Спосіб регулювання рівня води в барабані теплоутилізаційної парогенераторной установки (варіанти) і теплоутилизационная парогенераторная установка

 

ПЕРЕДУМОВИ ВИНАХОДУ

[0001] Винахід належить в цілому до режиму комбінованого циклу і, більш конкретно, до способу і установці для регулювання рівня води в барабані під час запуску теплоутилізаційної парогенераторной (ТУПГ) установки для енергоустановки з комбінованим циклом.

[0002] Зазвичай енергоустановка з комбінованим циклом містить газові турбіни, парові турбіни і ТУПГ установки. ТУПГ установки в основному застосовуються для утилізації тепла відпрацьованих газів, що виходять з газової турбіни, та подальшого використання утилізованого тепла для отримання пари і його подачі в парову турбіну. В цілому, енергоустановка з комбінованим циклом містить різні резервуари для води, наприклад котельний барабан, деаэраторний резервуар і конденсаторний резервуар. Зазвичай котельний барабан забезпечує безперервну подачу води до ТУПГ установці і акумулює теплову енергію для компенсації змін кількості пари, що генерується або споживається в енергоустановки. Регулювання рівня води в котельному барабані є надзвичайно важливим фактором з точки зору захисту енергоустановки, так і безпеки обладнання, і в рівній мірі відно�ьно встановлено сепаратор водяної пари, так що можливість попадання вологої пари в парову турбіну відсутня. Підтримання рівня води в котельному барабані в заданих межах є важливим фактором, оскільки вихід за зазначені межі часто веде до аварійних відключень або пошкодження обладнання, використовуваного у ТУПГ установці.

[0003] Крім того, при запуску енергоустановки з комбінованим циклом рівень води в котельному барабані різко підвищується. Дане пусковий «набухання» рівня в барабані виникає внаслідок того, що при нагріванні води в ТУПГ установці високотемпературними відпрацьованими газами газової турбіни відбувається різке підвищення температури води у зазначеній установці і починається швидке випаровування. В цьому стані в паровому генераторі одночасно присутні парова і рідка фази. Оскільки середній питомий об'єм (м3/кг) води дуже малий порівняно з паром, це призводить до різкого підйому рівня води в котельному барабані. Цей підйом рівня води може перевищити максимально допустимий рівень води і, отже, створити проблему безпеки. Відповідно, при виникненні такого підйому рівня води необхідно спустити зайву воду з барабана. Однак підйом рівня �еют місце проблеми безпеки, особливо якщо щодня потрібно виконувати періодичний запуск та відключення енергоустановки з комбінованим циклом. Крім того, теплові втрати, пов'язані зі спуском зайвої води, впливають на ефективність зазначеної енергоустановки.

[0004] Таким чином, для запобігання явища набрякання в котельному барабані перед запуском енергоустановки знижують рівень води в барабані. Зазвичай рівень води в котельному барабані регулюють із забезпеченням підтримання постійного рівня приблизно шляхом додавання води в барабан або її спуску з нього. Однак регулювання рівня води в котельному барабані являє собою складну проблему внаслідок складних динамічних характеристик двофазних потоків, наявності хвиль, неврахованого тепла, а також коливань тиску і вимог щодо навантаженні.

[0005] Таким чином, існує необхідність в ефективному регулюванні рівня води в котельному барабані під час запуску ТУПГ установки для енергоустановки комбінованого циклу.

СУТНІСТЬ ВИНАХОДУ

[0006] У відповідності з одним варіантом виконання винаходу запропоновано спосіб регулювання рівня води в котельному барабані ТУПГ установки для енергоустановки з комбинированн�ані під час запуску теплоутилізаційної парогенераторной установки на підставі характеристичної графічної моделі. Характеристичну графічну модель створюють на підставі значень тиску пари в котельному барабані і значень температури металу зазначеного барабана при запуску ТУПГ установки.

