CZ299596A3 - Means for regulating flow of gaseous combustion products in power plants with combined mode of operation - Google Patents

Description

Vynález se týká zlepéeni uspořádání pr-naUg^edku regulace toku plynných spalin v elektrárnách pracujících v tzv. kombinovaném režimu.

Dosavadní stav techniky

Elektrárny pracující v tzv. kombinovaném režimu jsou opatřeny spalovací turbínou, pohánějící alternátor, kotlem na odpadní teplo, ve kterém se vyrábí pára, a parní turbinou, pohánějící druhý alternátor.

V kotli se k výrobě páry využívá odpadního tepla, které vzniká spalováním plynu, přičemž se jedná o velký objem a vysokou teplotu spalin.

Elektrárny pracující v kombinovaném režimu mají velký výkon, jejich rozběh je velmi rychlý a poměrně málo znečisťují životní prostředí.

V zařízeních tohoto typu se regulace odklonu toku plynných spalin ze spalovací turbiny provádí v obtokovém kanálu (tzv. by-pass), který je instalován před kotlem, aby teplé spaliny mohly být odváděny dle potřeby přímo do atmosféry nebo ke kotli.

Tímto způsobem je zajištěna nezávislost plynového a parního režimu a zároveň lze využít přednosti spalovací turbiny, kterými jsou mimořádně rychlý rozběh a krátká doba uvedeni do v provozu.

režim není nebo nemůže být v tomto případě pracuje provozu, pokud parní Spalovací turbína v otevřeném režimu, tzn. s přímým odvodem plynných spalin do atmosféry.

Obtokový kanál musí být v tomto uspořádáni opatřen prostředkem regulace, který odkloní tok teplých plynných spalin.

Je třeba poznamenat, že výrobci spalovacích turbín mají tendenci nabízet stále výkonnější stroje, které v současné době dosahují výkonu od 100 MW do 230 MW a lze očekávat, že v blízké budoucnosti budou jejich výkony ještě vyšší.

V takových podmínkách	plynné	spal i ny	proudí	rychlostí
100 až 150	km/hod. a jejich	teplota	dosahuje	až 650°	C.
Uspořádáni prostředku	regrulace	toku plynných	spalin je
technicky	náročné. Musí	splňovat	řadu podmínek.	zejména
absolutni	nepropustnost,	rychlou	a za	všech	okolností
spolehlivou	i ovladatelnost.	Provozní	podmínky	prostředku jsou

přitom velmi náročné: jedná, se o prostředek velkých rozměrů ( řádově 6m x 7m x 7m), jeho díly jsou vystaveny značným teplotám, vysokému tepelnému rázu, velké rychlosti a turbulenci plynných spalin.

Známé průmyslově užívané prostředky regulace se vyznačují určitými výhodami i nevýhodami.

Známe je tzv.viceklapkove uspořádání, ve kterém je jeden prostředek regulace instalován na obtokovém kanálu a druhý na kanálu vedení spalin ke kotli.

Každý takový prostředek je opatřen v podstatě několika regruiačnimi klapkami, které se otáčí v ose a otevírají nebo uzavírají příslušný kanál plynných spalin.

Technika tohoto typu velmi dobře odklání tok plynných spalin, ale prává tato charakteristika není v kombinovaném pracovním režimu nejpodstatnéjši. Nevýhodou takového uspořádáni je probl©matické zajištěni dokonalé nepropustnosti spalin, zejména vzhledem k celkové délce utěsňovaného profilu a nelze ani opomenout riziko náhodného současného uzavření obou prostředků regulace, které by způsobilo značné škody na materiálu.

Z těchto důvodů nejsou takové prostředky v elektrárnách kombinovaného režimu prakticky použitelné a nachází uplatnění v průmyslu tam, kde regrulace toku plynných spalin je technologicky zdůvodněna.

Existují rovněž prostředky regulace opatřené jednoduchou regrulační klapkou, která je uchycena na hnacím hřídeli. Klapka uzavírá buď kanál vedení spalin ke kotli, nebo uzavírá vstup spalin do obtokového kanálu.

Tyto regulační klapky mají velmi dobré těsnící vlastnosti, zabezpečuji maximální výkon kombinovaného režimu výše uvedené klapky a jsou použitelné na zařízeních o výkonu do 120 MW.

