СПОСОБ РАБОТЫ ТЕПЛОФИКАЦИОННОГО ТУРБОАГРЕГАТА Российский патент 2013 года по МПК F01K17/02 

Изобретение относится к теплоэнергетике и предназначено для использования на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ) при эксплуатации теплофикационных турбин, предпочтительно при прохождении зимнего максимума. Изобретение может быть использовано при проведении модернизации теплофикационных турбин или при их изготовлении в заявленном варианте.

Известен способ работы теплофикационной турбины с одноступенчатым подогревом сетевой воды с заменой в отопительный период ротора низкого давления (РНД) на «зимний ротор», который с целью изменения количества ступеней (например, вместо трех ступеней - одна) представляет собой или частично «разлопаченный» штатный ротор низкого давления или специально созданный ротор с числом ступеней, меньшим, чем у РНД (см. Левин И.И. Использование промежуточного вала турбины противодавления для изготовления «зимнего ротора» теплофикационной турбины. Ж-л «Электрические станции», 1970, №8, с.63).

Этот способ неприемлем для теплофикационных турбин с двухступенчатым подогревом сетевой воды, так как приводит к снижению их экономичности из-за нарушения оптимального распределения нагрузок между двумя ступенями подогрева сетевой воды. Недостатком использования такого способа является также и то, что в теплофикационных турбинах большой мощности уменьшение количества ступеней в цилиндре низкого давления связано со снижением надежности работы из-за возможной перегрузки оставшихся ступеней.

Известен способ работы теплофикационного турбоагрегата путем перехода от режима с пропуском пара из цилиндра высокого давления через ресивер в цилиндр низкого давления на режим противодавления цилиндра высокого давления установкой заглушек на входе в цилиндр низкого давления и замены ротора последнего (SU №102178, F01K 17/02, 1955). Однако замена ротора цилиндра низкого давления (ЦНД) на промежуточный гладкий вал уменьшает вследствие уменьшения массы удельную нагрузку на опорные подшипники ЦНД. Это приводит к снижению давления на опоры цилиндра низкого давления, что может быть источником появления низкочастотной вибрации ротора турбоагрегата на смазочной пленке. Замена ротора цилиндра низкого давления промежуточным гладким валом без дисков, размеры которого выбраны из условия сохранения критической частоты вращения валопровода и величины напряжения на кручение, связана с уменьшением массового момента инерции. Снижение массового момента инерции связано с увеличением частоты вращения при сбросе электрической нагрузки. В связи с этим вероятность срабатывания автомата безопасности при сбросе электрической нагрузки и промежуточном гладком вале цилиндра низкого давления по сравнению с облопаченным ротором цилиндра низкого давления будет значительно выше. Срабатывание защиты по увеличению частоты вращения связано с остановом турбины, что снижает экономичность ТЭЦ и ухудшает условия эксплуатации. При отказе зашиты вращающиеся элементы турбоагрегата, в том числе облопаченные части высокого давления, будут испытывать значительную перегрузку, что снижает надежность работы турбины.

Известен также способ работы теплофикационного турбоагрегата, включающий подачу свежего пара в ступень высокого давления, с использованием отработанного пара этой ступени в ступенях, предназначенных для использования пара с менее высокими параметрами, при конечном срабатывании пара в ступени низкого давления (см. Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции, М.-Л., издательство «ЭНЕРГИЯ», 1967 г., 400 с.)

Недостаток этого решения - существенные колебания развиваемой электрической мощности:

- в «летнем» режиме (при отсутствии отбора пара в систему отопления) турбоагрегат работает всеми ступенями (цилиндрами), как разновидность конденсационного турбоагрегата с ухудшенной экономичностью из-за более низких показателей проточной части в конденсационном режиме работы. При этом турбоагрегат может развивать номинальную электрическую мощность, условно равную 100%;

