ЭНЕРГОУСТАНОВКА С ПЕРЕГРУЗОЧНЫМ РЕГУЛИРУЮЩИМ КЛАПАНОМ Российский патент 2014 года по МПК F01K7/20 

Изобретение относится к энергоустановке с парогенератором и паровой турбиной в соответствии с ограничительной частью п.1, а также к способу эксплуатации энергоустановки в соответствии с ограничительной частью п.5 формулы изобретения.

Как правило, энергоустановки содержат парогенератор и паровую турбину, выполненные таким образом, что внутренняя энергия водяного пара преобразуется в механическую энергию вращения. Приводимые в действие такими паровыми турбинами генераторы эксплуатируются, как правило, с частотой 50 Гц для европейского рынка и 60 Гц для рынка США. В современные паровые турбины подается водяной пар, который может иметь давление до 350 бар и температуру до 700°С. Этот необходимый в паровой турбине пар вырабатывается парогенератором, причем это является вызовом для материалов и компонентов парогенератора. Особенно важными компонентами являются регуляторы мощности, давления и частоты вращения. Чтобы необходимые 50 или 60 Гц можно было поддерживать в течение длительного необходимого промежутка времени, к регуляторам предъявляются высокие требования. Обычно энергоустановки необходимы для режима основной нагрузки, а это приводит к тому, что вся установка постоянно нагружена в течение длительного промежутка времени. В непрерывном режиме частота вращения вала паровой турбины и количество подаваемого к ней пара, в основном, постоянные. Однако, тем не менее, может случаться так, что в случае внезапного изменения нагрузки в электросети потребителя изменяется прикладываемая к генератору передача крутящего момента, а это приводит к тому, что мощность паровой турбины может резко измениться, чему за счет регулирования следует воспрепятствовать. Внезапное изменение мощности паровой турбины возможно также из-за неполадки.

Как правило, энергоустановка эксплуатируется в режиме постоянного давления, скользящего давления или в мощностном режиме. В конкретном случае, когда нагрузка в сети потребителя внезапно уменьшилась, паровая турбина должна передавать на генератор меньший крутящий момент. Это можно реализовать за счет того, что расположенные для подачи в паровую турбину клапаны закрываются или парогенератор вырабатывает меньшее количество пара с меньшим давлением.

В современных энергоустановках регуляторы давления выполнены таким образом, что давление свежего пара в паровой системе высокого давления во время пуска паровой турбины доводится до постоянного значения. Как правило, обводной паропровод располагается таким образом, что паровпуск высокого давления паровой турбины соединяется с ее паровыпуском высокого давления.

Сбросы нагрузки до собственной потребности или до холостого хода с номинальной мощности называются сбоями. При этом регулирующий клапан свежего пара и улавливающий регулирующий клапан закрываются ускоренным ходом. Поскольку, однако, парогенератор не может так же быстро снизить мощность, избыточный пар должен направляться мимо паровой турбины. Для этого открывается расположенный в обводном паропроводе обводной регулирующий клапан, в результате чего избыточный пар направляется мимо паровой турбины. Если давление при полной нагрузке превышает заданное значение, то открывается перегрузочный регулирующий клапан, прежде чем откроются обводные регулирующие клапаны. Однако направленный мимо паровой турбины избыточный пар не расширяется, совершая работу, из-за чего в целом уменьшается КПД энергоустановки. Обводной регулирующий клапан работает так, что заданное значение давления в обводном паропроводе становится выше характеристики скользящего давления. При возрастании давления за пределы выбранного расстояния обводной регулирующий клапан открывается, ограничивая давление вверх, что приводит к потере мощности.

Задачей изобретения является усовершенствование энергоустановки таким образом, чтобы уменьшить потерю мощности.

Для этого, согласно изобретению, предусмотрены перегрузочный паропровод, который образует гидродинамическое соединение между парогенератором и ступенью перегрузки паровой турбины, и расположенный в перегрузочном паропроводе перегрузочный регулирующий клапан, управляемый посредством регулятора давления.

Преимущество изобретения состоит также в том, что при регулировании давления и полной нагрузке избыточный пар больше не приходится направлять по обводному паропроводу мимо паровой турбины, а он вводится по перегрузочному паропроводу в паровую турбину, правда, к ее перегрузочной ступени. После нее этот введенный пар, расширяясь, преобразуется в энергию вращения. Это достигается за счет того, что, когда давление при полной нагрузке возрастает выше заданного значения, перегрузочный регулирующий клапан открывается, прежде чем откроется обводной регулирующий клапан в обводном паропроводе. Таким образом, перегрузочный паропровод действует по типу обводной станции, в результате чего пар вводится в паровую турбину вместо того, чтобы его бесполезно направить мимо нее.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения охарактеризованы в зависимых пунктах формулы изобретения. В одном варианте паровая турбина выполнена таким образом, что перегрузочная ступень, гидродинамически соединяемая с перегрузочным паропроводом, выполнена, в свою очередь, таким образом, что подаваемый пар преобразуется, совершая работу. Следовательно, тепловая энергия пара оптимально используется для повышения за счет этого КПД энергоустановки.

