способ эксплуатации паротурбинной установки и паротурбинная установка для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ эксплуатации паротурбинной установки, включающий подачу из турбины холодного пара в промежуточный пароперегреватель и подачу перегретого пара в турбину, отличающийся тем, что на номинальном и других установившихся стационарных режимах работы паротурбинной установки разделяют выходящий из турбины холодный пар на два потока, распределяют эти потоки посредством регулирующих органов и подают соответственно один поток в количестве 90 50% от потока пара, выходящего из турбины, в байпасную линию, другой поток в количестве 10 50% подают в промежуточный пароперегреватель, в котором пар нагревают до 650 850^oC при максимальном давлении 0,1 1,0 МПа, а перед подачей в турбину потоки перегретого и холодного байпасируемого пара объединяют в один поток и перемешивают посредством аппарата-смесителя.

2. Паротурбинная установка, содержащая котел с первичным пароперегревателем, паровую турбину, состоящую из цилиндров высокого, среднего и низкого давления, промежуточный пароперегреватель, сообщенный с турбиной паропроводами, байпасную линию промежуточного пароперегревателя с регулирующим органом-клапаном, электрический генератор, пароконденсатор, водяные насосы, систему регенеративного подогрева питательной воды, сообщенную трубопроводом с котлом, отличающаяся тем, что она снабжена по меньшей мере одним аппаратом-смесителем пара, размещенным на паропроводе между турбиной и байпасной линией.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в паротурбинных установках (ПТУ) с промежуточным перегревом пара, а также в ПТУ без промежуточного перегрева пара при их реконструкции путем дополнительного введения промперегрева.

Известен способ эксплуатации ПТУ, по которому пар, проработавший в первых ступенях, отводят из турбины в промежуточные пароперегреватели, где ему сообщается дополнительное тепло, после промежуточного перегрева пар возвращают в турбину для работы в последующих ступенях (см. например, Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции. М-Л. Энергия, 1967, с. 30-36, 50-54).

Известна ПТУ для осуществления указанного способа, содержащая котел с первичным пароперегревателем, паровую турбину, состоящую из цилиндров высокого давления (ЦВД), среднего (ЦСД), низкого (ЦНД) давления, промежуточные пароперегреватели, сообщенные с турбиной паропроводами, электрический генератор, пароконденсатор, водяные насосы, систему регенеративного подогрева питательной воды, сообщенную трубопроводом с котлом (см. например, Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции. М-Л. Энергия, 1967, с.30, рис. 3-1, с.35, рис. 3-3, с.67, рис. 6-4, 6-5).

Указанный способ и ПТУ позволяют при эксплуатации этой ПТУ снизить по сравнению с ПТУ без промперегрева диаграмную влажность пара в конце процесса расширения в турбине с 12-15% до 7-8% и тем самым повышают экономичность и надежность ПТУ.

Однако наличие конечной влажности снижает экономичность и надежность этих ПТУ, к тому же указанные ПТУ обладают пониженной маневренностью на пуско-остановочных режимах эксплуатации из-за значительной разности температуры пара, поступающего из промперегревателей, и температуры металла турбины.

Наиболее близким к изобретению является способ эксплуатации ПТУ, по которому на пусковых режимах, вплоть до номинальной нагрузки, перед подачей пара из цилиндра высокого давления (ЦВД) в цилиндр среднего давления (ЦСД) разделяют выходящей из ЦВД холодный пар на два потока: один поток подают в промежуточный пароперегреватель на промперегрев, а другой поток подают (байпасируют) по обводной байпасной линии помимо промежуточного пароперегревателя, регулируют расход пара обоих потоков посредством установленного на байпасе промперегрева регулирующего органа, объединяют в один поток байпасируемый холодный пар с перегретым в промперегревателе паром и подают образовавшуюся смесь пара в турбину: при достижении номинальной нагрузки и на последующих установившихся стационарных режимах байпасирование холодного пара по обводной линии прекращают путем закрытия регулирующего органа и эксплуатацию ПТУ ведут одним потоком из ЦВД в ЦСД только через промежуточный пароперегреватель (см. Типовая инструкция по пуску из различных тепловых состояний и останову дубль-блоков мощность 300 МВт с турбиной К-300-240 ЛМЗ по моноблочной схеме. М. Союзтехэнерго, 1980, с.12).