- в «зимнем» режиме работы (при прохождении отопительного сезона, т.е. при наличии отбора пара в систему отопления, особенно, при прохождении зимнего максимума нагрузок ТЭЦ) через головную часть турбоагрегата проходит максимальное количество пара. Однако его электрическая мощность составляет 75-80% от номинальной, т.к. расход пара через ступень низкого давления минимален (только вентиляция). Основной поток пара «срабатывается» на ступени высокого давления, ступени среднего давления и уходит «отрабатывать» в промышленный и теплофикационный отборы на сетевые бойлера турбоагрегата и собственные нужды ТЭЦ. Кроме того, в «зимнем» режиме работы теплофикационный турбоагрегат не может участвовать в регулировании электрической нагрузки будучи полностью загруженным по тепловой нагрузке, работая в области своих наилучших технико-экономических характеристик.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является повышение фактической электрической мощности теплофикационных турбогенераторов в период прохождения отопительного сезона.

Технический результат, получаемый при решении поставленной технической задачи, выражается в повышении фактической электрической мощности теплофикационных турбогенераторов ТЭЦ во время отопительного сезона, особенно в самый важный период работы - зимний максимум, когда отбор пара в систему отопления особенно велик. Кроме того, обеспечивается возможность использования теплофикационных турбогенераторов для регулирования электрической нагрузки ТЭЦ и энергосистемы пропорционально «возможностям» дополнительного потока пара.

Поставленная задача решается тем, что способ работы теплофикационного турбоагрегата, включающий подачу свежего пара в ступень высокого давления, с использованием отработанного пара этой ступени в ступенях, предназначенных для использования пара с менее высокими параметрами, при конечном срабатывании пара в ступени низкого давления, отличается тем, что, при отборе пара в систему отопления, определяют объем пара, отбираемого на нужды отопления, и обеспечивают подачу в теплофикационный турбоагрегат дополнительного объема свежего пара в таком же объеме, при этом, дополнительный объем свежего пара подают в ступень низкого давления, после приведения его температуры и давления в соответствие с параметрами отработанного пара предшествующей ступени, подаваемого в данный момент в ступень низкого давления, для чего используют быстродействующую редукционно-охладительную установку, которую, предпочтительно, размещают в непосредственной близости от турбоагрегата. Кроме того, суммарный расход дополнительного объема свежего пара и отработанного пара через ступень низкого давления не превышает его максимальный расход через эту ступень в конденсационном режиме работы теплофикационного турбоагрегата.

Сопоставительный анализ совокупности существенных признаков предлагаемого технического решения и совокупности существенных признаков прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».

При этом существенные признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признаки «при отборе пара в систему отопления, определяют объем пара, отбираемого на нужды отопления» позволяют получить информацию о количестве дополнительного объема пара, необходимого для ввода в ступень низкого давления для компенсации, объема, отобранного на нужды отопления, и тем самым, обеспечения полного задействования ступени низкого давления для генерирования электрической мощности.

Признаки, указывающие, что «обеспечивают подачу в теплофикационный турбоагрегат дополнительного объема свежего пара в таком же (т.е. замеренном) объеме», обеспечивают возможность выработки дополнительного количества электроэнергии за счет полного задействования ступени низкого давления (фактически не используемой в зимнее время) для генерирования электрической мощности.

Признаки, указывающие, что «дополнительный объем свежего пара подают в ступень низкого давления», включают в работу по генерированию электроэнергии ступень низкого давления, именно ту, которая, являясь недогруженной, способна воспринять этот дополнительный объем пара.

Признаки, указывающие, что дополнительный объем свежего пара подают в ступень низкого давления «после приведения его температуры и давления в соответствие с параметрами отработанного пара предшествующей ступени, подаваемого в данный момент в ступень низкого давления», что соответствует проектным техническим требованиям для данной ступени турбины и обеспечивает оптимальные условия обтекания проточной части ступени низкого давления и (как следствие) максимальную выработку дополнительной электрической энергии.

Признаки, указывающие, что для корректировки параметров дополнительного объема пара перед его вводом в ступень низкого давления «используют быстродействующую редукционно-охладительную установку», обеспечивают четкую синхронизацию параметров пара, продуцируемого из свежего и отработанного пара, поступающего с предшествующей ступени турбогенератора, и, тем самым, способствуют стабильной работе турбогенератора.

