Паротурбинная теплофикационная установка
STEAM TURBINE COGENERATION PLANT

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях (ТЭС) для паротурбинных теплофикационных установок (ПТУ), в которых используются пароструйные эжекторы.
В настоящее время на большинстве эксплуатирующихся теплофикационных ПТУ отсос воздуха из подогревателей сетевой воды осуществляется в конденсатор. В теплофикационных турбинах, отработавших большой срок, возникают значительные присосы воздуха в вакуумную систему, куда кроме конденсатора входят подогреватели сетевой воды и другие элементы тепловой схемы. Для повышения экономичности таких турбин (турбоустановок) целесообразно разделить вакуумную систему с организацией раздельного отсоса воздуха из конденсатора турбины и подогревателей сетевой воды.
Известна тепловая электрическая станция, которая содержит паровой котел, связанный трубопроводом острого пара с теплофикационной турбиной, конденсатор которой связан трубопроводом отвода выпара с основным пароструйным эжектором, снабженным охладителем отработавшего пара эжектора. Охладитель отработавшего пара эжектора турбины включен в газопровод перед горелками котла с возможностью его охлаждения подаваемым газом (RU2572679).
Известна теплофикационная турбоустановка, которая содержит теплофикационную турбину с отборами пара, подключенными к регенеративным и сетевым подогревателям, конденсатор, трубопровод основного конденсата турбины с включенными в него охладителем пара уплотнений турбины и регенеративными подогревателями низкого давления, охладитель основных пароструйных эжекторов, деаэратор подпиточной воды тепловой сети с подключенными к нему трубопроводами исходной воды, греющего агента, деаэрированной подпиточной воды тепловой сети. Охладитель основных пароструйных эжекторов включен по охлаждающей среде в трубопровод греющего агента перед деаэратором подпиточной воды тепловой сети (RU 2580849).
Известна теплофикационная турбоустановка, содержащая теплофикационную турбину с отборами пара, подключенными к регенеративным и сетевым подогревателям, конденсатор с подключенным к нему основным пароструйным эжектором, трубопровод основного конденсата турбины с включенными в него регенеративными подогревателями низкого давления, охладитель пара уплотнений турбины, деаэратор подпиточной воды тепловой сети с подключенными к нему трубопроводами исходной воды, греющего агента, деаэрированной подпиточной воды тепловой сети, трубопровод отработавшего пара основного пароструйного эжектора подключен к патрубку греющего агента деаэратора подпиточной воды тепловой сети, а охладитель пара уплотнений турбины по охлаждающей среде включен в трубопровод исходной воды перед деаэратором подпиточной воды тепловой сети.
Использование исходной воды перед деаэратором (RU2572679) или греющей воды перед деаэратором подпиточной воды (RU 2580849, RU 2621437) не являются удовлетворительными в случае установки пароструйного эжектора в схеме подогрева сетевой воды теплофикационной ПТУ из-за высоких температур теплоносителей или практической (экономической) нецелесообразности.
Известна паротурбинная теплофикационная установка (ПТУ), содержащая паровую турбину с конденсатором, подогреватели сетевой воды, основные пароструйные эжекторы, отсасывающие паровоздушную смесь из конденсатора, эжектор подогревателей сетевой воды, отсасывающий паровоздушную смесь из подогревателей сетевой воды, с трубопроводом рабочего пара от пароуравнительной линии деаэраторов или общестанционного коллектора, включенный по охлаждающей воде в линию обратной сетевой воды с отводом дренажа из охладителей эжектора в конденсатор (Турбина паровая Т-180/210-130-1, Т-180/210-130-2. Инструкция по эксплуатации №1570001-ИЭ. 1981 г., 158 с. ЛМЗ).
В известных ПТУ в качестве эжектора сетевых подогревателей используется основной пароструйный эжектор.
