RU2027026C1

RU2027026C1 - Combined steam-gas plant

Info

Publication number: RU2027026C1
Authority: RU
Inventors: В.И. Затуловский; В.В. Масленников; В.С. Павлов; Ю.А. Первовский; А.С. Ткаченко
Original assignee: Затуловский Владимир Иегудович; Масленников Владимир Владимирович; Павлов Валерий Сергеевич; Первовский Юрий Александрович; Ткаченко Александр Сергеевич
Priority date: 1991-02-15
Filing date: 1991-02-15
Publication date: 1995-01-20

Abstract

FIELD: power engineering. SUBSTANCE: steam-gas plant is provided with a heat pump. Compressor 12 of the pump, compressor of chimneys 4 and drive 13 is mounted on a common shaft. Exhaust branch pipe of the drive is coupled with furnace of boiler 1 through gas path 14 and gas-water heat exchanger 15 with two pipe bundles 16,17 for heating system and feed water. The inlet of the cooling side of evaporator 18 of the heat pump is connected to drain 20 for reflux water of contact heat exchanger 2 and to pipe line 21 for washing water of filters of system 8 for chemical purifying water. The outlet of the evaporator is connected to pipe line 22 of feeding reflux water and to canalization drain 24. The inlet of the cooling side of condenser 25 is connected to return pipe line 27 of system water and drain 26 for heated water. The outlet of the condenser is connected to the heat consumer through pipe line 31 and pipe bundle 16 of heat exchanger 15. Turbo expanding machine 10 and feeding pump 37 are set on a common shaft. The delivery branch pipe of the pump is connected to boiler 1 through pipe bundle 17 of gas-water heat exchanger 15. Gas is compressed in compressor 4 and cooled in utilizer 6. Then gas enters turbo expanding machine 10 through gas path 5 for expanding. EFFECT: enhanced efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть применено в промышленных и энергетических газифицированных котельнях. The invention relates to a power system and can be applied in industrial and energy gasified boilers.

Известны аппараты воздушного охлаждения, в которых за счет наружного орошения трубного пучка водой интенсифицируется теплообмен между охлаждащей и охлаждаемой средами, повышается эффективность работы аппарата в целом. Air cooling apparatuses are known in which heat exchange between a cooling medium and a cooled medium is intensified due to external irrigation of a tube bundle with water, and the overall efficiency of the apparatus is increased.

Известны также контактные экономайзеры, устанавливаемые за газифицированными котлами для утилизации теплоты уходящих газов. Для повышения эффективности утилизации теплоты уходящих газов применяются конструкции контактных теплообменников с активной насадкой (КТАН), где за счет орошения водой поверхностей нагрева газ-вода заметно интенсифицируется теплообмен между охлаждающим газом и нагреваемой водой. Contact economizers are also known that are installed behind gasified boilers for utilizing the heat of the flue gases. To increase the efficiency of utilization of the heat of the exhaust gases, the designs of contact heat exchangers with an active nozzle (KTAN) are used, where the heat exchange between the cooling gas and the heated water is noticeably intensified due to water irrigation of the heating surfaces of gas-water.

