СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ ПАРОСИЛОВОЙ УСТАНОВКИ, А ТАКЖЕ ПАРОСИЛОВАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2003 года по МПК F01K13/02 

Изобретение относится к способу регулирования мощности паросиловой установки с турбоагрегатом, содержащим паровую турбину и генератор, при эксплуатации которой производят впрыскивание воды в поверхность нагрева перегревателя или перед ней. Оно относится далее к подходящей для осуществления способа паросиловой установке.

Из FR-A-2381172 известен способ регулирования мощности паросиловой установки с содержащим паровую турбину и генератор турбоагрегатом, при эксплуатации которой производят впрыскивание воды в поверхность нагрева перегревателя или перед ней.

Из FR-A-2381172 известна также паросиловая установка с содержащим паровую турбину и генератор турбоагрегатом и с парогенератором, поверхности нагрева которого включены в пароводяной контур паровой турбины, причем поверхность нагрева перегревателя парогенератора снабжена инжектором воды, который для настройки расхода впрыскиваемой воды в поверхность нагрева перегревателя соединен с модулем регулятора.

Надежное энергоснабжение в электрической системе энергоснабжения предполагает тщательное согласование между производством электрической энергии за счет количества энергетических блоков и отбором этой энергии за счет количества потребителей в электрической распределительной сети. Если производство и отбор электрической энергии являются одинаковыми, то частота сети, которая является существенным параметром в электрической сети, является постоянной. Ее номинальное значение, например, в европейской объединенной электроэнергетической системе составляет 50 Гц. Отклонение частоты, которое появляется, например, за счет отказа энергетического блока и за счет подключения или отключения потребителя, можно рассматривать в качестве меры для повышения или, соответственно, понижения производимой мощности.

Наряду с отработкой рассогласования отклонений частоты внутри электрической системы энергоснабжения другая задача состоит в том, что поддерживать заданную обменную мощность в местах соединения с частями сети, из которых состоит распределительная сеть (объединенная электроэнергетическая сеть или автономно работающая сеть). Требование состоит поэтому в том, чтобы иметь в готовности быстрое повышение мощности энергетического блока в течение нескольких секунд. При этом может требоваться, например, чтобы было возможным внезапное повышение нагрузки порядка 3-5% в расчете на полную нагрузку в течение 30 секунд. Для предоставления в распоряжение подобного быстрого резерва мощности известная из FR-A-2381172 установка не рассчитана и не годится.

Возможности быстрого регулирования мощности и поддержки частоты описаны в журнале "VGB Kraftwerkstechnik", 1, январь 1980, стр.18-23. В то время как для быстрого изменения мощности в секундном диапазоне (быстро реализуемый резерв) существует множество одновременно или альтернативно производимых возможностей вмешательства, для продолжительного изменения мощности энергетического блока требуется изменение подачи топлива. Поэтому в паросиловой установке, работающей на ископаемом топливе, для преодоления времен отставания в течение первых секунд открывают удерживаемые до сих пор в дросселированном положении регулирующие клапаны паровой турбины и за счет этого практически без задержки активируют и разряжают имеющиеся в распоряжении паровые аккумуляторы. Подобный режим работы паросиловой установки в дросселированном состоянии приводит, однако, к высокому собственному потреблению тепла и таким образом является экономичным только условно.

Наряду с повышением мощности за счет устранения дросселирования регулирующих клапанов паровой турбины можно отключать также предусмотренные в пароводяном контуре паровой турбины подогреватели, которые обогреваются посредством пара промежуточного отбора из паровой турбины. Направляемый одновременно через подогреватель низкого давления поток конденсата может быть прерван или снова повышен в течение нескольких секунд. Эта мера для быстрого регулирования мощности в энергетических блоках, работающих на ископаемом топливе, путем отключения подогревателей с прекращением подачи конденсата описана, например, в немецком патенте DE-PS 3304292.

