ПАРОВОЙ КОНДЕНСАТОР ПАРОТУРБИННОЙ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ Российский патент 2006 года по МПК F28B1/02 F28B9/08 

Изобретение относится к области энергетики, в частности к паровым конденсаторам паротурбинных установок.

Известна паротурбинная энергоустановка, применяемая в электростанциях, использующих ядерное и органическое топливо [1].

Паротурбинная энергоустановка состоит из реактора 1, котла 2, пароперегревателя высокого давления 8, пароперегревателя низкого давления 10 и паровой турбины 3, снабженной цилиндром высокого давления 4 и цилиндром низкого давления 5. Кроме того, установка содержит электрогенератор 6, паровой конденсатор 7 и систему регенеративного нагрева питательной воды 12. Реактор и котел соединены с системой регенеративного нагрева питательной воды независимыми трубопроводами 15, 13. Трубопроводы снабжены управляющими и обратными клапанами 16, 14. Кроме того, реактор и котел соединены с пароперегревателями высокого давления 8 и независимыми трубопроводами 17, 18, снабженными управляющими и обратными клапанами 22, 21. Пароперегреватели высокого и низкого давления связаны обводными трубопроводами 9, 11, снабженными управляющими и обратными клапанами 23, 24.

Недостатком известной конструкции является невозможность эксплуатации секций парового конденсатора в случае разрыва части его труб или потери их герметичности.

Вышедшую из строя аварийную секцию парового конденсатора останавливают и ремонтируют трубы.

В случае выхода из строя большого числа паровых теплообменников возможна аварийная остановка паротурбинной энергоустановки.

Известно устройство для аварийного перекрытия трубопровода транспортировки преимущественно газов под давлением, содержащее корпус с входным и выходным отверстиями, размещенные в нем запорный и чувствительный элементы выполнены как одно целое, а рабочая полость запорного элемента сообщена с полостью трубопровода [2].

В известном устройстве запорный элемент выполнен в виде патрубка, консольно и герметично закрепленного в выходном отверстии корпуса с возможностью схлопывания и запирания трубопровода в аварийном режиме течения, при этом патрубок выполнен в форме полого тела вращения с цилиндрической и конической наружной поверхностью, размеры и материалы которого определены определенными соотношениями.

Недостатком известной конструкции является невозможность ее использования, например, в паровых конденсаторах паротурбинных энергоустановок из-за негерметичности запорных и чувствительных элементов, выполненных как одно целое, в условиях коррозионной высокотемпературной среды парового конденсата.

Известна комбинированная или паросиловая установка с системой конденсации пара [3].

Предлагаемая установка имеет аппарат 20 с встроенной системой конденсации пара и охлаждения типа вода-вода и паровой рубашкой 30, охватывающей полость 31 с охлаждающими трубами 33 для конденсации пара. На наружной стороне рубашки имеются теплообменные полости 41 для указанной системы охлаждения, закрытые частью 43 рубашки ее вторыми полукруглыми цилиндрическими частями 41. Аппарат имеет для указанных систем общие камеры 21, 24 для входа и выхода охлаждающей воды.

Недостатком известной конструкции является отсутствие средств для продолжения эксплуатации секций парового конденсатора в случае разрыва или негерметичности части труб с открытыми торцами парового теплообменника.

Вышедшую из строя аварийную секцию парового конденсатора отключают и ремонтируют трубы. Аварийное состояние секций парового конденсатора определяют путем периодического отбора проб воды из конденсатосборника. При повышении жесткости воды определяют секцию, в которой произошло разрушение труб, где струи охлаждающей воды поступают в дистиллированную воду парового конденсатора.

Известен конденсатор пара и способ контроля его параметров [4]. Известный конденсатор 20 содержит корпус, внутри которого расположен пучок водных труб 22. Корпус имеет впускное отверстие 26, через которое пар поступает внутрь корпуса и входит в контакт с водяными трубами, охлаждающими пар. В корпусе образована застойная воздушная зона 25, в которой собираются утечки воздуха и конденсируются в этой зоне с переохлаждением. Под застойной зоной установлен дренажный поддон, в котором скапливается переохлажденный конденсат, образующийся в застойной зоне. Накопленный переохлажденный конденсат передается из дренажного поддона через трубопровод к впускному отверстию конденсатора. Конденсат впрыскивается через инжектор и вступает в контакт с паром, поступающим в конденсатор. Впрыскиваемый конденсат нагревается паром и выделяет кислород, растворенный в конденсате. Конденсатор снабжен рядом датчиков температуры, установленных в застойной воздушной зоне и определяющих наличие или отсутствие этой зоны. Предложен также способ предотвращения образования застойных воздушных зон в секциях пучков труб, установленных в конденсаторе.

