Парогенератор

Изобретение относится к энергетике и может использоваться в горизонтальных парогенераторах. Парогенератор с каналом для топочного газа, по которому может в примерно горизонтальном направлении идти поток теплоносителя, должен обеспечивать при особенно низких затратах и при особенно простом устройстве надежное восприятие названных нагрузок, в частности дополнительных нагрузок, задаваемых расчетным внутренним давлением топочного газа. Для этого согласно изобретению канал для топочного газа включает некоторое количество расположенных одна за другой, если смотреть в направлении (х) потока топочного газа, опорных рам/бандажей, причем, по меньшей мере, две опорные рамы соединены друг с другом с помощью некоторого количества горизонтальных связей, работающих на растяжение. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к парогенератору, в частности, с горизонтальной компоновкой, с каналом для топочного газа, по которому может в примерно горизонтальном направлении топочного газа протекать поток теплоносителя.

В газо и паротурбинных установках для производства пара для паровой турбины используется тепло, содержащееся в расширенном рабочем теле или топочном газе из газовой турбины. Передача тепла осуществляется во включенном следом за газовой турбиной парогенераторе, использующем отходящее тепло, в котором расположено обычно некоторое количество нагревательных поверхностей для предварительного нагрева воды, для производства пара и для перегрева пара. Нагревательные поверхности включены в циркуляционный контур вода-пар. Циркуляционный контур вода-пар традиционно включает несколько, например, три ступени давления, причем каждая ступень давления может иметь поверхности для нагрева пара.

Для парогенераторов, включенных со стороны топочного газа следом за газовой турбиной в качестве парогенератора, использующего отходящее тепло, могут рассматриваться несколько альтернативных концепций расчета, а именно расчет в качестве проходного парогенератора или расчет в качестве оборотного парогенератора. При проходном парогенераторе нагрев труб парогенератора, предусмотренных в качестве испарительных труб для испарения проточной среды в парогенераторе, осуществляется за единственный проход. В противоположность этому в природных или имеющих принудительную циркуляцию парогенераторах находящаяся в обороте вода испаряется при проходе через испарительные трубы только частично. При этом не испарившаяся вода после отделения произведенного пара заново направляется в те же самые испарительные трубы для дальнейшего испарения, причем испарившаяся благодаря системе испарения часть воды заменяется вновь подведенной водой.

Особенные преимущества в части издержек на производство, а также в части требуемых работ по обслуживанию предлагает парогенератор, использующий отходящее тепло, с горизонтальной компоновкой, в котором теплоноситель или топочный газ, т.е. отработанный газ из газовой турбины, в приблизительно горизонтальном направлении потока направлен через парогенератор. Эта горизонтальная компоновка, в сравнении с так называемой стоячей компоновкой, при которой теплоноситель проходит через парогенератор в основном в вертикальном направлении, позволяет, в частности, иметь сравнительно низкие расходы в части сооружения. При этом в строительно-техническом отношении для боковых стенок, образующих внешние стенки парогенератора или его канал для топочного газа, в качестве традиционного решения несущей конструкции выбрана несущая конструкция с портальной рамой, через которую действующие нагрузки передаются на фундамент. При этом следует учитывать, с одной стороны, действующие вертикальные нагрузки от нагревательных поверхностей, других компонентов, трубопроводов, подмостков или нечто подобного и, с другой стороны, в качестве другого существенного компонента нагрузки также внутреннее давление дымового или топочного газа, составляющего около 70 мбар. Компонент нагрузки, получающийся в результате внутреннего давления дымового газа, вызывает при этом сравнительно большие изгибающие моменты в опорной конструкции, так что при сооружении несущей конструкции должны изготавливаться соответственно определенные конструктивные элементы и компоненты. Таким образом, для соответствующего восприятия этих нагрузок необходимы сравнительно высокие затраты на материалы и изготовление.

В связи с этим задачей изобретения является создание парогенератора названного выше вида, в котором с особенно низкими затратами и с помощью особо простой конструкции обеспечивается надежное восприятие указанных нагрузок, в частности дополнительных нагрузок, возникающих из-за внутреннего давления топочного газа, которое принято расчетным.

Согласно изобретению задача решается благодаря тому, что парогенератор с каналом для топочного газа, по которому может протекать в примерно горизонтальном направлении (x) топочного газа поток теплоносителя, включает несколько опорных рам, расположенных одна за другой, если смотреть в направлении (x) топочного газа, причем, по меньшей мере, две опорные рамы соединены друг с другом посредством нескольких горизонтальных блоков, расположенных по обеим сторонам канала для топочного газа, при этом расположенные на противоположных боковых стенках канала для топочного газа два горизонтальных блока в зоне входа потока в канал для топочного газа соединены друг с другом горизонтально ориентированным элементом, работающим на растяжение.

Впереди парогенератора со стороны топочного газа установлена газовая турбина.

