Тепловая схема разгрузки энергоблока сверхкритического давления Российский патент 2019 года по МПК F01K13/02 

Область техники

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано на тепловых электростанциях (ТЭС), оборудованных конденсационными и теплофикационными паротурбинными установками, в частности, при реконструкции или при новом проектировании ТЭС, преимущественно для обеспечения их работы в переменных режимах эксплуатации с расширенным регулировочным диапазоном мощности.

Уровень техники

Широко известны тепловые схемы разгрузки энергоблоков сверхкритического давления (СКД), в первую очередь связанные с повышением надежности работы экранных поверхностей нагрева котла, в условиях пониженных расходов среды на малых нагрузках. К ним относятся: выбор оптимальной гидравлической схемы, повышенные массовые скорости в поверхностях нагрева, использование рециркуляции дымовых газов, повышенные избытки воздуха и комбинированного скольжения, при котором уровень давления в тракте высокого давления (ВД) котла с помощью регулирующих клапанов (РК) паровой турбины (ПТ) не опускается ниже заданного. По ПТ ограничения наступают по допустимому снижению температуры пара за промперегревателем, которые также связаны с конструкцией котла, и по такому же снижению температуры свежего пара.

Кроме того, ограничения по разгрузке энергоблоков СКД, оборудованных турбопитательным насосом (ТПН), могут возникать из-за относительно узкого расчетного диапазона регулирования его частоты вращения, которая для данного типа энергоблоков находится на уровне 4720-5800 об/мин. Однако за счет модернизации схемы регулирования удалось снизить его регулировочный диапазон до 3800-4800 об/мин. При этом максимальное снижение давления питательной воды на напоре насоса составляет 20 МПа. Поэтому при более глубоком снижении приходится увеличивать перепад давления на регулирующем питательном клапане, что снижает надежность его работы и качество регулирования расхода питательной воды. То есть необходимо дополнительно снижать нижний предел изменения частоты вращения ТПН.

К другим сдерживающим причинам разгрузки энергоблоков можно отнести недостаточно качественное регулирование его мощности и связанное с этим регулирование соотношения топливо-вода-воздух на котле в переходных режимах, которое усугубляется увеличенной погрешностью в показаниях датчиков расходомеров с уменьшением нагрузки, что вынуждает выставлять повышенные уставки на срабатывание блокировки по переводу питания котла с ТПН на пусковой питательный электронасос (ПЭН). На энергоблоках с отсутствием на нем регулируемого привода срабатывание блокировки приводит к быстрому росту давления пара в тракте ВД до номинального с разбалансировкой других параметров, и в ряде случаев - к их аварийному останову.

Известна принятая в качестве прототипа патентуемого изобретения тепловая схема разгрузки энергоблока СКД, содержащая: первый подогреватель высокого давления (ПВД), присоединенный к паропроводу первого отбора пара части высокого давления (ЧВД) ПТ; второй ПВД, присоединенный к паропроводу второго отбора пара ЧВД ПТ; третий ПВД, присоединенный к паропроводу третьего отбора пара части среднего давления (ЧСД) ПТ, используемому также для привода ТПН; деаэратор, присоединенный к паропроводу четвертого отбора пара ЧСД ПТ; и трубопровод питательной воды, прокачиваемой ТПН, соединяющий деаэратор и все три вышеуказанные ПВД. При этом все вышеуказанные ПВД имеют общий каскадный отвод конденсата греющего пара в деаэратор (Паротурбинные установки: Каталог 18-6-75/ лист №5, Паровая турбина типа К-300-240-1 мощностью 300 МВт, фиг. 3, УДК 621.165, НИИинформтяжмаш. - Москва, 1975 [1]).

К недостаткам известного из [1] технического решения можно отнести: невозможность обеспечения сохранения каскадного слива конденсата греющего пара из всех трех ПВД в деаэратор при глубокой разгрузке энергоблока СКД менее 40% мощности от номинального значения - 120 МВт из-за снижения перепада давления между третьим и четвертым отборами пара из ПТ и необходимости сброса конденсата греющего пара из третьего ПВД.