Для регулирования и/или управления быстро реализуемого резерва, то есть регулированной подачи потоков пара к регенеративным подогревателям и/или конденсаторам для обогрева, а также пара для технологических нужд и конденсата в пароводяном контуре паровой турбины энергетического блока, поэтому обычно используют регулирующее устройство. Оно вызывает для быстрого регулирования мощности, то есть для активирования быстро реализуемого резерва, дросселирование подачи пара к подогревателям, дросселирование пара для технологических нужд и/или дросселирование конденсата. При этом заданные значения положения для регулировочных клапанов в отводах турбины и для исполнительных органов для регулирования конденсата формируют таким образом, что достигается требуемая избыточная мощность генератора. Недостатком при этом, однако, является то, что выполнение пригодной для этого паровой турбины является сравнительно дорогим. Названный механизм регулирования является, кроме того, сложным и тем самым подверженным помехам так, что подобная система для быстрого регулирования мощности является надежной только условно.

В основе изобретения поэтому поставлена задача создания способа регулирования мощности паросиловой установки с содержащим паровую турбину и генератор турбоагрегатом, при эксплуатации которой производят впрыскивание воды в поверхность нагрева перегревателя или перед ней, которым достигается надежное быстрое регулирование мощности с особенно малыми затратами. Кроме того, задачей изобретения является паросиловая установка с содержащим паровую турбину и генератор турбоагрегатом и с парогенератором, поверхности нагрева которого включены в пароводяной контур паровой турбины, причем поверхность нагрева перегревателя парогенератора снабжена инжектором воды, который для настройки расхода впрыскиваемой воды в поверхность нагрева перегревателя соединен с модулем регулятора. В способе эта задача решается тем, что настройку избыточной мощности генератора порядка 3-5% в расчете на полную нагрузку предпринимают в течение времени реакции порядка до 30 секунд за счет повышения расхода впрыскиваемой воды.

При этом изобретение исходит из соображения, что для надежного быстрого регулирования мощности с особенно малыми затратами в связи с примененными компонентами надо отказаться от сложного активирования паровых аккумуляторов в пароводяном контуре паровой турбины. При отказе от активирования паровых аккумуляторов является достижимым сравнительно быстрое повышение отдачи мощности паровой турбины за счет того, что кратковременно повышают подлежащий подведению к паровой турбине массовый поток пара. Подобное повышение производят за счет дополнительного впрыскивания воды в поверхность нагрева перегревателя или перед ней.

Дополнительное впрыскивание воды в области поверхности нагрева перегревателя вызывает при этом получение дополнительного потока пара, который уже спустя короткое время вызывает повышение отдаваемой паровой турбиной мощности. За счет повышения расхода впрыскиваемой воды температура пара в поверхности нагрева перегревателя вначале понижается. Понижение температуры пара приводит к повышению имеющей решающее значение для величины теплопередачи разницы температур между поверхностью нагрева перегревателя и паром. Таким образом можно извлекать аккумулированное тепло из поверхности нагрева перегревателя и дополнительно больше тепла из дымового газа так, что передаваемое в парогенераторе на поверхность нагрева перегревателя тепло временно увеличивается.

Целесообразно для настройки избыточной мощности генератора повышают расход впрыскиваемой в перегреватель высокого давления или перед ним и/или промежуточный перегреватель воды или перед ним.

Для избежания нежелательного спада отдаваемой паровой турбиной мощности предпочтительно самое позднее после времени ожидания порядка одной минуты, считая от повышения расхода впрыскиваемой воды, понижают заданное значение для температуры пара, вытекающего из поверхности нагрева перегревателя, на задаваемую величину. А именно, как оказалось, температура пара в поверхности нагрева перегревателя вследствие повышенного расхода впрыскиваемой воды падает примерно через 60 секунд, что при зависящем от температуры регулировании могло бы приводить к снижению расхода впрыскиваемой воды и тем самым к спаду отдаваемой паровой турбиной мощности. При своевременном понижении заданного значения для температуры пара, вытекающего из поверхности нагрева перегревателя, это надежно исключено.

