RU2486404C1 - Steam recovery boiler with assembly of afterburning devices - Google Patents
Steam recovery boiler with assembly of afterburning devices Download PDFInfo
- Publication number
- RU2486404C1 RU2486404C1 RU2011147627/06A RU2011147627A RU2486404C1 RU 2486404 C1 RU2486404 C1 RU 2486404C1 RU 2011147627/06 A RU2011147627/06 A RU 2011147627/06A RU 2011147627 A RU2011147627 A RU 2011147627A RU 2486404 C1 RU2486404 C1 RU 2486404C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steam
- recovery boiler
- assembly
- afterburning
- evaporator
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в энергетических парогазовых установках (ПГУ) с газотурбинными двигателями, паровыми турбинами и котлами-утилизаторами (КУ), снабженными блоками дожигающих устройств (БДУ).The invention relates to the field of power engineering and can be used in combined cycle power plants (CCGT) with gas turbine engines, steam turbines and waste heat boilers (KU) equipped with afterburner units (BDU).
Наибольший эффект может быть достигнут в теплофикационных ПГУ, где БДУ используют для покрытия пиковых тепловых нагрузок в холодный период с одновременной компенсацией снижения мощности паровой турбины из-за увеличения давления в теплофикационных отборах пара в этот период.The greatest effect can be achieved in cogeneration CCGT units, where BDUs are used to cover peak thermal loads in the cold period with simultaneous compensation for a decrease in steam turbine power due to an increase in pressure in cogeneration steam extraction during this period.
Известен паровой котел-утилизатор, в котором применено типовое решение, состоящее в наличии блока дожигающих устройств, размещенного на входе КУ по греющим газам, перед пароперегревательным участком (Л.В.Арсеньев, В.Г.Тырышкин. Комбинированные установки с газовыми турбинами. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отделение, 1982, с.59, рис.II.I, б).A well-known steam recovery boiler, in which a typical solution is used, consisting of a block of afterburning devices located at the inlet of the boiler for heating gases, in front of the superheater section (L.V. Arsenyev, V.G. Tyryshkin. Combined units with gas turbines. - L .: Engineering, Leningrad branch, 1982, p. 59, fig. II.I, b).
Недостатками известного устройства являются увеличение габаритов КУ, увеличение потерь на внешнее охлаждение и затрат на теплоизоляцию и теплозащиту, а также относительно малый диапазон изменения паропроизводительности КУ за счет БДУ.The disadvantages of the known device are the increase in the size of the KU, the increase in losses for external cooling and the cost of thermal insulation and thermal protection, as well as the relatively small range of changes in the steam capacity of the KU due to the air conditioner.
Известен паровой КУ с БДУ, примененный в теплофикационной ПГУ Nossener Brücke в г.Дрезден, Германия, содержащий последовательно расположенные по ходу греющих газов пароперегревательный и испарительный участки ПЕ и И, снабженный двумя БДУ, первый из которых установлен на входе в КУ по греющим газам, перед пароперегревательным участком ПЕ, второй - перед газовым подогревателем сетевой воды ГПС (Цанев С. В., Буров В.Д., Ремезов А.Н. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций: Учебное пособие для вузов под ред. С.В. Цанева - М.: Изд-во МЭИ, 2002 - с.426, рис.9.32),Known steam KU with BDU, used in the cogeneration CCGT Nossener Brücke in Dresden, Germany, containing sequentially located along the heating gases steam superheater and evaporator sections PE and I, equipped with two BDU, the first of which is installed at the entrance to the KU for heating gases, in front of the steam superheater section ПЕ, the second - in front of the gas heater of the mains water supply system (Tsanev S.V., Burov V.D., Remezov A.N. Gas-turbine and combined-cycle plants of thermal power plants: Textbook for universities under the editorship of S.V. Tsanev - M .: Publishing house M And 2002 - s.426, ris.9.32)
Это известное техническое решение по совокупности признаков является наиболее близким к заявляемому и принято за прототип.This known technical solution for the totality of features is the closest to the claimed and taken as a prototype.