[0007] згідно з іншим варіантом виконання винаходу запропоновано спосіб регулювання рівня води в котельному барабані ТУПГ установки для енергоустановки з комбінованим циклом під час запуску. Зазначений спосіб включає вимірювання фактичного рівня води в котельному барабані під час запуску установки. Спосіб також включає вимірювання тиску пари в котельному барабані. Спосіб додатково включає вимірювання температури металу котельного барабана для визначення температури води в зазначеному барабані. Крім того, спосіб включає визначення оптимального рівня води в котельному барабані під час запуску ТУПГ установки на підставі характеристичної графічної моделі і наступне порівняння оптимального рівня і фактичного рівня води в котельному барабані. Нарешті, спосіб включає регулювання рівня води в котельному барабані шляхом подачі води в зазначений барабан або спуску води на підставі результатів порівняння оптимального рівня і фактичного рівня води в бару�а установка містить котельний барабан, призначений для розміщення води. Установка також містить економайзер, призначений для подачі нагрітої води до котельного барабану. Установка додатково містить випарник, з'єднаний з котельним барабаном за допомогою опускних труб і випарних труб. Установка містить пароперегрівники, розташований в паровому тракті і призначений для прийому потоку пари і створення потоку перегрітої пари. Установка також містить вимірювальну систему, що містить датчики для вимірювання температури води в котельному барабані, тиску пари в котельному барабані і фактичного рівня води в котельному барабані. Нарешті, установка містить керуючий пристрій, призначений для регулювання рівня води в барабані шляхом подачі води в зазначений барабан або спуску води на підставі порівняння оптимального рівня і фактичного рівня води в барабані під час запуску теплоутилізаційної парогенераторной установки.

КОРОТКИЙ ОПИС КРЕСЛЕНЬ

[0009] Ці та інші особливості, аспекти та переваги даного винаходу стануть більш зрозумілі після прочитання нижченаведеного докладного опису, виконаного з посиланням на супровідні креслення, на яких однакові номі�иполнения енергетичної установки з комбінованим циклом, в якій використовується ТУПГ установка,

[0011] фіг.2 зображує характеристичну графічну модель 100, яка показує кілька характеристичних кривих, службовців для визначення оптимального рівня води в котельному барабані під час запуску ТУПГ установки для енергоустановки з комбінованим циклом,

[0012] фіг.3 зображує блок-схему способу регулювання рівня води в котельному барабані ТУПГ установки для енергоустановки з комбінованим циклом.

ДЕТАЛЬНИЙ ОПИС ВИНАХОДУ

[0013] Даний винахід в цілому ставиться до режиму комбінованого циклу, більш конкретно, до способу і установці для регулювання рівня води в котельному барабані під час запуску ТУПГ установки для енергоустановки з комбінованим циклом. Використовується в даному документі вираз «режим холодного запуску» передбачає низький тиск в котельному барабані, температура води в якому набагато нижче температури насичення води під час запуску. Крім того, вираз «режим гарячого запуску» передбачає високий тиск в котельному барабані, температура води в якому приблизно дорівнює температурі насичення води під час запуску. Спосіб включає створення характеристиче�кже на підставі значень тисків насиченої пари в барабані і значень температури металу барабана при запуску ТУПГ установки для енергоустановки з комбінованим циклом.

[0014] При введенні елементів різних варіантів виконання даного винаходу мається на увазі, що використання їх назв в однині і терміна «зазначений» означає наявність одного або більше визначених елементів. Мається на увазі, що терміни «містить», «включає» і «має» є включають і означають, що можлива наявність додаткових елементів, що відрізняються від наведених. Будь-які приклади робочих параметрів не є винятковими по відношенню до інших параметрів описуваних варіантів виконання.

[0015] На фіг.1 зображена структурна схема ілюстративного варіанти виконання енергетичної установки 10 з комбінованим циклом, що містить теплоутилизационную парогенераторную встановлення 12. Установка 10 містить газову турбіну 14, призначену для приведення в дію першої навантаження 16. Газова турбіна 14 зазвичай містить турбіну 18 і компресор 20. Установка 10 також містить парову турбіну (ПТ) 22, призначену для приведення в дію другий навантаження 24. В одному варіанті виконання перша навантаження 16 і друга навантаження 24 являють собою електричний генератор, призначений для вироблення електроенергії. В іншому варіанті випиться в дію за допомогою газової турбіни 14 і парової турбіни 22. Крім того, газова турбіна 14 і парова турбіна 22 також можуть використовуватися спільно для приведення в дію єдиної навантаження через єдиний вал. В одному варіанті виконання парова турбіна 22 містить ступінь низького тиску, ступінь середнього тиску і ступінь високого тиску. Однак конкретна конфігурація парової турбіни 22, а також газової турбіни 14 може визначатися конкретним варіантом реалізації та містити будь-яку комбінацію ступенів.

