RU2075010C1

RU2075010C1 - Steam power plant

Info

Publication number: RU2075010C1
Application number: RU94004077A
Authority: RU
Inventors: Михаил Иванович Весенгириев; Андрей Михайлович Весенгириев
Original assignee: Михаил Иванович Весенгириев; Андрей Михайлович Весенгириев
Priority date: 1994-02-04
Filing date: 1994-02-04
Publication date: 1997-03-10

Abstract

FIELD: heat-power engineering; power-generating units for generation of electric power at thermal power stations. SUBSTANCE: steam power unit has boiler unit which consists of water superheating and steam generating parts, spherical drum located in ceiling portion of radiation zone and divided into liquid and gas chambers; drum is also provided with wavy grates fitted inside it and engageable with its walls; liquid chamber of drum is brought in communication with steam-generating part of unit made in form of spherical steam generators mounted in radiation zone of unit. Each spherical steam generator consists of two detachable spheres: lower one is knobby and upper is smooth; spheres are provided with wavy grates inside them reliably engageable with their walls; inlet siphon superheated water branch pipe is connected with ring-shaped water sprayer. EFFECT: enhanced reliability. 2 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использована в качестве энергоблоков для выработки электроэнергии на тепловых электростанциях, могущих работать в пикковых режимах, а так же могущих автономно работать в автоматическом режиме в малых хозяйствах в качестве маломощных электростанций и в системе теплоснабжения. The invention relates to a power system and can be used as power units for generating electricity at thermal power plants, which can operate in peak modes, as well as which can operate autonomously in small farms as low-power power plants and in a heat supply system.

Известен парогенератор с барабаном, содержащий топку с горелками соединенную с конвективной шахтой в которой последовательно по ходу газов установлены пароперегреватели первичный и вторичный, и экономайзер, а к конвективной шахте между пароперегревателем и экономайзером подключен байпасный газоход, дополнительно соединяющий топку с конвективной шахтой
(а.с. СССР N 688765, кл. F 22 B 35/04, 1979 г.).A steam generator with a drum is known, comprising a furnace with burners connected to a convective shaft in which primary and secondary superheaters are installed in series along the gases, and an economizer, and a bypass duct is connected to the convection shaft between the superheater and economizer, which additionally connects the furnace to the convection shaft
(A.S. USSR N 688765, class F 22 B 35/04, 1979).

Недостатком таких парогенераторов является повышенная инерционность при пусках, обусловленная необходимостью прогрева всей установки до температуры паровыделения, и только затем возможность сепарировать пар, смешивая паровую смесь, образованную в экономайзере и циркуляционной системе. The disadvantage of such steam generators is the increased inertia during start-ups, due to the need to warm the entire installation to a vapor temperature, and only then the ability to separate the steam by mixing the steam mixture formed in the economizer and the circulation system.

Известна паросиловая установка, содержащая котлоагрегат состоящий из испарительной и перегревательной поверхностей нагрева, разделенные между собой задвижкой с встроенным сепаратором на байпасе и с инжектором, соединенным паропроводом с трубопроводом свежего пара, с установленным на последнем регулирующим клапаном, что производит увеличение расхода пара в перегревателе и регулирование температуры за перегревателем без форсировки топки. A steam-powered installation is known, which contains a boiler unit consisting of evaporative and superheating heating surfaces, separated by a valve with an integrated separator on the bypass and with an injector connected by a steam line to the fresh steam pipeline, with a control valve installed on the latter, which increases the steam consumption in the superheater and regulates temperature behind the superheater without forcing the furnace.

(а.с. СССР N 584151, F 22 B 35/15, 1978 г.). (A.S. USSR N 584151, F 22 B 35/15, 1978).

