CZ20004013A3

CZ20004013A3 - Způsob řízení parního generátorového systému

Info

Publication number: CZ20004013A3
Application number: CZ20004013A
Authority: CZ
Inventors: David K. Anderson; Wayne S. Counterman; Mark Palkes; Friedrich Pinnekamp; Kjell E. G. Porle; Michael J. Rini; James D. Seebald; Srivats Srinivasachar; Majed Toqan
Original assignee: Alstom Power Inc.
Priority date: 1998-04-29
Filing date: 1999-04-28
Publication date: 2001-12-12
Also published as: ATE210801T1; KR20010043069A; EP1075627B1; TW396260B; CN1298480A; US6089023A; BR9910081A; SK16292000A3; AU755128B2; DE69900606T2; CA2323693A1; WO1999056063A1; DE69900606D1; ES2169951T3; ZA200004474B; AU3769499A; DK1075627T3; ID27042A; PL343675A1; EP1075627A1

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu zlepšování ústrojí částic v zařízeních obsahujících vytápěný uhlím. Zejména se vynález týká řízení teploty kouřových plynů, proudících z předehřívače vzduchu do elektrostatického srážecího ústrojí nebo do pytlového filtru.

Dosavadní stav techniky

Parní elektrárny a podobná zařízení vytápěná uhlím využívají předehřívačů vzduchu pro přenos tepla z kouřových plynů do přiváděného spalovacího vzduchu a mnohá z nich využívají elektrostatická srážecí ústrojí nebo pytlové filtry, umístěné ve směru proudění za předehřívací vzduchu, pro odstraňování částic létavého popílku z kouřových plynů před jejich vypouštěním. V závislosti na druhu používaného uhlí a výsledným vlastnostem produkovaného létavého popílku s obsahem síry může mít teplota kouřových plynů, vstupujících do elektrostatického srážecího ústrojí nebo pytlového filtru, výrazný vliv na účinnost shromažďování částic. Například tak zvaná z-pět-ná koróna v elektrostatickém srážecím ústrojí^-můřebýt hlavním zdrojem zvýšených emisí částic vysoce odolného létavého popílku a teplota kouřových plynů může výrazně ovlivnit efekt zpětné koróny. Podobně může teplota kouřových plynů výrazně ovlivnit spékací vlastnosti létavých popílků z pytlových textilních filtrů.

DE 43 27 476 Al popisuje zařízení pro výrobu páry obsahující parní generátor mající výměník tepla pro kouřové plyny, kterým se ohřívá vnější vzduch a zajišťuje se teplo pro předehřívání napájecí vody zejména pomocí vhodného předehřívací ho postupu. V řadě předehřívacích ústrojí pro předehřívání napájecí vody (9, 15) je umístěn nejméně jeden výměník (11, .17) tepla pro předávání tepla mezi vodou a vzduchem, které je schopno přijímat teplo ze vzduchu ohřátého ve výměníku (4, 21, 22) pro kouřové plyny. Recirkulační prvek (6b, 20, 23, 25) pro ohřátý vzduch je uspořádán vzhledem k výměníku (11, 17, 22) tepla pro kouřové plyny a mimo přívod (7) vnějšího vzduchu a výměník (17, 11) tepla pro přenos tepla mezi vzduchem a vodou je spojen s recirkulačním prvkem (6b, 20, 23, 25) pro ohřátý vzduch.

DE 43 27 476 Al uvádí, že z Yearbook of Steam Production Technology, dílu 1, 5.vydání, 185/86, str.471 a 472 je známo řízení činnosti předehřívače vzduchu vracejícím se zahřátým vzduchem tak, že část vzduchu, která byla ohřátá předehřívačem vzduchu, není vedena do spalovací komory zařízení pro výrobu páry, ale místo toho je vedena do vstupu čerstvého vzduchu do předehřívače vzduchu pro zvýšení teploty vstupujícího vzduchu.

US-PS 4 090 455 popisuje pec 10 obsahující šedesát hořáků 12 spalujících uhlí a produkujících horké produkty spalování s nedostatkem kyslíku, vystupující výstupem 14, a vedené výfukovým potrubím 16 a výměníkem 18 tepla do sběrače 22 prachu, ze kterého se částicový materIál~odebířá před -dalšínr čištěním plynu, který se potom odvádí výstupem 24 do atmosféry 65. Nezávislý hořák pro vysoce energetické palivo, například plyn nebo topný olej, je kombinovám s výměníkem 38 tepla, přičemž proud vzduchu procházející výměníkem tepla a nepřímo zahřívaný hořákem 36 prochází potrubím 42 a je vyfukován do potrubí 28 před rozmělňovacím a sušicím mlýnem 32. U tohoto uspořádání přenášejí horké plyny z hořáku 36 své teplo do objemu vzduchu procházejícího výměníkem 38 tepla a tím je k dispozici dostatek horkého primárního vzduchu pro zahřátí a vysušení práškového uhlí v mlýnu-32, jak je to nutné pro účinné spalování uhlí.