Наиболее близкой к изобретению является ПТУ для осуществления указанного способа, содержащая котел с первичным пароперегревателем, паровую турбину, состоящую из цилиндров высокого, среднего, низкого давления, промежуточный пароперегреватель, сообщенный с турбиной паропроводами, байпасную линию промежуточного пароперегревателя с регулирующим органом клапаном, электрический генератор, пароконденсатор, водяные насосы, систему регенеративного подогрева питательной воды, сообщенную трубопроводом с котлом (см. авт.свид. СССР N 1343040, 1987).

Указанный способ и ПТУ позволяют ускорить процессы прогрева и расхолаживания турбины на пуско-остановочных режимах эксплуатации ПТУ за счет уменьшения разности температуры пара, поступающего из промперегревателя, и температуры металла турбины.

Однако при номинальном и других установившихся стационарных режимах этот способ и эта ПТУ имеют пониженную эффективность, так как не устраняют появление значительной влаги за последней ступенью турбины, что приводит к снижению коэффициента полезного действия турбины и эрозионному износу рабочих лопаток.

Целью изобретения является повышение экономичности и надежности ПТУ путем повышения КПД турбины и ликвидации эрозионного износа рабочих лопаток за счет снижения до нуля диаграмной влажности пара в конце процесса расширения в турбине.

Сущность изобретения состоит в том, что по способе эксплуатации ПТУ, включающему подачу из турбины холодного пара в промежуточный пароперегреватель и подачу перегретого пара в турбину, на номинальном и других установившихся стационарных режимах работы ПТУ разделяют выходящий из турбины холодный пар на два потока, распределяют эти потоки посредством регулирующих органов и подают соответственно, один поток в количестве 90-50% от потока пара, выходящего из турбины, в байпасную линию, другой поток в количестве 10-50% подают в промежуточный пароперегреватель, в котором пар нагревают до 650-850 С при максимальном давлении 0,1-1 МПа, а перед подачей в турбину потоки перегретого и холодного байпасируемого пара объединяют в один поток и перемешивают посредством аппарата-смесителя.

Сущность изобретения также состоит в том, что осуществляющая этот способ ПТУ, содержащая котел с первичным пароперегревателем, паровую турбину, состоящую из цилиндров высокого, среднего, низкого давления, промежуточный пароперегреватель, сообщенный с турбиной паропроводами, байпасную линию промежуточного пароперегревателя с регулирующим органом клапаном, электрический генератор, пароконденсатор, водяные насосы, систему регенеративного подогрева питательной воды, сообщенную трубопроводом с котлом, снабжена по меньшей мере одним аппаратом-смесителем пара, размещенным на паропроводе между турбиной и байпасной линией, и дополнительным регулирующим органом-клапаном, размещенным между байпасной линией и промежуточным пароперегревателем.

На фиг. 1 и 2 приведена принципиальная схема паротурбинной установки для реализации предложенного способа, соответственно, с двухцилиндровой и трехцилиндровыми паровыми турбинами.

ПТУ состоит из котла 1 с первичным пароперегревателем, турбины, состоящей из цилиндров 2 высокого давления (ЦВД), 3 среднего давления (ЦСД), 4 низкого давления (ЦНД), промежуточного пароперегревателя 5, сообщенного с турбиной паропроводами 6 и 7, байпасной линией 8 промежуточного пароперегревателя 5 с регулирующим органом клапаном 9,электрического генератора 10, пароконденсатора 11, водяных насосов 12, системы 13 регенеративного подогрева питательной воды, сообщенной трубопроводом 14 с котлом 1,аппаратасмесителя 15, размещенного на паропроводе 7 между ЦНД 4 турбины и байпасной линией 8, дополнительного регулирующего органа клапана 16, размещенного на паропроводе 6 между байпасной линией 8 и промежуточным пароперегревателем 5.