Недостатком всех вышеупомянутых теплообменников является низкая конечная температура нагреваемой воды. Это является следствием низкой температуры точки росы уходящих газов, составляющей 45-50^оС при сжигании сернистых топлив при избытке воздуха 1,1-1,2. Недостатком КТАНов является также потери теплоты с орошающей воды.The disadvantage of all the above heat exchangers is the low final temperature of the heated water. This is a consequence of the low temperature of the dew point of the exhaust gases, comprising 45-50 ^about With the burning of sulfur fuels with an excess of air 1.1-1.2. The disadvantage of KTANs is also the loss of heat from irrigation water.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому техническому решению является установка для утилизации теплоты уходящих газов газифицированных котельных. Установка содеpжит котел, контактный теплообменник, напpимер, с активной насадкой (КТАН), системами орошения и подогрева воды (в установке указан контактный экономайзер любого типа), газоходы, компрессор дымовых газов и его приводом в виде паровой турбины, турбодетандер, утилизатор в газоходе после компрессора для подогрева сетевой и химически очищенной воды, деаэратор, питательный насос, пароводяные теплообменники подогрева сетевой воды, систему химводоочистки, тепловые потребители, прямой и обратный трубопроводы сетевой воды. В установке дымовые газы после контактного теплообменника, например, КТАНа, сжимаются в компрессоре до 0,3-0,5 МПа и охлаждаются в напорных поверхностях нагрева до 40-50^оС с последующим расширением в турбодетандоре до атмосферного давления. Для компенсации дисбаланса мощности конденсатора-турбодетандера предусматривается установка противодавленческой паровой турбины с использованием теплоты выхлопного пара в пароводяных подогревателях сетевой воды.The closest in technical essence to the proposed technical solution is the installation for utilization of the heat of the flue gases of gasified boiler houses. The installation contains a boiler, a contact heat exchanger, for example, with an active nozzle (KTAN), irrigation and water heating systems (any type of contact economizer is specified in the installation), flues, a flue gas compressor and its drive in the form of a steam turbine, a turboexpander, a heat exchanger after a compressor for heating mains and chemically treated water, a deaerator, a feed pump, steam-water heat exchangers for heating mains water, a chemical water treatment system, heat consumers, direct and return pipelines of network water. In installing the flue gases after contact heat exchanger, for example, KTANa, compressed in a compressor to 0.3-0.5 MPa in pressure and cooled by heating surfaces to 40-50 ^{° C,} followed by extension in turbodetandore to atmospheric pressure. To compensate for the imbalance in the power of the condenser-turboexpander, an anti-pressure steam turbine is installed using the heat of the exhaust steam in steam-water heaters of network water.

Недостатком установки является потеря тепла орошающей воды КТАНа и промывочной воды фильтров химводоочистки, а также обогрев пароводяных теплообменников редуцированным паром котлов. К недостаткам можно отнести и использование в качестве компенсатоpа дисбаланса мощности компрессор-турбодетандер паровой противодавленческой турбины, т.к. при отсутствии парового потребителя на выхлопе этой турбины возможны нарушения баланса мощностей компрессор-турбодетандер-турбина. The disadvantage of the installation is the loss of heat from the irrigation water of KTAN and washing water from the filters of chemical water treatment, as well as the heating of steam-water heat exchangers with reduced steam from the boilers. The disadvantages include the use of a steam-counterpressure steam turbine as a compensator for the power imbalance, because in the absence of a steam consumer at the exhaust of this turbine, the power-compressor-turbo-expander-turbine power balance may be disturbed.

Целью предлагаемого изобретения является повышение экономичности и стабилизации режимов работы установки. The aim of the invention is to increase the efficiency and stabilization of the operating modes of the installation.

Поставленная цель обеспечивается применением теплового насоса и заменой паротурбинного привода газодвигателем с глубокой утилизацией отбросных газов для подогрева питательной и сетевой воды и дальнейшим сбросом этих газов в котел. This goal is ensured by the use of a heat pump and the replacement of a steam-turbine drive by a gas engine with deep utilization of waste gases for heating the feed and network water and the further discharge of these gases into the boiler.

Цель достигается тем, что установка, содержащая котел, контактный теплообменник с активной насадкой и системами орошения и подогрева воды, газоходы, компрессор дымовых газов, турбодетандер, турбину, утилизатор в газоходе после компрессора для подогрева сетевой и химически очищенной воды, деаэратор с питательным насосом, теплообменники, систему химводоочистки, прямой и обратный трубопроводы сетевой воды, снабжена тепловым насосом, а его компрессор установлен на одном валу с компрессором дымовых газов и газодвигательным приводом, выхлопной патрубок которого газоходом через газоводяной теплообменник с двумя пучками труб подогрева сетевой и питательной воды соединен с топкой котла, причем испаритель теплового насоса входом охлаждающей стороны присоединен к сливу системы орошения контактного теплообменника и к трубопроводу промывочной воды фильтров химводоочистки, выходом - к трубопроводу подачи орошающей воды и к сливу в канализацию, при этом вход охлаждающей стороны конденсатора теплового насоса соединен с обратным трубопроводом сетевой воды и сливом системы подогрева воды контактного теплообменника, а выход охлаждающей стороны через первый пучок подогрева газоводяного теплообменника - прямым трубопроводом сетевой воды с тепловым потребителем, через второй пучок подогрева этого же теплообменника питательный трубопровод котла соединен с напорным патрубком питательного насоса, на одном валу с которым установлен турбодетандер. The goal is achieved in that the installation comprising a boiler, a contact heat exchanger with an active nozzle and irrigation and water heating systems, gas ducts, a flue gas compressor, a turboexpander, a turbine, a waste heat exchanger after the compressor for heating main and chemically treated water, a deaerator with a feed pump, heat exchangers, a chemical water treatment system, direct and return pipelines of network water, is equipped with a heat pump, and its compressor is mounted on the same shaft with a flue gas compressor and gas-driven drive, exhaust the second branch pipe of which is connected by a gas duct through a gas-water heat exchanger with two bundles of heating pipes for mains and feed water to the boiler furnace, the heat pump evaporator being connected to the drain of the contact heat exchanger irrigation system and to the chemical water purification filter wash water pipe by the cooling side inlet, and to the irrigation water supply pipe and to drain into the sewer, while the input of the cooling side of the heat pump condenser is connected to the return pipe of the network water and the drain of the heating system eva water contact heat exchanger and the coolant outlet side of the first beam through the gas-heating heat exchanger - direct mains water pipeline with a heat consumer, through the second beam of the same preheat exchanger the boiler feed conduit connected to a discharge port of a feed pump on the same shaft with turbo expander which is installed.

