SE534727C2 - Förfarande vid ett kraftverk och kraftverk - Google Patents

Description

534 727 2 överförs till vatten eller till luft. På sätt och vis är hjälpkondensorn en artificiell värmekonsument som ersätter fiärrvärmevattnets kyleffekt under de varma årstiderna, och på detta sätt kan kraftverkspannan drivas med större belastningar för att producera elektricitet.

Hjälpkondensorn är dock sin egen investering som används bara delvis under uppvärmningsperioden.

Kort beskrivningav uppfinningen Syftet med den ifrågavarande uppfinningen är att presentera en ny lösning för att kontrollera àrstidsvariationer hos kraftvärmeverkets värmebelastning så att man klarar sig med mindre anordningsinvesteringar.

För att uppnå detta syfte är det uppfinningsenliga förfarandet huvudsakligen kännetecknat av det som anges i den kännetecknande delen av det självständiga patentkravet 1.

Det uppfinningsenliga kraftverket är i sin tur huvudsakligen kännetecknat av det som anges i den kännetecknande delen av det självständiga patentkravet 6.

I de andra, osjälvständiga patentkraven anges några förmånliga utföringsformer av uppfinningen.

Uppfinningen baserar sig på idén att en kondensor för kraftverkspannans rökgaser används alternativt för att uppvärma cirkulationsvattnet eller för att kyla cirkulationsvattnet beroende på årstidens uppvärmningsbehov. I förstnämnda fall leds pannans rökgaser genom kondensorn, i vilken värme överförs fràn rökgaserna till cirkulationsvattnet. I sistnämnda fall gàr rökgaserna förbi kondensorn, genom vilken luft som avkyler cirkulationsvattnet leds.

Cirkulationsvattnet strömmar i en s.k. värmevattenkrets som är avsedd för uppvärmning av föremål utanför kraftverket genom att överföra värme från cirkulationsvattnet till inre utrymmen som hålls varma.

Typiskt är cirkulationsvattnet s.k. fiärrvärmevatten, dvs. kraftverkets 534 727 värmevattenkrets hör till fjärrvärmenätet, med vars vatten man uppvärmer flera hus.

Den största delen av energin som rökgaserna innehåller är s.k. latent värme, dvs. energin i vattenångan som har bildats som förbränningsprodukt. Särskilt vid fuktiga bränslen, såsom biobränslen eller avfallskomponenter innehållande bränslen, är andelen av latent värme betydande. Denna energi kan återvinnas i rökgaskondensorn, i vilken vattenångan kondenserar och avger värmeenergi. Med hjälp av rökgaskondensorer överförs värme på detta sätt från rökgaserna både till tjärrvärmevattnet och till pannans förbränningsluft.

Användning av en rökgaskondensor skildras b|.a. i den finska patentskriften 82767 som motsvaras av US-patentet 4,799,941, samt i den finska patentansökan 20075013.

Rökgaskondensorn används under huvuduppvärmningsperioden, varvid kondensorns värmeenergi tas till uppvärmning genom att överföra kondensationsvärme till uppvärmningsvattnet. Utanför huvuduppvärmningsperioden, dvs. på våren, på sommaren och på hösten kan rökgaskondensorn vara ur bruk för tom. 4000 timmar per år. Temperaturen av värmevattenkretsens returvatten tenderar att växa för högt med tanke pà elektricitetsproduktionen just under de varma àrstiderna, under vilka rökgaskondensorn inte används. När rökgaserna leds förbi kondensorn och luft leds genom denna, kan rökgaskondensorn användas som kylare. När värmevattenkretsens returvatten avkyls med rökgaskondensorn kan man sänka returvattnets returtemperatur, varvid elektricitetsproduktionen ökas. En separat hjälpkondensor behövs inte, eftersom returvattnet avkyls med rökgaskondensorn och avkylt returvatten kan användas för kondensation av ångan. Så här kan rökgaskondensorn användas utanför sin egentliga användningsperiod på sätt och vis som hjälpkondensor genom att koppla en strömning av ett kylande medium i stället för rökgaserna genom kondensorn. Rökgaskondensorn används årligt längre, vilket förkortar àterbetalningstiden av anordningsinvesteringen. 534 727 Rökgaskondensorn kan vara en blott kondensor, eller en skrubber med cirkulation för tvättlösning kan anordnas i samband med kondensorn.

Kort beskrivning av figurer I det följande skall uppfinningen beskrivas närmare med hänvisning till bifogade ritningar, där Fig1 visar i schematisk vy en första utföringsform av förfarandet, Fig2 visar i schematisk vy en andra utföringsform av förfarandet, Fig 3 visar schematisk vy en tredje utföringsform av förfarandet, och Fig4 visar i schematisk vy rökgaskondensorns läge i ett kraftverk.

