ТЕПЛОФИКАЦИОННАЯ ПАРОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2018 года по МПК F01D25/30 F28B3/06 

Изобретение относится к области энергомашиностроения и может быть использовано в конструкциях теплофикационных установок.

Известна теплофикационная паротурбинная установка, содержащая цилиндр низкого давления (ЦНД) с регулирующей диафрагмой (РД) части низкого давления (ЧНД), выходной патрубок турбины, соединяющий ЧНД с конденсатором [Бененсон Е.И., Иоффе Л.С. Теплофикационные паровые турбины. М.: Энергоатомиздат, 1986, c 118-119, рис 4,2., с 193-196, рис 5,21]. Для обеспечения надежной эксплуатации известной турбоустановки ее конструкцией предусмотрен гарантированный зазор между спицами поворотного кольца и торцами сопловых лопаток диафрагмы, а также система охлаждения, выполненная в виде коллекторов с форсунками, установленными в паровом пространстве выходного патрубка вблизи его выходного сечения.

К недостаткам известного технического решения следует отнести значительные (5-25 МВт) потери теплоты без выработки мощности последними ступенями в конденсаторе на режимах работы с закрытой РД. Кроме того, для поддержания необходимого температурного режима ЧНД и выходного патрубка в известной установке предусмотрена система охлаждения, выполненная в виде коллекторов с форсунками, установленными в паровом пространстве выходного патрубка вблизи его выходного сечения. При таком размещении системы охлаждения распыленная форсунками охлаждающая вода в виде неиспарившихся капель транспортируется имеющими место в этих условиях циркуляционными потоками к лопаткам последней ступени турбины, что приводит к их интенсивному эрозионному износу.

В качестве прототипа заявляемого изобретения рассматривается известная теплофикационная паротурбинная установка [Свидетельство на полезную модель №10220 РФ. MKM³ F01K 13/00, F01D 25/24. Теплофикационная паротурбинная установка / Е.И. Эфрос, В.П. Лагун, Л.Л. Симою, В.Ф. Гуторов, А.Г. Шемпелев. №98120007, заявл. 05.11.1998. Официальный бюллетень «Полезные модели. Промышленные образцы». 1999. №6. С. 55], содержащая цилиндр низкого давления с регулирующей диафрагмой части низкого давления, выходной патрубок, соединяющий часть низкого давления с конденсатором, оснащенным трубными пучками, устройством для охлаждения выходного патрубка турбины, устройство ввода пароводяных и паровоздушных потоков в конденсатор, причем поворотная и неповоротная части регулирующей диафрагмы выполнены с минимальным, технологически осуществимым зазором, исключающим вентиляционный пропуск пара, а устройство охлаждения выходного патрубка установлено концентрично относительно рабочего колеса за рабочими лопатками последней ступени и выполнено в виде коллектора с форсунками, установленными с возможностью взаимодействия распыляемой охлаждающей среды с наиболее горячей частью парового потока, выходящего из последней ступени, при этом устройства ввода пароводяных и паровоздушных потоков в конденсаторе установлены в зоне регенеративного подогрева под его трубным пучком и снабжены ограждающими элементами, предотвращающими вынос капельной влаги в паровое пространство конденсатора.

Недостатками данного технического решения являются:

- технологические трудности при монтаже кольцевого коллектора при изготовлении, монтаже и ремонтных работах. Монтаж сплошного кольцевого коллектора внутри выходного патрубка при закрытом цилиндре низкого давления затруднен, вследствие необходимости проведения сборочных работ в ограниченном пространстве, что снижает качество монтажа и затраты времени на его осуществление. Кроме того, при проведении ремонтных работ, сопровождающихся вскрытием ЦНД по горизонтальному разъему, возникают сложности при отделении его от верхней части выходного патрубка;

- невозможность устранения возможных протечек в разъемных соединениях внутри конденсатора в процессе его эксплуатации. При использовании дополнительных разъемных соединений внутри выходного патрубка повышается вероятность появления протечек в паровое пространство конденсатора охлаждающей воды, что может привести к попаданию воды в обратные циркуляционные потоки к лопаткам последней ступени, и их интенсивному эрозионному износу;

- ухудшенный тепло- и массообмен между охлаждаемой средой и охлаждающей средой, распыляемой форсунками, в случае использования воды на входе в форсунки воды с температурой, ниже чем на 20°С превышающей температуру насыщения при давлении в конденсаторе.

