Паросиловой энергоблок с увеличенным регулировочным диапазоном мощности Российский патент 2019 года по МПК F01K13/02 

Область техники

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано при создании паросиловых, конденсационных, высокоэкономичных энергоблоков большой единичной мощности преимущественно со сверхкритическими параметрами пара.

Уровень техники

Известен принятый в качестве прототипа патентуемого изобретения паросиловой энергоблок, содержащий котельный агрегат и паровую турбину, причем указанный котельный агрегат снабжен воздуходувкой, соединенной напорным воздуховодом, имеющим запорно-регулирующий шибер, с топочной камерой указанного котельного агрегата через воздухоподогреватель и горелочное устройство, а указанная воздуходувка имеет паротурбинный привод с питанием его от промежуточного парового отбора указанной паровой турбины, причем указанный паротурбинный привод снабжен регулирующими клапанами для изменения расхода отборного пара и соответственно подаваемого воздуходувкой в топочную камеру воздуха в соответствии с изменением нагрузки котельного агрегата,

воздуходувкой, соединенной напорным воздуховодом с топочной камерой указанного котельного агрегата через регенеративные воздухоподогреватели, (рационализация схемы включения вспомогательной приводной турбины воздуходувки энергетического блока ТЭС при переводе котла на уравновешенную тягу / Г.Г. Орлов, А.Г. Орлов // Повышение эффективности работы энергоблока, Труды ИГЭУ выпуск VIII, Иваново, 2007 г., с. 21-23 - [1]).

Создание современных паротурбинных энергоблоков типа [1] с предельно высокими начальными параметрами пара и паровыми турбинами направлено на решение задачи максимально экономичной выработки электроэнергии. Вместе с тем к современным мощным энергоблокам кроме высокой экономичности дополнительно предъявляются требования к маневренности с их работой в широком диапазоне изменения мощности в зависимости от изменения электрической нагрузки. Наиболее проблематичным при этом является снижение мощности энергоблока до его минимально возможной нагрузки. Это связано в основном с трудностью глубокой разгрузки котельного агрегата и его вспомогательного оборудования. Дело в том, что соответствующее требуемому уменьшению мощности энергоблока уменьшение подачи топлива в топочную камеру котельного агрегата требует для предотвращения резкого уменьшения экономичности соответственного уменьшения подачи воздуха в указанную камеру. Ухудшение в противном случае экономичности котельного агрегата объясняется тем, что подача в топочную камеру воздуха, избыточного по сравнению с необходимым для горения уменьшенного количества топлива, привела бы к бесполезному нагреву этого воздуха за счет части теплоты сгорания топлива с последующей потерей этой теплоты при выбросе нагретого избыточного воздуха в смеси с отходящими газами через дымовую трубу в окружающую среду. Уменьшение подачи воздуха от воздуходувки с турбинным приводом обычно осуществляемое путем уменьшения подачи пара в приводную турбину имеет предел, определяемый ростом температуры на выхлопе приводной турбины до недопустимого по заводским условиям уровня (100°С).