Z důvodů uvedených v předchozí části je žádoucí, aby

• · · · ·· ·· • 4 » « • ·4 · bylo možné řídit teplotu kouřových plynů, vstupujících do srážecího ústrojí nebo pytlových filtrů. Na druhé straně požadavky na množství a teplotu primárního a sekundárního spalovacího vzduchu a na konstrukci předehřívače vzduchu mají základní vliv na teplotu kouřových plynů, opouštějících předehřívač vzduchu. Také teplota kouřových plynů opouštějících chladný konec předehřívače vzduchu musí být regulována, aby se zamezilo kondenzování vlhkosti a ucpávání.

Vynález se proto týká snižování teploty kouřových plynů, přicházejících z předehřívače vzduchu do ústrojí pro shromaždování částic, obsahujícího elektrostatické srážecí ústrojí nebo pytlový filtr. Zejména vynález zahrnuje modifikování činnosti předehřívače vzduchu pro snížení výstupní teploty kouřových plynů a/nebo pro snížení teploty kouřových plynů po jejich výstupu z předehřívače vzduchu, ale před shromažčfovacím ústrojím částic. V modifikovaném provozu předehřívače vzduchu je protékající objem vzduchu zvětšen do přebytku objemu potřebného pro spalování, přičemž tento přebytek vzduchu se potom využívá pro nejméně jeden další účel v elektrárně, který se odlišuje od spalování nebo se vypouští.

Podstata vynálezu

Vynálezem je vyřešen způsobem řízení parního,generátorového systému obsahujícího parní generátor produkující proud kouřových plynů, předehřívač vzduchu převádějící teplo z proudu kouřových plynů do proudu vstupujícího vzduchu pro vytvoření proudu ohřátého vzduchu, regulační ústrojí pro odstraňování částic z proudu kouřových plynů a pračku kouřových plynů, následující za regulačním ústrojím pro odstraňování částic. Podstata vynálezu spočívá v tom, že se při tomto způsobu vede objem vzduchu předehřívačem vzduchu, ve kterém se vstupující vzduch ohřívá a celé množství vstupujícího vzduchu se dělí pro dosažení teploty kouřových plynů požadované pro činnost regulačního ústrojí pro odstraňování částic na první

4

444 4 4 »*♦·

4 · • 4

4

4 část obsahující spalovací vzduch a na druhou část obsahující přebytkový vzduch, objem ohřátého vzduchu se odvádí z předehřívače vzduchu. Způsob podle vynálezu obsahuje také vedení první části ohřátého vzduchu do parního generátoru jako spalovacího vzduchu a vedení druhé části ohřátého vzduchu kolem parního generátoru jako přebytkového vzduchu, přičemž teplo se převádí z přebytkového ohřátého vzduchu do vypouštěných kouřových plynů vypouštěných z pračky kouřových plynů pro opětné zahřátí vypouštěných kouřových plynů.

Vynálezem je v konkrétním provedení vyřešen způsob získávání poměrně čistého proudu přebytkového vzduchu pro omezení emisí částic nečistot rozdělením vzduchové výstupní strany rotačního regeneračního výměníku tepla a odebíráním přebytkového vzduchu se segmentu, ve které je obsah částic v proudu plynů nejnižší. Přídavný vzduch může rovněž procházet předehřívačem omezením množství primárního vzduchu, který je veden kolem předehřívače vzduchu, a zajištěním jiných způsobů pro řízení teploty primárního vzduchu přiváděného do rozmélňovacího ústrojí. Další způsob řízení teploty kouřových plynů na vstupu do sběrného ústrojí částic je založen na ochlazování kouřových plynů po jejich průchodu přeďěhrívácěmvzduchu u chladiče páry parního generátoru nebo šprchovacím chlazením vodou. Chlazení za předehřívačem vzduchu může být používáno samostatně nebo v součinnosti s úpravou předehřívací operace. Způsobem podle vynálezu je také zajištěno řízení procesu, při kterém se udržuje požadovaná teplota v závislosti na různých parametrech systému.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže objasněn pomocí příkladů provedení zobrazených na výkresech, kde znázorňují obr. 1 blokové schéma parního generátoru, ve kterém se uplatňuje příkladné provedení vynálezu, obr. 2 axonometrický pohled na rotační rekuperační předehří44 44

4 * 1 • · *444

4 4 • 4

4

4444 4

vač vzduchu, obsahující prostředky pro aplikaci způsobu podle vynálezu na zařízení z obr. 1, obr. 3 blokové schéma, podobné příkladu z obr. 1, ale znázorňující modifikaci příkladu z obr. 1, obr. 4 blokové schéma, podobné příkladu z obr. 1, ale znázorňující alternativní provedení příkladu z obr. 1, obr. 5 blokové schéma, podobné příkladu z obr. 1, ale znázorňující další využití přebytkového vzduchu, obr. 6 a 7 uspořádání pro přivádění přídavného vzduchu předehřívačem vzduchu snížením množství ohřívacího vzduchu přiváděného do rozmélňovacího ústrojí jeho vedením kolem předehřívače vzduchu, obr. 8 uspořádání pro chlazení kouřových plynů po výstupu z předehřívače vzduchu, které může být používáno samostatně nebo v kombinaci s využitím přebytkového vzduchu procházejícího předehřívačem vzduchu a j obr. 9 alternativní uspořádání pro chlazení kouřových plynů po výstupu z předehřívače vzduchu.