Be^ulaČni klapka je však v prvé fázi otevírání a v podstatě až do poloviny její dráhy vystavena velkému tlaku plynných spalin. Tento tlak nejprve brání, posléze náhle usnadni její otevřeni, přičemž vznikají značné vibrace a nosný hřídel, včetně celého systému ovládání klapky, je silně namáhán. 2 toho důvodu musí být prostředek reguace a jeho klapka poměrné masivní. Nevýhodou je rovněž technický limit výškového rozměru klapky, což bráni jejímu použití u moderní a vysoce výkonné spalovací turbíny.

2atím je však tento typ prostředku regulace daleko nejpouáívanéjšl u spalovacích turbín omezeného výkonu.

Vzhledem k výše uvedeným nedostatkům byly navrženy prostředky regulace opatřené jednoduchou klapkou s pomocným sklopným hřídelem ( bývá označena To^gTe).

V tomto provedeni je klapka upevněna na nosném hřídeli a je ovládána přidaným vodicím hřídelem trubkovitého tvaru, který je táhly spojen s klapkou.

Takto uspořádaná regulační klapka má stejné výhody jako přímého ovládání a je lépe uzpůsobena s/ysoce výkonným spalovacím turbinám.

Její konstrukce '/Sak nezabráni vibracím, které jsou však poněkud menál než u výše popsaného prostředku.

K tomu se přidružuje skutečnost, že při otáčeni hřídele, které je větší než 120°, je obtížné zavést hydraulické Vodici hřídel musí mít velký průměr a značnou protože při umístění v obtokovém kanálu je v průběhu manipulace s klapkou vystaven značnému mechanickému a tepelnému zatížení.

Existují také prostředky regulace opatřené třemi klapkami, které nezávisle na sobě uzavírají část průchodu plynných spalin. Tyto prostředky jsou vhodné pro vysoce výkonné spalovací turbiny, ale vyznačuji se nižšími těsnicími vlastnostmi (vzhledem k délce utěsňovaného proíilu), složítým ovládáním souboru tří hřídeli a nespolehlivostí z hlediska možného nahodilého otevřeni, např. při výpadku elektrického napětí.

ovládání. tloušťku.

V dokumentu WO 88/09458 je popsán mechanizmus ovládání klapky k otevřeni a uzavřeni průchodu plynných spalin vysoké teploty, při které jsou hřídel i táhla vystaveny takovému tepelnému zatíženi, ktere může způsobit jejich deformace a následné narušeni utěsněni klapek. Přizpůsobivost pružných spojů je v tomto případě nedostatečná a nemůže vyrovnat deformace způsobené prohýbáním klapky.

Dokument US-A-3 605 811 popisuje prostředek regulace opatřený šoupátkem nebo tlakovzdušným rozvodným šoupátkem. Nevýhodou tohoto prostředku je nedostatečná těsnicí schopnost při vysokých teplotách.

Rozměry šoupátka jsou velmi malé. Technika posouváni šoupátka vyžaduje přesné opracováni kluzných ploch, aby styčné plochy lícovaly. Z toho důvodu je využiti Šoupátka v prostředí vysokých teplot a průtoku vekého objemu spalin nevhodné.

Kromě toho je zřejmé, že toto prostředí působí i na zvedák ovládající šoupátko, neboť na jeho táhlo působí značná teplota.

Dokument EP-A-0 533 282 popisuje mechanizmus ovládání klapky uchycené na hřídeli typu stěžeje. Rovněž tato technika je určena pro klapky malých rozměrů a pro turbíny menšího výkonu. Zvětšeni rozměrů klapky by vedlo ke zvětšeni točivého momentu motoru hřídele a k celkovému předimenzováni mechanizmu. To by ovšem neřešilo problém vibrací při manipulaci s klapkou.

Dokument US-A-4 354 528 popisuje prostředek regrulace pro zcela jinou aplikaci (jímač prachu), ve které není upřednostňován požadavek utěsnění. Vodící táhlo klapky prochází výstupní trubicí a nemůže být vystaveno vysokým teplotám, neboť by se mohlo v této trubici vzpříčit.

Dokument FR-A-2 305 666 popisuje prostředek regulace spalin v kouřovém kanálu, který však není vhodný pro spalovací turbíny. V tomto dokumentu je tok kouřových plynů popsán jako nepravidelný, článkovaný až plynulý. Ovládání klapky soustavou lan je problematické vzhledem k pracovnímu prostředí. Při stavění klapky do určité polohy vzniká před její čelní stěnou vířeni kouřových plynů a aerodynamické tlaky různé intenzity a směru. Tím vznikají vibrace, které mohou ještě zesílit po následném rozkmitáni pružného ovládacího systému klapky a v horším případě přivodit deformaci celého mechanizmu. Ovládáni klapky soustavou lan nezajišťuje přesné polohovánl klapky, které v podstatě závisí na rovnovážné poloze tlaku kouřových plyn© na čelní stěnu klapky a elastičnosti jejího ovládacího systému.

