СПОСОБ РАЗОГРЕВА ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ
STEAM TURBINE WARMING METHOD

Изобретение относится к способу разогрева паровой турбины, причем паровая турбина содержит парциальную турбину высокого давления и парциальную турбину среднего и/или низкого давления, причем парциальная турбина высокого давления со стороны входа с помощью трубопровода свежего пара гидравлически соединена с парогенератором, причем между парциальной турбиной высокого давления и парциальной турбиной среднего давления установлен паровой клапан, причем парциальная турбина высокого давления, трубопровод свежего пара и парогенератор разогреваются параллельно.
На электростанциях, оборудованных для производства электроэнергии паротурбинной установкой, в зависимости от потребности в электроэнергии в данный момент та или иная паровая турбина, или несколько паровых турбин могут отключаться и снова подключаться. При этом быстрый пуск соответствующей паротурбинной установки имеет решающее значение. В частности, речь идет о длительном простое, особенно после пуска в холодном или горячем состоянии, например, после недельного простоя. В соответствии с уровнем техники в процессе пуска для повышения температуры и давления пара сначала запускается, т.е. прогревается, парогенератор. Как только для пара будут стабильно обеспечены заданные температура и давление, а также условия пуска, начинается процесс пуска паровой турбины. Для этого, в числе прочего, более или менее широко открываются паровые клапаны свежего пара. При этом значения температуры, давления и условия пуска выбираются таким образом, чтобы после пуска паровой турбины она работала в режиме холостого хода или в нагрузочном режиме с незначительной нагрузкой. При этом пар имеет проводимость, значения которой во избежание повреждения паровой турбины загрязненным паром должны оставаться в заданных пределах.
Поэтому при пуске паротурбинной установки постоянно определяется проводимость пара, и в паровую турбину его направляют только после того, как его проводимость опустится ниже определенного предельного значения.
Значения температуры, давления и условия пуска выбраны таким образом, чтобы после пуска паровой турбины она работала в холостом режиме или в нагрузочном режиме с незначительной нагрузкой. Перед началом процесса собственно пуска эти параметры должны быть стабильными. При этом в зависимости от типа электростанции и конструкции котла или мощности электростанции на это обычно уходят 1-3 часа. При пуске машины из холодного состояния после подачи горячего пара из-за напряжений, возникающих в результате теплового расширения, материал систематически подвергается воздействию больших нагрузок. В настоящее время обычно осуществляется измерительно-технический контроль напряжений, связанных с тепловым расширением. При этом для обеспечения экономичности паротурбинных установок, т.е. оснащенной ими электростанции, повышенный интерес вызывает проблема сокращения времени пуска таких паротурбинных установок.
Процесс пуска обычно начинается только после того, как для пара будут обеспечены заданные пусковые условия, в частности, в отношении чистоты и величины рН. Предпочтительно процесс подогрева также начинать лишь тогда, когда параметры пара достигнут заданных значений подогрева, причем параметры пуска являются более строгими, нежели параметры подогрева. Затраты на достижение высокого качества пара являются относительно высокими.
Под паровой турбиной в смысле данной заявки следует понимать паровую турбину, которая может содержать парциальные турбины. При этом парциальные турбины могут быть рассчитаны на различные параметры пара, как-то: температуру и давление. На этот счет известны парциальные турбины высокого, среднего и низкого давления. В парциальную турбину высокого давления, как правило, подается перегретый пар, который может иметь температуру до 620°С. Кроме того, этот перегретый пар может находиться под давлением до 300 бар. Перегретый пар называют также острым паром. Если насыщенный пар отделяется от осадка или конденсата и нагревается при постоянной температуре, то он становится еще более ненасыщенным. Такой пар называют острым или перегретым паром.
Паровое пространство над осадком или конденсатом содержит при данной равновесной температуре максимальное количество молекул: такой насыщенный пар называют сухим или насыщаемым паром.
Парциальная турбина среднего давления, напротив, выполнена таким образом, чтобы расширившийся пар из парциальной турбины высокого давления попадал в промежуточный пароперегреватель, причем в промежуточном пароперегревателе температура пара повышается, а затем подавался в парциальную турбину среднего давления. Температура пара в парциальной турбине среднего давления составляет около 600°С, а давление около 80 бар. Наконец, пар, выходящий из парциальной турбины среднего давления, направляется в парциальную турбину низкого давления.
