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.