Паротурбинная установка

 

Использование: в области теплоэнергетики, преимущественно при расхолаживании паротурбинных установок. Сущность изобретения: к трубопроводу свежего пара, на котором установлены главная паровая задвижка, стопорный и регулирующие клапаны, подключены линия обеспаривания со сбросными вентилями и цилиндр высокого давления (ЦВД) с системой обогрева фланцевых соединений, которая на входе через коллекторы обогрева фланцев и шпилек сообщена с трубопроводом свежего пара, а на выходе с конденсатором. Для повышения экономичности и надежности установка снабжена дополнительными трубопроводами, сообщающими сбросной трубопровод системы обогрева фланцевых соединений после запорной арматуры с коллектором обогрева фланцев и линией обеспаривания между сбросными вентилями, а также трубопровод подачи пара на эжекторы и концевые уплотнения со сбросным трубопроводом системы обогрева фланцевых соединений до запорной арматуры и с выхлопом ЦВД через трубопроводы отборов пара или пароперепускные трубы. 1 ил.

Изобретение относится к области турбостроения и может быть использовано на тепловых электростанциях для повышения их экономичности и надежности.

Известны паротурбинные установки, в тепловых схемах которых предусмотрены системы для принудительного воздушного расхолаживания. Указанные системы содержат устройства для впуска воздуха в турбину (штуцеры и арматура, установленные на коллекторах дренажей и подачи пара), дополнительный эжектор системы принудительного воздушного расхолаживания (ЭПР), соединенный трубопроводами с сбросными коллекторами системы обогрева фланцев и шпилек и с конденсатором, и трубопроводы подачи пара от постороннего источника к ЭПР.

Недостатком указанной паротурбинной установки является то, что в схеме используется дополнительный дорогостоящий ЭПР большой производительности с дополнительными связями по воздуху и пару, используемый только при расхолаживании турбины.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является паротурбинная установка, содержащая главную паровую задвижку, стопорный и регулирующие клапаны, установленные на трубопроводе свежего пара, к которому подключены линия обеспаривания со сбросными вентилями и цилиндр высокого давления с системой обогрева фланцевых соединений, которая на входе через коллекторы обогрева фланцев и шпилек сообщена с трубопроводом свежего пара, а на выходе через запорную арматуру сбросным трубопроводом - с конденсатором, трубопроводы подачи пара на эжекторы и концевые уплотнения турбины.

Недостаток такой паротурбинной установки - невозможность осуществления принудительного расхолаживания турбины, находящейся на валоповороте, например при аварийном ее останове. Кроме того прямоточное охлаждение приводит к интенсивному их охлаждению зоны паровпуска, т.е. к резким тепловым воздействиям на материал фланцев и шпилек, к появлению в нем опасных температурных напряжений.

Цель изобретения - повышение экономичности и надежности паротурбинной установки.

Поставленная цель достигается тем, что паротурбинная установка снабжена дополнительными трубопроводами, сообщающими сбросной трубопровод системы обогрева фланцевых соединений после запорной арматуры с коллектором обогрева фланцев и с линией обеспаривания между сбросными вентилями. Трубопровод подачи пара на эжекторы и концевые уплотнения подключен к сбросному трубопроводу системы обогрева фланцевых соединений до запорной арматуры и к выхлопу цилиндра высокого давления, преимущественно через трубопроводы отбора пара или пароперепускные трубы.

Расхолаживание остановленной турбины паром от постороннего источника при включенном валоповоротном устройстве - наиболее простой и безопасный метод расхолаживания. Такой процесс можно осуществить только при противоточном движении пара через проточную часть цилиндров, не вызывающем вращения ротора. Одновременное охлаждение фланцев и шпилек этим же паром обеспечивает удержание относительного расширения ротора в допустимых пределах. В этом случае поддержание оптимальной скорости расхолаживания цилиндров турбины (в частности ЦВД) на различных этапах процесса требует осуществления регулируемой подачи пара через цилиндры при относительно малых (2-3,5 ата) давлениях, что может быть обеспечено подключением трубопровода подачи пара на эжекторы и концевые уплотнения к выхлопу цилиндра высокого давления, преимущественно через трубопроводы отбора пара или пароперепускные трубы. Сброс пара из цилиндров в конденсатор или расширитель может быть осуществлен через дополнительный трубопровод, соединяющий линию обеспаривания между сбросными вентилями и сбросной трубопровод системы фланцевых соединений после запорной арматуры.