Предпочтительным образом параллельно к повышению расхода впрыскиваемой воды увеличивают подачу топлива к работающей на ископаемом топливе камере сгорания, приданной парогенератору паросиловой установки, возможно быстро, то есть одновременно или непосредственно после повышения расхода впрыскиваемой воды, на величину, согласованную с требуемой избыточной мощностью генератора. Повышение подачи топлива может проявляться, например, в случае работающего на угле парогенератора через время порядка 2-4 минут в виде повышения отдаваемой паровой турбиной электрической мощности. В той мере, в которой возрастает отдаваемая паровой турбиной электрическая мощность вследствие повышения подачи топлива, можно уменьшать до первоначального значения расход впрыскиваемой воды и снова активировать регулирование температуры пара, предусмотренное для длительного режима.

Относительно паросиловой установки с содержащим паровую турбину и генератор турбоагрегатом и парогенератором, поверхности нагрева которого включены в пароводяной контур паровой турбины, причем поверхность нагрева перегревателя парогенератора снабжена инжектором воды, который для настройки расхода впрыскиваемой воды в поверхность нагрева перегревателя соединен с модулем регулятора, названная задача согласно изобретению решается за счет того, что модуль регулятора в зависимости от требующейся в течение времени реакции порядка до 30 секунд избыточной мощности генератора порядка 3-5%, в расчете на полную нагрузку, задает управляющий сигнал для инжектора воды для повышения расхода впрыскиваемой воды.

Модуль регулятора тем самым рассчитан таким образом, что кратковременно требующуюся избыточную мощность генератора получают посредством повышения расхода впрыскиваемой воды в поверхность нагрева перегревателя. Расположенные на инжекторе воды клапанные форсунки, на которые действует модуль регулятора, целесообразно снабжены для этого быстродействующими приводами. Кроме того, модуль регулятора рассчитан таким образом, что открывающий и закрывающий импульс для приводов этих клапанных форсунок выдаются от регулирования мощности паросиловой установки, а не от регулирования температуры паросиловой установки.

Предпочтительным образом модуль регулятора на стороне выхода соединен через сигнальную линию с регулирующим клапаном, предусмотренным для настройки подачи питательной воды в парогенератор, или, соответственно, с регулирующим клапаном, предусмотренным для настройки подачи топлива в приданную парогенератору камеру сгорания. Через модуль регулятора тем самым, с одной стороны, является возможным за счет повышения расхода впрыскиваемой воды кратковременно активировать резерв мощности и, с другой стороны, за счет изменения подачи топлива к камере сгорания средне- или долгосрочно повышать длительно отдаваемую мощность.

Достигнутые изобретением преимущества заключаются, в частности, в том, что настройка избыточной мощности генератора является возможной посредством повышения расхода впрыскиваемой воды особенно простыми средствами и без дополнительных требований к применяемым компонентам. В частности, не требуется никаких сложных мер для согласования паровой турбины с требованиями быстрого регулирования мощности. Таким образом концепция быстрого регулирования мощности является особенно пригодной также для паровых турбин обычного типа конструкции, которые можно эксплуатировать во всем диапазоне нагрузки с особенно малым потреблением тепла. Паровая турбина при подобном быстром регулировании мощности нагружается только в малой степени так, что также частое повторение подобного быстрого регулирования мощности не приводит к повреждениям паровой турбины.

Пример выполнения изобретения поясняется более подробно с помощью чертежа, где схематически показана паросиловая установка.

Паросиловая установка 1 согласно чертежу охватывает паровую турбину 2, которая через вал турбины 4 соединена с генератором 6. В примере выполнения паровая турбина 2 содержит часть высокого давления 2а и часть низкого давления 2b. Таким образом паровая турбина 2 выполнена двухступенчатой. Альтернативно паровая турбина 2 может охватывать также только одну или несколько, в частности три, ступени давления.

Паровая турбина 2 подключена на стороне выхода через паропровод 10 к конденсатору 12. Конденсатор 12 соединен через трубопровод 14, в который включен конденсатный насос 16 и нагреваемый паром подогреватель 18, с емкостью питательной воды 20. Емкость питательной воды 20 на стороне выхода через подводящий трубопровод 22, в который включен насос питательной воды 24, а также нагреваемый паром подогреватель 26, соединена с расположенной в парогенераторе 28 системой поверхностей нагрева 30.

