Wyjaśnienie Generatora Parowego z Odzyskiem Ciepła (HRSG)

Co to jest generator parowy z odzyskiem ciepła (HRSG)?

Generator Parowy z Odzyskiem Ciepła, znany jako HRSG, to zaawansowane urządzenie służące do odzyskiwania ciepła z gorących gazów. Te gazy często pochodzą z turbiny gazowej jako spaliny, lub z procesu przemysłowego, który generuje duże ilości ciepła. Odzyskane ciepło jest wykorzystywane do podgrzewania wody i produkcji pary, która może być używana do produkcji energii lub innych procesów przemysłowych.

Generatory Parowe z Odzyskiem Ciepła

Dlaczego potrzebujemy generatorów parowych z odzyskiem ciepła?

Efektywność i Zrównoważony Rozwój

Jednym z głównych powodów stosowania HRSG jest zwiększenie efektywności systemu. Na przykład, odzyskując ciepło odpadowe z procesu spalania, zmniejszamy ilość traconego ciepła, co zwiększa ogólną efektywność systemu. Wzrost efektywności zakładu prowadzi do obniżenia kosztów operacyjnych i zmniejszenia wpływu na środowisko.

Oszczędności Kosztów

Choć początkowa inwestycja w HRSG może być znaczna, długoterminowe korzyści z efektywności czynią ją opłacalną. W trakcie eksploatacji HRSG (potencjalnie ponad 20 lat), inwestycja zwraca się wielokrotnie. Wysoka niezawodność HRSG oznacza również, że czas operacyjny jest długi, co zapewnia dobry zwrot z inwestycji.

Elastyczność

HRSG mogą być zintegrowane z różnymi procesami przemysłowymi, oferując elastyczność w zastosowaniach. Niezależnie od tego, czy chodzi o produkcję energii, ogrzewanie miejskie, czy inne zastosowania przemysłowe, HRSG może znacznie zwiększyć efektywność systemów, odzyskując ciepło, które w przeciwnym razie zostałoby utracone.

Zastosowania HRSG

HRSG jest zazwyczaj instalowany za turbiną gazową lub innym procesem spalania w elektrowni. Na przykład, elektrownia z cyklem łączonym (CCPP) wykorzystuje turbinę gazową i HRSG zainstalowane w serii. W CCPP, turbina gazowa jest używana do generowania energii elektrycznej, podczas gdy jej gazy spalinowe są kierowane do HRSG, który generuje parę. W tym układzie turbiny gazowe są zazwyczaj zasilane gazem ziemnym, choć możliwe jest użycie innych rodzajów paliwa.

Para z HRSG jest następnie używana do napędzania turbiny parowej, która również generuje energię elektryczną. W środowiskach przemysłowych HRSG mogą być stosowane wszędzie tam, gdzie istnieje potrzeba odzysku ciepła odpadowego do produkcji pary, na przykład w rafineriach lub zakładach chemicznych.

Części Elektrowni z Cyklem Łączonym

Jakie są główne części HRSG?

Mimo dużych rozmiarów większości HRSG, mają one stosunkowo niewiele głównych części i systemów. Typowy HRSG będzie miał system parowy wysokiego ciśnienia, średniego ciśnienia i niskiego ciśnienia. Każdy system ma powiązany bęben parowy, ekonomizer, parownik i przegrzewacz. Przepływ przez HRSG odbywa się od ekonomizera, przez bęben parowy, do parownika, a następnie do przegrzewacza.

Ten przepływ odbywa się najpierw w systemie parowym niskiego ciśnienia (LP), następnie średniego ciśnienia (IP), a na końcu wysokiego ciśnienia (HP). Każdy system parowy ma również odpowiadającą mu turbinę parową, tj. turbinę parową wysokiego ciśnienia, średniego ciśnienia i niskiego ciśnienia.

Ekonomizer, parownik i przegrzewacz są zbudowane z rur, aby miały dużą powierzchnię kontaktu z gazami spalinowymi; oznacza to, że mają również dużą zdolność przenoszenia ciepła. Najlepiej myśleć o tych głównych częściach jako o wymiennikach ciepła, ponieważ jest to ich główna funkcja. Każda z tych trzech części działa jako wymiennik ciepła do produkcji pary (parownik i przegrzewacz) lub mieszanki woda/para (ekonomizer).

Części Generatora Parowego z Odzyskiem Ciepła

Cztery główne komponenty HRSG są wymienione poniżej.

• Ekonomizer – woda zasilająca jest najpierw podawana do podstawy ekonomizera. Ekonomizer podgrzewa wstępnie wodę zasilającą. Woda kotłowa jest odprowadzana z ekonomizera do powiązanego bębna parowego systemu. Wstępne podgrzewanie wody zasilającej zwiększa efektywność systemu, zapewniając, że woda wchodząca do bębna parowego jest już ciepła (bez ryzyka szoku termicznego).

• Bęben Parowy – woda kotłowa z ekonomizera jest odprowadzana do odpowiedniego bębna parowego. Bęben parowy oddziela parę i wodę. Para unosi się na szczyt bębna parowego i jest kierowana do przegrzewacza. Woda jest odprowadzana z dolnej części bębna parowego do parownika. Woda kotłowa jest recyrkulowana w parowniku, aż stanie się parą.

• Parownik – miejsce, w którym odbywa się produkcja pary. Woda przepływa przez rury, które są ogrzewane przez gorące gazy spalinowe. Woda pochłania ciepło z rur, gdy przepływa przez parownik, co powoduje zmianę jej fazy/stanu na parę. Nie cała woda zmienia fazę na parę, dlatego jest to mieszanina pary/wody (para mokra), która jest odprowadzana z parownika do bębna parowego. Woda, która nie zmieniła stanu na parę, jest ponownie recyrkulowana przez parownik.

