ПАРОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА С УЗЛОМ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ И ПОТРЕБИТЕЛЕМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПАРА И СПОСОБ ЕЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ
STEAM-TURBINE PLANT WITH STEAM TURBINE ASSEMBLY AND PROCESS STEAM USER AND ITS OPERATION METHOD

Изобретение относится к паротурбинной установке с узлом паровой турбины и потребителем технологического пара, в частности с улавливающим устройством для двуокиси углерода в качестве потребителя технологического пара. Кроме того, изобретение относится к способу эксплуатации паротурбинной установки с узлом паровой турбины и потребителем технологического пара.
Паротурбинные установки (DKW) для производства электрической энергии состоят, по существу, из узла паровой турбины и нагреваемого котла, или в выполнении газо- паротурбинной установки (GuD) - из газотурбинного узла с последовательно подключенными парогенератором отработанного тепла и узлом паровой турбины. Как правило, у таких энергетических установок пар или энергию для вторичных процессов, непосредственно не связанных с производством электроэнергии, отбирают из соответствующих мест. В частности, последовательно подключенное для одной из энергетических установок устройство очистки газообразных продуктов сгорания, например устройство, улавливающее углекислый газ, приводят в действие при помощи технологического пара, отбираемого в узле паровой турбины на промежуточной ступени узла паровой турбины.
Другим примером отбора технологического пара из узла паровой турбины является централизованное теплоснабжение. Вследствие этого масса отобранного пара зависит от режима потребителя технологического пара или улавливающего устройства для углекислого газа. При этом масса отобранного пара приводит к сокращению текучей массы пара, которой не хватает после отбора для следующих ступеней турбины узла паровой турбины. Как правило, для потребителей технологического пара, таких как, например, устройство, улавливающее углекислый газ, требуется технологический пар соответствующего уровня давления и температуры.
Для существующих в настоящее время решений относительно улавливающих устройств для двуокиси углерода необходимо большое количество тепловой энергии, для чего технологический пар нужно отбирать из пароводяного контура энергетической установки. Тепловую энергию доставляют в десорбционный блок улавливающего устройства для двуокиси углерода при конденсации технологического пара. В результате технологический пар имеет минимальное давление, находящееся между 2 и 4 бар. К тому же в современных энергетических установках, с промежуточным перегревом и высокими температурами пара, пар, находящийся на этом уровне давления, еще более сильно перегрет. Энергию такого сильно перегретого пара нельзя достаточно использовать при обычной теплоотдаче в теплообменниках.
Поэтому уровень температуры отобранного технологического пара в известных энергетических установках снижают посредством впрыскивания воды, а вследствие этого пар немного перегрет. Говоря о впрыскиваемой воде, речь идет, как правило, о конденсате из пароводяного контура энергетической установки. Это не дает никаких преимуществ для десорбционного процесса. Недостатком этого известного способа, в частности, является то, что энергию, получаемую от перегрева пара, оптимально не используют. Кроме того, отбор конденсата из пароводяного контура энергетической установки для впрыскивания в качестве охлаждающей среды в сильно перегретый пар является трудоемким процессом.
Общим недостатком паротурбинных установок с потребителями технологического пара, известных из уровня техники, являются потери электроэнергии, возникающие из-за того, что из узла паровой турбины отбирают высококачественный технологический пар, например сильно перегретый пар, хотя для потребителей технологического пара достаточен слегка перегретый пар.
Поэтому задачей изобретения является создание паротурбинной установки с узлом паровой турбины и потребителем технологического пара, в которой отобранный из узла паровой турбины пар предпочтителен в энергетическом плане и может использоваться в значительной степени полностью. Другая задача изобретения заключается в создании способа эксплуатации паротурбинной установки с узлом паровой турбины и потребителем технологического пара, при котором конденсацию отобранного в процессе эксплуатации паротурбинной электростанции технологического пара осуществляют предпочтительно в энергетическом плане для потребителя технологического пара.
Поставленная задача решена посредством паротурбинной установки, по меньшей мере, с одним узлом паровой турбины и одним потребителем технологического пара, причем потребитель технологического пара содержит теплообменник, а узел паровой турбины соединен с теплообменником через линию отбора, причем в линию отбора со стороны первого контура подключен пароохладитель.