Недостатки устройства, принятого за прототип, связаны с размещением БДУ в КУ перед пароперегревателем. Это, во-первых, необходимость выдерживать расстояние от горелок БДУ до поверхностей нагрева пакета труб пароперегревателя не менее 5 м - для выравнивания температуры и скорости газового потока (там же, с.287) - и, соответственно, увеличение габаритов КУ, увеличение потерь на внешнее охлаждение и затрат на теплоизоляцию и теплозащиту. Во-вторых, относительно малый диапазон изменения паропроизводительности КУ за счет БДУ вследствие ограничений по допустимой температуре стенок труб пароперегревателя (с учетом температурной разверки в поперечном сечении газового тракта за БДУ и неизбежного возрастания разверки температур пара в трубах пароперегревателя), по температуре стенок газового тракта КУ непосредственно за БДУ (по соображениям теплозащиты несущих конструкций КУ и снижения теплопотерь на внешнее охлаждение), а также вследствие ограничений по допустимым значениям температуры и давления пара в.д. перед паровой турбиной.The disadvantages of the device adopted for the prototype are associated with the placement of the BDU in the boiler before the superheater. This is, firstly, the need to maintain a distance from the BDU burners to the heating surfaces of the superheater tube bundle for at least 5 m - to equalize the temperature and gas flow rate (ibid., P. 287) - and, accordingly, increase the overall dimensions of the boiler, increase losses external cooling and costs of thermal insulation and thermal protection. Secondly, the relatively small range of changes in the steam capacity of the KU due to the BDU due to restrictions on the permissible temperature of the walls of the pipes of the superheater (taking into account the temperature scan in the cross section of the gas path behind the BDU and the inevitable increase in the temperature development of the steam in the pipes of the superheater), according to the temperature of the walls of the gas path of the KU directly behind the BDU (for reasons of thermal protection of the load-bearing structures of the KU and reduction of heat loss due to external cooling), as well as due to restrictions on the permissible value iyam temperature and vapor pressure E in front of a steam turbine.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, а также выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил технического решения, характеризующегося признаками, тождественными или эквивалентными предлагаемым, при этом изобретение не вытекает явным для специалиста образом из известного уровня техники и определенного заявителем.The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information, as well as the identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, allowed to establish that the applicant did not find a technical solution characterized by signs identical or equivalent to those proposed, while the invention does not follow explicitly for the specialist in the manner of the prior art and determined by the applicant.
Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого технического решения по совокупности признаков, позволило выявить в заявленном устройстве совокупность существенных отличительных признаков по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату, изложенную в нижеприведенной формуле изобретения.The definition from the list of identified analogues of the prototype, as the closest technical solution for the totality of features, allowed to identify in the claimed device a combination of significant distinctive features in relation to the applicant's perceived technical result, set forth in the following claims.
Изобретение обеспечивает компактность размещения БДУ в котле-утилизаторе, снижение теплопотерь на внешнее охлаждение и затрат на теплоизоляцию и теплозащиту, расширение диапазона изменения паропроизводительности за счет БДУ в рамках существующих ограничений по температуре стенок теплообменных поверхностей и по температуре и давлению пара перед паровой турбиной.The invention provides a compact arrangement of the BDU in the waste heat boiler, reducing heat loss for external cooling and the cost of thermal insulation and heat protection, expanding the range of variation in steam production due to the BDU within the existing restrictions on the temperature of the walls of the heat exchange surfaces and the temperature and pressure of the steam in front of the steam turbine.
Предложен паровой котел-утилизатор с блоком дожигающих устройств, включающий последовательно расположенные по ходу греющих газов пароперегревательный и испарительный участки, при этом блок дожигающих устройств размещен по ходу газов между пароперегревательным и испарительным участками.A steam recovery boiler with a block of afterburning devices is proposed, including steam superheater and evaporator sections arranged sequentially along the heating gases, while the block of afterburners is placed along the gas between the steam superheater and evaporative sections.