Недостатком известной конструкции также является отсутствие средств для продолжения эксплуатации парового конденсатора в случае разрыва или негерметичности части труб с открытыми торцами парового теплообменника.

Наиболее близкой к заявленной конструкции является паровой конденсатор паротурбинной энергоустановки, например, регенеративный, однопоточный, двухходовой, содержащий герметичный корпус, установленные в нем трубные доски, в которых герметично закреплены ряды труб с открытыми торцами для прохода охлаждающей воды, а также диафрагмы и ребра жесткости, образующие в корпусе изолированные полости, сообщающиеся друг с другом полости, а также трубопроводы подачи и отвода охлаждающей воды, трубопровод или трубопроводы подачи пара, трубопровод или трубопроводы конденсата [5].

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является отсутствие средств устранения аварийных участков труб с открытыми торцами парового теплообменника в паровом конденсаторе, а также средств для временного понижения жесткости воды в конденсаторе пара до норм технической эксплуатации и возможности продолжения эксплуатации паротурбинной энергоустановки.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в устранении аварийных участков труб с открытыми торцами для потока охлаждающей воды в паровом конденсаторе паротурбинной энергоустановки и обеспечивает понижение жесткости воды в конденсаторе пара до норм технической эксплуатации и возможность продолжения эксплуатации паротурбинной энергоустановки путем перекрытия подачи охлаждающей воды в разорванные или негерметичные трубы парового конденсатора внутри его герметичного корпуса шарами из герметичных контейнеров, соединенных трубопроводами с корпусом.

Сущность технического решения заключается в том, что в паровом конденсаторе паротурбинной энергоустановки, например, регенеративном, однопоточном, двухходовом, содержащем герметичный корпус, установленные в нем трубные доски, в них ряды труб с открытыми торцами для потока охлаждающей воды, а также диафрагмы и ребра жесткости, образующие в корпусе в зоне изменения потока охлаждающей воды на противоположное изолированные полости, а также полости, сообщающиеся друг с другом, а также трубопроводы подачи и отвода охлаждающей воды, трубопровод или трубопроводы подачи пара, трубопровод или трубопроводы отвода конденсата, согласно изобретению, в зоне входа и выхода трубопроводов охлаждающей воды в корпус и из корпуса, выше и ниже по потоку от открытых торцов труб для охлаждающей воды установлены и соединены с корпусом модули понижения жесткости конденсата, каждый из которых выполнен в виде герметичного контейнера, заполненного шарами, причем контейнер с корпусом соединен трубопроводами подвода охлаждающей воды и снабжен, по меньшей мере, двумя вентилями, один из которых размещен на входе в контейнер, другой - на выходе из контейнера, а проходное сечение каждого из вентилей превышает диаметр каждого из шаров, при этом плотность каждого шара составляет от 550 до 1250 кг/м³, а диаметр каждого шара составляет от 1,15 до 1,55 от входного и выходного диаметра на торцах труб для потока охлаждающей воды.

Кроме того, в полости корпуса, где направление хода охлаждающей воды изменяется на противоположное, трубопроводы подачи шаров из контейнера расположены в плоскости, параллельной плоскости трубопроводов подачи шаров из контейнера на входе или выходе смежных открытых торцов этих труб для охлаждающей воды.

