att den sista värmeytan där rökgasema avger värme är förvärmaren (16) i pannstruk-15 turen, och att rökgasema avlägsnas frän pannan vid en temperatur av 95°C-150°C och att man vid förfarandet inför förbränningsluft tili eldstaden (M) i förvärmd 20 form genom att för förvärmningen av förbränningsluften använda endast konden-seringsvärme frän mellanuttagsängan eller mottrycksängan frän turbinen eller matningsvatten som värmts upp med dessa, varvid förbränningsluften införs tili eldstaden (M) vid en temperatur av 80°C-120PC, varvid man alltefter förvärm-ningen av förbränningsluften minskar förbrukningen av bränsle i anläggningen i 25 en omfattning som motsvarar föruppvärmning seffekten.