[0016] Як показано на фіг.1, енергетична установка 10 містить багатоступеневу теплоутилизационную парогенераторную (ТУПГ) встановлення 12. ТУПГ установка 12 спрощено ілюструє звичайний режим роботи і не є обмеженням. З газової турбіни 14 в ТУПГ встановлення 12 надходять гарячі відпрацьовані гази 26, службовці для нагріву води і пари. Звичайна ТУПГ установка, крім каналу, по якому проходять гарячі відпрацьовані гази 26, у своєму найбільш загальному вигляді містить три додаткові компоненти: пароперегрівники 28, випарник 30 і економайзер 32 або підігрівач живильної води, які розташовані в порядку, відповідному потоку відпрацьованих газів 26 в каналі. ТУПГ установка 12 містить опускні труби 36 і випарні труби 37. Економайзер 32�е того, ТУПГ установка 12 містить котельний барабан 34. Призначення барабана 34 полягає в забезпеченні подачі постійного кількості води до випарника 30 з опускним трубах 36, а також в акумуляції теплової енергії, необхідної для компенсації змін кількості генерується або споживаного пара. Пара, що генерується в ТУПГ установці 12, подається в парову турбіну 22 по лінії 38. До паровій турбіні 22 може бути приєднаний генератор (не показаний) для вироблення електрики.

[0017] Більш того, вихлоп 40 з парової турбіни 22 направляється в конденсатор 42. Конденсат з конденсатора 42, в свою чергу, може направлятися по лінії 46 в ТУПГ встановлення 12 з допомогою конденсатного насоса 44. Конденсат, що проходить через економайзер 32, нагрівається, але залишається рідким, а потім подається в котельний барабан 34. Крім того, перед надходженням в економайзер 32 конденсат може бути пропущений через деаератор (не показаний) для видалення повітря та інших розчинених газів. Потім вода, накопичена в барабані 34, проходить через випарник 30 для перетворення її в насичений пар, а потім через пароперегрівники 28, який перетворює зазначений насичений пар в перегрітий пар. В одному варіанті виконання ТУПГ установка 12 може сод�ня безпечної роботи барабана 34 ТУПГ установка 12 містить систему регулювання рівня води в котельному барабані, яка містить керуючий пристрій, призначений для регулювання рівня води в барабані 34 шляхом подачі води в котельний барана або спуску води на підставі порівняння оптимального рівня води в барабані 34 і фактичного рівня води в зазначеному барабані 34 під час запуску ТУПГ установки 12. В одному варіанті виконання барабан 34 містить спускний клапан, який має оптимальний розмір і призначений для регулювання набухання під час запуску ТУПГ установки 12. Установка 12 також містить вимірювальну систему, що містить датчики, що вимірюють температуру металу котельного барабана для визначення температури води в котельному барабані, тиск пари в барабані 34, а також фактичний рівень води в барабані 34. Система регулювання рівня води в котельному барабані визначає оптимальний рівень води в зазначеному барабані під час запуску на підставі характеристичної графічної моделі, зображеної на фіг.2.