Разделение на парциальные турбины высокого, среднего и низкого давления среди специалистов не является унифицированным. Например, такие параметры пара, как температура и давление, не используются в качестве единственного критерия различия между парциальными турбинами высокого, среднего и низкого давления.
Способы эксплуатации паровых турбин с промежуточным перегревом пара, выходящего из парциальной турбины высокого давления и устремляющегося в парциальную турбину среднего давления, известны. В результате промежуточного перегрева температура пара, уже отработавшего в части паровой турбины с высоким давлением, снова повышается, и благодаря этому напор возрастает еще до того, как пар попадет в часть турбины с низким давлением. В итоге повышается коэффициент полезного действия установки.
Другое преимущество эксплуатации паровых или комбинированных электростанций с промежуточным перегревом состоит в том, что промежуточный перегрев уменьшает конечную влажность пара на конечной ступени турбины и тем самым повышает ее гидравлическое качество и увеличивает срок ее службы.
Промежуточный перегрев используется в паровых турбинах, когда пар при расширении в машине становится слишком влажным. Затем пар после прохождения нескольких ступеней направляется из турбины в промежуточный перегреватель, а оттуда снова в турбину. При очень больших перепадах давления, чтобы на последней ступени пар не оказался чересчур влажным, применяется многократный промежуточный перегрев.
В качестве характеристики указанного выше уровня техники можно сослаться на заявку US 2004/013511. Здесь раскрыт способ для горячей протяжки подключенных к ступеням паровой турбины паровых подводов, в котором через подлежащий горячей протяжке (т.е. подлежащий пропусканию горячего потока) участок первого парового подвода и второго парового подвода пропускается пар горячей протяжки.
В основу изобретения положена задача ускорения разогрева охлажденной паровой турбины.
Задача решается с помощью способа разогрева паровой турбины, причем паровая турбина содержит парциальную турбину высокого давления и парциальную турбину среднего или низкого давления, причем парциальная турбина высокого давления со стороны входа с помощью трубопровода свежего пара гидравлически соединена с парогенератором, причем между парциальной турбиной высокого давления и парциальной турбиной среднего давления установлен паровой клапан, причем парциальная турбина высокого давления, трубопровод свежего пара и парогенератор разогреваются одновременно, причем способ включает следующие этапы:
а) Повышение противодавления со стороны парциальной турбины высокого давления.
б) Открытие клапана, установленного перед входом парциальной турбины высокого давления, как только проводимость пара, вырабатываемого парогенератором, опустится ниже допустимой величины.
в) Закрытие парового клапана, установленного между парциальными турбинами высокого и среднего давления.
г) Установление числа оборотов ротора парциальной турбины высокого давления ниже номинального числа оборотов.
д) Снижение противодавления, как только проводимость пара, вырабатываемого парогенератором, опустится ниже предельной величины, причем предельная величина не превышает допустимую.
е) Разогрев парциальной турбины среднего и/или низкого давления паром, вырабатываемым парогенератором и проводимость которого не превышает предельной величины, путем открытия парового клапана.
Изобретение, в числе прочего, исходит из того аспекта, что одновременное направление пара достаточно высокого качества в паровую турбину, содержащую парциальные турбины высокого, среднего и низкого давления, не представляется необходимым. Аспектом этого изобретения является то, что на парциальную турбину высокого давления, если принимаются во внимание все технологические процессы, может подаваться пар недостаточно высокого качества, например, в отношении проводимости. После пуска в холодном состоянии начинается разогревание паровой турбины, сопровождаемое соответствующим ростом давления в трубопроводе свежего пара. Трубопровод свежего пара обычно подогревается вместе с парогенератором. Парогенератор называют также котлом. Первое открытие паровых клапанов зависит от проводимости, перегрева и абсолютных температур пара. При этом пар должен обладать определенным качеством. Пар недостаточного качества в результате агрессивных загрязнений может привести к усилению коррозионного воздействия, которое, например, при появлении влажности пара неблагоприятно сказывается на изменении прочности материала лопаток на изгиб. Правда, проблема недостаточного качества пара относится к парциальной турбине низкого давления, поскольку здесь имеют место особенно большие нагрузки на конечные ступени. На парциальную турбину высокого давления по сравнению с парциальной турбиной низкого давления может подаваться пар с худшей проводимостью, чем на парциальную турбину низкого давления.