Выполнение парового конденсатора паротурбинной установки, например регенеративного, однопоточного, двухходового, содержащего герметичный корпус, установленные в нем трубные доски, в которых герметично закреплены ряды труб с открытыми торцами для потока охлаждающей воды, а также диафрагмы и ребра жесткости, образующие в корпусе в зоне изменения потока охлаждающей воды на противоположное изолированные полости, а также полости, сообщающиеся друг с другом, а также трубопроводы подачи и отвода охлаждающей воды, трубопровод или трубопроводы подачи пара, трубопровод или трубопроводы отвода конденсата, таким образом, что в зоне входа и выхода трубопроводов охлаждающей воды в корпус и из корпуса, выше и ниже по потоку от открытых торцов труб для охлаждающей воды установлены и соединены с корпусом модули понижения жесткости конденсата, каждый из которых выполнен в виде герметичного контейнера, заполненного шарами, причем контейнер с корпусом соединен трубопроводами подвода охлаждающей воды и снабжен, по меньшей мере, двумя вентилями, один из которых размещен на входе в контейнер, другой - на выходе из контейнера, а проходное сечение каждого из вентилей превышает диаметр каждого из шаров, при этом плотность каждого шара составляет от 550 до 1250 кг/м³, а диаметр каждого шара составляет от 1,15 до 1,55 от входного и соответственно выходного диаметра на торцах труб для потока охлаждающей воды, обеспечивает устранение аварийных участков труб с открытыми торцами для потока охлаждающей воды в паровом конденсаторе паротурбинной энергоустановки, а также понижение жесткости воды в конденсаторе пара до норм технической эксплуатации паротурбинной установки. Это обеспечивается за счет перекрытия подачи охлаждающей воды в разорванные или негерметичные трубы парового конденсатора внутри его герметичного корпуса шарами из герметичных контейнеров, соединенных трубопроводами с корпусом. Шары имеют определенную плотность, обеспечивающую при адсорбции воды в материал шаров плавучесть, близкую к нулевой.

Выполнение парового конденсатора паротурбинной установки таким образом, что в полости корпуса, где направление хода охлаждающей воды изменяется на противоположное, трубопроводы подачи шаров из контейнера расположены в плоскости, параллельной плоскости трубопроводов подачи шаров из контейнера на входе или выходе смежных открытых торцов этих труб для охлаждающей воды, повышает точность траектории подачи шаров к торцам труб вертикально вверх к трубным доскам для перекрытия аварийных труб в паровом конденсаторе, преимущественно ниже и выше по течению от открытых торцов труб.

Ниже представлен лучший вариант парового конденсатора для паровой турбины, мощностью 160 МВт, с применением речной воды для охлаждения, однако специалистам понятно, что данная конструкция может использоваться в паровых конденсаторах других энергетических установок.

На фиг.1 изображен общий вид (сбоку) парового конденсатора для паровой турбины.

На фиг.2 - разрез А-А на фиг.1 на входе, в передней части, поперек корпуса парового конденсатора.

На фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1 в зоне поворота однопоточного хода на 180°, т.е. в задней части, поперек корпуса парового конденсатора.

Паровой конденсатор для паровой турбины выполняют с целью повышения экономичности паровой турбины и энергоустановки. Достигается это за счет снижения давления в паровом конденсаторе. Понижение давления на 0,001 МН/м² повышает экономичность паровой турбины на 1,5-2,5%. Давление ниже 0,002 МН/м² не применяют, т.к. дальнейшее его понижение приводит к значительному росту расхода электроэнергии на циркуляционные и воздушные насосы, которые в этом случае повышают дополнительную выработку энергии паровой турбины. Например, турбина паровая Т-02-314 расходует примерно 500 тонн пара в час, для нее требуется примерно 50000 тонн в час охлаждающей речной воды. Конденсат подается конденсаторным насосом из конденсатора пара в деаэратор. При этом конденсатор пара выполняет дополнительную функцию - получение дистиллированной воды для парового котла, а попадание в конденсат пара охлаждающей воды определяется нормами технической эксплуатации паровых котлов.

Паровой конденсатор паротурбинной установки, например, регенеративный, однопоточный, двухходовой, содержащий герметичный корпус 1, см. фиг.1. Регенеративными являются паровые конденсаторы, в которых температура конденсата получается равной температуре насыщенного пара при любом давлении в конденсаторе. Если охлаждающая вода входит сразу во все трубы, проходит по ним и удаляется из конденсатора, то конденсатор однопоточный. Конденсатор - двухходовой, если поток воды пройдя один ход, поворачивается на 180° и движется в обратном направлении.

В герметичном корпусе 1 парового конденсатора установлены трубные доски (панели) 2, 3, в которых герметично закреплены ряды труб 4 с открытыми торцами 5, 6 для потока 7 охлаждающей воды, а также диафрагмы 8, 9 и ребра жесткости 10, образующие в корпусе 1 изолированные друг от друга (в зоне изменения потока 7 на противоположное) полости 11 и 12, а также сообщающиеся друг с другом (в зоне изменения направления потока 7 на противоположное) полости 13 и 14, 15 и 16, а также трубопроводы 17, 18 подачи охлаждающей воды 7, трубопровод 19 подачи пара 20, трубопровод 21 отвода конденсата 22, а также трубопроводы 23, 24 отвода охлаждающей воды 7, см. фиг.1, 2, 3.