Паровой котел-утилизатор может быть снабжен экранирующими испарительными поверхностями, являющимися частью испарительного участка и установленными на стенках газового тракта котла-утилизатора между блоком дожигающих устройств и испарителем.The steam recovery boiler can be equipped with shielding evaporation surfaces that are part of the evaporation section and are installed on the walls of the gas path of the recovery boiler between the afterburner unit and the evaporator.
Расстояние от горелок БДУ до пакета испарителя в заявляемом КУ может быть уменьшено до размеров факела, поскольку разверка и флуктуации температур по поперечному сечению газового тракта за БДУ не приведут к разверке температур воды и пароводяной смеси в трубах испарителя, т.к. температура воды в трубах испарителя постоянна и одинакова, при этом по мере прохождения газа через испаритель скачки температур газа нивелируются вследствие увеличения локальных тепловых потоков в местах повышенных температур газа и, наоборот, снижения тепловых потоков там, где локальные температуры газа при прохождении испарителя оказываются ниже среднего уровня.The distance from the BDU burners to the evaporator package in the inventive KU can be reduced to the size of the torch, since the sweep and temperature fluctuations along the cross section of the gas path behind the BDU will not lead to the development of water and steam-water mixture temperatures in the evaporator pipes, because the water temperature in the pipes of the evaporator is constant and the same, and as gas passes through the evaporator, gas temperature jumps are leveled due to an increase in local heat fluxes at elevated gas temperatures and, conversely, a decrease in heat fluxes where local gas temperatures during passage of the evaporator are below average level.
Более компактное размещение БДУ с возможностью экранировки стенок котла, в случае необходимости, испарительными поверхностями позволяет значительно снизить теплопотери на внешнее охлаждение КУ и затраты на теплоизоляцию и теплозащиту.A more compact placement of the control unit with the possibility of shielding the boiler walls, if necessary, with evaporative surfaces, can significantly reduce heat loss due to external cooling of the boiler and the cost of thermal insulation and thermal protection.
Диапазон изменения паропроизводительности КУ за счет БДУ при его размещении перед испарителем также может быть значительно увеличен, во-первых, потому, что дожигание топлива начинается при более низкой температуре газа за пароперегревателем, во-вторых, в силу гарантированного непревышения максимально допустимого уровня температуры стенок водоохлаждаемых поверхностей (каковыми являются поверхности испарителя), в-третьих, благодаря снижению (а не повышению) температуры пара перед паровой турбиной при использовании БДУ и, как следствие, более плавному повышению давления перед паровой турбиной (Р), меняющегося в примерно пропорциональной зависимости от произведения расхода пара (G) на квадратный корень от температуры (Т) в градусах Кельвина (
Сущность изобретения поясняется представленными на фиг.1 и фиг.2 схематическими чертежами, иллюстрирующими варианты реализации изобретения по обоим пунктам формулы на примере использования заявляемого КУ в составе парогазового блока, аналогичного прототипу. На чертежах изображены:The invention is illustrated by the presented in figure 1 and figure 2 schematic drawings illustrating embodiments of the invention according to both claims by the example of using the inventive KU as a part of a combined-cycle unit similar to the prototype. The drawings show:
- на Фиг.1 - паровой котел-утилизатор с ГТД и паровым КУ с блоком дожигающих устройств. Вариант с подачей воды в экранирующие поверхности из барабана;- figure 1 - steam recovery boiler with gas turbine engine and steam boiler with a block of afterburning devices. Option with water supply to the shielding surfaces from the drum;
- на Фиг.2 - паровой котел-утилизатор с ГТД и паровым КУ с блоком дожигающих устройств. Вариант с подачей воды в экранирующие поверхности из экономайзера.- figure 2 - steam recovery boiler with gas turbine engine and steam boiler with a block of afterburning devices. Variant with water supply to the shielding surfaces from the economizer.