ПТУ может быть снабжена дополнительным промежуточным пароперегревателем 5 и байпасной линией 8 с регулирующим клапаном 9, расположенным между ЦВД 2 и ЦСД 3 (на фиг. 2 не показаны).

Изобретение осуществляется следующим образом. После пусковых операций согласно прототипу и достижения номинальной нагрузки электрическим генератором 10 и на всех последующих установившихся стационарных режимах эксплуатаций ПТУ разделяют выходящий из турбины холодный пар в разделительной точке А на паропроводе 6 на два потока, распределяют эти потоки посредством регулирующих органов-клапанов 9 и 16 и подают, соответственно, один поток в количестве 90-50% от потока пара выходящего из турбины в байпасную линию 8, другой поток в количестве 10-50% подают в промежуточный пароперегреватель 5, в котором пар нагревают до 650-850^oС при максимальном давлении 0,1-1 МПа, перед подачей в турбину потоки перегретого и холодного байпасируемого пара объединяют в точке В на трубопроводе 7 в один поток и перемешивают посредством аппарата-смесителя 15.

По сравнению с прототипом реализация способа эксплуатации и ПТУ согласно изобретению, обеспечивает получение нового технического результата, выраженного в повышении экономичности и надежности ПТУ за счет повышения КПД турбины и ликвидации эрозионного износа рабочих лопаток путем использования отличительных признаков изобретения: подача пара через промежуточный пароперегреватель 5 в диапазоне 10-50% от расхода пара выходящего из турбины за счет уменьшения в 2-10 раз весового расхода обеспечивает возможность снижения давления в пароперегревателе 5 (при том же объемном расходе и скоростях пара) до 0,1-1 МПа, что в свою очередь позволяет снизить уровень напряжений при тех же запасах прочности в элементах пароперегревателя 5 и повысить температуру в нем до 650-850^oС, снабжение ПТУ специальным аппаратом смесителем 15, например аэродинамического или механического типа, обеспечивает получение равнотемпературной смеси на коротком участке паропровода 7 и тем самым исключается возможность температурных перекосов в узлах и деталях турбины, а снабжение ПТУ дополнительным клапаном 16 обеспечивает нормальную эксплуатацию ПТУ при аварийном выходе из строя клапана 9, что повышает эксплуатационную надежность ПТУ.

Использование изобретения в ПТУ мощностью 200 МВт с начальными параметрами 13 МПа, 540^oС и дополнительным промперегревом при 2,1 МПа, 540^oС (фиг.2) нулевая влажность в конце процесса расширения в турбине обеспечивается при весовом расходе пара через промперегреватель 5, равном 25% от выходящего из турбины, давлении 0,12 МПа и температуре 650^oС; в ПТУ мощностью 100 МВт с начальными параметрами 9 МПа, 535^oС (фиг. 1) получение нулевой влажности обеспечивается при расходе пара через промперегреватель 5 в количестве 35% от расхода выходящего из турбины, давлении 0,2 МПа и температуре 650^oС.

В результате экономичность этих ПТУ повышается, соответственно, на 1,5 и 3% при этом отпадает необходимость в конструкторско-технологических мероприятиях и ремонтновосстановительных работах, связанных с эрозионным износом и разрушением рабочих лопаток турбины. Из анализа режимов эксплуатации установлено, что при расходе через промперегреватель 5 менее 10% за последней ступенью турбины пар становится влажным, а при расходе более 50% пар за последней ступенью турбины становится перегретым более чем на 60^oС, что недопустимо по условиям эксплуатации ПТУ.