Раскрытие изобретения

Задачей, на решение которой направлено патентуемое изобретение, является исключение технологии сброса конденсата греющего пара ПВД кроме деаэратора и упрощение схемы регулирования энергоблока СКД, а техническим результатом - сохранение каскадного слива конденсата греющего пара из всех трех ПВД в деаэратор с переводом третьего ПВД на питание из первого отбора пара ЧВД ПТ, отключением от третьего отбора пара ЧСД ПТ и сохранением питания привода ТПН третьим отбором пара при глубокой разгрузке энергоблока СКД менее 40% мощности от номинального значения.

Решение указанной задачи путем достижения указанного технического результата применительно к патентуемому изобретению, обеспечивается тем, что тепловая схема разгрузки энергоблока СКД содержит: первый ПВД, присоединенный к паропроводу первого отбора пара ЧВД ПТ; второй ПВД, присоединенный к паропроводу второго отбора пара ЧВД ПТ; третий ПВД, присоединенный к паропроводу третьего отбора пара ЧСД ПТ, используемому также для привода ТПН; как минимум один деаэратор, присоединенный к паропроводу четвертого отбора пара ЧСД ПТ; и трубопровод питательной воды, прокачиваемой ТПН, соединяющий как минимум один деаэратор и все три вышеуказанные ПВД. При этом все вышеуказанные ПВД имеют общий каскадный отвод конденсата греющего пара в деаэратор, а между первым и третьим ПВД установлен дополнительный паропровод, соединяющий паропроводы первого и третьего отборов пара и имеющий установленные на нем: запорную задвижку; обратный клапан; и регулирующий клапан.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков патентуемого изобретения и достигаемым техническим результатом заключается в том, что оборудование тепловой схемы разгрузки энергоблока СКД дополнительным паропроводом, соединяющим паропроводы первого и третьего отборов пара между первым и третьим ПВД и имеющим установленные на нем: запорную задвижку; обратный клапан; и регулирующий клапан, позволяет сохранить каскадную схему отвода конденсата греющего пара из всех трех ПВД в деаэратор при глубокой разгрузке энергоблока (снижении мощности менее 40% от номинального значения ~ 120 МВт) за счет увеличения перепада давления между третьим ПВД и деаэратором путем подачи пара первого отбора ЧВД ПТ в третий ПВД через вышеуказанный дополнительный паропровод.

Краткое описание чертежей На фиг. 1 изображена тепловая схема разгрузки энергоблока СКД.

Перечень позиций чертежей

1 - ЧВД ПТ;

2 - паропровод первого отбора пара;

3 - первый ПВД;

4 - паропровод второго отбора пара;

5 - второй ПВД;

6 - ЧСД ПТ;

7 - паропровод третьего отбора пара;

8 - электрифицированная задвижка;

9 - третий ПВД;

10 - часть паропровода третьего отбора пара;

11 - узел стопорно-регулирующих клапанов;

12 - привод турбопитательного насоса;

13 - ТПН;

14 - паропровод;

15 - дополнительный паропровод;

16 - обратный клапан;

17 - электрифицированная задвижка;

18 - дренаж с электрифицированным запорным вентилем;

19 - РК;

20 - предохранительная мембрана;

21 - паропровод четвертого отбора пара;

22 - РК;

23 - два деаэратора;

24, 25, 26 - трубопроводы;

27, 28, 29 - РК;

30 - два регулирующих питательных клапана;

31 - паропровод пятого отбора пара;

32 - паропровод шестого отбора пара;

ПЭН - питательный электронасос;

ВЭ - водяной экономайзер.

Осуществление изобретения

Пар первого отбора ЧВД ПТ 1 подается по паропроводу первого отбора пара 2 в первый ПВД 3, а пар второго отбора по паропроводу второго отбора пара 4 во второй ПВД 5. Из ЧСД ПТ 6 пар из третьего отбора по паропроводу третьего отбора пара 7 через электрифицированную задвижку 8 подается в третий ПВД 9, а по части паропровода третьего отбора пара 10 через узел стопорно-регулирующих клапанов 11 на привод 12 ТПН 13, отработанный пар после которого отводится по паропроводу 14 в паропровод шестого отбора пара 32 ЧСД ПТ 6 на второй ПНД (на схеме не показан). Кроме того между паропроводом первого отбора пара 2 и паропроводом третьего отбора пара 7 непосредственно перед вводами пара в первый ПВД 3 и в третий ПВД 9 выполнен дополнительный паропровод 15 с установкой на нем обратного клапана 16, электрифицированной запорной задвижки 17, дренажа с электрифицированным запорным вентилем 18, РК 19 и предохранительной мембраны 20.