Кроме того, для удержания относительного удлинения ротора в допустимых пределах необходимо обеспечить управляемое охлаждение фланцев с поддержанием в допустимых пределах температурных напряжений металла шпилек, фланцев и корпуса, что может быть достигнуто противоточным движением пара через систему обогрева фланцев и шпилек. Противоточное движение может быть обеспечено установкой дополнительных трубопроводов сообщающих сбросной трубопровод системы обогрева фланцевых соединений после запорной арматуры с коллектором обогрева фланцев, а также трубопровод подачи пара на эжекторы и концевые уплотнения со сбросным трубопроводом системы обогрева фланцевых соединений до запорной арматуры.

Таким образом, благодаря наличию дополнительных трубопроводов, обеспечивается двуединство процессов надежного охлаждения элементов проточной части и фланцевых соединений цилиндров, поскольку только в этом случае имеет место параллельное движение пара через цилиндры и фланцы от зон менее нагретых к зонам более нагретым и равномерное охлаждение этих зон.

На чертеже изображена принципиальная схема паротурбинной установки в части ЦВД.

Паротурбинная установка содержит главную паровую задвижку (ГПЗ) 1, стопорный и регулирующие клапаны 2 и 3, установленные на трубопроводе 4 свежего пара, к которому подключены линия обеспаривания 5, с сбросными вентилями 6 и ЦВД 7 с системой обогрева фланцевых соединений, которая на входе через коллекторы 8 и 9 обогрева фланцев и шпилек сообщена с трубопроводом 4 свежего пара, а на выходе через запорную арматуру 10 сбросным трубопроводом (коллектором) 11 - с конденсатором 12. Трубопровод 13 подачи пара на эжекторы и концевые уплотнения (не показаны) турбины, сообщен с пароуравнительной линией 14 деаэраторов и коллекторов 15 собственных нужд (КСН), системой обогрева фланцевых соединений и с трубопроводом 16 отбора пара через дополнительный трубопровод 17 с задвижкой 18.

Кроме того, турбоустановка содержит дополнительный трубопровод 19 с задвижкой 20, сообщающий коллектор 8 с сбросным трубопроводом 11 после запорной арматуры 10, дополнительный трубопровод 21 с вентилем 22, сообщающий трубопровод 5 между вентилями 6 с трубопроводом 11 и дополнительный трубопровод 23 с вентилем 24, соединяющий трубопровод 11 со сбросным трубопроводом 11 до запорной арматуры 10. Система обогрева фланцев и шпилек турбины снабжена задвижками 25 и 26 подачи пара на обогрев фланцев и шпилек и сбросными задвижками 27 из коробов фланцев и 28 из обнизки фланцев. Пароперепускные трубы 29 высокого давления снабжены дренажными устройствами 30.

Паротурбинная установка, например ПТ-80-130, расхолаживается следующим образом.

После останова турбины, закрытия ГПЗ котла (не показана) и ГПЗ турбины, стопорного клапана 2, регулирующих клапанов 3 высокого и среднего давлений и регулирующей диафрагмы части низкого давления (не показаны) включают валоповоротное устройство с обеспечением подачи масла на подшипники турбины и в систему регулирования. В работе находятся циркуляционный и конденсационный насосы, основной эжектор и эжектор уплотнений турбины. В течение всего периода расхолаживания в конденсаторе 12 турбины поддерживается вакуум 10-25 КПа, пар на уплотнения не подается. Для прогрева трубопроводов 17 и 23 и сбросного коллектора 11 системы обогрева фланцев и шпилек открывают вентиль 24 и задвижку 10 и подают пар из КСН 15 по трубопроводам 13, 17, 23 и 11 в конденсатор 12. После прогрева вентиль 24 и задвижку 10 закрывают.

Для расхолаживания ЦВД 7 турбины на первом этапе открывают сбросные задвижки 27 системы обогрева фланцев (СОФ) и задвижку 20 на трубопроводе 19 и постепенным открытием вентиля 24 по трубопроводам 13, 17, 23 подают небольшое количество пара с температурой 250-280^оС из КСН 15 противотоком в СОФ откуда, нагреваясь, он поступает в конденсатор 12 по трубопроводам 19 и 11 при закрытой запорной арматуре 10. Скорость охлаждения фланцев (не более 0,4-0,6^оС в мин.), регулируемая подачей пара в СОФ с помощью вентиля 24. При этом наиболее массивная часть корпуса ЦВД 7 - фланцы и сам корпус благодаря противоточному движению небольшого количества пара охлаждаются приблизительно скоростью, в то время как ротор является не охлажденным, что приводит к его удлинению относительно корпуса. При достижении относительного удлинения ротора близкого к максимально допустимому или определенного запаса по удлинению приступают к подаче охлаждающего пара противотоком через проточную часть ЦВД 7. Для этого, открывают регулирующие клапаны 3 высокого давления на возможно большую величину, при которой регулирующие клапаны среднего давления и регулирующая диафрагма низкого давления остаются закрытыми, открывают дренажи 30 перепускных труб 29 высокого давления, стопорный клапан 2, вентиль 6 (первый по ходу на обеспаривание) вентиль 22 на трубопроводе 21 и постепенным открытием задвижки 18 подают небольшое количество (2-3 т/ч) пара с температурой 250-280^оС из КСН 15 по трубопроводам 13, 17 и 16 противотоком через проточную часть ЦВД 7 и далее через регулирующие клапаны 3, перепускные трубы 29 и стопорный клапан 2 с последующим сбросом по трубопроводу 21 и трубопроводу 11 за запорной арматурой 10 в конденсатор 12. В ходе расхолаживания рагулированием расхода пара вентилем 24 и задвижкой 18 добываются равномерной и допустимой скорости расхолаживания фланцев и корпуса. На данном этапе расхолаживания ротор за счет более высокой скорости охлаждения (меньшая масса, чем у корпуса) укорачивается относительно корпуса ЦВД 7, но т.к. на первом этапе расхолаживания его удлинение было максимальным (имело определенный запас), то к концу второго этапа его укорачивание не будет превышать допустимое.