Паровой котел-утилизатор содержит ГТД 1 с турбогенератором 2 и паровой КУ 3 с БДУ 4. Паровой КУ предназначен для выработки пара одного давления с использованием остаточного тепла для нагрева сетевой воды и содержит последовательно расположенные по ходу греющих газов пароперегревательный и испарительный участки 5 и 6. Согласно изобретению, БДУ 4 размещен по ходу газов между пароперегревательным и испарительным участками 5 и 6. Согласно п.2 формулы, КУ 3 может быть также снабжен экранирующими испарительными поверхностями 7, являющимися частью испарительного участка 6 и установленными на стенках газового тракта КУ 3 между БДУ 4 и испарителем 6.The steam recovery boiler contains a
В приведенном примере КУ выполнен вертикальным и содержит барабан 8 с циркуляционным насосом 9, а также экономайзер 10 с регулирующим клапаном (РК) 11, установленным на выходе экономайзера 10 по питательной воде. Экранирующие испарительные поверхности 7 на выходе по пароводяной смеси сообщены через выходной коллектор 12 с входом барабана 8 по пароводяной смеси. На входе по воде экранирующие поверхности 7 связаны:In the above example, the control unit is vertical and contains a
- в варианте, приведенном на фиг.1 - с выходом барабана 8 по воде через циркуляционный насос 9;- in the embodiment shown in figure 1 - with the output of the
- в варианте, приведенном на фиг.2 - с выходом экономайзера 10 через РК 11 по питательной воде.- in the embodiment shown in figure 2 - with the release of the
В приведенном примере КУ 3 также содержит хвостовой экономайзер 13, установленный по ходу газов за экономайзером 10 и сообщенный на выходе по воде с входом экономайзера 10 по воде, и содержит водяной подогреватель сетевой воды 14, сообщенный на входе и выходе по греющей воде, соответственно, с выходом и входом - через циркуляционный насос 15 и РК 16 - хвостового экономайзера 13 по воде.In the above example, KU 3 also contains a
Паровой КУ с БДУ работает следующим образом.Steam KU with BDU works as follows.
Воду из хвостового экономайзера 13 подают в экономайзер 10, откуда она поступает в барабан 8 непосредственно (фиг.1) или через пароводяной тракт экранирующих поверхностей 7 (фиг.2) с регулированием по уровню воды в барабане 8 при помощи РК 11. Воду из хвостового экономайзера 10 также подают циркуляционным насосом 15 на вход подогревателя сетевой воды 14 по греющей воде с регулированием по температуре воды за хвостовым экономайзером 13 при помощи РК 16.Water from the
В период, когда тепла, отпускаемого внешнему потребителю через водяной подогреватель сетевой воды 14 и из отборов паровой турбины (на чертежах не показанной), недостаточно, включают в работу БДУ 4. За счет теплоты сгорания топлива, подаваемого в БДУ 4 и сжигаемого в остаточном кислороде выхлопных газов ГТД 1, увеличивается паропроизводительность испарителя 6.In the period when the heat supplied to the external consumer through the water heater of the
Максимальный диапазон изменения паропроизводительности КУ за счет БДУ при его размещении перед испарителем значительно шире, чем в прототипе, во-первых, потому, что дожигание топлива в БДУ начинается при более низкой температуре газа за пароперегревателем 5 (а не перед ним, как в прототипе), во-вторых, в силу гарантированного непревышения максимально допустимого уровня температуры стенок водоохлаждаемых поверхностей испарителя 6 и водоохлаждаемых экранирующих поверхностей 7, являющихся частью испарителя 6, в-третьих, благодаря снижению (а не повышению, как в прототипе) температуры пара за пароперегревателем 5 при использовании БДУ 4.The maximum range of changes in the KU steam capacity due to the BDU when it is placed in front of the evaporator is much wider than in the prototype, firstly, because the afterburning of fuel in the BDU begins at a lower gas temperature behind the superheater 5 (and not before it, as in the prototype) secondly, due to the guaranteed non-exceeding of the maximum allowable temperature level of the walls of the water-cooled surfaces of the evaporator 6 and the water-cooled shielding surfaces 7, which are part of the evaporator 6, and thirdly, due to the reduction ( does not increase as in the prototype) steam temperature in the steam superheater 5 when NOS 4.