Příklady provedení vynálezu

V předehřívačích vzduchu se jejich činnost řídi kapacitním poměrem vzduchu (C&) á kďpácxtnim póměrěm kouřových’prynů(C_G) a také účinností (E_A) vzduchové strany a účinností (Εθ) plynové strany. Kapacitní výkon je násobkem protékajícího množství a měrného tepla látky. Při typickém provozu parního generátoru vytápěného uhlím je průtočné množství vzduchu a měrné teplo vzduchu vždy menší než odpovídající hodnoty pro proud kouřových plynů. Například průtočné množství vzduchu může být 588,41 kg/sekundu a měrné teplo 1,034 kJ/kgK°, zatímco průtočné množství plynu může být 705,59 kg/sekundu a jeho měrné teplo 1,105 kJ/kgK°.

Z toho vyplývá poměr C_A/Cg rovný 0,78, což znamená, že množství energie, které se může odebrat z proudu plynu, je určováno proudem vzduchu. I v případě, kdy je teplota vystu00 <0000 0 · ♦ 0 ·0·0 0 · • 00 • · • ·

·· • 0 ·*· 0 0 pujícího vzduchu rovna teplotě vstupujícího plynu (E_A = 1), je účinnost (E_G) plynové strany rovna 0,78, protože E_G = ^A^CA^^CG' ^Prot°že je také E_G rovna teplotě plynu v (TGI) teplota vystupujícího plynu (TGO) dělené teplotním maximem a za předpokladu, že TGI je 389,89°C a teplota vzduchu v TAI je 23,89°C, nejnižší možné TGO je rovné 106,39°C. Ve skutečnosti hodnota E_A nad 0,9 vyžaduje zvýšení velmi velké povrchové plochy předehřívače vzduchu. Při poměru E_A/E_G rovném 0,8 je třeba přejít z E_A = 0,909 na 0,93, přičemž toto zvýšení o 2,3 % vyžaduje zvětšení povrchové plochy o 18 %. Pro uvedený příklad TGI = 389,89°C a TAI = 23,89°C je EA 0,909 rovné E_g 0,709, což má za následek TGO = 132,78°C a TAO = 365°C.

Jestliže se poměr ^CA^CG ^zvÝší na 0,9 pro stejnou oblast povrchové plochy, bude E_A 0,88 a potom se objeví ztráta teploty předehřátého vzduchu na 353,89°C, to znamená předehřátá tep• lota je o 6,67°C nižší. Avšak E_G je nyní 0,88 x 0,9 = 0,792, což dává TGO 101,67°C a snížení TGO o 13,33°C. Při teplotě £·;

r> 101,67°C může být elektrostatické srážecí ústrojí podstatně Λ;

, , . ·* 11 menši a tím se dosahuje značných úspor než tomu bylo pri současné ztrátě 6,67°C. Způsob zvýšení poměru C_A/C_G má obsahovat zvýšení objemu proudu vzduchu a následné odvádění přebytku , ohřátého vzduchu, který není potřebný přo^páToVáTrí . “Vypouš?“-- -----vrtění přebytkového vzduchu obvykle předpokládá, že se tento ohřátý vzduch využije někde v celém zařízení. Jednou z možností využití přebytku ohřátého vzduchu je opětné ohřívání nasycených kouřových plynů, opouštějících pračku plynu, před jejich vypouštěním do komína, aby se podpořilo stoupání kouře a omezila se jeho viditelnost. Avšak potenciální problém související s použitím přebytku vzduchu z předehřívače vzduchu pro tento účel nebo další účely, při kterých má být odváděn přebytek vzduchu do atmosféry, spočívá v tom, že vzduch často obsahuje značné množství částicového materiálu, které by mohlo omezit využití kvůli překročení emisních limitů.

Ačkoliv se následující popis různých příkladných provetoto totototo toto to to to « · • >

···· e toto to* to* * · to 0>to to toto to tofto to • to ♦ to · tolto to to · · to to% « • « to to to · · dění týká zpravidla specificky elektrostatických srážecích nádob, je vynález použitelný také pro pytlové filtry. Popis je zpravidla zaměřen na rotační regenerační výměníky tepla, avšak alespoň některé z příkladných provedení je možno aplikovat na rekuperační předehřívače vzduchu. Na. obr. 1 je zobrazen schematicky parní generátorový systém, obsahující parní generátor 12, předehřívač 14 vzduchu, elektrostatickou srážecí nádobu 16. pračku 18 kouřových plynů a přihřívač 20 kouřových plynů. Toto uspořádání jednotlivých ústrojí je typické pro parní generátorové systémy a zejména pro parní generátory vyhřívané uhlím, u kterých jsou elektrostatické srážecí nádoby používány pro odstraňování částic z kouřových plynů a pračky plynu jsou používány pro odstraňování plynných nečistot. Kouřové plyny 22 přenáší teplo na výměníkovou plochu na kouřové stráně 24 předehřívače 14 vzduchu a toto teplo je pohlcováno vstupujícím vzduchem 26 na vzduchové straně předehřívače 14 vzduchu. Většina ohřátého vzduchu je využívána jako primární spalovací vzduch 30 a sekundární spalovací vzduch 32. Třetí proud 34 ohřátého vzduchu bude popsán v další části. Kouřové plyny 17 z elektrostatické srážecí nádoby 16 jsou propírány v pračce 18 plynu a opět zahřívány v přihřlvačí 20 ♦ -..........- .- ............