I figurer 1-4 används motsvarande nummer för motsvarande delar, och dessa skall inte beskrivas separat senare, om det inte förutsätts för att göra saken tydligare.

Figur 1 visar det första sättet att använda rökgaskondensorn vid ett kraftverk för avkylning. Vanligtvis under uppvärmningsperioden strömmar rökgaserna som kommer från pannan längs en rökgaskanal 1 till en rökgaskondensor 2, varifrån de vidare leds till en skorsten.

Rökgasernas normala bana, dvs. rökgaskanalens läge under huvuduppvärmningsperioden, betecknas med referensnummer 1. Via kondensorn 2 är även förd en vattenkrets 3 som löper via en värmeväxlare 2a i kondensorn, i vilken värmeväxlare värmen som bildas vid rökgasernas kondensation överförs på ett indirekt värmeöverföringssätt till vattnet, dvs. mediet som avger värme och mediet som mottar värme är skilda från varandra på olika sidor av väggar som begränsar mediernas strömningsvägar. Vattenkretsen 3 är 534 727 en värmevattenkrets, med vilken man uppvärmer föremål utanför kraftverket. Vattenkretsens returvattenlinje relativt kondensom betecknas med referensnummer 3a och linjen av vattnet som strömmar till uppvärmningen betecknas med referensnummer 3b. En del av returvattenlinjen 3a löper i form av en slinga 3c via värmeväxlaren 4, i vilken värme överförs till avkylt cirkulationsvatten 5a av en befuktare 5 för pannans förbränningsluft. På detta sätt kan returvattnets temperatur sänkas redan före rökgaskondensorn.

Figur 1 visar en koppling vid rökgaskondensorn 2, vilken koppling används utanför huvuduppvärmningsperioden. l rökgaskanalen 1 har bildats en omväg förbi kondensorn, med vilken omväg rökgaserna leds förbi kondensorn direkt i skorstenen längs kanalen la som avgrenar sig från rökgaskanalen 1 som går till kondensorn. I den övre delen av kondensorn 2 är förd en luftkanal 6, genom vilken luft som tagits utifrån blåses genom kondensorn. Rökgaskanalen 1 som gär till kondensorns övre del är stängd på ett motsvarande sätt så att rökgaserna kan strömma förbi kondensorn till omvägslinjen 1a. Luft som har strömmat genom kondensorn uppifrån ner strömmar till rökgaskanalen 1 som används under huvuduppvärmningsperioden, från vilken rökgaskanal den tas till förbränningsluft eller leds direkt ut längs en kanal 1b som avgrenar sig från rökgaskanalen 1 som går till skorstenen efter kondensorn 2.

Luft som strömmar genom kondensorn 2 avkyler vattenkretsens 3 vatten i värmeväxlaren 2a, varvid temperaturen av utloppsvattnet 3b är lägre än temperaturen av returvattnet 3a.

Kondensorns 2 vattenkrets, i vilken vatten sprutas i luften som strömmar genom kondensorn, betecknas i figur 1 med referensnummer 7. Vattenkretsen används alltid när kondensorn 2 används för rökgaskondensation. Vattenkretsen kan användas när kondensorn 2 används för avkylning av fiärrvärmevattnet. Härvid är värmeöverföringen effektivare, men tilläggskostnader uppstår genom vattenkonsumtion. En föravskiljare, såsom ett elektrofilter, som 534 72? befinner sig i rökgaskanalen 1 före kondensorn betecknas med referensnummer 8.

En del av returvattnet leds via slingan 3c till en indirekt värmeväxlare 4, i vilken det avkyls effektivt med vattnet av förbränningsluftbefuktarens 5 vattenkrets 5a. Även förbränningsluftbefuktaren är ur bruk utanför huvuduppvärmningsperioden, och luft som tagits utifrån kan ledas genom denna, vilken luft avkyler i övre delen av befuktaren sprutat vattenkretsens 5a vatten och avlägsnas därefter. I normalfallet, när kopplingen enligt figur 1 inte används för att kyla vattenkretsens 3 vatten och rökgaserna leds genom kondensorn 2, kan förbränningsluft tas in i befuktaren 5 från övre delen av kraftverkets pannhus, varvid förbränningsluftens temperatur är högre.

Redan en sänkning av några grader i temperaturen av vattenkretsens vatten hjälper med att höja elektricitetsproduktionen, eftersom àngkondensationen är effektivare. lnloppsvattnets 3a temperatur kan vara t.ex. 40-65 grader och utloppsvattnets temperatur 35-60 grader.