Признаки, указывающие, что названную редукционно-охладительную установку «размещают в непосредственной близости от турбоагрегата», повышают точность и оперативность регулирования, снижая его инерционность.

Признаки второго пункта формулы изобретения задают величину дополнительного расхода свежего пара через ступень низкого давления.

На фиг 1. схематически показан теплофикационный турбоагрегат в варианте использования дополнительного котлоагрегата; на фиг 2. схематически показан теплофикационный турбоагрегат в варианте использования модернизированного по теплопроизводительности котлоагрегата.

На чертежах показаны котлоагрегаты: штатный 1, дополнительный 2 и модернизированный 3, паропровод 4 подачи свежего пара, ступени турбоагрегата - высокого давления 5, среднего давления 6 и низкого давления 7, трубопроводы 8 и 9, соответственно для отвода отработанного пара высокого давления и среднего давления, быстродействующая редукционно-охладительная установка (БРОУ) 10, электрогенератор 11, отборы пара 12 и 13, соответственно, промышленный и теплофикационный, конденсатор 14, регулирующий клапан 15, расходомеры 16.

Теплофикационный турбоагрегат может быть реализован в варианте с использованием дополнительного котлоагрегата (в том числе обычно используемого в качестве резервного), устанавливаемого на ТЭЦ в процессе модернизации или в варианте использования модернизированного по теплопроизводительности котлоагрегата конкретного теплофикационного турбоагрегата

В качестве узлов и агрегатов теплофикационного турбоагрегата и его контрольно-измерительных средств используют известные устройства и приборы сходного назначения, удовлетворяющие по своим рабочим характеристикам конкретным условиям. При этом в отличие от известных технических решений ТЭЦ и конкретный теплофикационный турбоагрегат известным образом оснащают паропроводом 4, обеспечивающим дополнительную подачу объема пара от дополнительного котлоагрегата 2 (или модернизированного 3 штатного котельного агрегата) через БРОУ 10 в ступень низкого давления 7. Возможным вариантом решения этого вопроса является установка на ТЭЦ (или использование существующих) специальных котлов низкого давления. Выбор варианта реконструкции котельного парка ТЭЦ производят на основании соответствующего технико-экономического обоснования. Для варианта использования модернизированного котлоагрегата 3, паропровод 4 к ступени низкого давления 7 реконструируется для обеспечения подачи в нее дополнительного потока пара с установкой дополнительного регулирующего клапана 15, обеспечивающего отбор заданного количества пара.

Соответственно, реконструируется система управления турбоагрегата (на чертежах не показана), в том числе комплекс его контрольно-измерительных приборов, обеспечивающих контроль расхода пара, его параметры по каждой ступени и т.п.

Заявленный способ реализуется следующим образом.

В «летнем» режиме (при отсутствии отбора пара в систему отопления) теплофикационный турбоагрегат работает всеми ступенями 5, 6 и 7, как разновидность конденсаторного турбоагрегата, развивая номинальную электрическую мощность, условно равную 100%. Дополнительные котельные мощности не используются, т.е. если имеется дополнительный котлоагрегат, его не задействуют. Если используется модернизированный котлоагрегат, то его используют на 75-80% производительности.

При отборе пара в систему отопления определяют объем пара, отбираемого на нужды отопления (объем теплофикационного отбора пара, для чего используют соответствующие расходомеры 16), и включают в работу дополнительные котельные мощности с таким расчетом, чтобы компенсировать теплофикационный отбор пара. При этом, если имеется дополнительный котлоагрегат, его запускают в работу, а если используется модернизированный котлоагрегат 3, то его производительность поднимают в соответствующей степени и доводят до уровня 100% при прохождении периодов отопительного сезона с отрицательными температурами наружного воздуха. Подача дополнительного объема пара в теплофикационный турбоагрегат обеспечивает поддержание (сохранение) номинальной электрической мощности на уровне 100%.

