ТЕПЛОФИКАЦИОННАЯ ТУРБИННАЯ УСТАНОВКА
DUAL-PURPOSE TURBINE PLANT

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при модернизации теплофикационных турбинных установок.
Ряд теплофикационных турбинных установок с производственным и отопительными отборами пара (турбоустановки типа ПТ) могут вырабатывать максимальную электрическую мощность только при условии их полной загрузки по производственному отбору пара (например, турбоустановка ПТ-140/165-130/15 производства УТЗ). Такие турбоустановки разрабатывались под объекты с гарантированным потреблением значительных расходов производственного пара, например, для ТЭЦ, обеспечивающих паром металлургические, химические производства.
В настоящее время из-за закрытия, перепрофилирования ряда таких производств или из-за перевода их на технологии, не требующие совсем или требующие весьма ограниченные расходы пара на производство, эти турбоустановки недовырабатывают электрическую мощность.
Объясняется это тем, что конструкция таких турбоустановок:
проточная часть за камерой отбора пара на производство, поверхность охлаждения конденсатора и расход через него охлаждающей воды не рассчитаны на пропуск через части среднего и низкого давлений турбины и прием в конденсатор полного расхода пара, поступающего в голову турбоустановки (см., например, Е.И.Бененсон, Л.С.Иоффе. Теплофикационные паровые турбины. М., Энергоатомиздат, 1986, с.140). В результате в случае полного прекращения отпуска пара из производственного отбора недовыработка электрической мощности на одной турбине ПТ-140/165-130/15 составляет около 20 МВт.
Известны решения, обеспечивающие получение максимальной электрической мощности на таких турбинах при отсутствии потребности в производственном паре по его прямому назначению, но посредством подачи пара из производственного отбора на общестанционный коллектор, из которого этот пар питает специальную приключенную турбину (см., например, Баринберг Г.Д., Валамин А.Е., Сахнин Ю.А. Приключенные паровые турбины ЗАО УТЗ. Теплоэнергетика, 2008, №8, с.34-40). В этом случае появляется возможность полностью загрузить турбоустановку типа ПТ, добиваясь на ней максимальной выработки электрической мощности, и получить дополнительную мощность на приключенной турбине. Недостатком такого решения является его высокая затратность, так как требуется разработка и строительство по сути нового турбоагрегата (приключенной турбины и генератора) со своим фундаментом, со вспомогательным оборудованием и коммуникациями. Часто такое решение просто невозможно реализовать в условиях конкретных ТЭЦ из-за отсутствия свободного места в машинном зале для такого строительства. Возведение специального пристроя к машинному залу и размещение в нем приключенной турбоустановки делает такой проект еще более затратным и практически не окупаемым.
Известны решения по реконструкции проточной части среднего и низкого давлений паровых турбин типа ПТ для обеспечения полного пропуска через них пара, поступающего в голову турбины (см., например, патент №2131978, Способ эксплуатации паровой турбины, F01K 17/02). В ряде случаев, если позволяет фундамент турбоагрегата, возможна замена всего ЦНД турбины. Однако в этих случаях «узким местом» в турбоустановке, не позволяющим максимально повысить ее мощность, остается конденсатор с ограниченной поверхностью охлаждения и недостаточным расходом охлаждающей воды. Реконструкция собственно конденсатора или его замена с целью увеличения его поверхности охлаждения также весьма затратив либо, что чаще всего бывает, в условиях существующего фундамента турбоагрегата невозможна.
Задачей заявленного изобретения является повышение электрической мощности турбин типа ПТ на величину до 15% при полном или частичном отсутствии отбора пара на производство.
Указанная задача достигается тем, что производится реконструкция проточной части среднего и низкого давления турбины, а необходимое увеличение поверхности охлаждения конденсатора достигается подключением к его пароприемному патрубку или к выхлопному патрубку турбины парового пространства подогревателя сетевой воды верхнего отопительного отбора и пропуском через водяное пространство этого подогревателя охлаждающей водой.
На фиг.1 приведена схема предложенной турбинной установки. Условно не показана система регенерации турбоустановки и другие ее элементы, принципиально не влияющие на суть изобретения.
Теплофикационная турбинная установка состоит из турбины 7, включающей в себя части высокого 2, среднего 3 и низкого 4 давлений (в дальнейшем соответственно ЧВД, ЧСД и ЧНД), выхлопного патрубка 5, соединенного с пароприемным патрубком 6 конденсатора 7, подогревателя сетевой воды 8 нижнего отопительного отбора, соединенного трубопроводом отбора пара 9 с ЧНД 4, подогревателя сетевой воды 10 верхнего отопительного отбора, соединенного трубопроводом отбора пара 11 с ЧНД 4 с расположенным на трубопроводе запорным органом 12. Перед ЧСД 3 имеется трубопровод производственного отбора пара 13, соединяющий турбину 1 непосредственно с потребителем этого пара или с общестанционным коллектором производственного пара, откуда последний направляется потребителю. На трубопроводе производственного отбора пара 13 имеется запорный орган 14. Подогреватели сетевой воды 8 и 10 последовательно соединены между собой по сетевой воде. Подогреватель сетевой воды 10 верхнего отопительного отбора имеет на подводе и отводе сетевой воды запорную арматуру 15, 16 и обводную линию 17 с установленным на ней запорным органом 18. Выхлопной патрубок 5 турбины 1 соединен трубопроводом 19 с установленным на нем запорным органом 20 с трубопроводом отбора пара 11 за запорным органом 12.
