Теплофикационная паротурбинная установка с охладителем основного конденсата на линии его рециркуляции Российский патент 2020 года по МПК F01D1/04 

Область техники

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при разработке экономичных теплофикационных паротурбинных установок (ТПТУ).

Уровень техники

Известна теплофикационная паротурбинная установка, содержащая: теплофикационную паровую турбину;

обогреваемую отборным паром указанной турбины тепловую сеть, оборудованную сетевым насосом;

конденсатор выхлопного пара турбины, оборудованный установленным на линии возврата основного конденсата в теплофикационный цикл конденсатным насосом;

последовательно включенные по охлаждающей стороне поверхностный охладитель для конденсации выхлопного пара парового эжектора, создающего вакуум в указанном конденсаторе и поверхностный охладитель для конденсации пара из концевых уплотнений турбины, причем вход по охлаждающей стороне указанного поверхностного охладителя для конденсации выхлопного пара парового эжектора подключен к напорному участку указанной линии возврата основного конденсата, используемого в качестве охлаждающей среды, а выход указанного поверхностного охладителя для конденсации пара из концевых уплотнений подключен по отводной линии к всасывающему участку указанной линии возврата основного конденсата через регенеративный теплообменник низкого давления;

включаемую при высоких теплофикационных нагрузках для поддержания уровня воды в конденсаторе линию рециркуляции отводимой к указанным охладителям части основного конденсата после его нагрева в них;

установленный на указанной отводной линии переключатель потока охлаждающей среды для ее подачи в зависимости от выбранного режима работы установки в указанные линию возврата основного конденсата или линию его рециркуляции (Паровые турбины и турбоустановки Уральского Турбинного Завода, Екатеринбург, 2007, с. 395-397 [1] - прототип). Недостатком [1] является то, что теплота потока рециркуляции основного конденсата остается в конденсаторе и для теплофикационного цикла ТПТУ теряется. При этом, поскольку режимы с высокими тепловыми нагрузками и малыми расходами пара в конденсатор для теплофикационных турбин являются основными, потеря теплоты с потоком рециркуляции будет происходить у них длительное время. Кроме того, повышение температуры основного конденсата снижает эффективность охладителей выхлопного пара указанного эжектора и указанных охладителей концевых уплотнений турбины.

Раскрытие изобретения

Техническими результатами патентуемого изобретения являются повышение экономичности ТПТУ в режимах с высокими теплофикационными нагрузками путем сокращения потерь теплоты рециркулирующего потока основного конденсата в конденсаторе выхлопного пара турбины, а также обеспечение в указанных режимах нормальной работы поверхностных охладителей для конденсации выхлопного пара эжектора и пара из концевых уплотнений турбины. Данные технические результаты обеспечиваются тем, что в теплофикационной паротурбинной установке, содержащей:

теплофикационную паровую турбину;

обогреваемую отборным паром указанной турбины тепловую сеть, оборудованную сетевым насосом;

конденсатор выхлопного пара турбины, оборудованный установленным на линии возврата основного конденсата в теплофикационный цикл конденсатным насосом;

последовательно включенные по охлаждающей стороне поверхностный охладитель для конденсации выхлопного пара парового эжектора, создающего вакуум в указанном конденсаторе и поверхностный охладитель для конденсации пара из концевых уплотнений турбины, причем вход по охлаждающей стороне указанного поверхностного охладителя для конденсации выхлопного пара парового эжектора подключен к напорному участку указанной линии возврата основного конденсата, используемого в качестве охлаждающей среды, а выход указанного поверхностного охладителя для конденсации пара из концевых уплотнений подключен по отводной линии к всасывающему участку указанной линии возврата основного конденсата через регенеративный теплообменник низкого давления;

включаемую при высоких теплофикационных нагрузках для поддержания уровня воды в конденсаторе линию рециркуляции отводимой к указанным охладителям части основного конденсата после его нагрева в них;

установленный на указанной отводной линии переключатель потока охлаждающей среды для ее подачи в зависимости от выбранного режима работы установки в указанные линию возврата основного конденсата или линию его рециркуляции,

согласно патентуемому изобретению на указанной линии рециркуляции установлен поверхностный охладитель рециркулирующего конденсата, подключенный по охлаждающей стороне к линии сетевой воды в байпас к сетевому насосу.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков патентуемого изобретения и достигаемым техническим результатом заключается в том, что установка на указанной линии рециркуляции поверхностного охладителя рециркулирующего конденсата, подключенного по охлаждающей стороне к линии сетевой воды в байпас к сетевому насосу, позволяет, с одной стороны, возвратить в теплофикационный цикл избыточную теплоту рециркулирующего потока основного конденсата, а с другой стороны, снизить температуру основного конденсата, поступающего в качестве охлаждающей среды для конденсации выхлопного пара парового эжектора и пара из концевых уплотнений турбины, обеспечивая тем самым их нормальную работу.