При снижении скорости расхолаживания ЦВД 7 постепенным подмешиванием пара из линии 14 снижают температуру охлаждающего пара, подаваемого по трубопроводам 17, 16 и 23 до температуры 150-170^оС и продолжают расхолаживание. В процессе такого расхолаживания может наблюдаться появление повышенной разности температур фланцев и шпилек (фланцы охлаждаются быстрее чем шпильки), дальнейшее укорочение ротора ЦВД относительно корпуса и общее снижение темпа расхолаживания (за счет уменьшения разности температур охлаждаемых поверхностей и подаваемого пара). С целью предупреждения этих нежелательных явлений открывают сбросные задвижки 28 из обнизки фланцев и задвижки 25, 26 на перемычках, соединяющих коллектор 8 подачи СОФ с коллектором 9 подачи пара на обогрев шпилек. Таким образом, пар по трубопроводам 13, 17, 23 через сбросной коллектор 11 СОФ противотоком поступает на охлаждение шпилек и далее через коллекторы 8, 9 подачи пара и трубопроводы 19 и 11 в конденсатор 12. В этом случае более интенсивно начинают охлаждаться шпильки, а вместе с ними фланец и корпус, что приводит к стабилизации положения ротора относительно корпуса. В ходе расхолаживания на данном этапе с помощью задвижки 18 и вентиля 24 поддерживают расход пара, обеспечивающий оптимальные (не более 0,5-0,6^оС в мин) скорости охлаждения корпуса фланца и шпилек вплоть до заданной температуры, при которой отключают валоповорот и начинают снимать изоляцию с турбины.

Таким образом, благодаря наличию в схеме паротурбинной установки дополнительных трубопроводов, сообщающих сбросной трубопровод СОФ после запорной арматуры с коллектором обогрева фланцев и с линией обеспаривания между сбросными вентилями, а так же подключению трубопровода подачи пара на эжекторы и концевые уплотнения к сбросному трубопроводу СОФ до запорной арматуры и к выхлопу ЦВД обеспечивается эффективное и надежное расхолаживание ЦВД турбоустановки за 8-12 ч. Благодаря противоточному течению охлаждающего пара через цилиндр, СОФ и обнизку фланцев, постепенному снижению его температуры, и имеющейся возможностью плавного регулирования его расхода расхолаживание можно осуществлять плавно, без тепловых ударов и перекосов температур.

Формула изобретения

ПАРОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА, содержащая главную паровую задвижку, стопорный и регулирующие клапаны, установленные на трубопроводе свежего пара, к которому подключены линия обеспаривания со сбросными вентилями и цилиндр высокого давления с системой обогрева фланцевых соединений, которая на входе через коллекторы обогрева фланцев и шпилек сообщена с трубопроводом свежего пара, а на выходе через запорную арматуру сбросным трубопроводом - с конденсатором, трубопровод подачи пара на эжекторы и концевые уплотнения турбины, отличающаяся тем, что, с целью повышения экономичности и надежности, она снабжена дополнительными трубопроводами, сообщающими сбросной трубопровод системы обогрева фланцевых соединений после запорной арматуры с коллектором обогрева фланцев и с линией обеспаривания между сбросными вентилями соответственно, а трубопровод подачи пара на эжекторы и концевые уплотнения подключен к сбросному трубопроводу системы обогрева фланцевых соединений до запорной арматуры и к выхлопу цилиндра высокого давления, преимущественно через трубопроводы отборов пара или пароперепускные трубы.

РИСУНКИ

Рисунок 1