Det med hjälp av rökgaskondensorn 2 och förbränningsluftbefuktaren 5 avkylda utloppsvattnet kan ledas genom kondensorn för ångan som kommer från turbinen, i vilken kondensor värme överförs igen till vattnet.

Figur 4 visar läget av de i figurer 1-3 visade rökgaskondensorerna 2 i ett mottryckskraftverk. Kopplingarna är desamma i båda visade driftsätten både under huvuduppvärmningsperioden och utanför denna, med undantag av rökgasens förlopp, och båda driftsätten av rökgaskondensorn 2 har det gemensamt att med cirkulationsvattnet 3 som kommer via rökgaskondensorn 2 kondenseras i värmeväxlaren 10 ångan som kommer från turbinen T, i vilken värmeväxlare cirkulationsvattnets temperatur samtidigt stiger. Utloppsvattnet 3b från kondensorn 2 strömmar till \ärmeväxlaren 10 till kondensation av turbinens T returånga, vilken turbin driver en generator G i kraftverket.

Efter värmevåxlaren strömmar vattnet till fiärrvärmenätet, vars konsumtionsföremål betecknas med bokstav K. Schemat visar även förbränningspannan 11, en från pannan till turbinen T löpande 534 72.7 färskångkanal 12 samt en kanal 13 för avtappningsânga som utgår från turbinen T. En från turbinen via värmeväxlaren 10 kommande och till förbränningspannans matarvattenbehàllare 15 förd kanal för ångan som skall kondenseras betecknas med referensnummer 14.

Uppfinningen är ändå inte begränsad enbart till kraftverk, i vilka just de beskrivna kopplingarna används.

Under huvuduppvärmningsperioden (på vintem) fungerar rökgaskondensorn 2 och förbränningsluftbefuktaren 5 normalt. Härvid är det vid stora pannbelastningar ingen nackdel, om värmevattnet strömmar efter kondensorn i uppvärmt tillstånd till kondensationen av turbinångan. När man förlorar värme från värmevattenkretsens 3 vatten på det ovan beskrivna sättet under de varma årstiderna, kan man driva pannan med större belastningar och producera mer elektricitet.

Figur 2 visar en utföringsform, i vilken processen beskrivs bara för rökgaskondensorns 2 del. Här en rökgasskrubber 9 är kopplad till kondensorn 2, vilken skrubber beflnner sig nedanför kondensorn 2 l samma behållare. Rökgaskanalen 1 kommer nedifrån till behållarens nedre del. Rökgaserna strömmar först uppåt genom skrubbern 9 mot tvättmedelsprutning och därefter strömmar de genom kondensorn, vilken beflnner sig i övre delen, mot kondensorns vattenkretsens 7 sprutade vatten. När kondensorn används under huvuduppvärmningsperioden, avger rökgaserna som strömmar genom kondensorn värme till vattencirkulationen 7 som för sin del avger värme enligt en indirekt värmeöverföringsprincip via värmeväxlaren 2a till vattenkretsen 3.

När kondensorn fungerar som rökgaskondensor, uppvårms cirkulationsvattnets 3 värmevatten med vatten av vattenkretsen 7, dvs. temperaturen av utloppsvattnet 3b är högre än temperaturen av returvattnet 3a. Utanför huvuduppvärmningsperioden leds rökgaserna förbi behållaren längs omvägskanalen 1a som avgrenar sig från rökgaskanalen 1 före behållaren och förenar sig med rökgaskanalen 1 efter behållaren. Till behållarens nedre del är även kopplad en luftkanal 534 727 6, från vilken luft som har tagits utifrån blåses, vilken luft strömmar genom skrubbern 9 och kondensorn 2 och avkyler samtidigt kondensorns 2 cirkulationsvatten. Cirkulationsvattnet avkyler för i sin tur värmevattnet av vattenkretsen 3 i värmeväxlaren 2a, dvs. man uppnår samma effekt - sänkning av utloppsvattnets 3b temperatur relativt returvattnet 3a - som i figur 1. Skrubberns 9 tvättmedelkrets används inte. Luft som har strömmat genom kondensorn 2 tas ut från rökgaskanalen (kanal 1b) före stället, i vilket omvägskanalen 1a förenar sig med rökgaskanalen 1. Denna luft som har värmts upp i kondensorn kan ledas ut eller in i pannan som förbränningsluft.