Наиболее близкой к предлагаемой является паротурбинная теплофикационная установка, содержащая паровая турбину с конденсатором, основные эжекторы, отсасывающие паровоздушную смесь из конденсатора и подключенные параллельно друг другу, подогреватели сетевой воды, последовательно соединенные друг с другом и подключенные к эжектору подогревателей сетевой воды, отсасывающий паровоздушную смесь из подогревателей сетевой воды, коллектор силового пара, соединенный по паропроводу с основными эжекторами и эжектором подогревателей сетевой воды, выполненные пароструйными, при этом эжектор подогревателей сетевой воды включен по охлаждающей воде в линию обратной сетевой воды с отводом дренажа из охладителей эжектора в конденсатор, в качестве эжектора подогревателей сетевой воды установлен пароструйный эжектор с меньшей степенью сжатия паровоздушной смеси (ε=2,5…3,0) в сравнении с основными пароструйными эжекторами турбины (ε=30…40). Данный аналог принят в качестве прототипа. (Турбина паровая Т-100-130. Инструкция по эксплуатации. 1960 г., 95 с. УТЗ).
Общими недостатками аналога-турбины паровой Т-180/210-130-1, Τ-180/210-130-2 и прототипа - турбины паровой Т-100-130 является пониженная экономичность и надежность, связанная с подключением эжектора подогревателей сетевой воды по охлаждающей воде в линию обратной сетевой воды. Это обусловлено вытеснением нижнего теплофикационного отбора в двухступенчатом режиме подогрева сетевой воды из-за повышения температуры обратной сетевой воды, подогретой в охладителях эжектора подогревателей сетевой воды. Кроме того, в известном устройстве реализуется отвод дренажа рабочего пара эжектора в конденсатор, что приводит к потере теплоты этого пара с циркуляционной водой. Кроме того, отсос неконденсирующихся газов из подогревателей сетевой воды с помощью эжектора подогревателей сетевой воды с включением охладителей эжектора в линию обратной сетевой воды не очень надежен из-за возможного повышения температуры обратной сетевой воды, например, при переходе с графика 50/150°С на график 70/150°С, что может привести к переходу эжектора на допредельный режим работы или к срыву работы эжектора с полной потерей работоспособности.
Технической проблемой серийно эксплуатируемых десятилетиями паровых турбин является пониженная надежность работы схемы отсоса воздуха из подогревателей сетевой воды и повышенный расход теплоты на собственные нужды паротурбинной теплофикационной установки (ПТУ).
Техническим результатом, достигаемым заявляемым изобретением, является снижение расхода теплоты на собственные нужды теплофикационной установки и повышение надежности работы схемы отсоса воздуха из подогревателей сетевой воды.
Для решения технической проблемы предлагается паротурбинная теплофикационная установка (ПТУ), содержащая паровую турбину, герметично соединенную посредством патрубка с конденсатором турбины, имеющей отвод для подключения к выходящей из конденсатора турбины линии отвода основного конденсата (ОК), паровая турбина снабжена паропроводом, который герметично соединен с линией отбора пара, подключенной к общестанционному коллектору пара, выход которого соответствующими паропроводами через патрубки по пару герметично соединен с основными эжекторами турбины и эжектором подогревателей сетевой воды, выполненных пароструйными, основные эжекторы турбины подключены к паропроводам параллельно друг другу, каждый из основных эжекторов турбины через соответствующие охладители герметично подключен к соответствующим линиям отвода конденсата пара к конденсатору турбины, а через патрубки паровоздушной смеси (ПВС) герметично подключен к соответствующим линиям для отсоса паровоздушной смеси из конденсатора турбины, линия отвода основного конденсата снабжена насосом, подключенным после конденсатора турбины, а после насоса к линии отвода основного конденсата подключены основные эжекторы турбины, эжектор подогревателей сетевой воды через патрубок паровоздушной смеси соединен с линией отсоса паровоздушной смеси из подогревателей сетевой воды, которые включены в линию сетевой воды и соединены последовательно с возможностью подключения с линией отбора пара на нижний и верхний подогреватели сетевой воды, при этом эжектор подогревателей сетевой воды имеет степень сжатия паровоздушной смеси (ПВС) меньше, чем степень сжатия паровоздушной смеси (ПВС) в основных эжекторах турбины. Заявляемая ПТУ отличается тем, что эжектор подогревателей сетевой воды подсоединен к линии основного конденсата (ОК) за основными эжекторами турбины, эжектор подогревателей сетевой воды через охладитель включен в линию отвода конденсата пара, соединенную с конденсатосборником первого подогревателя сетевой воды, сообщенный с конденсатосборником второго подогревателя сетевой воды, конденсатосборник первого подогревателя сетевой воды герметично соединен с линией отвода конденсата пара, которая подключена к линии основного конденсата (ОК) после эжектора подогревателей сетевой воды.