Возможным решением по снижению температуры выхлопа паротурбинных приводов является использование впрыска воды в выхлопную часть турбины (Теплофикационные паровые турбины: повышение экономичности и надежности / Симою Л.Л., Эфрос Е.И., Гуторов В.Ф. Лагун В.П. // СПб, Энерготех, 2001, с. 43, 44 [2]). Однако, при ограниченных расходах пара через выхлопы (менее 4 т/ч) и относительно большом количестве устанавливаемых форсунок впрыска (не менее 10 по всему периметру выхлопа), они должны иметь относительно малую пропускную способность, что препятствует обеспечению требуемой равномерности распределения температур пара по высоте и окружности за рабочими лопатками последней ступени турбины. Как показали расчеты, неравномерность температуры пара по сечению выхлопа при таком техническом решении может достигать 100°С. Использование в котельных агрегатах большой мощности (в том числе согласно [1]) вместо рекуперативных воздухоподогревателей, где теплопередача происходит через стенку, герметично разделяющую газовые и воздушные потоки, воздухоподогревателей регенеративного типа с вращающимся ротором, переносящим теплообменную насадку с газового потока в воздушный, несмотря на некоторое ухудшение экономичности за счет неизбежных перетоков через уплотнения ротора небольшого количества воздуха в газовый тракт, позволяет существенно уменьшить габариты и металлоемкость воздухоподогревателя за счет более высокого коэффициента теплопередачи. Тем не менее даже при секционном выполнении регенеративного воздухоподогревателя с соответствующим числу его секций количеством автономных модулей воздуходувных агрегатов с отдельными паротурбинными приводами, регулирование подачи воздуха в топочную камеру котельного агрегата путем последовательного отключения воздуходувных модулей практически нецелесообразно. Это связано с тем, что, во-первых, при отключении отдельного воздуходувного модуля для исключения возможной поломки ротора отключаемой секции регенеративного воздухоподогревателя в результате термических перекосов необходимо продолжать его вращение, что не экономично с точки зрения продолжения расхода электроэнергии на бесполезный привод ротора, а, во-вторых, продолжение вращения ротора в полной мере не может предотвратить его повреждения в результате термического перегрева газовым потоком из-за прекращения воздушного охлаждения теплообменной насадки. Предусмотренный же в [1] при уменьшении производительности воздуходувки перевод питания на промежуточный паровой отбор более низкого давления имеет целью только повышение экономичности паротурбинного привода, но не решает проблемы указанной выше предельно допустимой минимальной производительности воздуходувки по условиям определяемым ростом температуры на выхлопе приводной турбины.

Раскрытие изобретения

Задачей патентуемого изобретения является увеличение регулировочного диапазона взятия нагрузки паросиловым энергоблоком большой единичной мощности с сохранением в допустимых пределах его экономичности, а техническим результатом - обеспечение возможности снижения при минимальной электрической нагрузке энергоблока количества воздуха, подаваемого в топочную камеру котельного агрегата, до уровня меньшего, по сравнению с допускаемым минимальным его расходом от воздуходувки с паротурбинным приводом. Для решения указанной задачи путем достижения указанного технического результата в паросиловом энергоблоке, содержащем котельный агрегат и паровую турбину, причем указанный котельный агрегат снабжен воздуходувкой, соединенной напорным воздуховодом, имеющим запорно-регулирующий шибер, с регенеративным воздухоподогревателем, выход которого соединен трубопроводом с топочной камерой указанного котельного агрегата, и горелочным устройством, а указанная воздуходувка имеет паротурбинный привод с питанием его от промежуточного парового отбора указанной паровой турбины, причем указанный паротурбинный привод снабжен регулирующими клапанами для изменения расхода отборного пара и соответственно подаваемого воздуходувкой в топочную камеру воздуха в соответствии с изменением нагрузки котельного агрегата,

согласно изобретению

указанная воздуходувка дополнительно снабжена подключенной к указанному напорному воздуховоду линией сброса избыточного воздуха в атмосферу с установленным на ней запорно-регулирующим шибером,

указанная воздуходувка дополнительно снабжена установленным на указанном напорном воздуховоде запорно-регулирующим шибером, а перед последним к указанному напорному воздуховоду подключена оборудованная запорно-регулирующим шибером линия сброса избыточного воздуха в атмосферу, а также регулятором, вырабатывающим управляющие сигналы на передвижения указанных запорно-регулирующих шиберов и указанных регулирующих клапанов изменения расхода отборного пара.

Причинно-следственная связь между совокупностью признаков

патентуемого изобретения и достигаемым техническим результатом заключается в следующем, оборудование воздуходувки линией сброса избыточного воздуха с установленным на ней запорно-регулирующим шибером, а также регулятором, вырабатывающим управляющие сигналы

на передвижения при требуемом соотношении обоих запорно-регулирующих шиберов и регулирующих клапанов после достижения предельно допустимого минимального расхода пара на паротурбинный привод воздуходувки позволяет, не уменьшая допустимого по условиям работы паротурбинного привода расхода воздуха, нагнетаемого воздуходувкой, уменьшить его расход в топочную камеру через регенеративный воздухоподогреватель до требуемой величины, за счет регулировочного шибера на напорном воздуховоде со сбросом избыточной части воздуха в атмосферу через запорный шибер на линии сброса. При этом экономичность энергоблока остается в допустимых пределах, так как сбрасываемый в атмосферу до топочной камеры воздух не отнимает теплоты отходящих из нее горячих газов.