- не исключена возможность установки устройств ввода пароводяных и паровоздушных потоков в конденсатор в непосредственной близости от патрубков отсоса паровоздушной смеси. Такая установка может привести к поступлению в основные эжекторы паровоздушной смеси с повышенным парциальным давлением пара и, как следствие, к повышению давления всасывания эжектора, повышению давления в конденсаторе и потере мощности вырабатываемой турбоустановкой.

Таким образом, данная теплофикационная установка не обладает достаточной технологичностью и надежностью эксплуатации.

Заявляемое изобретение решает задачу снижения потерь теплоты в цикле паротурбинной установки (ПТУ), поддержания допустимого температурного режима ЧНД и выходного патрубка средствами, позволяющими повысить технологичность и надежность турбоустановки в целом.

С этой целью в заявляемой теплофикационной установке, содержащей цилиндр низкого давления с регулирующей диафрагмой части низкого давления, выполненной с минимальным, технологически осуществимым зазором, исключающим вентиляционный пропуск пара, часть низкого давления, выходной патрубок, соединяющий часть низкого давления с конденсатором, оснащенным трубными пучками, устройством для охлаждения выходного патрубка турбины, установленным концентрично относительно рабочего колеса, выполненным в виде кольцевого коллектора с форсунками, установленными с возможностью взаимодействия распыляемой охлаждающей среды с наиболее горячей частью парового потока, выходящего из последней ступени, устройства ввода пароводяных и паровоздушных потоков в конденсатор, установленные в зоне регенеративного подогрева под его трубным пучком, снабженные ограждающими элементами, предотвращающими вынос капельной влаги в паровое пространство конденсатора, кольцевой коллектор с форсунками выполнен из двух отдельных полукольцевых частей, установленных соответственно в верхней и нижней половинах выходного патрубка, имеющих входы и выходы охлаждающей воды за пределами выходного патрубка, причем выход из одной полукольцевой части соединен с входом в другую полукольцевую часть трубопроводом с разъемными соединениями.

В предлагаемой теплофикационной установке в качестве распыляемой охлаждающей воды используется основной конденсат турбины, имеющий температуру выше на 20°С и более, чем температура насыщения при давлении в конденсаторе.

Кроме того, устройства ввода пароводяных и паровоздушных потоков в конденсатор выполнены в виде горизонтальных коллекторов, установленных ниже трубных пучков в паровом отсеке конденсатора, наиболее удаленном от патрубка отсоса паровоздушной смеси.

Выполнение коллектора с форсунками из двух отдельных полукольцевых частей позволяет производить их установку независимо друг от друга как в соединенном состоянии верхних и нижних половин выходного патрубка, так и в разобранном его состоянии по горизонтальному разъему. Этим достигается технологичность паротурбинной установки при проведении первичного монтажа и ремонтов.

Наличие входов и выходов охлаждающей воды за пределами выходного патрубка и трубопровода, соединяющего выход одной полукольцевой части с входом другой с помощью разъемных соединений, обеспечивает эффективность контроля герметичности коллектора и устранения протечек, а также, при их наличии, исключает попадание воды внутрь выходного патрубка и, тем самым, устраняется возможность выноса эрозионно опасных капель воды в обратные циркуляционные потоки к лопаткам последней ступени. Этим достигается повышенная надежность предлагаемого технического решения.

Как показали проведенные исследования, использование в качестве распыляемой охлаждающей воды основного конденсата турбины, имеющего температуру выше на 20°С и более, чем температура насыщения при давлении в конденсаторе, позволяет существенно улучшить качество распыла воды форсунками и, тем самым, интенсифицировать процессы тепло- и массообмена между охлаждающей средой и горячей частью парового потока, выходящего из последней ступени. Этим достигается эффективность работы турбоустановки.

