Высокоэффективный нагреватель питательной воды

ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ ПИТАТЕЛЬНОЙ ВОДЫ Предложен нагреватель (10) питательной воды для парогенератора, передающий питательную воду через внешний теплообменник (12), деаэратор (14), который позволяет использовать трубы для питательной воды из углеродистой стали, первый нагреватель (16), испарительную секцию (18),паровой барабан (17) для передачи части питательной воды в виде пара к деаэратору (14) и второй нагреватель (20). 016385 Перекрестная ссылка на родственные заявки Приоритет заявки на данный патент заявляется по предварительной заявке на патент США 60/895437, поданной 22 марта 2007 г., озаглавленной "Высокоэффективный нагреватель питательной воды" и включенной в данный документ посредством ссылки. Область техники Данное изобретение относится в целом к парогенераторам или бойлерам и в особенности к нагревателю питательной воды и способу нагревания питательной воды теплоутилизационного парогенератора. В США природный газ является важным топливом для производства электроэнергии. Он сгорает с малыми выбросами и доступен на большей части территории страны. Кроме того, электростанции, работающие на газе, эффективны и, по сравнению с гидроэлектростанциями и электростанциями на угле, они относительно просты и недороги в строительстве. В типовой газовой электростанции природный газ сгорает в газовой турбине, обеспечивая вращение ротора турбины и электрогенератора, к которому присоединен ротор. Отработавшие газы турбины, по существу воздух, двуокись углерода и пар, покидают газовую турбину при температуре около 1200F (649C) и представляют собой существенный источник энергии. Для использования этой энергии типовая парогазовая установка, работающая на газе, содержит теплоутилизационный парогенератор (ТУПГ), через который проходят горячие отработавшие газы, для создания пара, обеспечивающего вращение паровой турбины, которая, в свою очередь, вращает другие электрогенераторы. Отработавшие газы покидают ТУПГ при температуре всего 150F (66C). Паровая турбина и ТУПГ работают в контуре, который также содержит конденсатор и насос подачи воды. Пар, создаваемый ТУПГ, проходит через турбину, а затем попадает в конденсатор, в котором он конденсируется обратно в жидкую воду. Насос подает эту воду в ТУПГ при температуре около 100F(38 С) или, возможно, при более низкой температуре. В ТУПГ данная вода поступает в нагреватель питательной воды или экономайзер, который повышает ее температуру для последующего превращения в пар в испарителе и пароперегревателе, которые также являются частью ТУПГ. Часто питательная вода требует деаэрации с помощью деаэратора для удаления из нее растворенных газов и предотвращения возникновения коррозии. Для надлежащей работы деаэратора необходимо,чтобы температура питательной воды, поступающей в деаэратор, была приблизительно на 20F (11C) ниже рабочей температуры деаэратора. Температуры, показанные на фиг. 1, приведены в качестве примера и могут изменяться в зависимости от области применения. В целом нагреватель питательной воды содержит трубы, выполненные из дорогостоящего высоколегированного сплава, выдерживающего воздействие растворенных газов в питательной воде, например высокую концентрацию кислорода. Следовательно, желательно удалить растворенные газы из питательной воды, чтобы трубы нагревателя питательной воды можно было изготавливать из более экономичных материалов, например углеродистой стали. Краткое описание чертежей На сопроводительных чертежах, которые составляют часть данного описания: фиг. 1 представляет собой схему известного нагревателя питательной воды теплоутилизационного парогенератора и фиг. 2 представляет собой схему нагревателя питательной воды для теплоутилизационного парогенератора в соответствии с данным изобретением. На всех чертежах соответствующими номерами ссылочных позиций обозначены соответствующие элементы. Предпочтительные варианты выполнения изобретения Последующее подробное описание данного изобретения приведено в качестве примера, а не с целью ограничения. Данное описание позволяет специалисту в данной области техники реализовать и использовать данное изобретение, а также описывает несколько вариантов выполнения, модернизаций,изменений, альтернатив и применений данного изобретения, включая рассматриваемый в настоящее время как наиболее предпочтительный вариант выполнения данного изобретения. На фиг. 2 показан вариант выполнения данного изобретения, рассматриваемого в целом как высокоэффективный нагреватель 10 питательной воды, предназначенный