В заявляемой ПТУ второй подогреватель сетевой воды снабжен отводом паровоздушной смеси в первый подогреватель сетевой воды, конденсатосборник второго подогревателя сетевой воды снабжен отводом конденсата пара в конденсатосборник первого подогревателя сетевой воды. Основные эжекторы турбины и эжектор подогревателей сетевой воды снабжены патрубками отвода воздуха в атмосферу.
Соединения и подключения в линии основного конденсата, линиях отсоса ПВС, линиях отвода конденсата пара, выполненных в виде трубопроводов, образованных соединением металлических труб, осуществлены посредством врезки соответствующих патрубков эжекторов, патрубков кондесатосборника первого подогревателя сетевой воды, отводов с формированием неразъемного соединения, например, сваркой, или разъемного соединения, например, фланцевого соединения. Изготовление линий, соединяющих все части ПТУ в единое устройство, осуществляются известными способами с использованием известных материалов и оборудования. Все конструктивные элементы реализованной в заявляемом устройстве схемы подключения конструктивных частей ПТУ (паровая турбина, пароструйные эжекторы, подогреватели сетевой воды в виде горизонтальных теплообменников, насос, перекачивающий основной конденсат, трубопроводы и запорная арматура), представляют собой известные в науке и технике устройства и приспособления, которые соединены друг с другом сваркой или свинчиванием или скручиванием, образуя единую конструкцию паротурбинной теплофикационной установки (ПТУ).
Сравнение заявляемого изобретения с прототипом показывает, что заявляемая ПТУ отличается от известной, выбранной в качестве прототипа, подключением эжектора подогревателя сетевой воды в линию основного конденсата, выходящую из конденсатора турбины, при этом подключение осуществлено за основными эжекторами турбины, тогда как по прототипу такое подключение осуществлено в линию обратной сетевой воды. При этом отвод (дренаж) конденсата пара эжектора подогревателей сетевой воды производится в конденсатосборник первого подогревателя сетевой воды, а не в конденсатор турбины, как это предусмотрено в прототипе. Также линия отвода конденсата из конденсатосборника первого подогревателя сетевой воды, в отличие от прототипа, подключена к линии основного конденсата после эжектора подогревателей сетевой воды. Вышеуказанные отличия заявляемого изобретения позволяют сделать вывод о ее соответствии критерию «новизна».
Совокупность заявляемых признаков ПТУ позволяет обеспечить новый технический результат.
н
Причинно-следственная связь между заявленной совокупностью существенных признаков ПТУ и достигаемым техническим результатом заключается в том, что включение эжектора подогревателей сетевой воды через охладитель (патрубок охлаждающей воды) в линию основного конденсата, выходящую из конденсатора турбины, сразу за основными эжекторами турбины, позволяет увеличить выработку электроэнергии паровой турбиной, так как подогретый конденсат вытесняет самый низкопотенциальный отбор пара из паровой турбины на подогреватели низкого давления (ПНД-1), при этом расходы пара в нижний и верхний теплофикационные отборы на подогреватели сетевой воды остаются неизменными. Кроме того, отвод (дренаж) конденсата пара эжектора подогревателей сетевой воды производится в конденсатосборник первого подогревателя сетевой воды, что позволяет исключить потери теплоты от этого дренажа с циркуляционной водой в конденсаторе турбины. Включение эжектора подогревателей сетевой воды через его охладитель в линию основного конденсата позволяет повысить надежность схемы отсоса воздуха из подогревателей сетевой воды, так как температура основного конденсата не может быть выше 55°С (давление в конденсаторе теплофикационной турбины не должно превышать 12 кПа, что соответствует температуре насыщения t=50°С; нагрев воды в основном эжекторе турбины составляет не более Δt=5°С; напротив, температура обратной сетевой воды может достигать 70°С), что позволяет поддерживать длину рабочей характеристики эжектора подогревателей сетевой воды неизменной в различных режимах работы ПТУ.