Установка устройств ввода пароводяных и паровоздушных потоков в паровом отсеке конденсатора, наиболее удаленном от патрубка отсоса паровоздушной смеси, обеспечивает наиболее полную конденсацию пара, образующегося при вводе на трубных пучках конденсатора, исключает его попадание в трубопровод отсоса паровоздушной смеси на основные эжекторы и, тем самым, предотвращает повышение давления в конденсаторе. Выполнение устройств ввода в виде горизонтальных коллекторов, установленных ниже трубных пучков, позволяет более равномерно распределить подаваемые потоки по длине трубного пучка и улучшить деаэрацию конденсата, стекающего с трубного пучка. Этим достигается повышенная эффективность полезной модели.

В целом представленная совокупность признаков заявляемого решения обеспечивает повышение технологичности проведения монтажных и ремонтных работ, а также надежности и эффективности турбоустановки.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, представленными на фиг. 1, 2, 3,

Теплофикационная паротурбинная установка содержит (см. фиг. 1) цилиндр низкого давления (ЦНД) 1 с регулирующей диафрагмой (РД) 2 части низкого давления (ЧНД) 3 и выходной патрубок 4, соединяющий ЧНД 3 с конденсатором, 5, оснащенным трубными пучками 6. РД 2 состоит из поворотной части 7 и неповоротной части 8, зазор δ между которыми выполнен с минимальным (стремящимся к нулю), технологически осуществимым зазором, исключающим вентиляционный пропуск пара.

В ЧНД 3 установлено рабочее колесо 9 последней ступени турбины с рабочими лопатками 10. Кольцевой коллектор 11 с форсунками 12 установлен за лопатками 10 концентрично рабочему 9. Форсунки 12 установлены таким образом, что распыляемая ими охлаждающая вода (среда) взаимодействует с наиболее горячей внешней частью теплового потока, выходящего из рабочего колеса 9 последней ступени ЧНД 3.

Кольцевой коллектор 11 с форсунками 12 выполнен из двух отдельных полукольцевых частей - верхней 13 и нижней 14, установленных соответственно в верхней и нижней (относительно разъема) половинах выходного патрубка 4 (см. фиг. 2). Входные и выходные сечения полукольцевых частей 13 и 14 выведены за пределы наружной поверхности выходного патрубка 4, причем выход охлаждающей воды из одной полукольцевой части соединен с ее входом в другую полукольцевую часть трубопроводом 15 с помощью разъемных соединений 16. Вход воды в верхнюю полукольцевую часть 13 через вентиль 17 соединен трубопроводом 18 с линией основного конденсата (на чертеже не показано) после четвертого (по ходу конденсата через систему регенеративного подогрева) подогревателя низкого давления (ПНД-4). На выходе из нижней полукольцевой части установлен вентиль 19.

Кроме того, паротурбинная установка оснащена устройствами ввода пароводяных и паровоздушных потоков (см. фиг. 3), выполненными в виде горизонтальных коллекторов 20, установленных ниже трубных пучков 6, в паровом отсеке 21 конденсатора 5, наиболее удаленном от патрубков отсоса паровоздушной смеси 22.

Установка работает следующим образом.

При переводе теплофикационной паротурбинной установки на режим работы по тепловому графику закрывают РД 2 ЧНД 3. При этом прекращается подача пара из ЦНД 1 в конденсатор 5, а в выходном патрубке возникают обратные циркуляционные потоки, направленные из конденсатора 5 в прикорневую зону лопаток 10 рабочего колеса 9 последней ступени.

С целью предотвращения перегрева рабочих лопаток 10 и выходного патрубка 4 открытием входного вентиля 17 и выходного вентиля 19 по трубопроводу 18 подают охлаждающую воду в верхнюю полукольцевую часть 13 коллектора 11. Из полукольцевой части 13 по трубопроводу 15 охлаждающая вода поступает в нижнюю полукольцевую часть 14 коллектора 11. После заполнения коллектора вентиль 19 закрывают. Подаваемая перегретая относительно температуры насыщения в конденсаторе 5 более чем на 20°С охлаждающая вода при прохождении через форсунки 12 частично испаряется, обеспечивая тонкий ее распыл, а образовавшаяся при этом охлаждающая среда взаимодействует с потоком горячего пара, выходящего из последней ступени ЧНД 3. В результате такого взаимодействия происходит испарение охлаждающей воды и охлаждение вышеупомянутого потока, что обеспечивает допустимое температурное состояние выходного патрубка 4, который омывается этим потоком. Одновременно снижается температура пара, поступающего в ступени ЧНД 3 с обратным потоком, что обеспечивает допустимое тепловое состояние элементов проточной части низкого давления.