Jak bylo uvedeno v předchozích částech popisu, řešením podle vynálezu se má zvýšit průtok vzduchu nad objem potřebný pro spalování. Toho je dosaženo zvýšením podílu C_A/C_G a snížením teploty kouřových plynů pro zlepšení činnosti elektrostatické srážecí nádoby 16. Jak již bylo řečeno, tento přebytečný vzduch je odváděn, což obvykle znamená, že je využit v jiné části zařízení. V příkladném provedení zobrazeném na obr. 1 je přebytečný vzduch odváděn proudem 34 vzduchu. Jednou z hlavních možnosti využití přebytku ohřátého vzduchu je opětné zahřívání nebo napomáhání zahřívání nasycených kouřových plynů z pračky 18 kouřových plynů nad rosný bod pro redukování viditelnosti kouřového oblaku a získání schopnosti

<9* <9999	9» · « ·	99 '9 •	99 .
• ·'	* *
•	9	• 9	•	•9 9
• 99 9	•	♦ ♦♦	9 9	99

udržet se ve vzduchu. Na obr. 1 a také na obr. 3 a 5 je navíc zobrazeno přidávání proudu 34 přebytečného vzduchu do vypouštěných kouřových plynů 19 a následné odvádění směsi do komína 37. Navíc pro předávání tepla do kouřových plynů se může využít přihřívač 20, například parní ohřívač s topným hadem nebo hořákem. Využití přebytečného vzduchu redukuje společně s přihřívačem 20 tvořícím přenosové ústrojí tepla využití jinak nutného přenosového ústrojí pro přenos tepia. Místo využití přebytku vzduchu pro opětné ohřívání kouřových plynů se může z proudu 34 přebytečného vzduchu odvádět do atmosféry vypouštěný vzduch 35. V případě potřeby může být odváděný vzduch čištěn ve filtru 33. Protože proud vypouštěného vzduchu 35 může mít malý objem, je potřebné opatřit zařízení jen malým filtračním zařízením.

Problém s využitím ohřátého vzduchu z předehřívače vzduchu pro jeho směšování s kouřovými plyny, které byly nyní vyčištěny, spočívá v tom, že vzduch zachycuje značné množství částicového materiálu z předehřívače vzduchu. Ten se zejména vyskytuje v palivu s vysokým podílem popela, zejména v uhlí. Takový proud vzduchu, obsahující významný obsah částicového materiálu, nemůže být smíchán s kouřovými plyňý a odváděn ko-⁷mínem kvůli stanoveným limitům pro emise kouřových plynů.

Protože rotor rotačního regeneračního předehřívače vzduchu se otáčí z plynové strany k vzduchové straně, částice unášené objemem kouřových plynů, obsaženým v otevřených prostorách výměníkových prvků pro výměnu tepla, se přemísťují na vzduchovou stranu. Kromě toho větší množství částic může být shrnováno s výměníkových ploch působením proudu vzduchu. Výsledkem toho je, že většina částic, které jsou sbírány proudem vzduchu, je odváděna na začátku dráhy rotoru vzduchovou stranou. Při pohybu rotoru vzduchovou stranou zmenšují unášené částice svoji velikost. Jinými slovy, ohřátý vzduch opouštějící vzduchovou stranu je nejčistší na konci průchodu ro• ♦ • · ···> 9 » .;·τ» « ♦ ·. ♦ ·

toru vzduchovou stranou. Jinak vyjádřeno, vzduch je nejčistší těsně předtím, než sekce rotoru projdou ze vzduchové strany zpět na plynovou stranu. Výsledkem toho je, že se projevuje gradient obsahu částic v ohřátém vzduchu, projevující se postupným snižováním obsahu částic při průchodu rotoru vzduchovou stranou.

V příkladném provedení vynálezu, zobrazeném na obr. 1, se spíše než pouhé odvádění určitého procenta z celého proudu vzduchu odebírá určitá část ohřátého vzduchu ma vypouštěcím konci předehřívače vzduchu, určeném pro vypouštění vzduchu, jako zdroj vypouštěného vzduchu, takže zvolená část je tvořena nejčistším vzduchem, pokud se týká obsahu částic. To se provádí rozdělením vypouštěcího konce předehřívače vzduchu na segmenty a odsáváním odváděného vzduchu v podstatě pouze z toho segmentu, který je posledním segmentem ve směru rotace vzduchovou stranou. Na obr. 2 je znázorněn axonometrický pohled na předehřívač 14 vzduchu, vytvořený podle tohoto příkladného provedení vynálezu. Předehřívač 14 vzduchu obsahuje rotor 36. rotorovou skříň 38, spojovací desky 40 plynových vstupních potrubních jednotek, spojovací desky 42 plynových výstupních potrubních jednotek a spojovací deškv~'44 vzdučfio^ vých vstupních potrubních jednotek a spojovací desky 46. vzduchových výstupních potrubních jednotek. Tyto spojovací desky 40 až 46 výstupních potrubních jednotek tvoří propojení mezi potrubím a v průřezu kruhovou nebo mnohoúhelníkovou rotorovou skříní 38.. Zobrazený rotor je konvenčního typu, který je rozdělen do výsečí pomocí rotorových přepážek 48, přičemž tyto výseče jsou dále rozděleny do oddílů rozpěrnými deskami 50. Předehřívač 14 vzduchu je rozdělen na plynovou stranu a vzduchovou stranu obvyklými segmentovými deskami 52 na horní straně a nezná zorněné spodní straně rotoru :36. V sousedství horního konce a spodního konce rotoru 36 mezi vzduchovou stranou a plynovou stranou jsou umístěny horní střední sekce 54 a spodní střední sekce 56. Vzduchový předehřívač by mohl 'Ί '^:'·Ί