Краткое описание фигур чертежа

На чертеже схематически изображен паросиловой энергоблок согласно изобретению для регулирования расхода воздуха к котельному агрегату при разгрузках блока СКД 1200 МВт.

Перечень позиций чертежа 10 - котельный агрегат; 20 - паровая турбина; 21 - линия промежуточного отбора пара от паровой турбины; 211 и 212 - пароподводы от линии 21 к турбовоздуходувному агрегату (ТВД) 30; 30 - ТВД; 31 - воздуходувка; 32 - паротурбинный привод; 40 - напорный воздуховод; 50 - регенеративный воздухоподогреватель (РВП); 60, 70 - регулирующие клапаны на пароподводах к ТВД; 80 -запорно-регулирующий шибер на напорном воздуховоде; 90 - линия сброса избыточного воздуха в атмосферу; 100 - запорно-регулирующий шибер на линии сброса воздуха; 300 - регулятор; 301, 302, 303 и 304 линии управления регулятора 300.

Осуществление изобретения

Паросиловой энергоблок фиг. 1, содержит котельный агрегат 10 и паровую турбину 20, причем котельный агрегат 10 снабжен турбовоздуходувным агрегатом ТВД 30, в состав которого входит воздуходувка 31, совмещенная с паротурбинным приводом 32. Воздуходувка 31 соединена напорным воздуховодом 40 с регенеративным воздухоподогревателем 50, выход которого соединен трубопроводом с топочной камерой указанного котельного агрегата 10. Паротурбинный привод 32 питается от линии 21 промежуточного парового отбора из паровой турбины 20, причем указанная линия 21 подключена ко входу в паротурбинный привод 32 двумя пароподводами 211 и 212, на каждом из которых установлены регулирующие клапаны РК 60 и РК 70. Воздуходувка 31 снабжена установленным на указанном напорном воздуховоде 40 запорно-регулирующим шибером Ш 80, а перед последним к указанному напорному воздуховоду 40 подключена линия 90 сброса избыточного воздуха в атмосферу, оборудованная запорно-регулирующим шибером 100. Кроме того, воздуходувка оборудована регулятором Р 300, вырабатывающим передаваемые по линиям 301, 302, 303 и 304 соответственно на запорно-регулирующие шиберы Ш 80, Ш 100 и регулирующие клапаны РК 60 и РК 70 требуемом в зависимости от допустимой температуры выхлопа приводной турбины и требуемого расхода воздуха в топку котла.

Работа паросилового энергоблока согласно изобретению осуществляется следующим образом.

В нормальном режиме полной электрической нагрузки необходимое количество воздуха, подаваемого в топочную камеру, обеспечивается требуемой степенью открытия регулирующих клапанов РК 60 и РК 70 на пароподводах 211 и212 с поддержанием максимальной для этого режима частоты вращения паротурбинного привода 32. При уменьшении нагрузки соответствующее уменьшение подачи воздуха в топочную камеру осуществляется регулятором 300 (структура и алгоритмы работы аналогичных регуляторов описаны в книге «Автоматическое управление мощностью ТЭС и АЭС», сборники научных трудов ВТИ, Москва Энергоатомиздат 1990, стр. 49-59 [3]), поддерживающим соотношение частоты вращения паротурбинного привода 32 и расхода воздуха, подаваемого в топочную камеру котельного агрегата 10, до заданного или предельного роста температуры выхлопа паротурбинного привода 32. Регулятор Р 300 обеспечивает поддержание заданного или предельно допустимого ее уровня за счет постепенного открытия запорно-регулирующего шибера Ш 100 и сбрасывания расхода избыточного воздуха с сокращением его подачи в топочную камеру котельного агрегата 10 при дальнейшей разгрузке энергоблока. Регулятор вырабатывает управляющие сигналы на передвижение при требуемом соотношении обоих запорно-регулирующих шиберов 80 и 100 и регулирующих клапанов 60 и 70 после достижения предельно допустимого минимального расхода пара на паротурбинный привод 32 воздуходувки 31, что позволяет, не уменьшая допустимого по условиям работы паротурбинного привода 32 расхода воздуха, нагнетаемого воздуходувкой 31, уменьшить его расход в топочную камеру котельного агрегата 10 через регенеративный воздухоподогреватель 50 до требуемой величины, за счет регулировочного шибера 80 на напорном воздуховоде со сбросом избыточной части воздуха в атмосферу через запорный шибер 100 на линии сброса избыточного воздуха 90. При этом экономичность энергоблока остается в допустимых пределах, так как сбрасываемый в атмосферу до топочной камеры воздух не отнимает теплоты отходящих из нее горячих газов.