Задача изобретения в части способа решается по п.5 формулы изобретения. Существенным признаком предложенного способа является то, что регулятор давления, управляющий перегрузочным регулирующим клапаном, выполняется таким образом, что можно установить заданное значение, и при превышении этого заданного значения обводной регулирующий клапан открывается только тогда, когда перегрузочный регулирующий клапан уже открыт.

Предпочтительным образом перегрузочный регулирующий клапан открывается при частичной и/или полной нагрузке.

Благодаря предложенным энергоустановке и способу ее эксплуатации всю электростанцию можно эксплуатировать более гибко, поскольку как в режиме регулирования мощности, так и в режиме предварительного давления перегрузочным регулирующим клапаном можно управлять при любой мощности. Другое преимущество в том, что пусковые потери и потери мощности меньше, поскольку перегрузочный регулирующий клапан направляет пар в паровую турбину вместо того, чтобы бесполезно направить его мимо паровой турбины в конденсатор.

Изобретение более подробно поясняется ниже на примере его осуществления со ссылкой на чертежи, на которых изображено:

фиг.1 - принципиальная схема энергоустановки;

фиг.2 - диаграмма.

Энергоустановка 1 на фиг.1 включает в себя паровую турбину 2, причем она состоит из секции 2а высокого давления, секции 2b среднего давления и секции 2с низкого давления. Посредством парогенератора 3 свежий пар поступает по паропроводу 4 и через регулирующий клапан 5 в паровпуск 6 высокого давления секции 2а. Дополнительно к паропроводу 4 для свежего пара энергоустановка 1 включает в себя обводной паропровод 7, который гидродинамически соединяет паропровод 4 с паровыпуском 8 высокого давления секции 2а. В обводном паропроводе 7 расположен обводной регулирующий клапан 9.

Кроме того, энергоустановка 1 включает в себя перегрузочный паропровод 10, который гидродинамически соединяет парогенератор 3 с перегрузочной ступенью 11 секции 2а высокого давления. В перегрузочном паропроводе 10 расположен перегрузочный регулирующий клапан 12.

Как правило, перегрузочный 12 и обводной 9 регулирующие клапаны закрыты, причем регулирующий клапан 5 свежего пара открыт и управляется регулятором давления или мощности (не показан).

Выходящий из секции 2а пар называется холодным паром промежуточного перегревателя и снова нагревается в промежуточном перегревателе 13. Выходящий из промежуточного перегревателя 13 пар называется горячим, промежуточно перегретым паром 14. Он течет через регулирующий клапан 15 среднего давления в секцию 2b среднего давления и расширяется там, совершая работу. Выходящий из секции 2b пар гидродинамически соединяется через выходные паропроводы 16 среднего давления с паровпуском 17 низкого давления секции 2с низкого давления. Выходящий из секции 2с пар направляется по выходному паропроводу 18 низкого давления в конденсатор 19, преобразуется там в воду и, наконец, направляется насосом 20 питательной воды к парогенератору 3, в результате чего контур водяного пара замкнут. Преобразованный из тепловой энергии в энергию вращения пар приводит вал 21, который, в свою очередь, приводит генератор 22, вырабатывающий, наконец, электрическую энергию.

Регулирующие клапаны 5, 12, 9 также присоединены к собственным отдельным регуляторам давления. При этом регулятор давления для перегрузочного регулирующего клапана 12 выполнен таким образом, что может быть установлено заданное значение, при превышении которого он открывается, прежде чем откроется обводной регулирующий клапан 9. Клапан 12 открывается, как правило, при полной нагрузке.

Поступающий через перегрузочную ступень 11 пар преобразуется в работу, вместо того чтобы бесполезно направлять его по обводному паропроводу 7 мимо секции 2а высокого давления. За счет этого дополнительно повышается КПД энергоустановки.

Для регулирования между характеристикой скользящего давления секции 2а и обводной характеристикой высокого давления нанесена новая характеристика давления для клапана 12. Если давление свежего пара возрастает выше этой новой характеристики давления, то открывается клапан 12, а не клапан 9. Клапан 12 регулирует затем давление, заданное его новой характеристикой. За счет этого свежий пар через клапан 12 используется в секции 2а, а не направляется бесполезно в конденсатор 19 мимо паровой турбины 2.