Пароводяные и паровоздушные потоки из системы регенеративного подогрева и системы подогрева сетевой воды через расположенные ниже трубных пучков 6 горизонтальные коллекторы 20 подаются в паровой отсек 21 конденсатора 5, наиболее удаленный от патрубков отвода паровоздушной смеси 22. Такая подача обеспечивает дополнительный равномерный подвод теплоты в зону под трубными пучками, уменьшает переохлаждение конденсата, улучшает его деаэрацию и исключает попадание паровоздушной смеси с повышенным содержанием пара в патрубки отсоса паровоздушной смеси 22 на основные эжекторы-турбоустановки.

Изобретение относится к области энергомашиностроения и может быть использовано в конструкциях теплофикационных установок. В теплофикационной установке, содержащей цилиндр низкого давления с регулирующей диафрагмой части низкого давления, выполненной с минимальным, технологически осуществимым зазором, исключающим вентиляционный пропуск пара, часть низкого давления, выходной патрубок, соединяющий часть низкого давления с конденсатором, оснащенным трубными пучками, устройством для охлаждения выходного патрубка турбины, установленным концентрично относительно рабочего колеса, выполненным в виде кольцевого коллектора с форсунками, установленными с возможностью взаимодействия распыляемой охлаждающей среды с наиболее горячей частью парового потока, выходящего из последней ступени, устройства ввода пароводяных и паровоздушных потоков в конденсатор, установленные в зоне регенеративного подогрева под его трубным пучком и снабженные ограждающими элементами, предотвращающими вынос капельной влаги в паровое пространство конденсатора, кольцевой коллектор с форсунками выполнен из двух отдельных полукольцевых частей, установленных соответственно в верхней и нижней половинах выходного патрубка, имеющих входы и выходы охлаждающей воды за пределами выходного патрубка, причем выход из одной полукольцевой части соединен с входом в другую полукольцевую часть трубопроводом с разъемными соединениями. Изобретение решает задачу снижения потерь теплоты в цикле паротурбинной установки, поддержания допустимого температурного режима части низкого давления и выходного патрубка средствами, позволяющими повысить технологичность и надежность турбоустановки в целом. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Теплофикационная паротурбинная установка, содержащая цилиндр низкого давления с регулирующей диафрагмой части низкого давления, выполненной с минимальным, технологически осуществимым зазором, исключающим вентиляционный пропуск пара, часть низкого давления, выходной патрубок, соединяющий часть низкого давления с конденсатором, оснащенным трубными пучками, устройством для охлаждения выходного патрубка турбины, установленным концентрично относительно рабочего колеса, выполненным в виде кольцевого коллектора с форсунками, установленными с возможностью взаимодействия распыляемой охлаждающей среды с наиболее горячей частью парового потока, выходящего из последней ступени, устройства ввода пароводяных и паровоздушных потоков в конденсатор, установленные в зоне регенеративного подогрева, снабженные ограждающими элементами, предотвращающими вынос капельной влаги в паровое пространство конденсатора, отличающаяся тем, что кольцевой коллектор с форсунками выполнен из двух отдельных полукольцевых частей, установленных соответственно в верхней и нижней половинах выходного патрубка, имеющих входы и выходы охлаждающей среды – воды, за пределами выходного патрубка, причем выход из одной полукольцевой части соединен с входом в другую полукольцевую часть трубопроводом с помощью разъемных соединений.

2. Теплофикационная паротурбинная установка по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве распыляемой охлаждающей среды используется основной конденсат турбины, имеющий температуру более чем на 20°C выше температуры насыщения при давлении в конденсаторе.

3. Теплофикационная паротурбинная установка по п. 1, отличающаяся тем, что устройства ввода пароводяных и паровоздушных потоков в конденсатор выполнены в виде горизонтальных коллекторов, установленных ниже трубных пучков конденсатора на наиболее удаленном расстоянии от патрубков отсоса паровоздушной смеси.