К недостаткам данной установки относятся: однозначная зависимость начала ее паропроизводительности от температуры прогретости всей установки, следовательно от расхода топлива и времени после розжига горелок, невозможность сразу после розжига горелок дать пар на турбину. The disadvantages of this installation include: an unambiguous dependence of the start of its steam production on the heating temperature of the entire installation, therefore, on fuel consumption and time after ignition of the burners, the inability to immediately give steam to the turbine after ignition of the burners.

Наиболее близким к предлагаемому является паросиловая установка, содержащая паровую турбину с регенеративными подогревателями питательной воды и соединенной с ней паропроводом свежего пара котлоагрегат со встроенным сепаратором, сообщенным по пару трубопроводом с пароперегревателем, а по питательной воде с теплообменником, включенным в питательный тракт. Closest to the proposed one is a steam power plant containing a steam turbine with regenerative feed water heaters and a fresh steam boiler connected to it, a boiler unit with a built-in separator, coupled via a pipeline with a superheater, and feed water with a heat exchanger included in the feed path.

(а.с. СССР N 500426, F 22 B 35/14, 1976 г.). (A.S. USSR N 500426, F 22 B 35/14, 1976).

Недостатком данной конструкции является недостаточно высокая маневренность и экономичность установки при пуске, однозначная зависимость от прогретости всей установки для начала паропроизводительности, неспособность работать в пиковых режимах, неспособность сразу после розжига горелок дать пар на турбину. The disadvantage of this design is the insufficiently high maneuverability and efficiency of the installation at start-up, an unambiguous dependence on the warmth of the entire installation to start steam production, the inability to work in peak modes, the inability to immediately give steam to the turbine after igniting the burners.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в создании простой по конструкции и в эксплуатации, универсальной паросиловой установки с высоким коэффициентом полезного действия, работающей в пиковых режимах тепловых электростанций, а также автономно работающих в системах тепло- и электроснабжения малых хозяйств. The technical problem solved by the present invention is to create a simple in design and operation, universal steam power plant with a high efficiency, operating in peak modes of thermal power plants, as well as autonomously working in heat and power supply systems of small farms.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемой паросиловой установке по новому использованы основные классические признаки барабанных и прямоточных парогенераторов, в результате дающих возможность сразу после розжига горелок установки дать пар на турбину или же на потребитель, где котлоагрегат выполнен состоящим из водоперегревательной, с линией инертного газа, и пароперегревательной частей, где водоперегревательная часть выполнена башенной компановки, цилиндрической формы, с экраном поверхности нагрева воды в радиационной зоне, с естественной циркуляцией, водоопускными трубами и подпиткой питательной воды в нижний коллектор. Барабан установки без внутренней сепарации для отделения пара, шарообразной формы, расположен в потолочной части радиационной зоны, условно разделен на жидкостную и газовую полости, где, например, две третьи объема барабана жидкостная полость, а одна треть газовая, при этом в газовую полость барабана врезан предохранительный клапан с патрубком, опущенным почти до уровня жидкости в барабане, чтобы при срабатывании он не выбросил инертный газ, а выбросил бы водяной пар, и трубопровод линии инертного газа с линейным баллоном и регулирующим клапаном - туда и обратно пропускающим при работе инертный газ, например, азот, а барабан внутри себя снабжен растяжками в виде гофрированных пластин с отверстиями, хорошо контактирующими со стенками барабана и через теплопроводность металла снимающими температурные расслоения, например, между жидкостной и газовой полостями, а жидкостная полость барабана через водоперегреватель, расположенный сразу за барабаном в конвективной части агрегата, и через регулирующий клапан, который разделяет водоперегревательную часть агрегата от парообразовательной и при этом туда и обратно пропускает воду и ее пары при работе сообщается с парообразовательной частью агрегата, выполненной в виде парообразователей шарообразной формы, установленных в радиационной зоне агрегата, которых не менее одного, выполненных из двух разъемных сфер, например, изготовленных из жаропрочной хмовской стали, нижняя сфера у которых шипована, а верхняя гладкая, чтобы не задерживалась пыль, внутри парообразователь снабжен волнообразными растяжками с отверстиями, например, как и барабан агрегата, поставленными с хорошим контактом со стенками сфер, для снятия температурных расслоений или температурных перекосов, входной сифонный патрубок перегретой воды внутри парообразователя соединен с кольцеобразным, крест на крест поставленным распылителем воды, где патрубок выполнен сифонным чтобы он мог пропускать воду и ее пары туда и обратно при работе и тем самым регулировал производительность установки и по объему пара, и по его давлению, выходной патрубок сообщает парообразователь с пароперегревателем, расположенном тоже в радиационной зоне агрегата и через запорное устройство подключенным к паротурбине или к потребителю, например, для теплоснабжения. The problem is solved by the fact that in the proposed steam-powered plant, the main classical features of drum and direct-flow steam generators are used in a new way, as a result of which they allow steam to be supplied to the turbine or to the consumer immediately after ignition of the burners of the installation, where the boiler is made up of water heating, with an inert gas line , and steam superheater parts, where the water superheater part is made of a tower arrangement, of cylindrical shape, with a screen of the surface of water heating in radiation onet, with natural circulation, downpipes and feed water supply to the lower collector. The drum of the installation without internal separation for the separation of steam, spherical in shape, is located in the ceiling part of the radiation zone, is conditionally divided into a liquid and gas cavity, where, for example, two-thirds of the volume of the drum is a liquid cavity and one third is gas, while it is cut into the gas cavity of the drum safety valve with a nozzle lowered almost to the liquid level in the drum, so that when triggered it does not emit inert gas, but emits water vapor, and the inert gas line pipeline with a linear cylinder and regulating to with a lapan, which passes an inert gas, for example nitrogen, back and forth during operation, and the drum inside itself is equipped with extensions in the form of corrugated plates with holes that are in good contact with the walls of the drum and through thermal conductivity of the metal remove temperature separation, for example, between liquid and gas cavities, and the liquid cavity of the drum through a water heater located immediately after the drum in the convective part of the unit, and through a control valve that separates the water overheating part of the unit from the steam It is also required to pass water and its vapors back and forth during operation and communicates with the vapor-forming part of the unit, made in the form of spherical steam generators installed in the radiation zone of the unit, of which there are at least one made of two split spheres, for example, made of heat-resistant Khmov steel, the lower sphere of which is studded, and the upper one is smooth so that the dust does not linger, inside the steam generator is equipped with wave-like extensions with holes, for example, like the drum of the unit, with good contact with the walls of the spheres, in order to remove temperature stratifications or temperature imbalances, the inlet siphon pipe of the superheated water inside the steam generator is connected to an annular, cross-shaped water spray nozzle, where the pipe is made siphon so that it can pass water and its vapors back and forth when work and thereby regulated the performance of the installation both in terms of steam volume and pressure, the outlet pipe communicates a steam generator with a superheater located also in the radiation zone regatta and through a locking device connected to a steam turbine or to a consumer, for example, for heat supply.

На фиг. 1 дана схема паросиловой установки; на фиг. 2 схематичный разрез парообразователя. In FIG. 1 is a diagram of a steam power installation; in FIG. 2 is a schematic sectional view of a steam generator.

Пример выполнения предлагаемого решения. An example of the implementation of the proposed solution.