•»· α>9·9

9

9’ · ♦ » · • 9

9999 9 ' •

99· >9

• 9 ' ·· obsahovat různé další součásti a detaily, které nejsou zobrazeny, například radiální a axiální těsnění pro omezení úniků vzduchu a plynu mezi výsečemi.

.Předehřívač 14 vzduchu použitý v tomto příkladném provedení vynálezu je opatřen prostředky pro oddělení té části proudu ohřátého vzduchu, která obsahuje vypouštěný podíl vzduchu. Ty jsou zobrazeny na obr. 2 jako příčky 58, probíhající obecně radiálně napříč spojovacích desek 46 vzduchových výstupních potrubních jednotek. Příčka 58 je umístěna v poloze, ve které odděluje požadovanou část celkového proudu vzduchu jako odváděného vzduchu. Vhodné odváděči prostředky by potom mohly oddělit odváděný proud 34 vzduchu (obr. 1) do požadovaného místa pro konečné využití odváděného vzduchu například pro zahřívání kouřových plynů. Jak je vyznačeno šipkou určující směr otáčení na obr. 2, příčka 58 je umístěna tak, že odváděný vzduch je odváděn z poslední části vzduchové strany předtím, než se rotor 36 opět dostane na plynovou stranu. Například jestliže je využíváno 10 % přebytkového vzduchu nad množství vzduchu potřebné pro spalování, příčka 58 by byla umístěna tak, že odděluje například 10 % plochy omezené spojovacími deskami 40 vzduchových^-výstupních potrub= *i

~ΊΗί nich jednotek. Zbývajících 90 % by bylo spojeno s potrubním systémem pro přivádění spalovacího vzduchu do topeniště. Kromě přepážky 58 je možno použít dalších konvenčních přepážek pro odděleni primárního a sekundárního spalovacího vzduchu a v některých případech i terciálního vzduchu.

Na obr. 3 je znázorněno jedno z alternativních příkladných provedení vynálezu, které může být používáno v případech, kdy je z rotoru odstraněno nedostatečné množství částic na začátku průchodu vzduchovou stranou a příliš, velké množství částic je unášeno odváděným vzduchem. Rychlost pohybu vzduchu v prvním úseku vzduchové strany se může zvýšit, aby se tak napomáhalo sfoukávání částic v místě, které je nejvíce

ť ** *··« • ♦. · • · • · • · ···» · ♦» • · • * • * 0 • · • · vzdálené od úseku odváděného vzduchu. To je schematicky zobrazeno na obr. 3 třemi proudy 26a, 26b, 26c vstupujícího vzduchu. Třetí proud 26c vzduchu je vstupující odváděný vzduch, zatímco druhý proud 26b vzduchu je středním proudem přicházejícím do středu vzduchové strany. První proud 26a vzduchu, který přichází do začátku průchodu rotoru vzduchovu stranou, obsahuje prostředky 27, například přídavný ventilátor pro 2výšení rychlosti pohybu vzduchu v tomto úseku. Tato zvýšená rychlost pohybu vzduchu přispívá k odtrhování částic a jejich umístění na začátek vzduchové strany.

Další přídavné výhody řešení podle vynálezu jsou patrné z účinnosti parního kotle. Díky regeneračnímu principu jsou výměníkové plechy pro výměnu tepla, kolem nichž proudí vzduch, nejteplejší tehdy, když nejprve vstupují do vzduchové strany, a nejchladnější těsně před vstupem do plynové strany. Tento rozdíl teplot kovového materiálu výměníkových plechů produkuje gradient teploty předehřívaného vzduchu s nejvyšší teplotou na vzduchové straně v místě nejbližším k plynové straně, ke které se všechny prvky pohybují při svém otáčení, a s nejnižší teplotou v místě nacházejícím se nejblíže k plynuvé straně, ze které^- prvky vyčírázě5'í^_pri“svém otáčení.- Tentorozdíl může být značný a může se pohybovat například kolem 16°C. Jestliže je odváděný vzduch odebírán z nejchladnějšího úseku, je průměrná teplota zbývajícího spalovacího vzduchu větší než průměrná teplota celého proudu vzduchu. Například průměrná teplota spalovacího vzduchu může být o přibližně 2°C větší pro rozdíl teplot 16°C při odvádění 10 % vzduchu do ovzduší. Zvýšená teplota spalovacího vzduchu zvyšuje účinnost parního kotle.