Проблема теплозащиты и теплоизоляции стенок газового тракта (если требуется расширить диапазон изменения температуры газа перед испарителем до слишком высоких значений) может быть решена установкой экранирующих поверхностей 7, а расстояние от горелок БДУ 4 до пакета испарителя 6 может быть уменьшено до размеров факела, поскольку разверка и флуктуации температур по поперечному сечению газового тракта за БДУ 4 не приводят к разверке температур воды и пароводяной смеси в трубах испарителя 6, т.к. температура воды в трубах испарителя 6 постоянна и одинакова, при этом по мере прохождения газа через испаритель 6 скачки температур газа нивелируются вследствие увеличения локальных тепловых потоков в местах повышенных температур газа и, наоборот, снижения тепловых потоков там, где локальные температуры газа при прохождении испарителя оказываются ниже среднего уровня. Тем самым обеспечивается более компактное размещение БДУ и значительное снижение теплопотерь на внешнее охлаждение КУ и затрат на теплоизоляцию и теплозащиту стенок КУ, связанных с использованием БДУ.The problem of thermal protection and thermal insulation of the walls of the gas path (if it is necessary to expand the range of gas temperature in front of the evaporator to too high values) can be solved by installing shielding surfaces 7, and the distance from the BDU 4 burners to the evaporator package 6 can be reduced to the size of the torch, since the scan and temperature fluctuations in the cross-section of the gas path behind the BDU 4 do not lead to a scan of the temperatures of the water and the steam-water mixture in the pipes of the evaporator 6, because the water temperature in the pipes of the evaporator 6 is constant and the same, while as the gas passes through the evaporator 6, gas temperature jumps are leveled due to an increase in local heat fluxes at elevated gas temperatures and, conversely, a decrease in heat fluxes where the local gas temperatures pass through the evaporator below average. This ensures a more compact placement of the control unit and a significant reduction in heat loss due to external cooling of the control unit and the costs of thermal insulation and thermal protection of the walls of the control unit associated with the use of the control panel.
Приведенный пример представлен для иллюстрации заявляемого изобретения в наиболее наглядном виде и не исчерпывает всех возможных вариантов его применения. В частности, котел-утилизатор может быть не вертикальным, а горизонтальным, может содержать поверхности не одного, а двух или более давлений, может быть не барабанного, а прямоточного типа (т.е. не иметь барабанов), соответственно, исполнение экранирующих испарительных поверхностей и их подключение к основному пакету испарителя также может быть весьма разнообразным, кроме того, котел вообще может не иметь экранирующих поверхностей, учитывая более низкую начальную температуру газа перед БДУ (по сравнению с прототипом) и более компактное размещение БДУ в КУ (небольшое расстояние от БДУ до основного пакета труб испарителя) и т.п.The above example is presented to illustrate the claimed invention in the most visual form and does not exhaust all possible variants of its application. In particular, the recovery boiler may not be vertical, but horizontal, may contain surfaces of not one but two or more pressures, may not be of a drum but of a direct-flow type (i.e., without drums), respectively, the performance of shielding evaporation surfaces and their connection to the main package of the evaporator can also be very diverse, in addition, the boiler may not have shielding surfaces at all, given the lower initial gas temperature in front of the BDU (compared with the prototype) and a more compact size NOS displacements in CG (a slight distance from the RCU to the basic package of the evaporator tubes), etc.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011147627/06A RU2486404C1 (en) | 2011-11-23 | 2011-11-23 | Steam recovery boiler with assembly of afterburning devices |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011147627/06A RU2486404C1 (en) | 2011-11-23 | 2011-11-23 | Steam recovery boiler with assembly of afterburning devices |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011147627A RU2011147627A (en) | 2013-05-27 |