для теплоутилизационного парогенератора (ТУПГ). Внешний теплообменник 12 нагревает поступающую питательную воду предпочтительно от температуры около 105F (41 С) до 192F (89C), которая затем проходит от внешнего теплообменника 12 в деаэратор 14 для удаления кислорода из питательной воды. Из деаэратора 14 питательная вода проходит через внешний теплообменник 12 для охлаждения предпочтительно от температуры около 227F (108 С) до 140F (60C). Насос 15 подает питательную воду к нагревателю 16 первой ступени, который нагревает питательную воду от температуры около 140F (60C) до 227F (108 С). Часть питательной воды, как показано на чертеже, проходит от нагревателя 16 первой ступени к паровому барабану 17 и испарителю 18 питательной воды, который подает питательную воду в виде пара в деаэратор 14. Остальная часть питательной воды проходит от нагревателя 16 первой ступени через нагреватель 20 второй ступени, который нагревает питательную воду от температуры около 227F (108C) до 353F(178C), к испарителю 22 низкого давления. При таком решении через секции нагревателя питательной воды проходит только деаэрированная-1 016385 вода. Таким образом, трубы нагревателя питательной воды могут содержать углеродистую сталь или другой подходящий материал, а не более дорогостоящие высоколегированные сплавы. Экономия от использования труб из углеродистой стали вместо труб из дорогостоящих высоколегированных сплавов в змеевиках нагревателя компенсирует затраты на установку испарителя питательной воды, насоса и внешнего теплообменника в ТУПГ. Кроме того, при этом устраняется растрескивание под воздействием напряжений, обусловленное коррозией и возникающее в некоторых трубах нагревателя из высоколегированного сплава. Кроме того, паровой барабан 17 и испаритель 18 могут быть химически обработаны твердыми щелочами, например фосфатами или каустической содой, для уменьшения вероятности возникновения коррозии, обусловленной потоком. Коррозия, вызванная потоком, является основной проблемой в испарителях низкого давления без химической обработки твердыми щелочами. Институт исследования электроэнергетики (EPRI) - независимый некоммерческий центр, проводящий научные исследования в области энергетики и окружающей среды в интересах общества, в своих самых последних рекомендациях по гидрохимии ТУПГ предлагает использовать твердые щелочи. Если химическая обработка испарителя 18 твердыми щелочами не требуется, то циркуляция питательной воды от испарителя может быть выполнена через деаэратор 14, при этом паровой барабан 17 не требуется. В варианте выполнения, показанном на фиг. 2, нет необходимости в расположении деаэратора 14 и внешнего теплообменника 12 на верхней части ТУПГ. Несмотря на то что при изменении местоположения деаэратор 14 и теплообменник 12 занимают больший участок площади установки, такое решение может привести к экономии средств по сравнению с обычным встроенным деаэратором. Несмотря на то что на фиг. 2 показан нагреватель 10 питательной воды с первым нагревателем 16 и вторым нагревателем 20, специалистам в данной области техники понятно, что можно использовать и другие конструкции. Например, нагреватель 10 может содержать только нагреватель 16 первой ступени или только нагреватель 20 второй ступени. В отличие от предшествующего уровня техники, показанного на фиг. 1, для ТУПГ в соответствии с данным изобретением не требуется создания разности температур между поступающей питательной водой и рабочей температурой испарителя, так как из питательной воды уже удалены газы деаэратором 14. Таким образом, требующаяся ранее разница температуры на 20F (11C) может быть уменьшена до 0F. Кроме того, испаритель 22 может создавать большее количество пара низкого давления, чем прежде, путем перегрева питательной воды низкого давления до насыщения с помощью нагревателя 10 перед ее подачей в испаритель 22, расположенный после. В некоторых парогенераторах нагреватель питательной воды называется "экономайзером" или "нагревателем питательной воды", а в некоторых случаях использование формулировки "нагреватель питательной воды", или "предварительный нагреватель питательной воды", или "экономайзер" зависит от расположения данного устройства относительно насоса. В данном описании термин "нагреватель питательной воды" обозначает не только устройство с таким названием, но также предварительный нагреватель питательной воды и экономайзер, расположенные за последним бойлером или испарителем в парогенераторе относительно потока газа. Использование нагревателя 10 питательной воды не ограничивается ТУПГ для извлечения тепла из газов, выпускаемых газовыми турбинами. Напротив, он может использоваться с парогенераторами в широком диапазоне областей применения, включая извлечение тепла при сгорании ископаемого топлива почти любого типа, а также при сжигании мусора. В описанные выше конструкции могут быть внесены изменения без отклонения от объема изобретения. Весь материал, содержащийся в приведенном выше описании или показанный в сопроводительных чертежах, должен трактоваться как иллюстративный и неограничительный. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Нагреватель питательной воды, содержащий внешний теплообменник, имеющий впускное отверстие для приема питательной воды и выпускное отверстие; деаэратор, имеющий по меньшей мере одно выпускное отверстие и впускное отверстие, предназначенное для приема питательной воды, выпускаемой из выпускного отверстия внешнего теплообменника; первый нагреватель, имеющий выпускное отверстие и впускное отверстие, предназначенное для приема питательной воды, выпускаемой из выпускного отверстия деаэратора и передаваемой через внешний теплообменник; испарительную секцию, имеющую впускное отверстие для приема части питательной воды, выпускаемой из выпускного отверстия первого нагревателя, и выпускное отверстие, обеспечивающее передачу пара к деаэратору; второй нагреватель, имеющий выпускное отверстие и впускное отверстие, предназначенное для приема остальной части питательной воды, выпускаемой из выпускного отверстия первого нагревателя. 2. Нагреватель по п.1, дополнительно содержащий испаритель, имеющий впускное отверстие для-2 016385 приема питательной воды, выпускаемой из выпускного отверстия второго нагревателя. 3. Нагреватель по п.2, в котором температура питательной воды, выпускаемой из второго нагревателя, приблизительно равна рабочей температуре испарителя. 4. Нагреватель по п.1, дополнительно содержащий трубы для питательной воды, выполненные из углеродистой стали. 5. Нагреватель питательной воды для парогенератора, содержащий внешний теплообменник, имеющий выпускное отверстие и впускное отверстие, предназначенное для приема питательной воды, и выполненный с возможностью повышения температуры поступающей питательной воды; деаэратор, имеющий по меньшей мере одно выпускное отверстие и впускное отверстие, предназначенное для приема питательной воды, выпускаемой из выпускного отверстия внешнего теплообменника; первый нагреватель, имеющий выпускное отверстие и впускное отверстие, предназначенное для приема питательной воды, выпускаемой из выпускного отверстия деаэратора и передаваемой через внешний теплообменник, причем первый нагреватель повышает температуру питательной воды; испарительную секцию, имеющую впускное отверстие для приема части питательной воды, выпускаемой из выпускного отверстия первого нагревателя, и выпускное отверстие, обеспечивающее передачу пара и воды к деаэратору; и второй нагреватель, имеющий выпускное отверстие и впускное отверстие, предназначенное для приема остальной части питательной воды, выпускаемой из выпускного отверстия первого нагревателя,и выполненный с возможностью повышения температуры питательной воды. 6. Нагреватель по п.5, дополнительно содержащий испаритель, имеющий впускное отверстие для приема питательной воды, выпускаемой из выпускного отверстия второго нагревателя. 7. Нагреватель по п.6, в котором температура питательной воды, выпускаемой из второго нагревателя, приблизительно равна рабочей температуре испарителя. 8. Нагреватель по п.5, дополнительно содержащий трубы для питательной воды, выполненные из углеродистой стали. 9. Способ нагревания питательной воды для парогенератора с использованием нагревателя по п.1 или 5, включающий подачу питательной воды в первую часть внешнего теплообменника для повышения температуры поступающей питательной воды,подачу питательной воды в деаэратор для удаления из нее газов,подачу питательной воды во вторую часть внешнего теплообменника для повышения температуры питательной воды в первой части внешнего теплообменника,подачу питательной воды в первый нагреватель для повышения ее температуры,подачу части питательной воды в испарительную секцию и подачу остальной части питательной воды во второй нагреватель для повышения ее температуры. 10. Способ по п.9, дополнительно включающий подачу питательной воды в испаритель, имеющий впускное отверстие для приема питательной воды, выпускаемой из выпускного отверстия второго нагревателя, причем температура питательной воды, выпускаемой из второго нагревателя, приблизительно равна рабочей температуре испарителя.