•;·ο

Obr. 4 znázorňuje jiné využití přebytečného ohřátého vzduchu. V praxi se spotřebovává značné množství energie pro udržování dostatečně vysoké teploty různých konstrukcí a součástí pro elektrostatické srážení, například výsypek a izolá-

··· ·· »» !»♦·« ♦ ♦. * ·' · * (· • · ♦ ♦· · · torů, aby se zamezilo místní kondenzaci. Dosud se ta gie získává z elektrických topných tělísek nebo parních topných hadů. Ve zvláštním příkladném provedení vynálezu, zobrazeném na obr. 4, je zdrojem tepla pro udržování dostatečné teploty ve výsypkách 60 a izolátorech 62 přebytek ohřátého vzduchu v proudu 34 vzduchu. Přebytek vzduchu v tomto příkladném provedení podle obr. 4 je potom odváděn do komína 37 v místě 64., kterým také procházejí kouřové plyny 17 z elektrostatického srážecí nádoby 16.

Obr. 5 znázorňuje další příkladné provedení možného využití přebytku ohřátého vzduchu a zahrnuje umístění ohřívače 66 napájecí vody v proudu přebytečného vypouštěného vzduchu 35. Ohřívač 66 napájecí vody předehřívá napájecí vodu 68 před přívodem 70 do parního generátoru 12.

Obr. 6 a 7 zobrazují rozdílný přístup k průchodu přebytečného vzduchu předehřívačem vzduchu, aby se dosáhlo přídavného chlazení kouřových plynů. V systému pro výrobu páry, vytápěném uhlím, je primární spalovací vzduch přiváděn do rozmělňovače uhlí na prášek a slouží pro sušení a dopravu práškového uhlí. Protože příliš vysoké teploty směsí uhelněho prášku a vzduchu by mohly vést k samovolnému vznícení a spalování uhelného prášku uvnitř rozrněInovacího zařízení, musí být teplota primárního spalovacího vzduchu, přiváděného do rozrněInovacího zařízení, regulována. To zpravidla vyžaduje vedení 40 % až 50 % primárního vzduchu kolem ohřívače vzduchu. Vzduch vedený kolem ohřívače je využíván pro regulování a přizpůsobení teploty vzduchu vstupujícího do rozmělňovacího zařízení. Různé druhy uhlí mají rozdílné doporučené teplotní limity, které se mohou pohybovat v rozmezí od 77°C do 12O°C. Na obr. 6 a 7 jsou zobrazeny proudy 26a sekundárního vzduchu a proudy 26b primárního vzduchu, které jsou vháněny do vzduchové strany 28 předehřívače 14 vzduchu společně s primárním spalovacím vzduchem 30 přiváděným do rozmělňovato ener13 ·· ho * 5 ♦*

9 • 9 ·♦·» · >9 í·

999

99. 99

ΑίΛ i čího ústrojí 70*. Obtokový vzduch je veden kolem předehřívače 14 vzduchu obtokovým potrubím 72 a potom je znovu zaváděn do ohřátého primárního spalovacího vzduchu a tím se přizpůsobuje jeho teplota na požadovanou hodnotu.

V tomto příkladném provedení je v obtokovém potrubí 72 vřazeno hradítko 74 nebo jiné regulační ústrojí průtoku pro regulování množství obtékajícího vzduchu. Jestliže se množství obtékajícího vzduchu sníží, zvýší se množství primárního vzduchu procházejícího předehřívačem vzduchu a výsledkem toho je snížení teploty vystupujících kouřových plynů. Tím se také snižuje množství regulačního vzduchu a zvyšuje se teplota primárního vzduchu přicházejícího do rozmělňovacího ústrojí 70'. Proto je třeba zajistit další ústrojí pro obnovení vhodné teploty pro rozmělňování. V příkladném provedení zobrazeném na obr. 6 tato ústrojí obsahuje výměník 76 tepla, který snižuje teplotu primárního vzduchu například použitím kondenzační vody. V tomto případě slouží výměník 76 tepla jako ekonomizér. Obr. 7 zobrazuje jiné alternativní chladicí zařízení obsahující přivádění rozprašované vody 78 přímo do proudu primárního vzduchu pro zajištění chlazení vypařováním.

Obr. 8 znázorňuje další příkladné provedení vynálezu obsahující chlazení kouřových plynů po jejich průchodu předehřívačem vzduchu, ale před zavedením do elektrostatické srážecí nádoby. Ta může být používána samostatně jako ústrojí pro další chlazení kouřových plynů až na teplotu vhodnou pro srážení ve srážecí nádobě nebo může být používána společně s využitím přebytku vzduchu procházejícího předehřívačem vzduchu, jak to bylo popsáno při objasňování předchozích příkladů. V příkladu na obr. 8 se částečně ochlazený kouřový plyn 15 vede z předehřívače 14 vzduchu výměníkovou sekcí 80 ekonomizéru pracujícího při nízkých teplotách, kde se kouřové plyny dále ochlazují napájecí vodou 82 přicházející z neznázorněného cyklu parní turbiny na teplotu vhodnou pro srážecí

73?