Паросиловая установка, содержит котлоагрегат, состоящий из горелок 1, водоперегревательной части башенной компановки, цилиндрической формы с экраном 2 поверхности нагрева воды в радиационной зоне, с естественной циркуляцией, водоопускными трубами 3 и подпиткой питательной воды в нижний коллектор, барабан 4 шарообразной формы расположен в потолочной части радиационной зоны установки, подпиточный насос 5, змеевик 6 подпиточной воды, экономайзер 7 питательной воды, регулирующий клапан 8 питательной воды, перегреватель воды 9, расположенный сразу за барабаном в конвективной части агрегата, регулирующий клапан 10, разделяющий парообразовательную и водоперегревательную части агрегата и туда и обратно пропускающий при работе воду и ее пары, парообразователи 11, пароперегреватель 12, через запорное устройство 13 и линию паропровода свежего пара соединенный на паротурбину 14, подогреватель питательной воды 15 после паротурбины, конденсатор пара 16, линейный баллон 17 на линии инертного газа, регулирующий клапан 18 на линии инертного газа, туда и обратно пропускающий инертный газ при работе установки, предохранительный клапан 19 в газовой полости барабана, шипованная сфера 20 парообразователя, входной сифонный патрубок 21 вваренный в крест на крест поставленный кольцеобразный распылитель 22 перегретой воды, волнообразные растяжки 23 для снятия температурных перекосов со стенок парообразователя, выходной паровой патрубок 24, соединяющий парообразователи с пароперегревателем, воздухоподогреватель 25. The steam-powered installation contains a boiler unit consisting of burners 1, a water-heating part of the tower line-up, a cylindrical shape with a screen 2 of the water heating surface in the radiation zone, with natural circulation, water pipes 3 and feed water supply to the lower collector, the spherical shape drum 4 is located in the ceiling parts of the installation radiation zone, make-up pump 5, make-up water coil 6, feed water economizer 7, feed water control valve 8, water superheater 9, located with the basics of the drum in the convective part of the unit, the control valve 10, separating the steam and water overheating parts of the unit and passing water and its vapors back and forth during operation, steam generators 11, a superheater 12, through a shut-off device 13 and a steam line of fresh steam connected to the steam turbine 14, feed water heater 15 after the steam turbine, steam condenser 16, linear cylinder 17 on the inert gas line, control valve 18 on the inert gas line, passing inert gas back and forth during operation f installations, a safety valve 19 in the gas cavity of the drum, a studded sphere 20 of the steam generator, an inlet siphon pipe 21, a ring-shaped atomizer 22 of superheated water welded in a cross on a cross, wave-like extensions 23 for removing temperature distortions from the walls of the steam generator, an output steam pipe 24 connecting steam generators with superheater, air heater 25.

Паросиловая установка работает следующим образом. Steam power installation works as follows.