При разгрузке блока мощностью 1200 МВт ст. №9 Костромской ГРЭС ограничения по снижению расхода пара через трубопровод из-за роста температуры его выхлопа могут достигать уже при нагрузке энергоблока 800 МВт в летний период и 700 МВт в осенний. Использование на энергоблоке предлагаемой схемы (см. фиг. 1) позволило бы при возникновении указанных ограничений продолжить снижение нагрузки. При этом для снижения нагрузки с 700 МВт до 600 МВт с помощью дополнительного сброса в атмосферу до ~ 20% от его расхода через воздуходувку сохраняются частота вращения паротурбинного привода ~ 2000 об/мин и требуемые избытки воздуха в котле (α=1,07). При увеличенном перепаде давлений на запорно-регулирующем шибере сброса достаточно иметь его диаметр отвода в ~ 10 раз меньше основного воздуховода.

Промышленная применимость

Паросиловой энергоблок согласно патентуемому изобретению отвечает условию «промышленная применимость». Сущность технического решения раскрыта в формуле, описании и чертеже достаточно ясно для понимания и промышленной реализации соответствующими специалистами на основании современного уровня техники в области теплоэнергетики.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано при создании паросиловых, конденсационных, высокоэкономичных энергоблоков большой единичной мощности преимущественно со сверхкритическими параметрами пара. Паросиловой энергоблок содержит котельный агрегат и паровую турбину. Причем указанный котельный агрегат снабжен воздуходувкой, соединенной напорным воздуховодом, имеющим запорно-регулирующий шибер, с регенеративным воздухоподогревателем, выход которого соединен трубопроводом с топочной камерой указанного котельного агрегата, и горелочное устройство. При этом указанная воздуходувка имеет паротурбинный привод с питанием его от промежуточного парового отбора указанной паровой турбины. Причем указанный паротурбинный привод снабжен регулирующими клапанами для изменения расхода отборного пара и соответственно подаваемого воздуходувкой через воздухоподогреватель в топочную камеру воздуха в соответствии с изменением нагрузки котельного агрегата. При этом указанная воздуходувка дополнительно снабжена подключенной к указанному напорному воздуховоду линией сброса избыточного воздуха в атмосферу с установленным на ней запорно-регулирующим шибером, а также регулятором, вырабатывающим управляющие сигналы на передвижения указанных запорно-регулирующих шиберов и указанных регулирующих клапанов изменения расхода отборного пара. Технический результат - обеспечение возможности снижения при минимальной электрической нагрузке энергоблока количества воздуха, подаваемого в топочную камеру котельного агрегата, до уровня, меньшего, по сравнению с допускаемым минимальным его расходом от воздуходувки с паротурбинным приводом. 1 ил.

Паросиловой энергоблок, содержащий котельный агрегат и паровую турбину, причем указанный котельный агрегат снабжен воздуходувкой, соединенной напорным воздуховодом, имеющим запорно-регулирующий шибер, с регенеративным воздухоподогревателем, выход которого соединен трубопроводом с топочной камерой указанного котельного агрегата, и горелочное устройство, а указанная воздуходувка имеет паротурбинный привод с питанием его от промежуточного парового отбора указанной паровой турбины, причем указанный паротурбинный привод снабжен регулирующими клапанами для изменения расхода отборного пара и соответственно подаваемого воздуходувкой через воздухоподогреватель в топочную камеру воздуха в соответствии с изменением нагрузки котельного агрегата, отличающийся тем, что указанная воздуходувка дополнительно снабжена подключенной к указанному напорному воздуховоду линией сброса избыточного воздуха в атмосферу с установленным на ней запорно-регулирующим шибером, а также регулятором, вырабатывающим управляющие сигналы на передвижения указанных запорно-регулирующих шиберов и указанных регулирующих клапанов изменения расхода отборного пара.