«<

- 14 ·» »·*· ϊ * • · * » ·»·· « ♦ 9 ♦ /· ·· <Κ<» 9 * · > «% « .'· · .-(··<· 9¼ ♦ · · * ί* 9 operaci. Dále ochlazené kouřové plyny 17 se potom vedou do elektrostatické srážecí nádoby 16 a ohřátá napájecí voda 84 se vede do parního generátoru 12. Tímto způsobem se energie z kouřových plynů 17 převádí do pracovní látky parního generátoru 12 (vody) a tím se zvyšuje čistá účinnost celého zařízení a také jeho výkon. Tímto způsobem se kondenzát předehřxvá místo toho, že by se jinak využíval v ohřívači napájecí vody odebíranou parou. Protože se tím zmenšuje potřeba odebírání páry, přídavná pára se nechá expandovat v nízkotlakých stupních parní turbiny pro generování přídavného výkonu.

Obr. 9 znázorňuje přídavný způsob chlazení kouřových plynů za předehřívačem vzduchu. Kouřové plyny 15 z předehří- { vače 14 vzduchu proudí do sprchovací komory 86 a prochází jí a potom přecházejí do elektrostatické srážecí nádoby .16. Ve sprchovací komoře £6, která může být přímo částí potrubí pro

Jí vedení kouřových plynů 15, jsou do proudu kouřových plynů 15 ' J vstřikovány kapičky vody. Část zjistitelného tepelného obsahu ·.··'* kouřových plynů 15 je použita pro odpaření kapiček vody a tím ; ... j ochlazuje kouřové plyny 15 a zvyšuje jejich vlhkost. V ideálním uspořádání dochází k úplnému odpaření kapiček vody dříve než dosáhnou eíektrostatick§~sřížečl^-ňáačby“^ nebo- jiných - ---------ú ploch, na které by mohly dopadat a srážet se do větších kapek. Pokud se kapičky plně neodpaří, mohou zvlhčovat povrch a způsobovat hromaděni popela a narůstání vrstvy uchycených částic. Například u aplikace pro parní generátor s výkonem 400 MW s jmenovitým proudem kouřových plynů dosahujících 2 x 10⁶ kg/hod se latentním teplem vypařování vznikajícím při sprchování vodou v množství 5000 kg/m³ umožní snížení teploty kouřových plynů o 5,5°C. Doba potřebná pro úplné odpaření kapiček je funkcí několika parametrů včetně velikosti kapiček, teploty kouřových plynů a vlhkosti kouřových plynů. Doba odpařování se zejména liší a mění se úměrně druhé mocnině velikosti kapiček. U vynálezu je velikost kapiček omezena jednou z několika možností.

			··,
• ·	•	· A
	•	• · ϋ»	* 1	© *

•	*·	• · ·	•	¹ '« ·
	•	···		··

i;

Velikost kapiček je omezena rozprašováním vody a násled- tj ným využitím separátorů dělících kapičky podle velikosti a vytvořených například ve formě cyklónových odlučovačů, nárazových oddělovačů, štěrbinových separátorů, odstraňovačů mlžných částic, elektrostatických srážecích ústrojí nebo filtrů pro odstraňování větších kapiček. Na obr. 9 je voda 88 přiváděná ventilem 89 rozprašována do odlučovače 90 a potom rozprašována rozprašovacím ústrojím 92 do kouřových plynů.

Kritická velikost kapiček je určena objemem vody, která se stačí odpařit na vstupu do elektrostatické srážecí nádoby 16 nebo před ní. To je řízeno výstupní teplotou kouřových plynů vycházejících z předehřívače 14 vzduchu a dosažitelnou dobou setrvání v potrubí mezi místem, kde probíhá sprchování, a elektrostatickou srážecí nádobou 16. Při jmenovité době se- , trvání například 1 sekundy a střední teplotě kouřových plynů .

110°C se dosáhne úplného odpaření kapiček o průměru 30 mikro- >

nů. ·

Obr. 9 také zobrazuje variantu tohoto chladicího procesu K* ..

využívajícího sprchování vodou, u kterého se používá přehřáté vody. V této variantě se voda 88 vede pod tlakem ventilem 94 .

a zahřívá se přebytkovým proudem 34 vzduchu nebo jinou zahřívací látkou ve výměníku 96 tepla na teplotu vyšší než 10 0°C, zejména 120°C až 130°C před jejím rozprášením a přivedením do s sprchovací komory 86. Toto přehřívání postřikovači vody výrazně snižuje jak střední, tak také maximální velikosti kapiček.

Korozivita a znečišfovací potenciál kouřových plynů, způsobovaná zejména změnami vlastností uhlí a/nebo změnami při provozu parního generátoru může měnit požadavky na chlazení kouřových plynů vstupujících do ústrojí pro shromažďování částic. Proto je třeba tyto změny omezovat a současně regulovat chlazení. Toho je dosaženo integrovaným řídicím schématem, který obsahuje provozní parametry předehřívače