[0019] Фіг.2 зображує характеристичну графічну модель 100, яка показує кілька характеристичних кривих, побудованих з урахуванням паросодержания і відображають залежність між різними обсягами води при запуску для заданої котельні барабаннновки з комбінованим циклом. Котельня барабанна установка зазвичай містить котельний барабан, опускні труби і випарні труби (котельний барабан 34, опускні труби 36 і випарні труби 37, показані на фіг.1). По осі X, позначеному стрілкою 102, відкладено тиск в барабані. По осі Y, позначеному стрілкою 104, відкладений початковий об'єм води, виражений у вигляді частки обсягу котельного барабана. Зображені характеристичні криві 106, 107 і 108 побудовані з використанням рівняння водно-парової масового рівноваги, в яке входять такі параметри, як щільність води, щільність пара, обсяг котельного барабана, обсяг опускного стояка (обсяг опускних труб 36, показаних на фіг.1), обсяг випарника (обсяг випарних труб 37, показаних на фіг.1), паровміст при різних температурах металу котельного барабана і тиск у зазначеному барабані під час запуску. Необхідно відзначити, що температура металу котельного барабана служить показником температури води, а тиск в котельному барабані служить показником тиску пари в зазначеному барабані під час запуску енергоустановки з комбінованим циклом. Як показано на моделі 100, характеристична крива 106 розрахована для температури металу барабана, кіт�криву, побудовану для режиму холодного запуску. Характеристична крива 108 розрахована для температури металу барабана, яка по суті близька до температури насичення. Таким чином, характеристична крива 106 являє собою криву, побудовану для режиму гарячого запуску. Необхідно відзначити, що температура металу барабана впливає на паровміст в котельному барабані. Оскільки має місце підвищення вмісту пари, то крива 106 відображає підвищення паросодержания щодо кривий 108, як показано на фіг.2. В одному варіанті виконання для моделі 100 може бути створено кілька характеристичних кривих, побудованих на підставі значень температури металу барабана, що змінюються між режимом холодного запуску і режимом гарячого запуску ТУПГ установки. Одна така проміжна характеристична крива 107 зображена між кривими 106 і 108. Лінія 110 зображує мінімальний безпечний рівень води в котельному барабані під час запуску. У конкретному варіанті виконання побудова графічної моделі характеристичної 100 припускає обчислення виконуються з використанням процесора.

[0020] Слід зазначити, що варіанти виконання винаходу не обмежені какиПодразумевается, що в цьому документі термін «процесор» означає будь-який пристрій, здатне виробляти розрахунки, або обчислювальні операції, необхідні для виконання завдань винаходу. Мається на увазі, що термін «процесор» означає будь-який пристрій, здатне здійснювати прийом структурованих вхідних даних і обробляти їх відповідно до встановленими правилами з забезпеченням отримання вихідних даних. Крім того, слід зазначити, що процесор може містити комбінацію апаратного та програмного забезпечення для виконання завдань винаходу, як повинно бути зрозумілим фахівцям.

[0021] В якості неограничивающего приклад, рівняння водно-парової масового рівноваги, що застосовується для розрахунку характеристичних кривих паросодержания в зображеної моделі 100, може мати наступний вигляд:

Mwater+Msteam|Pdrum0=Mwater+Msteam(1)

[0022] Рівняння (1) наведено для різних тисків (Pdrum0і Pdrum0+ΔP). Загальні рівняння (2) і (3) для визначення маси води і пари при тиску Pdrum0і Pdrum0+ΔP можуть мати наступний вигляд:

MPdrum0=(xVdrum+Vdowncomer+Vevap)ρw+(1-x)Vdrumρs(2)

MPdrum0+ΔP=(xVdrum+Vdowncomer+(1-vap)+ρs(ανVevap+xVdrum)(3)

[0023] Величина «х» позначає обсяг води, виражений у вигляді частки обсягу барабана. Величини обсягу барабана, обсягу опускного стояка, обсягу випарника, щільності води і щільності пари в рівняннях (1) і (2) позначено відповідно як Vdrum, Vdowncomer, Vevap, ρwі ρs. Величинаανявляє собою середню об'ємну частку, яка залежить від густини ρwводи, щільності ρsпара і паросодержания αrна виході випарника і визначається наступним співвідношенням:

[0024]αν=ρwρw-ρsrac>(4)), деη=ρw-ρsρsαr

[0025] Паровміст αrна виході випарника змінюється зі зміною значень температури металу барабана. Необхідно зазначити, що розрахунок вищенаведених рівнянь (1), (2) і (3) виконують на підставі ряду припущень, таких як лінійне зміна вмісту пари у випарнику, максимальний рівень в котельному барабані при зміні тиску в барабані приблизно від 100 до 150 фунтів/кв. дюйм (від 75,70 до 113,55 кПа) і відсутність пари в опускном стояку. В результаті будують кілька характеристичних кривих паросодержания (наприклад, криві 106, 107, 108, зображені на фіг.2) і, як наслідок, отримують характеристичну графічну модель 100. Таким чином, модель 100 може використовуватися для визначення оптимального рівня води в барабані при запуску, вираженого у вигляді частки обсягу котельного барабана і забезпечує безпечну роботу зазначеного барабана.