Система поверхностей нагрева 30 содержит поверхность нагрева испарителя 32. При этом поверхность нагрева испарителя 32 может быть выполнена в виде поверхности нагрева проточного испарителя или также в виде поверхности нагрева испарителя с естественной циркуляцией. Для этого поверхность нагрева испарителя может быть подключена известным по себе образом к не представленному в примере выполнения пароводяному барабану для образования циркуляции.

Поверхность нагрева испарителя 32 соединена с также расположенным в парогенераторе 28 перегревателем высокого давления 34, который на стороне выхода подключен к впуску пара 36 части высокого давления 2а паровой турбины 2. Выпуск пара 38 части высокого давления 2а паровой турбины 2 подключен через промежуточный перегреватель 40 к впуску пара 42 части низкого давления 2b паровой турбины 2. Ее выпуск пара 44 соединен через паропровод 10 с конденсатором 12 так, что возникает замкнутый пароводяной контур 46.

Представленный на чертеже пароводяной контур 46 выполнен тем самым только из двух ступеней давления. Однако, он может быть выполнен также только из одной или нескольких, в частности трех, ступеней давления, причем в парогенераторе 28 расположены известным образом дополнительные поверхности нагрева.

Как часть высокого давления 2а, так также и часть низкого давления 2b паровой турбины 2 можно обходить через байпасный трубопровод 52 или, соответственно, 54, запираемый соответственно клапаном 48 или, соответственно, 50. Приданный в соответствие части низкого давления 2b паровой турбины 2 байпасный трубопровод 54 при этом на стороне выхода впадает непосредственно в конденсатор 12.

Парогенератору 28 придана в соответствие работающая на ископаемом топливе камера сгорания 56. В камеру сгорания 56 подводят через запираемый клапаном 58 топливопровод 60 топливо и через запираемый клапаном 62 трубопровод 64 воздух для горения.

Перегревателю высокого давления 34 придан в соответствие инжектор воды 70, в который через подводящий трубопровод 72 может подаваться вода W. Аналогично промежуточному перегревателю 40 придан в соответствие инжектор воды 74, в который через подводящий трубопровод 76 также может подаваться вода W. Для настройки расхода впрыскиваемой воды W в перегреватель высокого давления 34 и в промежуточный перегреватель 40 инжектор воды 70 и инжектор воды 74 соединены соответственно через сигнальную линию 78, 80 с модулем регулятора 82. При длительном режиме паросиловой установки 1 модуль регулятора 82 действует на инжектор воды 70 и инжектор воды 74 таким образом, что температура пара D, вытекающего из перегревателя высокого давления 34, или, соответственно, из промежуточного перегревателя 40, является постоянной в задаваемом поле допуска. Для этого модуль регулятора 82 не представленным более подробно образом соединен с расположенными подходящим образом температурными датчиками.

Модуль регулятора 82 рассчитан таким образом, что для быстрого регулирования мощности избыточная мощность генератора является настраиваемой посредством повышения расхода впрыскиваемой воды W в перегреватель высокого давления 34 и/или в промежуточный перегреватель 40. Для этого в случае требуемой избыточной мощности генератора дезактивируют зависящее от температуры регулирование модуля регулятора 82 и заменяют принципом регулирования, зависящим от мощности. При этом модуль регулятора 82 повышает посредством подаваемых на инжектор воды 70 и инжектор воды 74 сигналов расход впрыскиваемой воды W в перегреватель высокого давления 34 и/или в промежуточный перегреватель 40 таким образом, что вследствие повышенных массовых потоков пара наступает повышение отдачи мощности паровой турбины 2.

При этом модуль регулятора 82 соединен на стороне выхода через сигнальную линию 84 с регулирующим клапаном 86, включенным в подводящий трубопровод 22. Таким образом расход питательной воды, подводимой к парогенератору 28, является настраиваемым через модуль регулятора 82.