При этом через ступени высокого давления 5 и среднего давления 6 турбоагрегата, как и в «летнем» режиме, проходит максимальное количество исходного пара (порядка 75-80% от общего объема). Основной поток пара «срабатывается» на этих ступенях, а также отбирается в промышленный и теплофикационный отборы пара, через отборы 12 и 13, соответственно, а также используется на нужды электростанции.

Дополнительный объем пара (в период прохождения периодов отопительного сезона с отрицательными температурами наружного воздуха) по паропроводу 4 попадает в БРОУ 10, где его давление и температура приводятся в соответствие с аналогичными параметрами отработанного пара, поступающего в ступень низкого давления 7 из ступени среднего давления 6, при этом быстродействие БРОУ обеспечивают точную синхронизацию названных параметров, что исключают возможность «запирания» ступени низкого давления подаваемым в нее паром. При прохождении «зимнего» максимума объем дополнительного пара составляет порядка 25-20% от общего объема пара, поступающего в турбоагрегат.

Отработанный на этой ступени пар сбрасывается в конденсатор 14, где известным образом охлаждается, при этом конденсат возвращается в систему питания котлоагрегатов водой (на чертежах не показано).

Далее все повторяется.

Кроме того, в «зимнем» режиме работы теплофикационный турбоагрегат может участвовать в регулировании электрической нагрузки ТЭЦ и энергосистемы пропорционально «генерирующим возможностям» дополнительного потока пара.

Предлагаемое техническое решение позволяет за счет описанной в заявке модернизации установленных теплофикационных турбогенераторов ТЭЦ на 20-25% поднять фактическую электрическую мощность установленных ТЭЦ в самый важный период работы - зимний максимум. Для практической реализации такого крупномасштабного мероприятия необходимо, соответственно, на 25-30% увеличить установленную мощность котельного парка ТЭЦ либо за счет его реконструкции с расширением, либо за счет модернизации с ростом установленной единичной мощности котлов.

Для таких ТЭЦ становится возможным привлечение котлов низкого давления к выработке электрической энергии. Для этого варианта реконструкции необходимо провести соответствующую реконструкцию системы химводоочистки ТЭЦ и питать котлы низкого давления конденсатом котлов высокого давления.

Изобретение относится к теплоэнергетике. Способ работы теплофикационного турбоагрегата включает подачу свежего пара в ступень высокого давления, с использованием отработанного пара этой ступени в ступенях, предназначенных для использования пара с менее высокими параметрами, при конечном срабатывании пара в ступени низкого давления. При отборе пара в систему отопления определяют объем пара, отбираемого на нужды отопления, и обеспечивают подачу в теплофикационный турбоагрегат дополнительного объема свежего пара в таком же объеме, при этом дополнительный объем свежего пара подают в ступень низкого давления, после приведения его температуры и давления в соответствие с параметрами отработанного пара предшествующей ступени, подаваемого в данный момент в ступень низкого давления, для чего используют быстродействующую редукционно-охладительную установку, которую, предпочтительно, размещают в непосредственной близости от турбоагрегата. Изобретение позволяет повысить фактическую электрическую мощность теплофикационных турбогенераторов ТЭЦ в отопительный период. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ работы теплофикационного турбоагрегата, включающий подачу свежего пара в ступень высокого давления, с использованием отработанного пара этой ступени в ступенях, предназначенных для использования пара с менее высокими параметрами, при конечном срабатывании пара в ступени низкого давления, отличающийся тем, что при начале отбора пара в систему отопления определяют объем пара, отбираемого на нужды отопления, и обеспечивают подачу в теплофикационный турбоагрегат дополнительного объема свежего пара в таком же объеме, при этом дополнительный объем свежего пара подают в ступень низкого давления после приведения его температуры и давления в соответствие с параметрами отработанного пара предшествующей ступени, подаваемого в данный момент в ступень низкого давления, для чего используют быстродействующую редукционно-охладительную установку, которую предпочтительно размещают в непосредственной близости от турбоагрегата.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что суммарный расход дополнительного объема свежего пара и отработанного пара через ступень низкого давления не превышает его максимальный расход через эту ступень в конденсационном режиме работы теплофикационного турбоагрегата.