Прогревание всей паровой турбины по меркам уровня техники начинается только при достаточной проводимости пара, в то время как подогрев парциальной турбины высокого давления согласно изобретению предлагается производить вместе с трубопроводами свежего пара и с парогенератором при отключенной парциальной турбине среднего и/или низкого давления.
Поскольку в парциальных турбинах высокого давления к проводимости пара предъявляются относительно низкие требования, с обтеканием можно начинать даже при высокой проводимости. Для этого паровой клапан, установленный перед парциальной турбиной среднего давления, закрывается. Тем самым на выходе парциальной турбины высокого давления может быть создано противодавление, которое в рамках допустимых значений может увеличиваться почти произвольно. Благодаря этому нагрев происходит при большой теплоте конденсации.
Существенным аспектом изобретения является, с одной стороны, то, что пар при относительно высокой электропроводности используется для подогрева парциальной турбины высокого давления, а с другой - то, что противодавление на выходе парциальной турбины высокого давления в начале фазы подогрева повышается, а перед последующим разгоном до номинального числа оборотов снова падает. Этот пар вначале подается через парциальную турбину высокого давления. Давление пара на выходе парциальной турбины высокого давления повышается. Это достигается, например, с помощью заслонки или клапана, установленных между парциальными турбинами высокого и среднего давления, которые могут частично или полностью закрываться. За счет повышения давления улучшается переход теплоты пара в толстостенные узлы парциальной турбины высокого давления. Протекающий пар на выходе, так сказать, скапливается, в результате чего происходит быстрое нагревание парциальной турбины высокого давления. Таким образом, температура насыщения пара смещается в сторону более высоких значений. Поэтому этапы а) и в) можно менять местами.
2
2
При насыщении (конденсации) коэффициенты теплоотдачи могут достигать 5000 Вт/ (мK), причем в состоянии перегрева (конвекции) достигаются значения коэффициента теплоотдачи лишь порядка 150 Вт/ (мK). Благодаря этому теплопереход в узлы парциальной турбины высокого давления в фазе прогревания может быть увеличен.
С помощью способа согласно изобретению подогрев паровой турбины можно начинать примерно на 1-3 часа раньше. Другое преимущество состоит в том, что теплопередача при более высокой температуре насыщенного пара ведет к ускоренному разогреву узлов парциальной турбины высокого давления. Благодаря этому время запуска блоков в холодном состоянии сокращается на 1-1,5 часа.
В одном из предпочтительных усовершенствованных вариантов осуществления изобретения допустимое значение электропроводности пара достигает 0,5-5 мксим/см.
Опытные данные показывают, что этот диапазон значений особенно хорошо подходит для допустимых значений.
В одном из других предпочтительных усовершенствованных вариантов осуществления изобретения число оборотов ротора устанавливается в интервале 100-1000 об/мин. Благодаря этому предотвращается вентиляция и создается возможность для подогрева даже при небольших потоках массы пара. При этом числа оборотов располагаются ниже области запирания.
Ниже примеры осуществления изобретения более подробно описываются со ссылками на чертежи. При этом компоненты, обозначенные одинаковыми позициями, выполняют одинаковые функции.
При этом
фиг.1 изображает схематически паровую турбину, содержащую парциальные турбины высокого, среднего и низкого давления,
фиг.2 - схематически альтернативную паровую турбину, содержащую парциальные турбины высокого, среднего и низкого давления.
На фиг.1 схематически изображена паровая турбина 1, содержащая парциальную турбину 2 высокого давления, парциальную турбину 3 среднего давления и двухпоточную парциальную турбину 4 низкого давления. Парциальная турбина 2 высокого давления содержит, по меньшей мере, два трубопровода 5 свежего пара, причем в одном трубопроводе 5 свежего пара установлены клапаны 6. Клапаны 6 выполнены для регулирования потока, проходящего через трубопровод 5 свежего пара. Свежий пар вырабатывается в парогенераторе или котле (не показан). Пар, вырабатываемый парогенератором, по трубопроводу 5 свежего пара и через клапаны 6 поступает в парциальную турбину 2 высокого давления, расширяется там и после этого выпускается из парциальной турбины 2 высокого давления с выхода 7. Через паровыпускной трубопровод 8 расширившийся пар поступает на промежуточный перегреватель (не показан) и нагревается там до более высокой температуры, а затем направляется, по меньшей мере, по одному входному трубопроводу 9 среднего давления в парциальную турбину 3 среднего давления. В парциальной турбине 3 среднего давления пар расширяется до более низкой температуры и более низкого давления и перетекает с выхода 10 парциальной турбины 3 среднего давления по трубопроводу 11 в парциальную турбину 4 низкого давления. В парциальной турбине 4 низкого давления пар расширяется еще больше. При этом температура пара продолжает падать. По выходным трубопроводам 12 пар, наконец, выпускается из паровой турбины и подается в конденсатор (не показан). Вышеописанная подача пара происходит в рабочей фазе паровой турбины 1 согласно предписанию. После остановки более чем на 48 часов паровая турбина 1 находится в охлажденном состоянии. Валы и другие толстостенные узлы паровой турбины 1 во избежание недопустимых напряжений в узлах перед подачей нагрузки следует под контролем подогреть горячим чистым паром. Первое открытие клапанов 6 зависит от проводимости пара, его перегрева и абсолютных значений параметров пара, например, давления р и температуры Т.