Из четвертого отбора ЧСД ПТ 6 по паропроводу четвертого отбора 21 пар подается через РК 22 в два деаэратора 23. В них же поступает основной конденсат после первого ПНД (на схеме не показан), питающегося от паропровода пятого отбора пара 31.

Конденсат греющего пара ПВД 3, 5, 9 каскадно сливается в два деаэратора 23 через трубопроводы 24, 25 и 26 с установленными на каждом из них РК 27, 28 и 29 соответственно, поддерживающими уровни в подогревателях.

Питательный тракт имеет регулируемую частоту вращения привода 12 ТПН 13, а на отводе питательной воды под напором ТПН 13 через ПВД 3, 5, 9 к водяному экономайзеру (ВЭ) котла установлены (по одному на каждую нитку) два регулирующих питательных клапана 30.

В процессе плановой разгрузки энергоблока СКД с заданной скоростью давление во всех регенеративных отборах ПТ снижается в соответствии со снижением поступающего в них расхода пара. Одновременно снижаются перепады давлений каскадного слива из трех ПВД 3, 5, 9 в деаэраторы 23. Уже при нагрузке ниже 120 МВт из-за большого снижения перепада давления между третьим ПВД 9 и деаэраторами 23 при полном открытии РК 22 подвода пара к деаэраторам 23 вследствие сохранения величины сопротивления, создаваемого разностью нивелирных отметок уровня воды в ПВД 9 и деаэраторах 23 РК 29, установленный в трубопроводе слива конденсата греющего пара 26, при его полном открытии не может пропустить весь образующийся конденсат с ростом недопустимого уровня в третьем ПВД 9.

Со снижением нагрузки величина нагрева питательной воды и основного конденсата во всех регенеративных подогревателях определяется перепадом давления между их отборами и в меньшей степени сказывается на верхних отборах ПВД. При этом в первую очередь снижается расход пара в третий ПВД 9 с подачей минимального расхода при полном открытии его РК 29 и поддержании в нем требуемого уровня (тепло к нему подводится как с паром отбора, так и с конденсатом греющего пара второго ПВД 5). Для увеличения отвода конденсата из третьего ПВД 9 в два деаэратора 23 необходимо повысить в нем давление путем открытия РК 19 для подвода пара к нему. Это достигается переводом его питания на первый регенеративный отбор пара от паропровода первого отбора пара 2, имеющий более высокую температуру (355°С в номинальном режиме против 300°С второго отбора и 421°С третьего отбора соответственно). Со снижением нагрузки до 120 МВт за счет меньшего срабатывания перепада давлений в третьем ПВД 9 температура в первом отборе возрастает до 370°С, а в третьем отборе до 450°С, что необходимо учитывать в режиме перевода.

Подача пара осуществляется через дополнительный паропровод 15, установленный между паропроводом первого отбора пара 2 и паропроводом третьего отбора пара 7, после заданной степени открытия РК 28 на сливе конденсата из третьего ПВД 9. Предварительно открывается дренажный вентиль 18 для прогрева участка до электрифицированной задвижки 17, а затем после ее открытия закрывается дренажный вентиль 18 и включается регулятор РК 19, подмешивающий пар первого отбора для постепенного захолаживания впускной части и снятия перегрева третьего ПВД 9. После заданного роста уровня воды в третьем ПВД 9 закрывается электрифицированная задвижка 8 на трубопроводе 7 подвода пара от третьего отбора, а РК 19 переводится на поддержание давления в третьем ПВД 9, обеспечивающего каскадный слив конденсата греющего пара из ПВД 3, 5, 9 в два деаэратора 23 через регулирующие клапаны 27, 28 и 29.

После окончания режима разгрузки и с ростом перепада давлений между третьим и четвертым отборами ПТ с превышением давления в третьем отборе над давлением в третьем ПВД 9 производится обратный перевод его на третий отбор пара через паропровод 7 путем открытия электрифицированной задвижки 8. При этом регулирующий клапан 19 на дополнительном паропроводе 15 между первым и третьим отборами переключается на поддержание заданной скорости закрытия (прогрев входного участка третьего ПВД 9) с уменьшением подмешивания более холодного пара от первого отбора до полного закрытия регулирующего клапана 19 и запорной задвижки 17 без изменения схемы каскадного слива конденсата греющего пара из ПВД 3, 5, 9 в деаэраторы 23.