Для пуска, например, холодной установки открывают регулирующий клапан 18 на линии инертного газа и поднимают давление в газовом пространстве барабана 4 до рабочего минус, например, два процента от рабочего давления, которое необходимо для вытеснения инертного газа из газовой полости барабана 4 после прогрева установки и для контроля за прогретостью установки по давлению в барабане 4, затем открывают регулирующий клапан 10 и дают минимальное орошение водой на парообразователи 11, где вода распыляется под высоким давлением и легко преобразуется в пар, и зажигают горелки 1, включив их на полную мощность. Парообразователи 11, как рыбацкие котелки над костром подвешены над факелом горелок в радиационной зоне топки установки, и своей шипованной нижней сферой 20 и гладкой верхней, с которой скатывается зола, воспринимают энергию горения топлива и через теплопроводность металла испаряют распыленную распылителем 22 воду, холодную при пуске установки и перегретую после прогрева агрегата. Волнообразные сетчатые растяжки 23 внутри парообразователя 11 и такие же внутри барабана 4 улучшают теплопередачу и снимают температурные перекосы со стенок преобразователя 11 и барабана 4. Образовавшийся в парообразователе 11 пар по выходному патрубку 24 подается в пароперегреватель 12, расположенный тоже в радиационной зоне агрегата, благодаря тому, что в газовом пространстве барабана 4 давление инертного газа поддерживается регулирующим клапаном 18 на уровне рабочего при работе агрегата, а при пуске только процента на два ниже от рабочего, вода, забираемая из жидкостного пространства барабана 4, и через водоперегреватель 9, и через регулирующий клапан 10, туда и обратно пропускающий воду и ее пары, распыляется в парообразователях 11, где резко происходит парообразование за счет теплоотъема от стенок парообразователей и за счет распыления воды распылителями 22, и где давление пара резко возрастает до уровня давления инертного газа в наджидкостном пространстве барабана 4 и в линии инертного газа, а если давление пара в парообразователях 11 и, следовательно, в пароперегревателе 12 поднимется выше чем давление в газовом пространстве барабана 4, то этим превышающим давлением пар выдавит воду, если она там набралась при пуске, из парообразователя обратно в жидкостное пространство барабана 4, где пар сконденсирует и подогреет жидкость в жидкостном пространстве барабана 4. Таким образом, вода из жидкостного пространства барабана 4 подается в парообразователь под давлением инертного газа в газовом пространстве барабана 4, а обратно из парообразователя 11 в барабан 4 вытесняется давлением пара, поднявшимся выше, чем давление инертного газа в барабане 4, за счет чего и происходит регулирование производительности по пару и по давлению в паросиловой установке. Затем, практически сразу после растопки горелок 1 открывают запорное устройство 13 и подают пар на турбину 14 или на любой другой потребитель. После турбины 14 конденсат идет на теплообменник 15 питательной воды и конденсатор 16, откуда питательный насос 5 через змеевик 6 теплообменника 15 и через регулирующий клапан 8 подпиточной воды подают ее в экономайзер 7 питательной воды, откуда уже подогретая вода поступает на подпитку в нижний коллектор экрана 2, что улучшает циркуляцию воды в водоперегревательной части паросиловой установки, и по экрану 2, нагреваясь, поднимается в жидкостную полость барабана 4, откуда по водоопускным трубам 3 вода опускается в нижний коллектор экрана 2 на естественную циркуляцию. Забор воды из барабана 4 на подачу в водоперегреватель 9 и далее на парообразователь производится из жидкостной полости барабана 4 по центру столба жидкости. После прогрева паросиловой установки производят корректировку ее параметров горелками 1 и регулирующими клапанами. Поднявшимся давлением, например, до рабочего, вытесняет из газовой полости барабана 4 инертный газ в линию инертного газа, и теперь, если сработает предохранительный клапан 19 то в окружающую среду выбросит пары воды, а не инертный газ. Для остановки установки выключают горелки 1, закрывают клапан 10, запорное устройство 13, 8 и останавливают насос 5, при короткой остановке клапан 18 на линии инертного газа не закрывают. Предлагаемая паросиловая установка эффективно может работать в пикковых режимах на тепловых электростанциях, а также может работать в автономном режиме в малых хозяйствах в качестве маломощных электростанций и в сетях теплоснабжения. To start, for example, a cold installation, open the control valve 18 on the inert gas line and raise the pressure in the