При этом в основе изобретения лежит идея достичь кондиционирования отобранного для потребителя из узла паровой турбины технологического пара посредством пароохладителя. Пароохладитель дает возможность доведения технологического пара до оптимизированного для потребителя технологического пара уровня температуры. Благодаря этому пароохладитель позволяет в дальнейшем использовать энергию, отобранную из технологического пара. Такие пароохладители могут быть выполнены как теплообменники, при этом пароохладитель принимает энергию со стороны первого контура и отдает ее в среду со стороны второго контура. Кроме того, использование пароохладителя позволяет теоретически отказаться от других мероприятий по согласованию уровня температуры, таких, как, например, впрыскивание воды или конденсата. Вследствие этого изобретение делает возможным использование отобранной пароохладителем энергии при одновременном кондиционировании технологического пара для последовательно подключенного потребителя технологического пара, благодаря чему значительно увеличивается общий коэффициент полезного действия паротурбинной установки. Кроме того, изобретение можно реализовать также с более короткими путями трубопроводов по сравнению с известными соединениями, что снижает стоимость паротурбинной установки.
В предпочтительном усовершенствованном варианте выполнения паротурбинная установка содержит, кроме того, пароводяной контур с главной конденсатной магистралью и линией рециркулирующего конденсата, причем пароохладитель подключен со стороны второго контура в линию рециркулирующего конденсата. Этот вид соединения делает возможным выгодно использовать отведенную пароохладителем из технологического пара энергию для предварительного подогрева конденсата в пароводяном контуре паротурбинной установки. Участие пароохладителя в предварительном прогреве конденсата разгружает последовательно подсоединенный к пароохладителю со стороны второго контура подогреватель для предварительного прогрева конденсата. Благодаря этому можно уменьшить количество необходимого для этого подогревателя отобранного пара из узла паровой турбины, что увеличивает долю рабочего пара в узле паровой турбины. Однако охлаждение технологического пара в пароохладителе требует большее количество пара для подачи в пароохладитель, чтобы иметь возможность предоставлять в распоряжение потребителю технологического пара одинаковое количество теплоты в виде технологического пара. Таким образом, при использовании пароохладителя происходит, в частности, перемещение масс пара, что хотя и снижает массу имеющего более высокий уровень давления пара, а вследствие этого более ценного отобранного пара, но дает благодаря этому повышение коэффициента полезного действия паротурбинной установки. Кроме того, использование конденсата в качестве охлаждающей среды для пароохладителя дает возможность избегать трудоемкого отбора основного конденсата в пароводяном контуре. Это уменьшает количество мест стыковки и упрощает технологические врезки.
В особо предпочтительном варианте выполнения паротурбинной установки потребителем технологического пара является улавливающее устройство для двуокиси углерода из газообразных продуктов сгорания. Такие устройства, улавливающие углекислые газ, нуждаются в большом количестве тепловой энергии, неизбежно отбираемой в виде технологического пара из пароводяного контура установки паротурбинной электростанции. При этом отобранный технологический пар необходим, в частности, для десорбции или регенерации растворителя. Процесс абсорбционной очистки газообразных продуктов сгорания требует минимального уровня температуры, вследствие чего при теплоотдаче при конденсации согласно современному уровню знаний минимальное давление технологического пара составляет от 2 до 4 бар. При обычном процессе работы электростанции с промежуточным перегревом и высокими температурами пара, пар, находящийся на этом уровне давления, еще сильно перегрет. Энергию перегретого пара можно только в недостаточной мере использовать в десорбированном процессе без предшествующего охлаждения перегретого пара, так как для транспортирования тепла важен только уровень насыщенного технологического пара.
Предпочтительно, если линия отбора подсоединена к перепускному трубопроводу узла паровой турбины. Перепускной трубопровод соединяет турбину среднего давления с турбиной низкого давления. Отбор технологического пара в перепускном трубопроводе можно осуществлять конструктивно проще, чем отбор технологического пара между ступенями паровых турбин.
Изобретение дает возможность отбирать необходимый для потребителя технологического пара пар из удобного места узла паровой турбины и подводить предпочтительно в энергетическом плане к потребителю технологического пара. Соответствующий изобретению пароохладитель позволяет предпочтительно использовать получаемую долю перегрева технологического пара в другом месте паротурбинной установки.