Новым решением является в предлагаемой установке дополнительно установленный на одном валу с газовой турбиной и газовым компрессором компрессор теплового насоса с использованием в его испарителе потоков низкопотенциальной теплоты орошающей воды КТАНа и промывочной воды фильтров химводоочистки для подогрева в конденсаторе этого теплового насоса потоков сетевой воды и воды после нагрева в КТАНе. Новым является и размещение на одном валу турбодетандера и питательного насоса. Газодвигательный привод компрессора теплового насоса и сброс отработавших в турбине газов в котел через газовый теплообменник подогрева как сетевой, так и питательной воды является известным решением. Однако все вместе эти решения, а также новые дополнительные связи между элементами установки служат выполнению поставленной цели - повышение экономичности и стабилизации режимов, и отличает заявляемую установку от известных решений. The new solution is the proposed installation of an additional heat pump compressor installed on the same shaft with a gas turbine and gas compressor using the low-potential heat flows of KTAN irrigation water and chemical water purification filters in its evaporator to heat the network water and water flows in the condenser of this heat pump after heating in KTAN. The placement of a turboexpander and a feed pump on one shaft is also new. The gas-driven drive of the heat pump compressor and the discharge of exhaust gases in the turbine into the boiler through a gas heat exchanger for heating both mains and feed water is a known solution. However, all together these solutions, as well as new additional connections between the elements of the installation, serve the fulfillment of the set goal - increasing efficiency and stabilizing the modes, and distinguishes the claimed installation from known solutions.

На чертеже представлена схема предлагаемой установки. The drawing shows a diagram of the proposed installation.