Условные обозначения

К - конденсатор выхлопного пара;

КН - конденсатный насос;

ПОРК - поверхностный охладитель рециркулирующего конденсата;

ПОУ - поверхностный охладитель для конденсации пара утечки из концевых уплотнений теплофикационной паровой турбины;

ПОЭ - поверхностный охладитель для конденсации выхлопного пара парового эжектора;

ПП - переключатель потока;

РК - регулирующий клапан на сливной линии;

СН - сетевой насос;

СП - сетевой подогреватель;

ТПТ - теплофикационная паровая турбина;

ТПТУ - теплофикационная паротурбинная установка;

ЭЖ - эжектор.

Краткое описание чертежа

На чертеже (фиг. 1) изображена упрощенная тепловая схема ТПТУ с основными структурными элементами согласно патентуемому изобретению.

Перечень позиций чертежа

10 - теплофикационная паровая турбина; 11 - линия теплофикационного отбора пара; 20 - конденсатор выхлопного пара турбины; 21 - конденсатосборник; 22 - линия охлаждающей воды; 30 - линия возврата основного конденсата в теплофикационный цикл; 40 - конденсатный насос; 50 - сетевой подогреватель; 60 - линия сетевой воды; 70 - сетевой насос; 80 - поверхностный охладитель для конденсации выхлопного пара парового эжектора ЭЖ; 90 - поверхностный охладитель для конденсации пара утечки из концевых уплотнений теплофикационной паровой турбины; 100 - отводная линия на подогреватели низкого давления; 200 - линия рециркуляции основного конденсата; 300 - переключатель потока; 400 - поверхностный охладитель рециркулирующего конденсата; 500 - регулирующий клапан линии 600 на подогреватели низкого давления (на чертеже не указаны).

Осуществление изобретения

ТПТУ согласно патентуемому изобретению содержит теплофикационную паровую турбину ТПТ 10 с линией 11 теплофикационного отбора пара и подключенный к ней конденсатор К 20 выхлопного пара турбины с конденсатосборником 21 и линией охлаждающей воды 22 для конденсации указанного выхлопного пара. К конденсатору 20 подключена линия 30 возврата основного конденсата в теплофикационный цикл с установленным на ней конденсатным насосом КН 40. К линии 11 теплофикационного отбора пара подключен сетевой подогреватель СП 50, в котором нагревается сетевая вода. По охлаждающей стороне предусмотрена линия 60 сетевой воды с установленным на ней сетевым насосом СН 70. С целью создания в конденсаторе К 20 вакуума к нему подключен паровой эжектор с последовательно включенными по охлаждающей стороне поверхностным охладителем ПОЭ 80 для конденсации выхлопного пара парового эжектора и поверхностным охладителем ПОУ 90 для конденсации пара утечки из концевых уплотнений ТПТ 10. При этом вход по охлаждающей стороне ПОЭ 90 подключен к напорному участку указанной линии 30 возврата основного конденсата, используемого в качестве охлаждающей среды, а выход указанного ПОУ 90 - по отводной линии 100 к подогревателям низкого давления. Для поддержания заданного уровня воды в конденсаторе и поддержания минимально допустимого расхода конденсата через охладители эжекторов ПОЭ 80 и уплотнений ПОУ 90 при малых расходах пара из выхлопа турбины, ТПТУ снабжена включаемой при малых конденсационных нагрузках и высоких теплофикационных нагрузках линией 200 рециркуляции отводимой от указанных охладителей части основного конденсата после его нагрева в них. На указанной линии рециркуляции 200 установлен переключатель ПП 300 потока охлаждающей среды для ее подачи в конденсатор.

Согласно патентуемому изобретению на указанной линии 200 рециркуляции, после переключателя 300 установлен поверхностный охладитель ПОРК 400 рециркулирующего конденсата, подключенный по охлаждающей стороне к линии 60 сетевой воды в байпас к сетевому насосу СН 70. Для регулирования требуемого уровня конденсата в конденсатосборнике 21 конденсатора К 20 предусмотрен регулирующим клапаном РК 500 установленный на линии 600 к подогревателям низкого давления (на чертеже не указаны).

Работа ТПТУ согласно патентуемому изобретению осуществляется следующим образом. В летний период при больших конденсационных нагрузках через конденсатор идет большой расход конденсата и линия рециркуляции 200 при этом отключена закрытием переключателя 300.