Далее модуль регулятора 82 через сигнальную линию 90 соединен с клапаном 62 и через сигнальную линию 92 с регулирующим клапаном 58. Таким образом подача воздуха и также подача топлива к камере сгорания 56 являются настраиваемой через модуль регулятора 82. Модуль регулятора 82 при этом является рассчитанным таким образом, что подача топлива к камере сгорания 56 повышается одновременно с повышением расхода впрыскиваемой воды W или непосредственно после него на значение, согласованное с требуемой избыточной мощностью генератора.

В случае паросиловой установки 1 обеспечивается быстрое регулирование мощности особенно простыми средствами. Избыточная мощность генератора при этом является возможной посредством повышения расхода впрыскиваемой воды W в перегреватель высокого давления 34 и/или в промежуточный перегреватель 40.

Изобретение предназначено для регулирования мощности паросиловой установки с турбоагрегатом. Паросиловая установка с турбоагрегатом содержит паровую турбину и генератор, при эксплуатации которой производят впрыскивание воды (W) в поверхность нагрева перегревателя или перед ней. Для этого в способе для быстрого регулирования мощности паросиловой установки с целью настройки избыточной мощности генератора предпринимают повышение расхода впрыскиваемой воды (W). В особенно подходящей для осуществления способа паросиловой установке поверхность нагрева перегревателя парогенератора снабжена инжектором воды, который для настройки расхода впрыскиваемой воды (W) в поверхность нагрева перегревателя соединен с модулем регулятора, причем модуль регулятора задает управляющий сигнал для инжектора воды в зависимости от требуемой избыточной мощности генератора. Такой способ и такая установка позволят обеспечить надежное, быстрое регулирование мощности с особенно малыми затратами. 2 с. и 6 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ регулирования мощности паросиловой установки с турбоагрегатом, содержащим паровую турбину и генератор, при эксплуатации которой производят впрыскивание воды в поверхность нагрева перегревателя или перед ней, отличающийся тем, что настройку избыточной мощности генератора порядка 3 - 5% в расчете на полную нагрузку предпринимают в течение времени реакции порядка до 30 с путем повышения расхода впрыскиваемой воды. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для настройки избыточной мощности генератора повышают расход впрыскиваемой воды в перегреватель высокого давления или перед ним. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что для настройки избыточной мощности генератора повышают расход впрыскиваемой воды в промежуточный перегреватель или перед ним. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что самое позднее после времени ожидания порядка 1 мин, считая от повышения расхода впрыскиваемой воды, понижают заданное значение для температуры пара, вытекающего из поверхности нагрева перегревателя, на задаваемую величину. 5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что подачу топлива к работающей на ископаемом топливе камере сгорания парогенератора паросиловой установки увеличивают одновременно с повышением расхода впрыскиваемой воды или непосредственно после него на величину, согласованную с требуемой избыточной мощностью генератора. 6. Паросиловая установка с содержащим паровую турбину и генератор турбоагрегатом и с парогенератором, поверхности нагрева которого включены в пароводяной контур паровой турбины, причем поверхность нагрева перегревателя парогенератора снабжена инжектором воды, который для настройки расхода впрыскиваемой воды в поверхность нагрева перегревателя соединен с модулем регулятора, отличающаяся тем, что модуль регулятора в зависимости от требующейся в течение времени реакции порядка до 30 с избыточной мощности генератора, порядка 3 - 5% в расчете на полную нагрузку задает управляющий сигнал для инжектора воды для повышения расхода впрыскиваемой воды. 7. Паросиловая установка по п.6, отличающаяся тем, что модуль регулятора соединен на стороне выхода через сигнальную линию с регулирующим клапаном для настройки подачи питательной воды в парогенератор. 8. Паросиловая установка по п.6 или 7, отличающаяся тем, что модуль регулятора на стороне выхода соединен через сигнальную линию с регулирующим клапаном для настройки подачи топлива в камеру сгорания парогенератора.