Figur 3 visar en utföringsform, i vilken rökgaskondensorn 2 och rökgasskrubbern 9 är kopplade enligt figur 2. Speciellt med denna utföringsform är att förbränningsluftbefuktarens 5 vattenkrets 5a kopplas till kondensorns vattenkrets 7. När kondensorn används under huvuduppvärmningsperioden för kondensation av rökgaser, leds vattnet som kommer från befuktaren 5 till kondensorn och detta sprutas i rökgaserna efter sprutningen av kondensorns cirkulationsvatten sett i rökgasernas strömningsriktning, dvs. högre upp i kondensorn 2. Från kondensorns vattenkrets utgår efter värmeväxlaren 2a en returlinje till befuktaren 5. När luft leds genom kondensorn 2, leds det svala vattnet som kommer från befuktaren nu förbi kondensorn 2 direkt in i kondensorns 2 vattenkrets 7 före värmeväxlaren, varvid det för sin del intensifierar l värmeväxlaren 2a avkylningen av värmevattnet som strömmar i vattenkretsen 3.

I kraftverkets panna bränns något fast bränsle, t.ex. biobränslen eller avfallskomponenter innehållande bränslen som producerar fuktiga rökgaser som innehåller rikligt med latent värme.

Claims (9)

534 72? Patentkrav:

1. Förfarande vid ett kraftverk, i vilket man producerar elektricitet och värme så att man producerar tryckånga genom att förbränna bränsle i en panna, varvid med hjälp av ångans energi produceras elektricitet i en turbin (T) och värme genom att överföra ångans värme till cirkulationsvatten i en vattenkrets (3) i en värmeväxlare (10), varvid rökgaserna som bildas vid förbränning av bränslet kondenseras i en kondensor (2) och den härvid bildade värmen återvinns, kännetecknat av, att kondensorn (2) används (a) under en huvuduppvärmningsperiod för uppvärmning av cirkulationsvattnet i värmeväxlarens vattenkrets (3) genom att leda rökgaserna genom kondensorn (2), och (b) utanför huvuduppvärmningsperioden för avkylning av cirkulationsvattnet i värmeväxlarens vattenkrets (3) genom att leda luft genom samma kondensor (2) och genom att leda rökgaserna förbi kondensorn (2), varvid cirkulationsvattnet i värmeväxlarens vattenkrets (3) som har avkylts i kondensorn används för kondensation av ångan som kommer från turbinen (T).

2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av, att samtidigt med kondensorn (2) även en förbränningsluftbefuktare (5) används för avkylning av samma cirkulationsvatten i värmeväxlarens vattenkrets (3).

3. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknat av, att cirkulationsvattnet i värmeväxlarens vattenkrets (3) avkyls i kondensorn (2) i en indirekt värmeöverföringskontakt med luft som har letts genom kondensorn.

4. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknat av, att cirkulationsvattnet i värmeväxlarens vattenkrets (3) avkyls i en indirekt värmeöverföringskontakt med cirkulationsvattnet i en vattenkrets (7) som kommer från kondensorn (2), vilket vatten har stått i kondensorn (2) i en direkt värmeöverföringskontakt med luft som har letts genom kondensorn. 534 727 IO

5. Förfarande enligt något av de föregående patentkraven, kännetecknat av, att cirkulationsvattnet i värmeväxlarens vattenkrets (3) är värmevatten som används för uppvärmning av föremål (K) utanför kraftverket.

6. Kraftverk som omfattar en panna (11) som är anordnad att förbränna bränsle och att producera tryckånga, varvid kraftverket är ett kraftvärmeverk som omfattar en turbin (T) till vilken en ångkanal som kommer från pannan är förd för att producera elektricitet med hjälp av ångan, samt i ångans strömriktning efter turbinen en värmeväxlare (10), via vilken är förd en vattenkrets (3) för att kondensera ångan och för att överföra värme från ångan till vattnet i värmeväxlarens vattenkrets (3), varvid kraftverket ytterligare omfattar en kondensor (2), via vilken är förd en rökgaskanal (1) från pannan och som står i värmeöverföringskontakt med vattnet i värmeväxlarens vattenkrets (3), kännetecknat av, att från rökgaskanalen (1) utgår före kondensorn (2) en omvägskanal (1a) för att leda rökgasema alternativt förbi kondensorn, och att en luftkanal (6, 1b) är kopplad till kondensorn för att leda luft genom kondensorn (2) i stället för rökgaserna.

7. Kraftverk enligt patentkrav 6, kännetecknat av, att värmeväxlarens vattenkrets (3) är förd via en värmeväxlare (2a) i kondensom (2).

8. Kraftverk enligt patentkrav 7, kännetecknat av, att cirkulationsvattnet i kondensorns vattenkrets (7) år fört via värmeväxlaren (2a) i kondensorn (2), via vilken värmeväxlarens vattenkrets (3) är förd.

9. Kraftverk enligt något av de föregående patentkraven 6-8, kännetecknat av, att det ytterligare omfattar en förbrånningsluftbefuktare (5), vars vattencirkulation (5a) står i en värmeöverföringskontakt med värmeväxlarens vattenkrets (3).