vzduchu. Schéma umožňuje měnit teplotu vystupujících kouřových plynů na výstupu z předehřívače vzduchu podle potřeb pro účinný provoz shromažďovacího ústrojí pevných částic při zachování potřebného proudu spalovacího vzduchu a teplot vyžadovaných pro účinný provoz parního generátoru. Různé vstupy, které mohou být vybrány pro takový řídicí systém, obsahují plynulou analýzu plynů pro kontinuální zjišťování emisí pro takové faktory jako je úroveň S0₂ a 0₂, teplota kouřových plynů na výstupu předehřívači vzduchu, průtok sekundárního vzduchu, analýza paliva, opacita kouřových plynů, celý rozsah provozních dat parního generátoru a řídicí parametry elektrostatické srážecí nádoby. Výsledné výstupy řídicího systému mohou obsahovat řízení předehřívače vzduchu, aby (1) se za- J jistilo proměnné množství nebo proměnná teplota chladicího vzduchu pro dosažení požadovaného profilu výstupní teploty kouřových plynů pro omezení korozivních účinků a znečišťovacího potenciálu, (2) se dosáhlo řízení elektrostatického srážecího procesu, zejména nastavení vysokého napětí a rozkmitávacího kmitočtu pro omezení požadavku na energii pro danou úroveň emisí a (3) zajistilo se řízení provozu parního generátoru k využití alespoň části přebytkového ohřátého vzduchu ( z předehřívače vzduchu jako spalovacího vzduchu pro zvýšeni ^: 3 účinnost parního generátoru. ,

Claims

1. Způsob řízení parního generátorového systému obsahujícího parní generátor (12) produkující proud kouřových plynů (22), předehřívač (14) vzduchu převádějící teplo z proudu kouřových plynů (22) do proudu vstupujícího vzduchu (26) pro vytvoření proudu ohřátého vzduchu, regulační ústrojí (16) pro odstraňování částic z proudu kouřových plynů (22) a pračku (18) kouřových plynů, následující za regulačním ústrojím (16) pro odstraňování částic, vyznačující se tím, že vstupující vzduch (26) se vede předehřívačem (14) vzduchu, ve kterém se vstupující vzduch (26) ohřívá a celé množství vstupujícího vzduchu (26) se dělí pro dosažení teploty kouřových plynů (22) požadované pro činnost regulačního ústrojí (16) pro odstraňování částic na první část (30, 32) obsahující spalovací vzduch a na druhou část (34) obsahující přebytkový vzduch, objem ohřátého vzduchu (26) se odvádí z předehřívače (14) vzduchu, první část (30, 32) ohřátého vzduchu se přivádí do parního generátoru (2) jako spalovací vzduch, druhá část (34) ohřátého vzduchu se vede kolem parního generátoΎΊΓ (12) jako přebytkový vzduch a teplo -&&- převádí z přebyt-ko-.....

vého ohřátého vzduchu (34) do vypouštěných kouřových plynů (19) vystupujících z pračky (18) kouřových plynů pro opětné zahřátí vypouštěných kouřových plynů (19).

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že při přenosu tepla z přebytkového ohřátého vzduchu (34) do kouřových plynů (19) se směšuje přebytkový ohřátý vzduch (34) s kouřovými plyny (19).

3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že parní generátorový systém dále obsahuje pračku (18) kouřových plynů, následující za regulačním ústrojím (16) pro odstraňování částic a teplo se přenáší z přebytkového • » ^00 0 ♦ ·” 0 • » ·00· 0

0 0 0 0 0 0 0 000 00 00 00 ohřátého vzduchu (34) do kouřových plynů (19) odváděných z pračky (18) kouřových plynů pro opětné zahřátí vypouštěných kouřových plynů (19).

4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se t í m , že při přenosu tepla z přebytkového ohřátého vzduchu (34) do kouřových plynů (19) se směšuje tento přebytkový ohřátý vzduch (34) s kouřovými plyny (19).

5. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že regulační ústrojí (16) pro odstraňování částic je elektrostatickou srážecí nádobou obsahující součásti vyžadující zahřívání, přičemž zahřívání součástí se provádí přebytkovým ohřátým vzduchem (34).

6. Způsob podle nářoku 5, vyznačující se tím, že se zahřívané součásti obsahují výsypky (60) a izo- $ látory (62).

7. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím , že předehřívač vzduchu, přenášející teplo z proudu . ΐ kouřových plynů do vstupujícího proudu vzduchu, produkuje c* proud ohřátého vzduchu a proud částečně ochlazeného proudu kouřových plynů a dále se provádí další chlazení částečně ochlazeného proudu kouřových plynů na požadovanou teplotu pro zajištění provozu regulačního ústrojí (16) pro odstraňování částic.

8. Způsob podle nároku 7, vyznačující se tím, že při dalším ochlazování částečně ochlazeného proudu kouřových plynů se částečně ochlazený proud kouřových . plynů sprchuje kapičkami vody.

9. Způsob podle nároku 7, vyznačující se tím, že při sprchování kapičkami vody se voda rozprašuje a odstraňují se kapičky s nadměrnými velikostmi.

10. Způsob podle nároku 7, vyznačující se tím, že kapičky vody obsahují přehřátou vodu.

11. Způsob podle nároku 6, vyznačující se t í m , že parní generátorový systém dále obsahuje proud napájecí vody a při dalším ochlazování částečně ochlazeného proudu kouřových plynů se vede proud částečně ochlazených kouřových plynů do kontaktu, zajištujícího výměnu tepla, s proudem napájecí vody, přičemž proud napájecí vody se ohřívá a částečně ochlazený proud kouřových plynů se dále ochlazuje na teplotu požadovanou pro činnost regulačního ústrojí (16) pro odstraňování částic.