RU2486404C1 true RU2486404C1 (en) | 2013-06-27 |
Family
ID=48702286
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011147627/06A RU2486404C1 (en) | 2011-11-23 | 2011-11-23 | Steam recovery boiler with assembly of afterburning devices |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2486404C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4136643A (en) * | 1977-08-15 | 1979-01-30 | Sulzer Brothers Limited | Waste heat steam generator |
SU1572145A1 (en) * | 1988-01-21 | 1995-12-27 | Московский Горный Институт | Waste-heat boiler |
RU2079672C1 (en) * | 1994-05-31 | 1997-05-20 | Ивановский государственный энергетический университет | Method of regeneration of steam heat in steam-gas cycles |
RU2272914C1 (en) * | 2005-03-10 | 2006-03-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Самара-Авиагаз" | Gas-steam thermoelectric plant |
-
2011
- 2011-11-23 RU RU2011147627/06A patent/RU2486404C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4136643A (en) * | 1977-08-15 | 1979-01-30 | Sulzer Brothers Limited | Waste heat steam generator |
SU1572145A1 (en) * | 1988-01-21 | 1995-12-27 | Московский Горный Институт | Waste-heat boiler |
RU2079672C1 (en) * | 1994-05-31 | 1997-05-20 | Ивановский государственный энергетический университет | Method of regeneration of steam heat in steam-gas cycles |
RU2272914C1 (en) * | 2005-03-10 | 2006-03-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Самара-Авиагаз" | Gas-steam thermoelectric plant |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011147627A (en) | 2013-05-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kaviri et al. | Exergoenvironmental optimization of heat recovery steam generators in combined cycle power plant through energy and exergy analysis | |
UA92601C2 (en) | Module oxygen-fuel boiler system (variants) | |
KR20010015055A (en) | Method and apparatus for fuel gas moisturization and heating | |
US3443550A (en) | Two-section heat recovery steam generator | |
US9163561B2 (en) | Power plant emissions reduction | |
US20120240549A1 (en) | Combined Cycle Power Plant | |
CN205102104U (en) | Overcritical boiler | |
CN104989530A (en) | Heat supplying system of heat-conducting oil in combined heat and power generation of gas-steam combined cycle and heat supplying method | |
CA2754667A1 (en) | Continuous evaporator | |
Amirante et al. | Thermodynamic analysis of small-scale externally fired gas turbines and combined cycles using turbo-compound components for energy generation from solid biomass | |
AU2010257702A1 (en) | Continuous evaporator | |
US20120024241A1 (en) | Continuous evaporator | |
AU2009290944B2 (en) | Continuous steam generator | |
RU2486404C1 (en) | Steam recovery boiler with assembly of afterburning devices | |
RU2224949C2 (en) | Direct-flow steam generator burning fossile fuel | |
EA032655B1 (en) | Heat recovery unit and power plant | |
Tucakovic et al. | Possibilities for reconstruction of existing steam boilers for the purpose of using exhaust gases from 14 MW or 17 MW gas turbine | |
US9291344B2 (en) | Forced-flow steam generator | |
CA2754669A1 (en) | Once-through evaporator | |
Rice | The combined reheat gas turbine/steam turbine cycle: part II—The LM 5000 gas generator applied to the combined reheat gas turbine/steam turbine cycle | |
US10260740B2 (en) | Method and device for producing superheated steam by means of the heat produced in the boiler of an incineration plant | |
JPS627905A (en) | Internal-combustion engine with steam turbine | |
Kasilov et al. | Development of a thermal scheme for a cogeneration combined-cycle unit with an SVBR-100 reactor | |
RU2715073C1 (en) | Combined cycle gas turbine with cooled diffuser | |
RU96223U1 (en) | CONDENSATION WATER BOILER |