Изобретение исходит из соображения, что затраты, обусловленные материалами и изготовлением, для обеспечения надежной передачи названных нагрузок могут удерживаться на особенно низком уровне благодаря тому, что, в частности, составляющая нагрузки, вызванная внутренним давлением топочного газа, передается фундаменту не как в традиционных системах через отдельные элементы рам канала для топочного газа, а передается вместо этого концентрированно на фундамент. Для этого предусмотрены несколько соответственно охватывающих канал дымового газа или топочного газа опорных рам, т.е., в частности, опор и ригелей. При этом для обеспечения надежного восприятия нагрузок, вызывающих изгибающие моменты, эти опорные рамы должны быть соединены своего рода фахверковой конструкцией с помощью соответственно расположенных горизонтальных блоков. Горизонтальные блоки при этом выполнены в виде горизонтальных стяжек. В частности, свободные пролеты по высоте могут быть благодаря горизонтальным блокам (Н-фахверковые конструкции) соединенными в своего рода фахверковую конструкцию с опорными рамами, существенно снизиться, например, на треть, так что вертикальные опоры будут иметь нагрузку, представляющую одну восьмую (соответственно 12,5%) обычных изгибающих моментов. Таким образом, может быть достигнуто надежное опирание при существенно сниженном расходе материала. Благодаря применению Н-фахверковой конструкций точно так же существенно снижаются возникающие деформации.

Особенно надежная передача нагрузки может достигаться с помощью того, что получающаяся благодаря горизонтальным блокам фахверковая конструкция особенно симметрично и равномерно распределяется по внешним поверхностям канала для топочного газа. К тому же горизонтальные блоки расположены по обеим сторонам канала для топочного газа. Особенно симметричная и таким образом сравнительно простая и эффективная конструкция может при этом достигаться с помощью того, что в особенно предпочтительном исполнении соответственно два горизонтальных блока расположены попарно на противоположных сторонах канала для топочного газа.

Преимущественным образом компоненты, образующие фахверковые рамы, в отношении их выбора материала и размеров соответственно рассчитаны таким образом, что нагрузки и изгибающие моменты, причиной которых является внутреннее давление топочного газа, при принятом в расчетах внутреннем давлении примерно 70 мбар могут надежно передаваться с достаточно определенным запасом прочности. Целесообразно, что при этом положенное в основу расчетов внутреннее давление действительно и для всех частей канала для топочного газа, хотя в зоне выхода канала для топочного газа из-за возникающего падения давления топочного газа при протекании через канал во время работы имеет место сравнительно меньшее внутреннее давление.

Поэтому то обстоятельство, что обычно в зоне входа канала для топочного газа существует сравнительно большое внутреннее давление горючего газа, в особо предпочтительном усовершенствованном варианте учитывается с помощью того, что два горизонтальных блока, расположенные на противоположных боковых стенках канала для топочного газа, в зоне поступления топочного газа соединены друг с другом в основном горизонтально расположенным элементом, работающим на растяжение. Благодаря этому нагрузки, возникающие из-за внутреннего давления топочного газа на стороне его поступления, которые примерно в пять раз выше расчетной ветровой нагрузки, с помощью соответствующего элемента, работающего на растяжение, связываются и компенсируются, так что эти нагрузки в зависимости от жесткости фахверковых рам по оси А и В не должны передаваться фундаментам.

Преимущественным образом опорные рамы имеют по осям B и L основание, равное 2750 мм, составляющее около 1/12 высоты в 31,52 м, а также горизонтальные связи с основанием в 2,1 м, что соответствует примерно 1/8 длины.

Целесообразно, что парогенератор применяется в качестве парогенератора, использующего тепло газо или паротурбинной установки. При этом парогенератор преимущественным образом со стороны топочного газа установлен следом за газовой турбиной.

При такой установке целесообразно позади газовой турбины предусмотреть дополнительную топочную камеру для повышения температуры топочного газа.

Получаемые с помощью изобретения преимущества заключаются, в частности, в том, что благодаря горизонтальным блокам, соединяющим опорные рамы друг с другом, фахверковая рама образуется в виде несущей конструкции для канала топочного газа, с помощью которой при особенно низких затратах на материал и изготовление становится возможной надежная и концентрированная передача возникающих нагрузок. Вертикальные опоры между обеими фахверковыми рамами на стороне входа и выхода топочного газа при этом, правда, нагружаются еще обычными нормальными силами от вертикальных нагрузок, но при этом возникающие изгибающие моменты благодаря уменьшению свободного пролета по высоте могут существенно уменьшаться. Так как изгибающие моменты могут быть примерно определены из соотношения M≅Q×1²/11, благодаря уменьшению свободного пролета 1, достигаемого за счет фахверковых связей примерно на треть, соответствующий изгибающий момент может уменьшаться примерно на восьмую часть.

Пример осуществления изобретения более подробно поясняется с помощью чертежа. На фигуре показан парогенератор.