Заявляемая ПТУ иллюстрируется следующим примером конкретного выполнения. На Фиг. 1 схематически показана заявляемая паротурбинная теплофикационная установка (ПТУ). На Фиг. 1 приняты следующие обозначения:
1 - паровая турбина теплофикационной паротурбинной установки (ПТУ);
2 - конденсатор турбины;
3 - насос;
4, 5 - подогреватели сетевой воды горизонтальные ПСГ-1 и ПСГ-2;
6, 7 - основные эжекторы турбины для отсоса паровоздушной смеси (ПВС) из конденсатора турбины;
8 - общестанционный коллектор пара на эжекторы;
9 - линии отвода конденсата пара из основных эжекторов турбины в конденсатор турбины;
10 - эжектор подогревателей сетевой воды;
11 - линия отсоса паровоздушной смеси из подогревателей сетевой воды;
12 - линия отвода конденсата пара из эжектора подогревателей сетевой воды.
13 - линия основного конденсата;
14 - отвод воздуха (паровоздушной смеси) их эжекторов в атмосферу;
15 - линия отсоса паровоздушной смеси из конденсатора турбины в основные эжекторы турбины;
16 - линия отвода паровоздушной смеси из ПСГ-2 в ПСГ-1;
17 - линия подвода пара в подогреватели сетевой воды.
Осуществление изобретения
Заявляемая теплофикационная паротурбинная установка (ПТУ) содержит паровую турбину 1 с присоединенным через патрубок (не показан) конденсатором 2 турбины, линию отбора пара, выполненную в виде паропровода, подключенную к общестанционному коллектору пара 8. Эжекторы 6, 7, 10 выполнены пароструйными. Пар на основные эжекторы 6, 7 турбины и на эжектор 10 подогревателей сетевой воды, подключенных параллельно друг другу, подается из общестанционного коллектора пара 8 по соответствующим паропроводам. Эжекторы 6, 7 и 10 независимо друг от друга герметично подсоединены к общестанционному коллектору пара 8 через соответствующие патрубки по пару. В заявляемой ПТУ могут быть использованы приемлемые для этих целей выпускаемые промышленностью эжекторы марок ЭП-3-2, причем эжектор 10 подогревателей сетевой воды имеет степень сжатия ПВС 2…3, что меньше, чем степень сжатия ПВС в основных эжекторах 6, 7 турбины - 25…30. Это обеспечивает уменьшение расхода пара на эжектор 10 подогревателей сетевой воды в сравнении с основными эжекторами 6, 7 турбины. Подогреватели 4 и 5 сетевой воды горизонтальные (ПСГ-1) и (ПСГ-2) соответственно, представляют собой известные в науке и технике теплообменники, пар на которые подается по линии 17 из отборов паровой турбины 1 по соответствующему патрубку. Паровоздушная смесь (ПВС) каскадно отводится из подогревателя 5 сетевой воды (ПСГ-2) (верхний) в подогреватель 4 сетевой воды (ПСГ-1) (нижний) по линии 16 отвода паровоздушной смеси из ПСГ-2 в ПСГ-1, а затем отсасывается из подогревателя 4 сетевой воды (ПСГ-1) эжектором 10 подогревателей сетевой воды по линии 11 отсоса паровоздушной смеси. Конденсат пара каскадно отводится из конденсатосборника подогревателя 5 сетевой воды (ПСГ-2) в конденсатосборник 4 подогревателя сетевой воды (ПСГ-1), отвод конденсата пара осуществляется самотеком с верхнего ПСГ-2 на нижний на ПСГ-1. Из конденсатора 2 турбины посредством насоса 3 основной конденсат (ОК) подается через охладители основных эжекторов 6, 7 турбины по линии 13 основного конденсата (ОК). Конденсат пара через соответствующие охладители основных эжекторов 6, 7 турбины отводится в конденсатор 2 турбины по линиям 9 отвода конденсата пара, а воздух из основных эжекторов 6, 7 турбины выбрасывается по линии 14 в атмосферу. Эжектор 10 подогревателей сетевой воды через охладитель включен в линию 13 основного конденсата за основными эжекторами 6, 7 турбины, а конденсат его пара подается по линии 12 отвода конденсата пара в конденсатоосборник первого подогревателя 4 сетевой воды (ПСГ-1), а из него конденсат пара эжектора 10 подогревателей сетевой воды и конденсат пара из конденсатосборника первого (нижнего) подогревателя 4 сетевой воды (ПСГ-1) подают в линию основного конденсата 13 после эжектора 10 подогревателей сетевой воды.