В летний период, при малых конденсационных нагрузках, например ночью, расхода конденсата не хватает для конденсации пара эжекторов и уплотнений. Регулятор уровня воды в конденсаторе 500 прикрывается, поднимая уровень в конденсатосборнике 21, и открывается переключатель 300, обеспечивая рециркуляцию воды достаточную для использования в качестве охлаждающей среды в ПОЭ 80 и ПОУ 90.

В зимнее время при высоких теплофикационных, а также при малорасходных режимах указанная часть конденсата, используемого в качестве охлаждающей среды в указанных поверхностных охладителях, через указанный переключатель ПП 300 направляется в линию 200 рециркуляции для поддержания в конденсаторе требуемого уровня воды, дополнительно регулируемого с помощью установленного на линии 600 регулирующего клапана РК 500.

При этом благодаря наличию установленного на линии 200 рециркуляции поверхностного охладителя рециркулирующего конденсата ПОРК 400, охлаждаемого сетевой водой, обеспечивается, с одной стороны, возвращение в теплофикационный цикл избыточной теплоты рециркулирующего потока основного конденсата, а с другой стороны, снижение температуры основного конденсата, поступающего в качестве охлаждающей среды для конденсации выхлопного пара парового эжектора и пара из концевых уплотнений турбины, обеспечивая тем самым их нормальную работу, то есть достижение отмеченных выше технических результатов.

Промышленная применимость

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

Область использования: теплоэнергетика. Теплофикационная паротурбинная установка ТПТУ содержит теплофикационную паровую турбину ТПТ 10, обогреваемую отборным паром указанной турбины тепловую сеть, оборудованную сетевым насосом СН 70; конденсатор К 20 выхлопного пара турбины, оборудованный установленным на линии 30 возврата основного конденсата в теплофикационный цикл конденсатным насосом КН 40; последовательно включенные по охлаждающей стороне поверхностный охладитель ПОЭ 90 для конденсации выхлопного пара парового эжектора ЭЖ 80, создающего вакуум в указанном конденсаторе, и поверхностный охладитель ПОУ 100 для конденсации пара из концевых уплотнений турбины; включаемую при высоких теплофикационных нагрузках для поддержания уровня воды в К 20 линию 300 рециркуляции отводимой к указанным охладителям части основного конденсата после его нагрева в них; установленный на отводной линии 200 от ПОУ 100 переключатель ПП 400 потока охлаждающей среды для ее подачи в зависимости от выбранного режима работы установки в указанные линии 30 или 300. На линии 300 рециркуляции установлен поверхностный охладитель ПОРК 500 рециркулирующего конденсата, подключенный по охлаждающей стороне к линии 60 сетевой воды в байпас к СН 70. Технические результаты: повышение экономичности ТПТУ в режимах с высокими теплофикационными нагрузками путем сокращения потерь теплоты рециркулирующего потока основного конденсата в конденсаторе выхлопного пара турбины, а также обеспечение в указанных режимах нормальной работы поверхностных охладителей для конденсации выхлопного пара эжектора и пара из концевых уплотнений турбины. 1 ил.

Теплофикационная паротурбинная установка, содержащая:

теплофикационную паровую турбину;

обогреваемую отборным паром указанной турбины тепловую сеть, оборудованную сетевым насосом;

конденсатор выхлопного пара турбины, оборудованный установленным на линии возврата основного конденсата в теплофикационный цикл конденсатным насосом;

последовательно включенные по охлаждающей стороне поверхностный охладитель для конденсации выхлопного пара парового эжектора, создающего вакуум в указанном конденсаторе, и поверхностный охладитель для конденсации пара из концевых уплотнений турбины, причем вход по охлаждающей стороне указанного поверхностного охладителя для конденсации выхлопного пара парового эжектора подключен к напорному участку указанной линии возврата основного конденсата, используемого в качестве охлаждающей среды, а выход указанного поверхностного охладителя для конденсации пара из концевых уплотнений подключен по отводной линии к всасывающему участку указанной линии возврата основного конденсата в регенеративный теплообменник низкого давления;

включаемую при высоких теплофикационных нагрузках для поддержания уровня воды в конденсаторе линию рециркуляции отводимой к указанным охладителям части основного конденсата после его нагрева в них;

установленный на указанной отводной линии переключатель потока охлаждающей среды для ее подачи в зависимости от выбранного режима работы установки в указанные линию возврата основного конденсата или линию его рециркуляции,

отличающаяся тем, что на указанной линии рециркуляции установлен поверхностный охладитель рециркулирующего конденсата, подключенный по охлаждающей стороне к линии сетевой воды в байпас к сетевому насосу.