СПОСОБ ПРОГРЕВА ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ
STEAM TURBINE WARMING METHOD

Изобретение относится к способу прогрева паровой турбины, включающей в себя парциальную турбину среднего давления и/или парциальную турбину низкого давления, причем парциальная турбина среднего давления содержит на стороне выхода подпорное устройство.
Паровую турбину называют также машиной для преобразования энергии потока в механическую энергию. Под собирательным названием «машины для преобразования энергии потока в механическую энергию» объединяются водяные турбины, паровые и газовые турбины, ветровые колеса, центробежные насосы и турбокомпрессоры. У всех этих машин общим является то, что они служат цели отбора энергии потока, чтобы тем самым привести в действие другую машину, или наоборот, подвести энергию к флюиду, чтобы повысить его давление.
Под парциальной турбиной высокого давления в настоящей заявке принимается парциальная турбина, которая со стороны входа нагружается перегретым паром, который может иметь температуры до 620°С и давление до 300 бар. Названные данные температуры и давления являются только ориентировочными величинами. Парциальные турбины, которые спроектированы на повышенные температуры и повышенные давления, могут также называться парциальными турбинами высокого давления. Парциальная турбина среднего давления обычно нагружается перегретым паром, который имеет температуру 600°С и давление примерно 140 бар. Парциальная турбина низкого давления обычно нагружается паром, который вытекает из парциальной турбины среднего давления. Пар, который вытекает из парциальной турбины низкого давления, собирается в итоге в конденсаторе и вновь превращается в воду. Как правило, пар, вытекающий из парциальной турбины высокого давления, нагревается в промежуточном пароперегревателе и втекает в парциальную турбину среднего давления.
В коммунальном энергоснабжении имеет большое значение, чтобы выполненные для привода генераторов паровые турбины могли по возможности быстро разогнаться до номинального числа оборотов. Номинальные числа оборотов лежат на уровне 50 или 60 Гц. Но известны и другие номинальные числа оборотов.
При этом проблематичным является то, что валы и другие толстостенные конструктивные элементы в паровых турбинах перед нагрузкой с полными рабочими параметрами должны контролируемым образом предварительно нагреваться, чтобы устранить недопустимые напряжения в конструктивных элементах.
Обычно турбинные валы парциальных турбин среднего давления работают на вакуум. Это означает, что с выходной стороны парциальной турбины среднего давления существует относительно низкое давление. По этой причине температура насыщения и плотность протекающего пара в парциальной турбине среднего давления низки. Тем самым обусловленный паром перенос тепла к валу низок, что ведет к замедлению предварительного прогрева парциальной турбины среднего давления. Из-за этого увеличивается в целом время пуска паровой турбины. Слишком длительное время пуска оценивается как помеха.
Задачей изобретения является создание способа, которым паровая турбина может быстро прогреваться.
Задача решается способом нагрева паровой турбины, содержащей парциальную турбину среднего давления и/или парциальную турбину низкого давления, причем парциальная турбина среднего давления со стороны выхода имеет подпорное устройство, причем во время процесса пуска пар, протекающий через парциальную турбину среднего давления на выходе посредством напорного устройства так уплотняется (подпирается), что давление пара в парциальной турбине среднего давления повышается так, что температура насыщения пара повышается.
Изобретение, в числе прочего, исходит из того аспекта, что за счет контролируемого уплотнения (подпора) потока пара на выходе парциальной турбины среднего давления при процессе пуска паровой турбины давление повышается. Например, можно посредством запирания клапана повысить давление на выходе парциальной турбины среднего давления. Повышение давления приводит к тому, что температура насыщения пара повышается. Значения теплопередачи при насыщенном паре особенно высоки. Эти значения теплопередачи выше, чем при конвективном нагреве. Поэтому температура пара при насыщении является определяющей для переноса тепла к валу. Например, температура, без использования соответствующего изобретению подпора, составляет около 80°С и около 0,5 бар. За счет подпора пара на стороне выхода парциальной турбины среднего давления на подпорном устройстве, например, на 4 бар температура насыщения пара становится равной 144°С. Вследствие этого теплопередача на установленный в паровой турбине вал повышается, и в результате вал прогревается сравнительно быстро.