Работа заявляемой теплофикационной паротурбинной установки осуществляется следующим образом. Пар, пройдя паровую турбину 1, поступает в конденсатор 2 турбины, присоединенный через патрубок. Из конденсатора 2 турбины конденсат пара посредством насоса 3 подается в линию 13 основного конденсата, в которую последовательно включены охладители основных эжекторов 6 и 7 турбины и за ними эжектор 10 подогревателей сетевой воды, пар на которые подается по паропроводу из общестанционного коллектора пара 8, подключенного к отбору пара турбины 1, а конденсат пара из основных эжекторов 6, 7 турбины направляется в конденсатор 2 турбины по линиям 9 отвода конденсата пара. Из эжектора 10 подогревателей сетевой воды конденсат пара по линии 12 отводят из эжектора 10 подогревателей сетевой воды в подогреватель 4 сетевой воды (ПСГ-1). Основные эжекторы 6, 7 турбины, создавая разряжение, отсасывают по линии 15 паровоздушную смесь из конденсатора 2 турбины, а эжектор 10 подогревателей сетевой воды за счет создаваемого разряжения отсасывает ПВС по линии 11 из подогревателя 4 сетевой воды (ПСГ-1). Пар из паровой турбины 1 направляется также по линии 17 в подогреватели 4 и 5 сетевой воды (ПСГ-1 и ПСГ-2), где он нагревает сетевую воду. Конденсат пара, образующийся в подогревателях 4,5 сетевой воды каскадно, сливается из конденсатосборника подогревателя 5 сетевой воды (ПСГ-2) в конденсатосборник подогревателя 4 сетевой воды (ПСГ-1), а затем насосом 3 конденсат пара из конденсатосборника подогревателя 4 сетевой воды и конденсат пара эжектора 10 подогревателей сетевой воды совместно отводятся в линию 13 основного конденсата после эжектора 10 подогревателей сетевой воды. Паровоздушная смесь в подогревателях 4 и 5 сетевой воды каскадно отводится из подогревателя 5 сетевой воды (ПСГ-2) в подогреватель 4 сетевой воды (ПСГ-1) по линии 16.
Включение эжектора 10 подогревателей сетевой воды в линию 13 основного конденсата турбины за основными эжекторами 6, 7 турбины позволяет сохранить работоспособность эжектора 10 подогревателей сетевой воды в любых режимах работы турбины. Если бы эжектор 10 подогревателей сетевой воды был включен в линию обратной сетевой воды перед ПСГ-1, как в прототипе, то при повышении температуры обратной сетевой воды до 70°С, характеристика эжектора 10 подогревателей сетевой воды перешла бы на допредельный режим с резким возрастанием давления всасывания в эжекторе 10 подогревателей сетевой воды. Из эжектора 10 подогревателя сетевой воды конденсат рабочего пара отводится в конденсатосборник первого подогревателя 4 сетевой воды (ПСГ-1) по линии 12, а затем конденсат пара эжектора 10 подогревателя сетевой воды и подогревателей 4,5 сетевой воды отводится в линию 13 основного конденсата после эжектора 10 подогревателей сетевой воды, что позволяет исключить потери теплоты в сравнении с отводом конденсата пара эжектора в конденсатор 2 турбины.
Заявляемая ПТУ обеспечивает экономичность и эффективность при ее использовании на тепловых электростанциях с теплофикационными турбинами за счет снижения расхода теплоты на собственные нужды паротурбинной теплофикационной установки и повышение надежности работы схемы отсоса воздуха из подогревателей сетевой воды.