Podstata vynalezu

Podstatou vynálezu je prostředek regulace toku plynných spalin, jehož technická zlepšeni lze aplikovat na stávající prostředky regulace a jeho uspořádáni vyhovuje i budoucím výkonnějším zařízením, přičemž tento prostředek do značné míry odstraňuje nedostatky dosavadní techniky.

Prostředek dle vynálezu má zejména následující výhody: dobré těsnicí vlastnosti, ovládáni, které není vystaveno vysokým teplotám, jednoduché uspořádáni mechanizmu ovládáni regulační klapky a možnost jeho instalace do širokých odtahových kanál© výkonných turbin.

K dosažení těchto parametr© bylo zapotřebí uspořádat zařízeni tak, aby ovládací prvky regulační klapky byly co nejvíce chráněny před tepelnými rázy.

Řešeni dle vynálezu spočívá v tom, že prostředek regulace je opatřen jedinou regrulačni klapkou, která je vsazena do hřídele, přičemž obdobně jako v provedeni Togrgrle, hřídel tuto klapku pouze nese.

Regulační klapka je ovládána pomocí táhel, která jsou vsazena do kulových Čep© ve spodní části regulační klapky. Táhla prochází zkosenou boční stěnou kanálu plynných spalin vně těla prostředku regulace.

Táhla jsou spojena s příčným posuvným nosníkem, který je ovládán vhodnými prostředky uloženými po obou stranách těla prostředku regulace.

Posuvný nosník je ovládán dvěma zvedáky, jejichž Přímočarý pohyb umožňuje otevřít nebo uzavřít klapku tím, že tlačí posuvny nosník v podstatě vertikálně ve vodicích dráhách posuvného nosníku.

K výraznému omezení ztráty tlaku plynných spalin v otevřeném režimu a k omezeni hluku při prudké změně směru toku spalin, jsou dle vynálezu provedeny zvláštní opatřeni.

Regulační klapka je v poloze uzavřeni kanálu směrem ke kotli, t.j. v poloze provozu v otevřeném režimu, vzhledem k horizontále vychýlena.

To usnadní odvádění plynných spalin v provozu otevřeného režimu do komína.

Horní roh boční stěny směrem k obtokovému kanálu je zkosen a je v podstatě souběžný s regulační klapkou v její poloze uzavřeni.

Dno prostředku regulace je opatřeno vybráním, do kterého dosedá spodní hrana klapky.

Všechna tato opatření přispívají k odstranění turbulencí, které by mohly způsobit tlakové ztráty a hluk. Zkosený roh usnadňuje průchod táhel boční stěnou prostředku regulace.

Regulační klapku tvoři válcovitý rám, jehož odolnost vůči torznímu namáhání byla ověřena. Rám tak zajišťuje velkou stabilitu celého souboru. Do rámu jsou vsazeny těsnicí plochy opatřené jednoduchými nebo dvojitými těsnícími spoji a tepelnou izolaci. Plochy jsou spojeny s rámem poddajným způsobem, který umožni volnou roztažnost jednotlivých prvků regulační klapky.

Těsnicí spoje jsou klasického typu s pružnými kovovými páskami, které jsou okolo těsnících ploch v jedné nebo dvou řadách, případně s injektáží vzduchu, zajišťující dokonalou nepropustnou spalin.

Utěsněni průchodu táhel tělem prostředku regulace je provedeno labyrintovou ucpávkou, která může být opatřena těsnícími segmenty tak, aby nebránily pohybu a posuvu táhel příčně k tělu prostředku. Příčný posuv takto uspořádaných táhel je poměrně malý.

Hřídel v tomto způsobu provedeni pouze nese regulační klapku. Hřídel není hnaný a jeho konce neprochází tělem prostředku regulace. Žádný jiný hnaný hřídel (jako je tomu v provedeni Togglej v zařízeni dle vynálezu neexistuje, což vylučuje na této úrovni problémy utěsnění.

Nosný hřídel klapky je rovněž uložen v kulových čepech.

