UKŁADY GAZOWO-PAROWE z kotłem odzyskowym

Układ gazowo-parowy to połączenie otwartego obiegu turbiny gazowej z zamkniętym obiegiem
parowym. Takie rozwiązanie wykorzystuje pozytywne cechy turbiny gazowej w zakresie
wysokich temperatur i jednocześnie niweluje defekt, jakim jest wysoka temperatura spalin, które
wykorzystuje się do wytworzenia pary, odbierając w ten sposób znaczne ilości ciepła w nich
zgromadzone.

Układy gazowo-parowe z kotłem odzyskowym różnią się konstrukcją kotła odzyskowego:
- poziome,
- pionowe,
- z wymuszoną cyrkulacją,
- z naturalną cyrkulacją,
- bez dopalania,
- z dopalaniem.

Kocioł odzyskowy jest tu jedynie wytwornicą pary dla turbiny parowej. Pod względem
termodynamicznym układ ten jest najlepszym możliwym rozwiązaniem, ponieważ ciepło
dostarczane jest tylko w turbinie gazowej, co skutkuje uzyskiwaniem najwyższych jak
dotąd sprawność wśród obiegów gazowo-parowych.

Elektrociepłownie gazowo-parowe o małych i średnich mocach są budowane zazwyczaj z
kotłami odzyskowymi jednociśnieniowymi. Stosuje się różne rozwiązania wymienników
ciepłowniczych, np. klasyczne rozwiązanie polega na wbudowaniu wymienników zasilanych
wyłącznie parą upustową. W celu możliwie dużego wykorzystania entalpii spalin celowe jest
zainstalowanie w kotle odzyskowym parowacza deaeracyjnego.
W układach z klasycznym odgazowywaczem zasilanym parą upustową, konieczne jest
zainstalowanie w wylotowej części kotła odzyskowego spalinowego podgrzewacza wody
sieciowej, w celu obniżenia temperatury spalin wylotowych i zwiększenia sprawności
całkowitej elektrociepłowni.

Kocioł odzyskowy jest zespołem połączonych wymienników ciepła, których zadaniem jest
wykorzystanie ciepła spalin turbiny gazowej, których temperatura wynosi od 500 do
650°C, do generacji pary przeznaczonej do wykonania pracy w turbinie parowej napędzającej
generator. Może również występować generowanie gorącej wody bądź pary do celów
technologicznych.

W małych układach skojarzonych stosuje się dwa rodzaje kotłów odzyskowych:
- wodne (wymienniki ciepłownicze spaliny-woda),
- parowe, tzw. HRSG (ang. Heat Recovery Steam Generator).

Porównanie kotła odzyskowego z kotłem klasycznym:
- znacznie mniejsza średnia różnica temperatury między spalinami i wytwarzanym czynnikiem
(woda, para). Przy tej samej mocy cieplnej strumień spalin w kotle odzyskowym jest więc
znacznie większy aniżeli w kotle klasycznym.
- wymiana ciepła w kotłach odzyskowych odbywa się głównie na drodze konwekcji.
- mała różnica temperatury między spalinami a wytwarzanym czynnikiem (zwłaszcza przy
produkcji pary wodnej o podwyższonych parametrach) sprawia, że kotły odzyskowe muszą
mieć odpowiednio rozbudowane powierzchnie wymiany ciepła.
- duży strumień spalin w stosunku do strumienia wytwarzanej pary,
- niskie opory przepływu spalin,
- duży udział powierzchni ogrzewalnych z rur ożebrowanych,
- lekka i szczelna konstrukcja obudowy,
- budowa modułowa i wysoki stopień zblokowania części składowych kotła,
- wysoka niezawodność.

Kotły odzyskowe parowe są konstruowane w układzie przeciwprądowym, tzn. śledząc kierunek
przepływu pary, kolejne elementy kotła to podgrzewacz wody, parowacz i przegrzewacz pary.

Kotły parowe odzyskowe budowane są w układzie:
-pionowym, w których powierzchnie ogrzewalne tworzą rury poziome, pracują przy cyrkulacji
wymuszonej,
-poziomym wykorzystują cyrkulację naturalną, dzięki pionowemu orurowaniu. Oba typy
wykonywane są jako konstrukcje modułowe

Układ poziomy jest częściej stosowany niż układ pionowy z uwagi na ułatwienie procesu
odparowania i cyrkulacji w parowniku, łatwość montażu oraz akceptowalną dyspozycyjność.

Kocioł pionowy jest możliwy do zastosowania w instalacjach o ograniczonej przestrzeni, gdyż
cechują się one mniejszym niż poziome zapotrzebowaniem na miejsce. Pozwala to na
umieszczenie takiego kotła w miejsce „starego” węglowego w modernizowanych elektrowniach.
Ponadto wymuszona cyrkulacja daje możliwość relatywnie szybkich rozruchów oraz odstawień.
W kotłach poziomych występują lepsze warunki przepływu spalin i są one tańsze w porównaniu
z pionowymi

Do najważniejszych parametrów projektowych i eksploatacyjnych kotła odzyskowego
należą:

- wartość przewężenia temperaturowego

Δ

Tmin

- niedogrzanie wody na wlocie do walczaka

Δ

tap

- strata ciśnienia w kanale spalinowym

- temperatura wylotowa spalin z kotła.

Do innych ważniejszych parametrów projektowych kotła należą:
- temperatura wody zasilającej tw1
- temperatura pary świeżej tp
- temperatura spalin na dopływie do kotła odzyskowego
- ciśnienie wytwarzanej pary p

Podniesienie sprawności kotła można uzyskać przez zastosowanie większej liczby poziomów
ciśnienia pary. Uzyskuje się przez to zmniejszenie temperatury spalin wylotowych z kotła.

Wyróżniamy:
Układy jednociśnieniowe (prostota, szybki rozruch, ale i duże straty w kotle odzyskowym).
Układy dwuciśnieniowe
Układy trójciśnieniowe

W porównaniu z kotłem odzyskowym jednociśnieniowym w kotłach dwu i trójciśnieniowych
ulega zwiększeniu liczba powierzchni ogrzewalnych kotła.