• Przegrzewacz – podnosi temperaturę (i energię) pary wytworzonej w parowniku, zapewniając, że jest w optymalnym stanie dla turbiny parowej lub odbiorcy przemysłowego. Przegrzewacze dodają ciepło jawne do pary, nie dodają ciepła utajonego, ponieważ na tym etapie nie ma zmiany fazy (brak zmiany z wody na parę).

Jak działa generator parowy z odzyskiem ciepła?

Aby zrozumieć, jak działa HRSG, najlepiej jest przeanalizować poniższy diagram.

Ścieżka Przepływu HRSG

Zauważ, że woda wchodzi do HRSG w najzimniejszej części (najdalej od źródła ciepła) i jest stopniowo podgrzewana, gdy zbliża się do źródła ciepła. Zauważ również, że istnieje standardowy wzór przepływu, który zaczyna się od ekonomizera, następnie bębna parowego, parownika, ponownie bębna parowego, przegrzewacza, a na końcu do turbin parowych. Jeśli HRSG ma HP, IP i LP system parowy, ścieżka przepływu jest taka sama, ponieważ każdy system ma własny ekonomizer, parownik i przegrzewacz.

Zasada działania HRSG jest podsumowana poniżej.

1.    Odzysk Ciepła – gazy spalinowe z turbiny gazowej lub innego źródła ciepła, zazwyczaj o temperaturze od 900°F do 1,100°F (482°C do 593°C), są kierowane do HRSG.

2.    Wstępne Podgrzewanie w Ekonomizerze – woda zasilająca jest wstępnie podgrzewana w ekonomizerze. Proces ten podnosi temperaturę wody blisko jej punktu wrzenia, przygotowując ją do parownika.

3.    Bęben Parowy – woda z ekonomizera jest dostarczana do bębna parowego, często również przechodząc przez odgazowywacz. Para nasycona jest odprowadzana z bębnów parowych.

4.    Generacja Pary w Parowniku – wstępnie podgrzana woda przepływa przez rury parownika i jest ogrzewana przez gorące gazy spalinowe. Wymiana ciepła powoduje, że woda wrze i zmienia stan na parę. Temperatura w parowniku może wynosić od 250°F do 600°F (121°C do 315°C), w zależności od ciśnienia systemu.

5.    Przegrzewanie – wytworzona para z parownika jest kierowana do przegrzewacza. Para w przegrzewaczu jest wystawiona na działanie gorętszych gazów spalinowych, ponieważ znajduje się bliżej źródła ciepła. Przegrzewacz może podnieść temperaturę pary do 1,022°F (550°C), co jest wymagane przez typową turbinę wysokociśnieniową w elektrowni. Turbiny parowe wymagają przegrzanej pary ze względu na jej wysoką zawartość energii i zmniejszoną zawartość wilgoci (sucha przegrzana para jest tym, co jest dostarczane do turbiny parowej).

Ilość energii, jaką zawiera para, odpowiada temu, ile energii może wyekstrahować turbina parowa, a co za tym idzie, ile energii elektrycznej może wyprodukować jej generator.

6.    Generacja Energii przez Turbinę Parową – sucha przegrzana para jest odprowadzana z HRSG do jednej lub więcej turbin parowych. Turbina parowa przekształca energię cieplną pary w energię mechaniczną i przekazuje ją do generatora (oba są zainstalowane na wspólnym wale).

Generator przekształca energię mechaniczną w energię elektryczną (elektryczność).

7.    Odprowadzanie Gazów Spalinowych – po tym, jak gazy spalinowe przekazały większość swojej energii cieplnej do systemów wodnych i parowych, są odprowadzane do atmosfery w temperaturze od 250°F do 300°F (121°C do 149°C). Ważne jest, aby strumień gorącego gazu nie miał zbyt niskiej temperatury, ponieważ w przeciwnym razie może dojść do kondensacji w kominie i powstania korozyjnego środowiska.

Warto wiedzieć – 'komin' jest podobny do 'komina', choć 'komin' jest bardziej powszechnym terminem używanym w inżynierii.

HRSG o Wielu Poziomach Ciśnienia i Jednym Poziomie Ciśnienia

Jeśli HRSG działa na jednym poziomie ciśnienia, będzie miał jeden bęben parowy, jedną sekcję ekonomizera, jedną sekcję parownika i jedną sekcję przegrzewacza. Jeśli HRSG działa na wielu poziomach ciśnienia, tj. poziomach ciśnienia LP, IP i HP, będzie miał również wiele bębnów parowych, ekonomizerów, parowników i przegrzewaczy. System HRSG, który działa na jednym poziomie ciśnienia, nazywany jest HRSG o jednym poziomie ciśnienia. System HRSG, który działa na wielu poziomach ciśnienia, nazywany jest HRSG o wielu poziomach ciśnienia. Elektrownie używają HRSG o wielu poziomach ciśnienia, podczas gdy HRSG o jednym poziomie ciśnienia są bardziej prawdopodobne do użycia w innych zastosowaniach przemysłowych.

Pionowe HRSG i Poziome HRSG

Możliwe jest klasyfikowanie generatorów parowych z odzyskiem ciepła na podstawie ich orientacji:

• HRSG typu pionowego - gazy spalinowe przepływają pionowo nad poziomymi rurami.

• HRSG typu poziomego - gazy spalinowe przepływają poziomo nad pionowymi rurami.