Установка содержит паровой котел 1, контактный теплообменник с активной насадкой (КТАН) 2, который газоходом 3 подсоединен к всасывающей стороне компрессора дымовых газов 4. Нагнетательная сторона компрессора 4 газоходом 5 через утилизатор 6 с двумя пучками труб - 7 подогрева подпиточной воды до химводоочистки (ХОВ) 8 и пучком 9 подогрева химически очищенной воды подсоединена к турбодетандору 10, который своим выхлопным газоходом 11 соединен с дымовой трубой. Компрессор 12 теплового насоса установлен на одном валу с газовым двигателем 13 и компрессором дымовых газов 4. Выхлоп газодвигательного привода 13 газоходом 14 через газоводяной теплообменник 15 с двумя пучками труб: первый 16 - подогрева сетевой воды и второй 17 - подогрева питательной воды, соединен с топкой котла 1. Испаритель 18 теплового насоса входом охлаждающей стороны трубопроводом 19 соединен со сливом 20 орошающей системы КТАНа 2 и трубопроводом 21 с химводоочисткой 8, выходом же охлаждающей стороны трубопроводом 22 подсоединен к подаче орошающей системы 23 КТАНа 2 и к сливу канализации 24. Конденсатор 25 входом охлаждающей стороны трубопроводом 26 соединен с обратным трубопроводом 27 сетевой воды и выходом трубного пучка системы подогрева 28 в КТАНе 2 подпитки 29 теплосети, выход охлаждающей стороны конденсатора 25, трубопроводом 30 через пучок нагрева 16 газового теплообменника 15 подключен к прямому трубопроводу 31 сетевой воды. К деаэратору 32 подключены трубопроводы подогретой химически очищенной воды 33, возврата конденсата с производства 34 и паропровод 35 редуцированного после РОУ 36 острого пара. Питательный насос 37 деаэратора 32 установлен на одном валу с турбодетандером 10. The installation comprises a steam boiler 1, a contact heat exchanger with an active nozzle (KTAN) 2, which is connected by a gas duct 3 to the suction side of the flue gas compressor 4. The discharge side of the compressor 4 by the gas duct 5 through a heat exchanger 6 with two bundles of pipes - 7 is used to heat make-up water before chemical water treatment (HOV) ) 8 and a beam 9 of heating chemically purified water is connected to a turboexpander 10, which is connected to the chimney by its exhaust duct 11. The compressor 12 of the heat pump is mounted on the same shaft as the gas engine 13 and the flue gas compressor 4. The exhaust of the gas-driven drive 13 by the gas duct 14 through the gas-water heat exchanger 15 with two bundles of pipes: the first 16 - heating network water and the second 17 - heating feed water, connected to the furnace of the boiler 1. The heat pump evaporator 18 by the inlet of the cooling side by a pipe 19 is connected to a drain 20 of the KTAN 2 irrigation system and by a pipe 21 with chemical water purification 8, while the output of the cooling side by a pipe 22 is connected to the irrigation supply of the heating system 23 of KTAN 2 and to the drain of the sewer 24. The condenser 25 is connected to the return pipe 27 of the network water with the inlet of the cooling side by a pipe 26 and the output of the tube bundle of the heating system 28 in KTAN 2 of the heating system supply 29, the output of the cooling side of the condenser 25, pipe 30 through the heating beam 16 of the gas heat exchanger 15 is connected to a direct pipe 31 network water. To the deaerator 32 are connected pipelines of heated chemically purified water 33, condensate return from production 34 and a steam line 35 of the hot steam reduced after ROW 36. The feed pump 37 of the deaerator 32 is mounted on the same shaft with a turboexpander 10.

Установка работает следующим образом. Installation works as follows.

Дымовые газы из котла 1 поступают в КТАН 2 и интенсивно отдают часть тепла на трубном пучке 28 нагрева подпитки теплосети 29 как за счет естественного теплообмена, так и за счет орошения пучка труб и встречного потока газа водой из орошающего устройства 23. Охлажденные газы по газоходу 3 подаются на всас компрессора 4, в нем сжимаются и при повышенном давлении поступают в утилизатор 6, где газ отдает тепло химически очищенной воде до ХОВ 8 в пучке 7 и после ХОВ 8 в пучке 9. Далее газ, находящийся еще под давлением поступает в турбодетандер 10, расширяется, приводя во вращение питательный насос 37, и по газоходу 11 выбрасывается в дымовую трубу. Химически очищенная вода после подогрева в пучке 9 по трубопроводу 33 подается в деаэратор 32. Подпиточная вода 29 тепловой сети нагревается в активной насадке 28 КТАНа 2 за счет теплоты дымовых газов, причем интенсификация теплообмена в насадке 28 происходит за счет орошения водой из системы: подача воды 23 и слива 20. Нагретая в системе орошения вода по трубопроводу 19, а также промывочная вода 21 системы фильтров ХОВ 8 поступает в испаритель 18 ТН и, отдавая тепло хладагенту ТН, охлаждается и холодная по трубопроводу 22 подается в систему охлаждения 23, а частично сливается в канализацию 24. В конденсаторе 25 ТН за счет конденсации хладагента нагревается вода: после КТАНа 2 поступающая из трубопровода 26 и обратная сетевая вода из трубопровода 27. Этот поток воды из конденсатора 25 по трубопроводу 30 поступает в пучок 16 газового теплообменника 15, догревается и поступает по прямому трубопроводу сетевой воды 31 к тепловому потребителю. Отбросные газы газодвигательного привода 13, приводящего во вращение компрессор дымовых газов 4 и компрессор 12 ТН, по газоходу 14 через газовый теплообменник 15 сбрасываются в котел 1. В газовом теплообменнике 15 отбросные газы нагревают в пучке 16 сетевую воду, а в пучке 17 питательную воду котла 1. Пар из котла 1 через РОУ 36 подается потребителю и в деаэратор 32. Возврат конденсата пара от потребителя поступает в деаэратор 32 по трубопроводу 34. Flue gases from boiler 1 enter KTAN 2 and intensively transfer part of the heat to the tube bundle 28 to heat the heating system 29 both due to natural heat exchange and through the irrigation of the tube bundle and the oncoming gas stream with water from the irrigation device 23. Cooled gases through the duct 3 fed to the compressor inlet 4, it is compressed and fed to the utilizer 6 at elevated pressure, where the gas gives off heat to chemically purified water to HOB 8 in bundle 7 and after HOB 8 in bundle 9. Next, the gas, which is still under pressure, enters the turbine expander 10 expands sy, bringing the feed pump 37 into rotation, and is discharged through the gas duct 11 into the chimney. After heating in a beam 9, chemically purified water is fed through a pipe 33 to a deaerator 32. The make-up water 29 of the heating network is heated in the active nozzle 28 of KTANa 2 due to the heat of the flue gases, and the heat exchange in the nozzle 28 is intensified by irrigation with water from the system: water supply 23 and discharge 20. The water heated in the irrigation system through the pipe 19, as well as the washing water 21 of the HOV 8 filter system, enters the evaporator 18 of the heat pump and, giving heat to the coolant of the heat pump, is cooled and cold through the pipe 22 is supplied to the cooling system 23 , and partially merges into the sewer 24. Water is heated in the condenser 25 TH due to condensation of the refrigerant: after KTAN 2 it comes from the pipeline 26 and the return network water from the pipe 27. This water stream from the condenser 25 through the pipe 30 enters the beam 16 of the gas heat exchanger 15 , warms up and enters through a direct pipeline of network water 31 to the heat consumer. The waste gases of the gas-driven drive 13, which rotates the flue gas compressor 4 and the compressor 12 TN, are discharged through the gas duct 14 through the gas heat exchanger 15 into the boiler 1. In the gas heat exchanger 15, the waste gases heat the network water in the beam 16, and the boiler feed water in the beam 17 1. Steam from the boiler 1 through the ROW 36 is supplied to the consumer and to the deaerator 32. The return of steam condensate from the consumer enters the deaerator 32 through the pipe 34.