[0026] На фіг.3 з�овки з комбінованим циклом. На етапі 202 способу вимірюють фактичний рівень води в котельному барабані під час запуску установки. На етапі 204 способу додатково вимірюють тиск пари в котельному барабані і температуру металу барабана для визначення температури води в зазначеному барабані. ТУПГ установка містить вимірювальну систему, призначену для вимірювання фактичного рівня води в барабані, температури металу барабана і тиску пари в барабана. Спосіб також включає порівняння вимірюваної температури металу барабана з температурою насичення води. Далі, на етапі 206 способу визначають оптимальний рівень води в барабані під час запуску теплоутилізаційної парогенераторной установки на підставі характеристичної графічної моделі. Як викладено вище стосовно до фіг.2, характеристичну графічну модель будують на підставі значень тиску насиченої пари в барабані і значень температури металу барабана при запуску ТУПГ установки. Зазначена модель зображує характеристичні криві паросодержания для різних температур металу барабана при різному тиску в барабані під час запуску. Таким чином, виміряні при запуску температура металу барабана і тиск новки на підставі характеристичної моделі. На етапі 208 способу порівнюють оптимальний рівень і виміряний фактичний рівень води в котельному барабані. Нарешті, на етапі 210 способу виконують регулювання рівня води в котельному барабані шляхом подачі води в зазначений барабан або спуску води на підставі результатів порівняння оптимального рівня і фактичного рівня води в котельному барабані. В одному варіанті виконання регулювання підсумкового рівня води в котельному барабані також може здійснюватися шляхом управління величиною навантаження газової турбіни енергоустановки з комбінованим циклом для уповільнення кипіння у випарнику ТУПГ установки. В іншому варіанті виконання рівень води в барабані регулюють шляхом подачі холодної води в котельний барабан. Необхідно відзначити, що температура використаної холодної води може бути приблизно на 30-40°С нижче температури металу барабана. Температуру холодної води вибирають із забезпеченням відсутності швидкого охолодження котельного барабана.

[0027] Переважно даний спосіб і установка у відповідності з одним варіантом виконання забезпечують можливість визначення оптимального рівня води в котельному барабані під час запуску енергоустановки з комбінов барабані шляхом спуску мінімально можливої кількості гарячої води із зазначеного барабана під час запуску за винятком, таким чином, теплових втрат. Більш того, цей винахід також передбачає створення характеристичної графічної моделі, яка полегшує визначення оптимального рівня води в барабані під час запуску на підставі виміряних температури металу котельного барабана і тиску в зазначеному барабані. Дана характеристична модель забезпечує можливість визначення найбільш відповідного рівня води в котельному барабані. Це ефективно перешкоджає виникненню явища набрякання котельного барабана під час запуску і забезпечує безпечну роботу барабана.

[0028] Незважаючи на те, що в даному документі зображені і описані лише деякі характерні особливості винаходу, фахівцем в даній області техніки може бути створено безліч модифікацій і змін. Таким чином, слід розуміти, що додається формула винаходу охоплює всі такі модифікації і зміни перебувають у межах ідеї винаходу.

ПЕРЕЛІК ЕЛЕМЕНТІВ

10 енергетична установка з комбінованим циклом

12 ТУПГ установка

14 газова турбіна

16 перша навантаження

18 турбіна

20 компресор

22 парова турбіна

24 друга навантаження

26 гарячі�ускние труби

37 випарні труби

38 лінія

40 вихлоп

42 конденсатор

44 конденсатний насос

46 лінія

100 графічна модель, що зображує характеристичні криві, побудовані з урахуванням паросодержания і відображають залежність між різними обсягами води при запуску для заданої котельні барабанної установки у вигляді функції тиску та температури в барабані під час запуску ТУП Р установки для енергоустановки з комбінованим циклом

102 вісь X, яка відображає тиск в барабані

104 вісь Y, що відображає початковий об'єм води у вигляді частки обсягу котельного барабана

106 характеристична крива

107 характеристична крива

108 характеристична крива

200 спосіб регулювання рівня води в котельному барабані ТУПГ установки для енергоустановки з комбінованим циклом

202 етап вимірювання фактичного рівня води в котельному барабані під час запуску установки

204 етап вимірювання тиску пари в котельному барабані і температури металу барабана для визначення температури води в котельному барабані

206 етап визначення оптимального рівня води в барабані під час запуску теплоутилізаційної парогенераторной установки на підставі графичес�оди в котельному барабані

210 етап регулювання рівня води в котельному барабані шляхом подачі води в котельний барабан або спуску води на підставі результатів порівняння оптимального рівня і фактичного рівня води в котельному барабані.