Способ разогрева паровой турбины 1 осуществляется, как описано ниже. Паровая турбина 1 содержит парциальную турбину 2 высокого давления и парциальную турбину 3 среднего давления и/или парциальную турбину 4 низкого давления. Между парциальной турбиной 2 высокого давления и парциальной турбиной 3 среднего давления установлен, по меньшей мере, один клапан 14 высокого/среднего давления. Парциальная турбина 2 высокого давления, трубопровод 5 свежего пара и парогенератор разогреваются одновременно. На первом этапе повышается противодавление со стороны выхода 7 парциальной турбины 2 высокого давления. Это может быть достигнуто путем закрытия парового клапана 14, установленного между турбинами высокого и среднего давления 2 и 3, соответственно. На следующем этапе на входе 13 парциальной турбины 2, как только проводимость пара, вырабатываемого парогенератором, опустится ниже допустимой величины, открывается клапан 6. Эта допустимая величина может принимать значения от 0,5 до 5 мксим/см. При этом проводимость пара, вырабатываемого в парогенераторе, постоянно измеряется, а на управляющей станции результаты измерения фиксируются и анализируются.
На очередном этапе число оборотов ротора парциальной турбины 2 высокого давления устанавливается на величину ниже номинальной величины числа оборотов. Оказалось, что лучше всего, когда величины числа оборотов ротора для подогрева парциальной турбины 2 высокого давления располагаются в интервале 100-1000 об/мин.
На очередном этапе противодавление со стороны выхода 7, как только проводимость пара, вырабатываемого в парогенераторе, опустится ниже предельной величины порядка 0,2-0,5 мксим/см, снижается. Это снижение противодавления может производиться путем открытия паровых клапанов 14.
Номинальное число оборотов составляет 3000-3600 об/мин в зависимости от того, с какой промышленной частотой 50 или 60 Гц работает сеть переменного тока. Для паровых турбин атомных электростанций номинальное число оборотов может быть равным 1500 об/мин. Во всяком случае, имеет значение тот факт, чтобы на этапе г) число оборотов было явно, т.е. в несколько раз меньше номинального числа оборотов.
На очередном этапе происходит разогрев парциальной турбины 3 среднего и/или турбины 4 низкого давления с парогенератором, проводимость которого меньше предельной величины, путем открытия парового клапана, установленного между парциальными турбинами 2 и 3 высокого и среднего давления, соответственно.
На фиг.2 изображена альтернативная форма выполнения паровой турбины. Паровая турбина 1' содержит парциальную турбину 2' высокого давления и парциальную турбину 3' среднего и низкого давления, выполненную в виде единого блока. Парциальная турбина среднего и низкого давления называется как "Е-турбина". Существенное отличие от формы выполнения паровой турбины, изображенной на фиг.1, состоит в отсутствии у паровой турбины 1', изображенной на фиг.2, перепускного трубопровода 11. Поэтому принцип действия способа в соответствии с паровой турбиной, изображенной на фиг.2, почти идентичен способу для паровой турбины, описанной на фиг.1. Единственное отличие заключается в том, что паровая турбина 1 на фиг.1 содержит две парциальные турбины, из которых одна является парциальной турбиной 3 среднего давления, а другая - парциальной турбиной 4 низкого давления, в то время как парциальная турбина 3', изображенная на фиг.2, содержит как парциальную турбину среднего, так и парциальную турбину низкого давления, в одном едином корпусе.