Таким образом, применение теплового насоса для использования теплоты орошающей воды КТАНа и воды промывки фильтров ХОВ для подогрева подпитки теплосети и обратной воды теплосети, использование газодвигательного привода для компрессоров дымовых газов и ТН с глубокой утилизацией отбросной теплоты этого привода существенно повышают экономичность установки, расположение же турбодетандера на одном валу с питательным насосом и применение газодвигательного привода вместо парового противодавленческой турбины стабилизирует режим работы всей установки в целом. Thus, the use of a heat pump for using the heat of irrigation water of KTAN and washing water for HOV filters to heat the heating system and return water of the heating system, the use of a gas motor drive for flue gas and VT compressors with deep utilization of the waste heat of this drive significantly increase the efficiency of the installation, and the location of the turbine expander on the same shaft with the feed pump and the use of a gas motor instead of a steam counterpressure turbine stabilizes the operation this installation as a whole.

Claims

COMBINED STEAM-GAS PLANT, comprising a boiler connected to a deaerator via a feed pipe with a feed pump, a contact heat exchanger with an active nozzle and irrigation and water heating systems, the latter including a supply pipe for irrigation water and drain of heated and irrigation water, a gas duct with a compressor sequentially placed in it flue gas and a utilizer for heating chemically purified water, a turbine, a turboexpander, a water heating heat exchanger, a chemical water treatment system with a filter frames and piping of the washing water of the latter, as well as direct and return pipelines of network water with a heat consumer, characterized in that, in order to increase efficiency and stabilize the modes by the most complete utilization of the heat of the flue gases, it is equipped with an additional duct, gas-driven drive with an exhaust pipe and heat pump with compressor, condenser and evaporator, and the water heat exchanger is made in the form of a gas-water heat exchanger with two bundles of pipes for heating, respectively network and feed water, the latter being connected to the feed pipe between the feed pump and the boiler and connected by gas through its outlet and inlet through an additional gas duct to the boiler furnace and exhaust pipe of the gas motor drive, respectively, the latter being placed on the same shaft with flue gas and heat pump compressors , the evaporator of which on the cooling side is connected by its inlet to the drain of irrigation water and the washing water pipe of the filters of the chemical water treatment system, and the outlet to the pipe irrigation water supply line and drain to the sewer, and the condenser is connected to the return line of the mains water and drain the heated water through its inlet, and connected to the heat consumer through the direct line of mains water through the heating line of the gas-water heat exchanger, the turboexpander is placed on one shaft with feed pump.