1. Спосіб регулювання рівня води в барабані (34) теплоутилізаційної парогенераторной установки (12) для енергоустановки (10) з комбінованим циклом, що включає:
визначення оптимального рівня води в барабані під час запуску теплоутилізаційної парогенераторной установки (12) на підставі характеристичної графічної моделі (100),
причому характеристичну графічну модель (100) створюють на підставі значень тиску пари в барабані і значень температури металу барабана при запуску теплоутилізаційної парогенераторной установки (12).

2. Спосіб за п. 1, в якому характеристична графічна модель (100) зображає залежність обсягів води, виражених у вигляді частки обсягу барабана, від тиску в барабані під час запуску теплоутилізаційної парогенераторной установки (12).

3. Спосіб за п. 1, в якому характеристична графічна модель (100) зображує криві паросодержания при різних температурах металу барабана відносно значень темпі�енераторной установки (12).

4. Спосіб за п. 1, в якому характеристичну графічну модель (100) розраховують за допомогою процесора, який обробляє вхідні дані на підставі значень тиску пари в барабані і значень температури металу барабана при запуску теплоутилізаційної парогенераторной установки (12).

5. Спосіб (200) регулювання рівня води в барабані теплоутилізаційної парогенераторной установки (12) для енергоустановки (10) з комбінованим циклом, що включає:
вимірювання (202) фактичного рівня води в барабані під час запуску установки,
вимірювання (204) тиску пари в барабані,
вимірювання температури металу барабана для визначення температури води в барабані,
визначення (206) оптимального рівня води в барабані під час запуску теплоутилізаційної парогенераторной установки на підставі характеристичної графічної моделі,
причому характеристичну графічну модель створюють на підставі значень тиску пари в барабані і значень температури металу барабана при запуску теплоутилізаційної парогенераторной установки,
порівняння (208) оптимального рівня і фактичного рівня води в барабані та
регулювання (210) рівня води в барабані шляхом подачі води в б�арабане.

6. Спосіб за п. 5, в якому додатково порівнюють вимірювану температуру металу барабана з температурою насичення води.

7. Спосіб за п. 5, в якому рівень води в барабані регулюють шляхом управління величиною навантаження газової турбіни енергоустановки (10) з комбінованим циклом для уповільнення кипіння у випарнику теплоутилізаційної парогенераторной установки (12).

8. Теплоутилизационная парогенераторная установка (12), що містить:
барабан (34), призначений для розміщення води,
економайзер (32), призначений для подачі нагрітої води до барабану (34),
випарник (30), з'єднаний з барабаном (34) за допомогою опускних труб (36) і випарних труб (37),
пароперегрівники (28), розташований в паровому тракті і призначений для прийому потоку пари і створення потоку перегрітої пари,
вимірювальну систему, що містить датчики для вимірювання температури води в барабані, тиску пари в барабані (34) та фактичного рівня води в барабані (34),
керуючий пристрій, призначений для регулювання рівня води в барабані шляхом подачі води в барабан (34) або спуску води на підставі порівняння оптимального рівня і фактичного рівня води в барабані (34) під час запуску тепо п. 8, в якій керуючий пристрій додатково виконано з можливістю визначення оптимального рівня води в барабані на підставі характеристичної графічної моделі під час запуску теплоутилізаційної парогенераторной установки (12), причому зазначена характеристична графічна модель (100) створена на підставі значень тиску пари в барабані (34) і значень температури металу барабана при запуску теплоутилізаційної парогенераторной установки (12).

10. Теплоутилизационная парогенераторная установка (12) за п. 8, в якій барабан (34) містить спускний клапан, який має оптимальний розмір і призначений для регулювання набухання під час запуску теплоутилізаційної парогенераторной установки (12).



 

Схожі патенти:

Спосіб регулювання рівня в регенеративному підігрівнику парової турбіни

Винахід відноситься до теплоенергетиці та дозволяє підвищити якість та надійність регулювання рівня в регенеративному підігрівнику парової турбіни шляхом виявлення взбухания рівня при різкому падінні тиску що гріє пара
Up!