Tělo prostředku regulace je znýmým způsobem opatřeno vnější nebo vnitřní tepelnou izolaci.

wladací systém, včetně zvedáků, může být mechanický nebo hydraulicky. V případě hydraulického ovládáni se u zařízeni regrulace předpokládá kontrolní systém k zajištění synchronizovaného ovládáni obou zvedáků.

Zařízení regrulace může být navíc opatřeno krycí plechovou deskou, která je instalován na výstupu ze zařízeni •ve směru ke kotli. Krycí deska zajistí úplnou nepropustnost plynných spalin a teploty a umožní zapojení a/nebo údržbu kotle při chodu spalovací turbiny v případě otevřeného režimu.

Oproti dosavadní technice se zařízení vyznačuje těmito podstatnými výhodami :

- menšími, rozměry hřídele, který pouze nese klapku a není hnaný.

- táhla táhnou nebo tlačí klapku a jsou tedy lehce zatíženě: těžké díly, které jsou málo odolné vysokým teplotám, jsou ze zařízeni vyloučeny.

- ztráta tlaku plynných spalin při jejich odvodu obtokovým kanálem je při při chodu spalovací turbíny malá : výkon turbíny pracující v otevřeném režimu je výrazně vyšší.

- rozměry zařízení vyhovují každé spalovací turbíně, bez ohledu na její výkon a teplotu plynných spalin.

- regrulačnl klapka je uchycena ve čtyřech bodech s omezenou vůli a je proto stabilní.

- kolem hřídele nedochází k úniku spalin, protože hřídel neprochází tělem prostředku. Z toho plyne zisk na výkonnosti a snížení nebezpečí úniku horkých spalin.

- je významné omezen hluk, není nutné zařízeni opatřit přidaným tlumičem.

Přéh-léd obrázků na vykrege

Vynalez bude blíže objasněnn na výkresu, na kterem znázorňuje :

obr. 1 - schéma elektrárny kombineváného pracovního režimu;

obr. 2 -bokorys prostředku regulace dle vynálezu; regulační klapka je v poloze otevření obtokového kanálu a odklonu toku plynných spalin;

obr. 3 - bokorys prostředku regulace s vyznačením obou poloh klapky;

obr. 4 - pohled na postředek regrulace ve směru od spalovací turbiny;

obr. 5 - celkový boční pohled na prostředek regulace; plynné spaliny ze spalovací turbiny proud! při pohledu na obr. zprava;

obr. 6 - detail spojeni regulační klapky se hřídelem (detail A z obr. 3) ;

obr. 7 - detail utěsněni táhel v misté průchodu télem obtokového kanálu (detail B z obr. 3).

Přiklad provedeni vynálezu

Na obr. 1 je schématicky znázorněna elektrárna pracující v kombinovaném režimu. Elektrárna je opatřena spalovací turbinou X pohánějící alternátor, kotlem 2> ve kterém se s využitím odpadního tepla vyrábí pára, jejíž expanze je využita k pohonu parní turbiny pohánějíc! druhý alternátor.

Prostředek regulace 2 usměrňuje plynné spaliny buď přímo komínem 4 do atmosféry nebo ke kotli 2, odkud odchází do atmosféry komínem 5..

Prostředek regulace se vyznačuje zejména tim, že je opatřen jedinou regulační klapkou 10. vsazenou do hřídele 11, který ji pouze nese.

Klapka je ovládána táhly i 3. která jsou spojena s klapkou v její dolní části kulovými čepy 15. Táhla prochází vně těla prostředku regulace 2 zkosenou boční stěnou 22 kanálu 21 plynných spalin.

Horní konce táhel jsou upevněny v příčném posuvném nosníku 3X, který je ovládán vhodnými prostředky umístěnými po obou stranách prostředku regulace. Těmito prostředky jsou v tomto přikladu hydraulické zvedáky 35.

Posuvný nosník 31 se posouvá ve vodicích dráhách 33.

Regulační klapka může být přestavěna z téměř horizontální polohy 10 (obr. 3), kdy uzavírá kanál plynných spalin, do šikmé polohy 10 (obr. 3), kdy je vzhledem k horizontále vychýlena. Roh 40 ve směru k obtokovému kanálu je výrazně zkosen z důvodů uvedených v popisné části.

Dno prostředku regulace je opatřeno vybráním 41, do kterého zapadá spodní hrana klapky. Toto uspořádáni zabráni turbulencím, které by vznikaly v případě, kdyby jeho dno bylo opatřeno opěrným výstupkem. Regulační klapka je provedena z odolného trubkovitého rámu, do kterého jsou vsazeny těsnicí plochy.