gas space of the drum 4 to the working minus, for example, two percent of the working pressure, which is necessary to displace the inert gas from the gas cavity of the drum 4 after heating the installation and to control the heating of the installation by pressure in the drum 4, then open the control valve 10 and give minimal irrigation of water to the steam generators 11, where water is sprayed under high pressure and easily converts steam, and light the burners 1, turning them on at full power. Steam generators 11, like fishing pots above a fire, are suspended above a torch burner in the radiation zone of the furnace of the installation, and their studded lower sphere 20 and a smooth upper one from which the ash rolls, absorb the energy of fuel combustion and evaporate the cold water sprayed by atomizer 22 through the metal’s thermal conductivity at startup installation and overheated after warming up the unit. The wave-like mesh stretch marks 23 inside the steam generator 11 and the same inside the drum 4 improve heat transfer and remove temperature distortions from the walls of the converter 11 and the drum 4. The pairs formed in the steam generator 11 through the outlet pipe 24 are fed to the superheater 12, which is also located in the radiation zone of the unit, due to this that in the gas space of the drum 4, the pressure of the inert gas is maintained by the control valve 18 at the level of the worker during operation of the unit, and when starting up only two percent lower from the worker, The ode taken from the liquid space of the drum 4, and through the water heater 9, and through the control valve 10, which passes water and its vapors back and forth, is sprayed in the steam generators 11, where steam generation occurs sharply due to heat removal from the walls of the steam generators and due to atomization of the water by sprayers 22, and where the vapor pressure rises sharply to the inert gas pressure level in the super-fluid space of the drum 4 and in the inert gas line, and if the vapor pressure in the steam generators 11 and, therefore, in the superheater 12 is is higher than the pressure in the gas space of the drum 4, then with this exceeding pressure the steam will squeeze out the water, if it accumulated there at start-up, from the steam generator back into the liquid space of the drum 4, where the steam will condense and heat up the liquid in the liquid space of the drum 4. Thus, water from the liquid space of the drum 4 is supplied to the steam generator under the pressure of an inert gas in the gas space of the drum 4, and back from the steam generator 11 to the drum 4 is displaced by steam pressure that has risen higher than the pressure nertnogo gas in the drum 4, whereby the performance and regulation occurs by steam and pressure in a steam power installation. Then, almost immediately after the ignition of the burners 1, the shut-off device 13 is opened and steam is supplied to the turbine 14 or to any other consumer. After the turbine 14, the condensate flows to the feed water heat exchanger 15 and the condenser 16, from where the feed pump 5 through the coil 6 of the heat exchanger 15 and through the make-up water control valve 8 serves it to the feed water economizer 7, from where the already heated water is fed to the lower collector of the screen 2 , which improves the circulation of water in the water-heating part of the steam power plant, and on the screen 2, heating, rises in the liquid cavity of the drum 4, from where water flows through the drain pipes 3 into the lower collector of the screen 2 on governmental circulation. The intake of water from the drum 4 for supply to the water heater 9 and then to the steam generator is made from the liquid cavity of the drum 4 in the center of the liquid column. After warming up the steam power plant, its parameters are adjusted by burners 1 and control valves. By rising pressure, for example, to the worker, the inert gas is displaced from the gas cavity of the drum 4 into the inert gas line, and now, if the safety valve 19 is activated, then water vapor will be released into the environment, not the inert gas. To stop the installation, turn off the burner 1, close the valve 10, the shut-off device 13, 8 and stop the pump 5, with a short stop valve 18 on the inert gas line is not closed. The proposed steam power plant can effectively operate in peak conditions at thermal power plants, and can also operate autonomously in small farms as low-power power plants and in heat supply networks.