Кроме того, за счет повышенной плотности пара также ускоряется последующий конвективный перегрев парциальной турбины среднего давления.
За счет этого предусмотренного изобретением решения, при котором тепло может вводиться в парциальную турбину среднего давления быстрее, процесс пуска паровой турбины при холодном запуске может быть сокращен на значение до одного часа. В предпочтительном варианте осуществления подпорное устройство размещается в перепускном трубопроводе. При этом перепускной трубопровод представляет собой трубопровод, который гидродинамически связывает выход парциальной турбины среднего давления с входом парциальной турбины низкого давления.
Посредством такого решения относительно просто повысить давление на стороне выхода парциальной турбины среднего давления.
В другом предпочтительном варианте осуществления подпорное устройство выполнено регулируемым.
За счет этого процесс прогрева паровой турбины может регулироваться. Например, поток массы пара, втекающий не непрерывно в парциальную турбину среднего давления, мог бы регулироваться посредством регулируемого подпорного устройства таким образом, чтобы перенос тепла в толстостенные конструктивные элементы парциальной турбины среднего давления осуществлялся равномерно.
В качестве входных параметров для регулирования подпорного устройства могут применяться температура, давление и/или поток массы пара.
В другом предпочтительном варианте осуществления подпорное устройство выполнено как перекидной клапан. Выполнение перекидного клапана является сравнительно экономичным решением с желательным эффектом, а именно, достигается создание подпора пара.
В другом предпочтительном варианте осуществления пар со стороны выхода парциальной турбины среднего давления затормаживается до значений давления между 3 и 5 бар и значений температур между 130°С и 150°С.
Оказалось, что при этих значениях давления и температуры теплопередача пара на вал парциальной турбины среднего давления особенно высока.
Примеры выполнения изобретения далее описаны со ссылкой на чертеж. При этом компоненты, снабженные одинаковыми ссылочными позициями, имеют сходный принцип действия.
На чертеже показано схематичное представление парциальной турбины среднего давления и парциальной турбины низкого давления.
На чертеже показано схематичное представление паровой турбины 8. Паровая турбина может включать в себя парциальную турбину высокого давления, парциальную турбину среднего давления и/или парциальную турбину низкого давления. Представленная на чертеже паровая турбина содержит парциальную турбину среднего давления и парциальную турбину низкого давления. Как правило, свежий пар втекает в не показанную парциальную турбину высокого давления и там расширяется и охлаждается до более низкой температуры. Этот расширенный и охлажденный пар нагревается в не показанном на чертеже промежуточном пароперегревателе до повышенной температуры и затем по трубопроводу 1 втекает в парциальную турбину 2 среднего давления. Пар, поступивший в парциальную турбину 2 среднего давления, расширяется, причем давление и температура пара при этом снижаются.
На выходе парциальной турбины 2 среднего давления расширенный пар с выхода 3 через перепускной трубопровод 4 поступает на вход 5 парциальной турбины низкого давления. Показанные на фиг.1 парциальную турбину 2 среднего давления и парциальную турбину 6 низкого давления следует рассматривать как часть паровой турбины. Ради наглядности, парциальная турбина высокого давления, промежуточный пароперегреватель, конденсатор и различные блоки, например насос, не показаны.
В перепускном трубопроводе 4 размещено подпорное устройство 7. Подпорное устройство 7 может быть выполнено регулируемым и/или как перекидной клапан. Во время процесса пуска подпорное устройство 7 задействуется таким образом, что вытекающий на выход 3 пар задерживается (подпирается) перед регулирующим клапаном, за счет чего повышается давление пара. Тем самым повышается температура насыщения пара, что ведет к повышению значений теплопередачи пара на вал парциальной турбины 2 среднего давления. Вал парциальной турбины среднего давления детально не показан.
Оказалось, что пар со стороны выхода должен подпираться до значений между 3 и 5 бар и значений между 130°С и 150°С, чтобы получить хорошую теплопередачу пара.
Тем самым процесс пуска паровой турбины сокращается примерно на час.