В связи с ограничением расхода, подаваемого в этих режимах на третий ПВД 9 отборного пара, (не более 7 т/ч) с давлением на входе (не менее 1,8 МПа) указанный дополнительный паропровод 15 может иметь диаметр d_y = 65 мм с переходом за РК 19 на больший диаметр d_y = 125 мм и снижением давления ниже 0,5 МПа. При этом уровень давления в деаэраторах 23 (~ 0,3 МПа и ниже) устанавливается полным открытием РК 22.

Перевод подачи пара на третий ПВД 9 с третьего отбора пара на первый также на эту же величину (7 т/ч) повышает располагаемый расход пара на привод 12 ТПН 13, что в условиях ограниченного диапазона регулирования его частоты вращения и требования от котельного агрегата поддержания повышенного уровня комбинированного скольжения снижает опасность возникновения ограничений по созданию им заданного напора ТПН 13.

Частичный перевод подачи пара первого отбора на третий ПВД 9 через дополнительный паропровод 15 позволяет сохранить каскадную схему отвода конденсата греющего пара из ПВД 3, 5, 9 в деаэраторы 23 при глубокой разгрузке энергоблока СКД менее 40% мощности от номинального значения ~ 120 МВт за счет увеличения перепада давления между третьим ПВД 9 и деаэраторами 23 путем подачи пара первого отбора ЧВД ПТ 1 в третий ПВД 9 через вышеуказанный дополнительный паропровод 15. При этом исключается технология сброса конденсата греющего пара ПВД кроме деаэратора.

Промышленная применимость

Патентуемое изобретение отвечает условию «промышленная применимость». Сущность технического решения раскрыта в формуле, описании и чертеже достаточно ясно для понимания и промышленной реализации соответствующими специалистами, а используемые средства просты и доступны для промышленной реализации в области теплоэнергетики.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано на тепловых электростанциях, оборудованных паротурбинными установками, преимущественно для обеспечения их работы в переменных режимах эксплуатации с расширенным регулировочным диапазоном мощности. Тепловая схема разгрузки энергоблока сверхкритического давления содержит три подогревателя высокого давления (ПВД), присоединенные к паропроводам первого, второго отборов пара части высокого давления (ЧВД) паровой турбины (ПТ) и третьего отбора части среднего давления (ЧСД) ПТ соответственно, и как минимум один деаэратор, присоединенный к паропроводу четвертого отбора пара ЧСД ПТ. При этом схема имеет общий для всех вышеуказанных ПВД каскадный отвод конденсата греющего пара в как минимум один деаэратор, а между первым и третьим ПВД установлен дополнительный паропровод, соединяющий паропроводы первого и третьего отборов пара и имеющий установленные на нем: запорную задвижку, обратный клапан и регулирующий клапан. Изобретение позволяет обеспечить сохранение каскадного слива конденсата греющего пара из всех трех ПВД в деаэратор с переводом третьего ПВД на питание из первого отбора пара ЧВД ПТ, отключением от третьего отбора пара ЧСД ПТ и сохранением питания привода ТПН третьим отбором пара при глубокой разгрузке энергоблока СКД менее 40% мощности от номинального значения. 1 ил.

Тепловая схема разгрузки энергоблока сверхкритического давления, содержащая: первый подогреватель высокого давления, присоединенный к паропроводу первого отбора пара части высокого давления паровой турбины; второй подогреватель высокого давления, присоединенный к паропроводу второго отбора пара части высокого давления паровой турбины; третий подогреватель высокого давления, присоединенный к паропроводу третьего отбора пара части среднего давления паровой турбины, используемому также для привода турбопитательного насоса; как минимум один деаэратор, присоединенный к паропроводу четвертого отбора пара части среднего давления паровой турбины; общий для всех вышеуказанных подогревателей высокого давления каскадный отвод конденсата греющего пара в как минимум один деаэратор; и трубопровод питательной воды, прокачиваемой турбопитательным насосом, соединяющий как минимум один деаэратор и все три вышеуказанные подогреватели высокого давления, отличающаяся тем, что между первым и третьим подогревателями высокого давления установлен дополнительный паропровод, соединяющий паропроводы первого и третьего отборов пара и имеющий установленные на нем: запорную задвижку, обратный клапан и регулирующий клапан.