Claims

A steam-powered installation comprising a steam turbine with a feed water heater and a boiler unit connected to it by a fresh steam pipeline, characterized in that the boiler unit is made of water heating and steam-forming parts, where the water heating part is made of a tower arrangement, cylindrical in shape, with a screen for heating the water in the radiation zone with natural circulation, drain pipes and feed water into the lower manifold, a spherical drum is located in the ceiling a radiation zone, which is conditionally divided into liquid and gas cavities, while a safety valve and an inert gas line with a linear cylinder and a control valve are inserted into the gas cavity of the drum, and pass the inert gas back and forth during operation, and the drum inside is equipped with wave-shaped gratings - stretch marks made with good contact with the walls of the drum, and the liquid cavity of the drum through a water heater located immediately after the drum in the convective part of the unit, and through the control valve, which it separates the water-heating part of the unit and the steam-generating one and at the same time passes water and its vapors back and forth during operation, communicates with the steam-forming part of the unit made in the form of spherical steam generators installed in the radiation zone of the unit, of which there are at least one made of two split spheres , the lower of which is studded, and the upper one is smooth, and inside, equipped with wave-shaped lattice extensions with good contact with the walls of the spheres, the inlet siphon pipe of superheated water, which th is connected to a ring-shaped, crosswise supplied water spray, the outlet pipe communicates with a steam generator with a superheater, also made in the radiation zone of the unit and connected to a steam turbine through a shut-off device.