Парогенератор 1 согласно фигуре выполнен в виде парогенератора, использующего тепло, и установлен позади со стороны отработанного газа подробно не изображенной газовой турбины. Парогенератор 1 имеет ограждающую стенку 2, которая образует в некотором роде горизонтальную конструкцию канала для отработанного газа из газовой турбины, по которому может двигаться поток газа в направлении x, обозначенном стрелкой 4. В канале 6 для топочного газа расположено некоторое количество соответственно рассчитанных и имеющих определенные размеры нагревательных поверхностей для предварительного нагрева, испарения и перегрева проточной среды.

Ограждающая стенка 2, образующая канал 6 для топочного газа, при этом в примере осуществления сооружена обычным способом возведения с укладкой слоями, причем по соседству со стальным листом, образующим наружную оболочку, включая регулируемую опору, расположена предусматривающая изолирование изоляционная конструкция, которая со своей стороны ограничена от внутреннего пространства канала 6 для топочного газа прокладкой. При этом со стороны входа канал 6 для топочного газа имеет сравнительно небольшое свободное поперечное сечение для прохождения потока, которое в зоне переходной секции 8 постепенно расширяется, если смотреть в направлении 4 движения топочного газа, до настоящего свободного поперечного сечения канала 6.

Несущая конструкция парогенератора 1 предназначена для надежного восприятия возникающих нагрузок и рассчитана на особенно невысокие затраты на материалы и изготовление. Для этого несущая конструкция парогенератора включает с одной стороны некоторое количество вертикальных опор 10, которые в отношении размеров и выбора материала рассчитаны таким образом, что они могут без проблем передавать возникающие вертикальные нагрузки, складывающиеся из нагрузок от нагревательных поверхностей, трубопроводов и тому подобного, на фундамент. С другой стороны в дополнение к этим вертикальным опорам предусмотрена еще фахверковая несущая рама 12, через которую направленно и концентрированно на фундамент передаются другие возникающие нагрузки. Фахверковая несущая рама 12 при этом образована из нескольких, если смотреть в направлении движения топочного газа x, расположенных одна за другой опорных рам 14, которые соответственно охватывают канал 6 для топочного газа и которые соединены друг с другом несколькими горизонтальными блоками 16. Горизонтальные блоки 16 расположены при этом по обеим сторонам канала 6 для топочного газа и соответственно попарно расположены одна против другой. В примере осуществления согласно фигуре показаны две опорные рамы 14, причем в зависимости от других расчетных критериев парогенератора могло бы быть также предусмотрено и большее количество опорных рам 14. Это имеет смысл, например, в случае расположения дополнительной топки или катализатора.

В зоне входа потока канала 6 для топочного газа два расположенных на противоположных сторонах горизонтальных блока 16 соединены друг с другом с помощью в основном горизонтально ориентированного элемента 18, работающего на растяжение. Благодаря элементам 18, работающим на растяжение, непосредственно в зоне входа канала 6 для топочного газа, где при работе парогенератора 1 обычно создается большее внутреннее давление топочного газа, нагрузки, обусловленные внутренним давлением, которые могут быть в пять раз выше ветровой нагрузки, соответственно связываются и компенсируются относительно друг друга, так что не требуется какой-либо передачи этих нагрузок и вызванных вследствие этого изгибающих моментов через фахверковые рамы 12 на фундамент. Фахверковые рамы 12 в примере осуществления выполнены с шириной по основанию примерно 2,75 м.

Согласно фигуре в примере осуществления на каждой стороне канала 6 для топочного газа соответственно предусмотрены два горизонтальных блока 16 для восприятия нагрузок и передачи на фахверковые рамы 12. Свободные пролеты по высоте соответствующих боковых поверхностей канала 6 для топочного газа уменьшаются таким образом в отношении воздействия сил и моментов на треть по сравнению с полной конструктивной высотой канала 6 для топочного газа. Так как соответствующие изгибающие моменты определены из соотношения M≅Q×1²/11, таким образом, благодаря соответственно уменьшенному свободному пролету изгибающий момент уменьшается примерно на одну восьмую или на 12% изгибающего момента, действующего при полной конструктивной высоте канала 6 для топочного газа. Благодаря этому могут быть соответственно снижены расходы материала и уменьшены связанные с этим затраты на изготовление.

1. Парогенератор (1) с каналом (6) для топочного газа, по которому может протекать в примерно горизонтальном направлении (х) топочного газа поток теплоносителя, включающий несколько опорных рам (14), расположенных одна за другой, если смотреть в направлении (х) топочного газа, причем, по меньшей мере, две опорные рамы (14) соединены друг с другом посредством нескольких горизонтальных блоков (16), расположенных по обеим сторонам канала (6) для топочного газа, отличающийся тем, что расположенные на противоположных боковых стенках канала (6) для топочного газа два горизонтальных блока (16) в зоне входа потока в канал (6) для топочного газа соединены друг с другом горизонтально ориентированным элементом (18), работающим на растяжение.

2. Парогенератор (1) по п.1, впереди которого со стороны топочного газа установлена газовая турбина.