Поставленная задача решена также посредством паротурбинной установки с узлом паровой турбины и потребителем технологического пара, причем из узла паровой турбины на первой ступени процесса отбирают перегретый пар, а на второй ступени процесса перегретый пар охлаждают, причем тепло оттягивают из перегретого пара и образуют несколько перегретый пар, и причем слегка перегретый пар подводят к потребителю технологического пара.
При этом, согласно изобретению, предоставляется в распоряжение потребителя технологического пара пар в виде слегка перегретого пара, отобранного ранее на первой ступени процесса из узла паровой турбины в виде перегретого пара и охлажденного на второй ступени процесса.
В предпочтительном варианте выполнения паротурбинная установка содержит, кроме того, пароводяной контур, причем отведенное от перегретого пара тепло подводят к конденсату пароводяного контура паротурбинной установки. Вследствие этого отведенную пароохладителем энергию можно использовать для предварительного прогрева конденсата в пароводяном контуре паротурбинной установки. Подсоединенный со стороны второго контура к пароохладителю подогреватель разгружается для предварительного прогрева конденсата благодаря участию пароохладителя в предварительном прогреве конденсата. Отобранный пар из узла паровой турбины, необходимый для этого подогревателя, можно сократить, вследствие чего увеличивается доля рабочего пара в узле паровой турбины.
При особенном усовершенствовании паротурбинного цикла слегка перегретый или кондиционированный пар используют в потребителе технологического пара для осаждения двуокиси углерода. При этом кондиционированный пар используют, в частности, для десорбции или регенерации растворителя.
Предпочтительно, если перегретый пар узла паровой турбины отбирают из перепускного трубопровода между ступенью среднего давления и ступенью нижнего давления. Отбор технологического пара в перепускном трубопроводе можно осуществлять конструктивно проще, чем отбор технологического пара между ступенями паровых турбин.
Изобретение поясняется посредством единственного чертежа, на котором представлена паротурбинная установка.
На изображенной на чертеже паротурбинной установке 1 показаны, по существу, узел 2 паровой турбины и потребитель 3 технологического пара, а также пароохладитель 6.
В узле 2 паровой турбины показаны турбина 9 среднего давления и турбина 10 низкого давления, соединенные друг с другом перепускным трубопроводом 11. Таким образом, при эксплуатации паротурбинной установки 1 выходящий из турбины 9 среднего давления перегретый пар переводят в турбину 10 низкого давления. К перепускному трубопроводу 11 присоединена линия 5 отбора. Часть перегретого пара может ответвляться из перепускного трубопровода 11 посредством линии 5 отбора.
Линия 5 отбора соединена, кроме того, с подведением в первом контуре, с пароохладителем 6. Пароохладитель 6 соединен с потребителем 3 технологического пара с отведением в первом контуре. Посредством пароохладителя 6 отводят тепло от направляемого в линии 5 отбора перегретого пара. Несколько перегретый пар выходит из пароохладителя с отведением из первого контура.
Потребитель 3 технологического пара представлен на чертеже только схематично. Существенным местом стыковки потребителя 3 технологического пара с узлом паровой турбины является, в частности, теплообменник 4, содержащий потребитель 3 технологического пара. Образованный при отведении тепла в пароохладителе 6 насыщенный пар подводят к теплообменнику 4 потребителя 3 технологического пара. При этом тепло насыщенного пара отдают потребителю технологического пара, причем насыщенный пар конденсируют.
Затем рециркулирующий конденсат от потребителя 3 технологического пара подводят с вторичным подведением к пароохладителю по линии 13 рециркулирующего конденсата. При этом конденсат нагревают и отводят вторично из пароохладителя 6. При этом отведение осуществляют в главную конденсатную магистраль 8 пароводяного контура 7 паротурбинной установки 1. Конденсат предназначен для повторного испарения и поступления в узел 2 паровой турбины.
Подогреватель 12а разгружают посредством нагревания конденсата из потребителя 3 технологического пара в пароохладителе 6. Благодаря разгрузке подогревателя 12а из узла 2 паровой турбины отбирают меньшее количество пара для предварительного прогрева конденсата. Вследствие этого увеличивается доля рабочего пара в узле 2 паровой турбины, что повышает коэффициент полезного действия паротурбинной установки 1.