Těsnící spoje jsou klasického typu.

Utěsněni táhel 13 v místě jejich průchodu tělem, resp. jeho zkosenou stěnou 22 . j© dle vynálezu provedeno manžetovým těsněním 43, které umožňuje příčný pohyb táhel vzhledem k tělu prostředku regulace 2.

Podélný pohyb táhel vzhledem k tělu prostředku regulace umožňuje labyrintová ucpávka s těsnicími segmenty, které jsou uspořádány tak, aby nebránily podélnému posuvu táhel.

Uspořádaní táhel umožňuje požadovaný pohyb regulační klapky (z polohy 10 do poloh'/ 10 ) , přičemž příčný posuv táhel je přesné vymezený.

Je třeba rovněž zdůraznit, že na rozdíl od dosavadního stavu techniky, není v proudu horkých plynných spalin (kouřů), odcházejících obtokovým kanálem, instalován žádný poháněný hřídel.

Claims (6)

1. Prostředek regulace toku plynných spalin v elektrárnách kombinovaného režimu, opatřený regulační klapkou (10) vsazenou do hřídele (11), který regulační klapku (10) pouze nese, vyznačující se tím, že regulační klapka (10) je ovládána táhly (13), která jsou uchycena ve spodní Části regrulační klapky nejlépe v kulových Čepech (15) a prochází vně těla prostředku regulace (2) zkosenou boční stěnou (22) kanálu (21) plynných spalin.
2. 2. Prostředek regulace podle nároku 1, vyznačuj ic í se tím. Že táhla (13) jsou spojena s příčným posuvným nosníkem (31), který je ovládán vhodnými prostředky (35) umístěnými po obou stranách těla prostředku regulace (2).
3. 3. Prostředek regulace podle nároku 2, vyznačuj ící se tím, že posuvný nosník je ovládán dvěma zvedáky (35), jejichž přímočarý pohyb umožni přestavět regrulační klapku (10) do polohy uzavření nebo otevření tím, že tlačí posuvný nosník (31) v podstatě vertikálně ve vodících dráhách (33) posuvného nosníku (31).
4. 4. ZaMsorri regulace dle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vyznačující se tím. Že regrulační klapka (10) je v poloze uzavření kanálu směrem ke kotli vzhledem k horizontále vychýlena a Že roh (40) ve sméru

   k obtokovému kanálu je '/ýrazné zkosen, aby se při náhlé změně směru toku plynných spalin v otevřeném pracovním režimu podstatné snížily t1akové ztráty a hlučnost provozu. 5. Preylp eeU/c žařlasrn regruláce dle kteréhokoliv z nároků 1 až 4, v y z n a č u j 1 c i se t í m. že regrulační klapka

   (10) je provedena z trubkovitého rámu, do kterého jsou vsazeny těsnicí plochy opatřené jednoduchými nebo dvojitými těsnícími spoji a tepelnou izolací, přičemž těsnící plochy jsou do rámu vsazeny poddajným zpQsobem, aby mezi jednotlivými prvky klapky docházelo k volné tepelné roztažnosti.

   Proti Acclfik
5. 6. 2-aří?aní regulace dle kteréhokoliv z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že utěsnění táhel v mlsté jejich průchodu télem zařízení je provedeno labyrintovou ucpávkou opatřenou případné těsnícími segmenty tak, aby nebránily pohybu a posuvu táhel příčně k tělu zařízení regulace.

   ^an-í regulace dle kteréhokoliv vyznačující se tím, je uložen v kulových čepech.

   z nároků 1 až 6, že hřídel (11)

   Twk<ííek

   Zaříeenl regulace dle kteréhokoliv z vyznačující se tím, 2 regulace je známým způsobem uvnitř i zolováno.

   nároků i až 7, tělo prostředku nebo vně tepelně

   Protiřtdtli
6. 9. ?^._ni regulace dle kteréhokoli'/ z nároků 1 až 8, v y z n a č u j i c i se t ím, že je opatřeno prostředkem hydraulického ovládáni s kontrolním systémem, který soustavně zajišťuje bezporuchový a synchronizovaný chod obou zvedáků.

   10. SaříBoni regulace dle kteréhokoliv z nároků 1 až 9, vyznačuj ícl se tím. že je opatřeno krycí plechovou deskou. i ns t a1ovanou na výstupu zařízeni

   regulace ve směru ke kotli, která zajišťuje dokonalou nepropustnost plynných spalin a teploty.