Существуют два режима, в которых паровая турбина не может полностью использовать выработанный парогенератором свежий пар. Во-первых, это происходит при запуске электростанции от остановки до номинальной мощности или частоты вращения, а, во-вторых, когда в номинальном режиме осуществляется частичное или полное отключение нагрузки. В этом случае турбокомплект так быстро, насколько это возможно, будет приспосабливаться к новым требованиям, причем парогенератор может следовать, однако, лишь с задержкой. В течение этого времени пар будет продолжать вырабатываться котлом до тех пор, пока регулятор давления пара не будет снова контролировать весь процесс его выработки. Непоглощенные количества пара могут быть либо выпущены в атмосферу, либо существует возможность разобщения пара от паровой турбины за счет быстро реагирующих обводных станций и его подачи в конденсатор. Таким образом, получают замкнутый парорегулирующий контур, из которого больше не теряются никакие количества пара.

На фиг.2 характеристики давления показаны в зависимости от массового потока пара. На оси Y нанесено давление 26 свежего пара, а на оси Х - массовый поток 25 из парогенератора. Характеристика 27 скользящего давления обозначает обычный режим. Когда клапаны турбины полностью открыты, массовый поток пара при номинальном давлении полностью поглощается турбиной.

Характеристика 28 заданного значения обводной станции проходит с разностью ΔР давлений выше характеристики 27 скользящего давления. Вследствие этого обводная станция не открывается слишком рано. Только когда рабочее давление возросло на разность давлений, открываются обводные клапаны.

Согласно изобретению между характеристиками 27, 28 нанесена дополнительная характеристика 29 управления перегрузочным клапаном. Она лежит выше характеристики 27 и ниже характеристики 28. Когда давление 26 свежего пара возрастает при работе выше скользящего давления в соответствии с характеристикой 27, сначала открывается клапан 12 и только затем клапан 9.

Изобретение относится к энергетике. Энергоустановка, содержащая перегрузочный паропровод, в котором расположен перегрузочный регулирующий клапан, управляемый регулятором давления, причем перегрузочный регулирующий клапан открывается прежде, чем откроется обводной регулирующий клапан, который образует байпас между паровпуском и паровыпуском высокого давления, как только будет превышено заданное значение. Также представлен способ эксплуатации энергоустановки. Изобретение позволяет уменьшить потери мощности. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Энергоустановка (1), содержащая парогенератор (3), паровую турбину (2), паропровод (4) для подачи свежего пара в паровую турбину (2), перегрузочный паропровод (10), который образует гидродинамическое соединение между парогенератором (3) и перегрузочной ступенью (11) паровой турбины (2), причем в перегрузочном паропроводе (10) расположен перегрузочный регулирующий клапан (12), причем предусмотрен регулятор давления, который образован для управления перегрузочным регулирующим клапаном (12), отличающаяся тем, что содержит обводной паропровод (7), который гидродинамически соединяет паровпуск (6) высокого давления с паровыпуском (8) высокого давления паровой турбины (2), причем обводной паропровод (7) включает в себя обводной регулирующий клапан (9), а регулятор давления выполнен так, что может устанавливаться заданное значение и при превышении этого заданного значения открывает обводной регулирующий клапан (9) только тогда, когда перегрузочный регулирующий клапан (12) уже открыт.

2. Установка по п.1, причем паровая турбина (2) включает в себя секцию (2a) высокого давления, а перегрузочный паропровод (10) гидродинамически соединен с подающей ступенью (11) секции (2a) высокого давления.

3. Установка по п.1, причем подающая ступень (11) выполнена с возможностью преобразования паровой турбиной (2) подаваемого по перегрузочному паропроводу (10) пара в работу.

4. Способ эксплуатации энергоустановки (1), причем энергоустановка (1) содержит паровую турбину (2), паропровод (4) для подачи свежего пара в паровую турбину (2) и перегрузочный паропровод (10), который образует гидродинамическое соединение между парогенератором (3) и перегрузочной ступенью (11) паровой турбины (2), причем в перегрузочном паропроводе (10) располагают перегрузочный регулирующий клапан (12), причем располагают регулятор давления у перегрузочного регулирующего клапана (12), выполненный для управления перегрузочным регулирующим клапаном (12), отличающийся тем, что предусматривают обводной паропровод (7), который гидродинамически соединяет паровпуск (6) высокого давления с паровыпуском (8) высокого давления, причем располагают обводной регулирующий клапан (9) и выполняют регулятор давления так, что заданное значение может устанавливаться и открывает обводной регулирующий клапан (9) при превышении этого заданного значения только тогда, когда перегрузочный регулирующий клапан (12) уже открыт.

5. Способ по п.4, причем перегрузочный регулирующий клапан (12) открывают при частичной и/или полной нагрузке.

6. Способ по п.4, причем поступающий по перегрузочному паропроводу (10) в паровую турбину (2) пар расширяют с совершением работы.