Возможен вариант фиг.2, когда трубопровод 19 с установленным на нем запорным органом 20 соединяет с трубопроводом отбора пара 11 за. запорным органом 12 пароприемный патрубок 6 конденсатора 7. К последнему присоединены подводящий трубопровод 21 и отводящий трубопровод 22 охлаждающей воды с установленными на них запорными органами 23. Подводящий трубопровод 21 охлаждающей воды соединен трубопроводом 24 с установленном на нем запорным органом 25 с трубопроводом сетевой воды в рассечку между запорным органом 75 и входной водяной камерой подогревателя сетевой воды 10 верхнего отопительного отбора. Отводящий трубопровод 22 охлаждающей воды соединен трубопроводом 26 с установленном на нем запорным органом 27 с трубопроводом сетевой воды в рассечку между запорным органом 16 и выходной водяной камерой подогревателя сетевой воды 10 верхнего отопительного отбора.
Теплофикационная турбинная установка работает следующим образом. В ЧВД 2 поступает свежий пар. Часть пара поступает в систему регенерации высокого давления (условно не показана). Пройдя ЧВД 2, часть пара поступает по трубопроводу производственного отбора пара 13 через открытый запорный орган 14 потребителю этого пара или в общестанционный коллектор. Оставшаяся часть пара направляется в ЧСД 3, откуда часть пара поступает в систему регенерации низкого давления (условно не показана), часть - в ЧНД 4, откуда по трубопроводу отбора пара 11 при открытом запорном органе 12 направляется в подогреватель сетевой воды 10 верхнего отопительного отбора, часть пара по трубопроводу 9 в подогреватель сетевой воды 8 нижнего отопительного отбора. Из ЧНД 4 остатки пара через выхлопную часть 5 турбины 1 поступают в пароприемный патрубок 6 конденсатора 7, где через трубы поверхности охлаждения прокачивается охлаждающая вода, поступающая в конденсатор по трубопроводу 21 через открытый запорный орган 23 и отводящаяся из конденсатора 7 по трубопроводу охлаждающей воды 22 через открытый запорный орган 23. Сетевая вода нагревается, последовательно проходя через подогреватели 8 и 10. Запорные органы 15 и 16 на линии сетевой воды находятся в открытом состоянии. Обводная линия 17 на обводе по сетевой воде подогревателя сетевой воды 10 перекрыта запорным органом 18. Такая работа турбоустановки считается работой на номинальном режиме. На таком режиме или других подобных режимах, когда задействованы отборы пара на отопление и на производство, трубопровод 19, соединяющий выхлопной патрубок 5 турбины 1 (или пароприемный патрубок 6 конденсатора 7) с трубопроводом верхнего отопительного отбора 11 перекрыт запорным органом 20, а трубопроводы 24 и 26, соединяющие подводящий трубопровод 21 и отводящий трубопровод 22 охлаждающей воды конденсатора с трубопроводом сетевой воды, перекрыты соответственно запорными органами 25 и 27. При одноступенчатом подогреве сетевой воды нагрев последней происходит только в подогревателе 8 нижнего отопительного отбора. При этом запорные органы 15 и 16 закрыты, а запорный орган 18 на байпасе 17 открыт.
При отсутствии в потребности производственного пара запорный орган 14 на трубопроводе производственного пара 13 закрыт. При этом турбоустановка может работать как без подогрева сетевой воды, так и с одноступенчатым подогревом сетевой воды в подогревателе сетевой воды 8. С целью получения максимальной электрической мощности при отсутствии потребления пара производственного отбора к паровому патрубку 5 турбины 1 или к пароприемному патрубку 6 конденсатора 7 подключают паровое пространство подогревателя сетевой воды 10 верхнего отопительного отбора путем открытия запорного органа 20 на трубопроводе 19. Запорный орган 12 на трубопроводе отбора пара 11 должен быть закрыт. Для пропуска охлаждающей воды через подогреватель сетевой воды 10 открывают запорные органы 25 и 27 на трубопроводах 24 и 26 соответственно. Запорные органы 15 и 16 по сетевой воде должны быть закрыты. При подогреве сетевой воды в подогревателе сетевой воды 8 запорный орган 18 на байпасе 17 должен быть открыт. При отсутствии необходимости в подогреве сетевой воды запорный орган 18 на обводной линии 17 может находиться как в открытом, так и закрытом положении.