В зоне входа трубопроводов 17, 18 охлаждающей воды 7 в корпус на расстоянии L1 не более диаметра проходного сечения D_y каждого из этих трубопроводов 17 или 18 от их наружных стенок установлены и скреплены с корпусом 1 модули 25, 26 понижения жесткости конденсата 22, см. фиг.2, 3.

В зоне выхода трубопроводов 23, 24 охлаждающей воды 7 из корпуса 1 на расстоянии L2 более диаметра D_y проходного сечения каждого из этих трубопроводов 23 или 24 от их торцов 27, соединенных с корпусом 1, установлены и скреплены с корпусом 1 модули 27, 28 понижения жесткости конденсата 22, см. фиг.2.

В зоне поворота 29 потока охлаждающей воды 7 установлены и скреплены с корпусом 1 модули 30, 31 понижения жесткости конденсата 22, см. фиг.1, 3.

Каждый из модулей 25, 26, 27, 28, 30, 31 понижения жесткости конденсата 22 выполнен в виде герметичного трубчатого контейнера, например 32, 33, вентилей 35, 36, соединенных трубопроводами 34 подачи охлаждающей воды с корпусом 1, см. фиг.3. При этом трубопроводы 34 являются местом подачи охлаждающей воды с шарами для предотвращения аварийной остановки парового конденсатора. Каждый контейнер, например 32, 33, заполнен шарами 37, например диаметром 40 мм, при этом проходное сечение D_y вентилей 35, 36 выполнено, например, диаметром 50 мм, а проходной диаметр труб 4 с открытыми торцами - 28 мм. Шары 37 могут быть выполнены с ядром определенной плотности и упругоэластичным покрытием, а также из дерева, полужесткого пенополиуретана, пористого каучукового латекса, пенорезины и др. материалов, но при этом плотность шаров составляет от 550 до 1250 кг/м³ и обеспечивает плавучесть, близкую к нулевой, а диаметр каждого шара выполняется строго определенным и составляет от 1,15 до 1,55 входного или, соответственно, выходного диаметра на торцах 5, 6 труб 4 для потока 7 охлаждающей воды. Кроме того, поз.38 показан подвод охлаждающей воды в контейнер 32, 33.

Паровой конденсатор паровой турбины, например, мощностью 160 МВт с применением речной воды для охлаждения работает следующим образом. Циркуляционными насосами, например, центробежными, размещенными на берегу реки, подают охлажденную воду 7 в трубопроводы 17, 18 далее в ряды труб 4 с открытыми торцами 5, 6 через полость 29 в полости 14, 16, а далее в трубопроводы 23, 24, чтобы поддерживать в корпусе 1 необходимое давление и температуру конденсата 22. Для паровой турбины Т-02-314 расход речной охлаждающей воды ≈ 50000 тонн в час, а расход пара ≈ 500 тонн в час. Пар 20 через трубопровод 19 подается в корпус 1, где он испытывает потерю движения в конденсаторе при взаимодействии с рядами труб 4, при этом паровое сопротивление составляет 300-650 н/м². Паровой конденсатор, у которого паровое сопротивление более 500 н/м² подлежит чистке и разряжению. При эксплуатации конденсатора возрастает его гидравлическое сопротивление, возможен разрыв трубопроводов 4, их коррозия, трещины и негерметичность. При этом падает вакуумное давление в конденсаторе, а струи охлаждающей воды попадают в трубопровод 21 конденсата 22, что определяется датчиком жесткости дистиллированной воды. Необходимо аварийно останавливать секцию парового конденсатора паровой турбины.

Для устранения негерметичности труб 4 и понижения жесткости дистиллированной воды в конденсаторе до норм технической эксплуатации уменьшают напор пара 20 и охлаждающей воды 7, обеспечивая примерно 10% расхода охлаждающей воды и пара для ламинарного течения воды. Открывают вентили 35, 36 и обеспечивают плавное течение потока охлаждающей воды 7 в герметичных контейнерах 32, 33 модулей понижения жесткости 25, 26, 27, 28, 30, 31.

Шары 37, обладающие плавучестью близкой к нулевой за счет тяги в негерметичную трубу 4, заклиниваются в обоих торцах 5, 6 труб 4, перекрывая путь охлаждающей воде 7 в трубопровод 21 конденсата 22. При этом аварийная остановка парового конденсатора паровой турбины, а также паротурбинной энергоустановки предотвращается.

Источники информации

1. WO 250404 A1, F 01 К 13/00, 27.06.2002.

2. RU 2141068 С1, F 16 K 17/40, 15/14, 09.07.1998.

3. DE 10031789 А1, F 01 K 9/00, 28.02.2002.

4. WO 2090719 A1, F 01 B 31/16, 14.11.2002.

5. Комаров И.А. Паровые турбинные установки, М., 19 г, стр.202, рис.133, Схема регенеративного парового конденсатора - прототип.

Изобретение относится к паровым конденсаторам паротурбинных энергоустановок. Паровой конденсатор паротурбинной энергоустановки, например, регенеративный, однопоточный, двухходовой, содержит герметичный корпус, установленные в нем трубные доски, в которых герметично закреплены ряды труб с открытыми торцами для потока охлаждающей воды, а также диафрагмы и ребра жесткости, образующие в корпусе в зоне изменения потока охлаждающей воды на противоположное изолированные полости, а также полости, сообщающиеся друг с другом, а также трубопроводы подачи и отвода охлаждающей воды, трубопровод или трубопроводы подачи пара, трубопровод или трубопроводы отвода конденсата. В зоне входа и выхода трубопроводов охлаждающей воды в корпус и из корпуса выше и ниже по потоку от открытых торцов труб для охлаждающей воды установлены и соединены с корпусом модули понижения жесткости конденсата, каждый из которых выполнен в виде герметичного контейнера, заполненного шарами, причем контейнер с корпусом соединен трубопроводами подвода охлаждающей воды и снабжен, по меньшей мере, двумя вентилями, один из которых размещен на входе в контейнер, другой - на выходе из контейнера, а проходное сечение каждого из вентилей превышает диаметр каждого из шаров, при этом плотность каждого шара составляет от 550 до 1250 кг/м³, а диаметр каждого шара составляет от 1,15 до 1,55 от входного и выходного диаметра на торцах труб для потока охлаждающей воды. В полости корпуса, где направление хода охлаждающей воды изменяется на противоположное, трубопроводы подачи шаров из контейнера расположены в плоскости, параллельной плоскости трубопроводов подачи шаров из контейнера на входе или выходе смежных открытых торцов этих труб для охлаждающей воды. Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в ликвидации аварийных участков труб с открытыми торцами для потока охлаждающей воды в паровом конденсаторе, а также для понижения жесткости воды в конденсаторе пара до норм технической эксплуатации и возможности продолжения эксплуатации паротурбинной энергоустановки путем перекрытия подачи охлаждающей воды в разорванные или негерметичные трубы парового конденсатора внутри его герметичного корпуса шарами определенной плотности (плавучести) из герметичных контейнеров, соединенных с корпусом. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Паровой конденсатор паротурбинной энергоустановки, например регенеративный, однопоточный, двухходовой, содержащий герметичный корпус, установленные в нем трубные доски, в которых герметично закреплены ряды труб с открытыми торцами для потока охлаждающей воды, а также диафрагмы и ребра жесткости, образующие в корпусе в зоне изменения потока охлаждающей воды на противоположное изолированные полости, а также полости, сообщающиеся друг с другом, а также трубопроводы подачи и отвода охлаждающей воды, трубопровод или трубопроводы подачи пара, трубопровод или трубопроводы отвода конденсата, отличающийся тем, что в зоне входа и выхода трубопроводов охлаждающей воды в корпус и из корпуса выше и ниже по потоку от открытых торцов труб для охлаждающей воды установлены и соединены с корпусом модули понижения жесткости конденсата, каждый из которых выполнен в виде герметичного контейнера, заполненного шарами, причем контейнер с корпусом соединен трубопроводами подвода охлаждающей воды и снабжен, по меньшей мере, двумя вентилями, один из которых размещен на входе в контейнер, другой - на выходе из контейнера, а проходное сечение каждого из вентилей превышает диаметр каждого из шаров, при этом плотность каждого шара составляет от 550 до 1250 кг/м³, а диаметр каждого шара составляет от 1,15 до 1,55 от входного и выходного диаметра на торцах труб для потока охлаждающей воды.2. Паровой конденсатор паротурбинной энергоустановки по п.1, отличающийся тем, что в полости корпуса, где направление хода охлаждающей воды изменяется на противоположное, трубопроводы подачи шаров из контейнера расположены в плоскости, параллельной плоскости трубопроводов подачи шаров из контейнера на входе или выходе смежных открытых торцов этих труб для охлаждающей воды.