Контур циркуляции водяного пара и способ эксплуатации контура циркуляции водяного пара

Изобретение относится к энергетике. Контур циркуляции водяного пара включает турбину высокого давления, конденсатор и парогенератор. Парогенератор соединен первой линией трубопровода с турбиной высокого давления. В направлении хода пара между парогенератором и турбиной высокого давления для питания турбины высокого давления установлены аварийные клапаны свежего пара и клапаны свежего пара. В направлении хода пара после турбины высокого давления установлена пусковая линия трубопровода, соединяющая зону отработавшего пара за турбиной высокого давления с конденсатором. Установлено, по меньшей мере одно, устройство управления, регулирующее в зависимости от количества оборотов, температуры и нагрузки турбины высокого давления закрывание пускового клапана для перекрытия пусковой линии трубопровода и открывание клапанов свежего пара. С помощью контура осуществляют способ эксплуатации, в частности запуск паровой турбины. Изобретение позволяет повысить эффективность запуска турбины. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Данное изобретение относится к контуру циркуляции водяного пара электростанции и к способу эксплуатации контура циркуляции водяного пара.

При запуске паровой турбины в зоне отработавшего пара турбины высокого давления может возникать слишком высокая температура, если турбина работает с низкой нагрузкой или на холостом ходу и отдает в потребительскую сеть только небольшую электрическую мощность или не отдает вообще. Для понижения температуры существуют две возможности:

1) снижение обратного давления турбины высокого давления,

2) повышение массового расхода в турбине высокого давления.

Однако повышение массового расхода при запуске с небольшой нагрузкой или на холостом ходу невозможно, так как повышение массового расхода вызывает повышение мощности турбины. Поэтому в известных из уровня техники паровых турбинах для процесса запуска используют т.н. пусковую линию трубопровода, соединяющую зону после турбины высокого давления (называемую также зоной отработавшего пара) с конденсатором паровой турбины и обеспечивающую снижение обратного давления турбины высокого давления.

Чтобы перевести известные из уровня техники паровые турбины из режима запуска или холостого хода в рабочий режим, пусковую линию перекрывают. Перекрытие пусковой линии необходимо, так как массовый расход пара, подаваемого через пусковую линию трубопровода в конденсатор, не используют для охлаждения промежуточного перегревателя.

При перекрытии пусковой линии трубопровода давление и, тем самым, температура на выходе из турбины высокого давления возрастают. Недопустимое возрастание температуры после перекрытия пусковой линии предотвращают одновременным повышением массового расхода турбины высокого давления.

При этом быстрое перекрытие пусковой линии трубопровода приводит к перепадам давления в водяном и паровом контуре, что может вызвать аварийную остановку турбины. Слишком медленное повышение массового расхода турбины высокого давления во время перекрытия пусковой линии вызывает слишком высокую температуру в зоне отработавшего пара после турбины высокого давления. Оба названных требования обуславливают оптимальное согласование перекрытия пусковой линии трубопровода и открытия клапанов свежего пара, чтобы, с одной стороны, быстро повысить массовый расход пара через клапаны свежего пара и, тем самым, сохранить низкую температуру и, с другой стороны, ограничить массовый расход в пусковой линии трубопровода, чтобы обеспечить необходимое питание промежуточного перегревателя и отрегулировать давление свежего пара посредством т.н. байпасной системы высокого давления. До настоящего времени эту задачу решали быстрым перекрытием пусковой линии трубопровода с предварительной командой на байпасную систему высокого давления. Однако такая процедура вызывает переходные температурные процессы в зоне отработавшего пара турбины высокого давления, а также сильные переходные процессы массового расхода в турбине высокого давления, в трубопроводе свежего пара и в трубопроводе, ведущем к промежуточному перегревателю.

В WO 2013/031121 A1 описана паровая турбинная установка и способ ее эксплуатации с контролем запуска турбины посредством системы перепускных трубопроводов.

Задачей настоящего изобретения является организация более «нежного» и плавного процесса запуска и, тем самым, снижения нагрузки на детали.

Эту задачу решают посредством контура циркуляции водяного пара и способом эксплуатации контура циркуляции водяного пара согласно независимым пунктам формулы изобретения.

Преимущество контура циркуляции водяного пара по пункту 1 формулы настоящего изобретения, а также способа эксплуатации контура циркуляции водяного пара по пункту 8 формулы изобретения состоит в наличии устройства управления, регулирующего закрывание клапана для перекрытия пусковой линии трубопровода и открывание клапанов свежего пара таким образом, чтобы

1) сохранить постоянную температуру в зоне после турбины высокого давления в допустимом диапазоне,

2) не допустить превышения требований к байпасной системе высокого давления,

3) обеспечить постоянное необходимое питание паром промежуточного перегревателя,

4) не допустить в контуре циркуляции воды/водяного пара больших перепадов массового расхода.

Указанные в независимых пунктах формулы меры являются предпочтительными усовершенствованиями названной в независимом пункте формулы паровой турбины, а также способа ее эксплуатации.

Одним из предпочтительных усовершенствований контура циркуляции водяного пара является наличие в общем модуле встроенного устройства управления для закрывания пускового клапана и встроенного устройства управления для открывания клапанов свежего пара. В зависимости от рабочих параметров «Давление», «Температура» и «Обороты», фиксируемых датчиками, открывание клапанов свежего пара и закрывание пускового клапана регулируется посредством одного общего устройства управления.

Другим предпочтительным усовершенствованием является начало пусковой линии трубопровода между турбиной высокого давления и промежуточным перегревателем с ее окончанием в конденсаторе. За счет этого пусковая линия обеспечивает непосредственное соединение зоны отработавшего пара с конденсатором для обеспечения возможности отведения пара из зоны отработавшего пара без каких-либо дополнительных промежуточных элементов.

Другим предпочтительным усовершенствованием является наличие на участке линии между турбиной высокого давления и промежуточным перегревателем возвратного устройства, предотвращающего обратный ход пара в направлении турбины высокого давления. Такое возвратное устройство обеспечивает в любом рабочем режиме невозможность обратного хода пара из промежуточного перегревателя в турбину высокого давления и, при необходимости, активирует аварийную остановку турбины. Особенно простым по устройству и особенно эффективным возвратным устройством является обратный клапан.

Другим предпочтительным усовершенствованием является наличие, по меньшей мере частично, параллельно пусковой линии трубопровода дополнительной линии трубопровода, также соединяющей турбину высокого давления или зону отработавшего пара с конденсатом.

Усовершенствованием способа по данному изобретению является задержка по времени и скачкообразное повышение давления пара перед заходом в турбину высокого давления, в частности в зону лопаточной решетки. Поступенчатое повышение давления обеспечивает простоту регулирования массового расхода в турбине высокого давления.

Другим предпочтительным усовершенствованием является повышение давления пара перед заходом в турбину высокого давления, в частности перед заходом в зону лопаточной решетки, при определенном положении пускового клапана. Определенное положение пускового клапана с частичным перекрытием пусковой линии трубопровода ограничивает массовый расход в пусковой линии трубопровода и, тем самым, служит дополнительным параметром регулирования.

Альтернативно или дополнительно повышением расчетного параметра давления в редукционном устройстве управления перед входом в турбину высокого давления или в зону лопаточной решетки регулируют открывание клапанов свежего пара. Определенное открывание клапанов свежего пара при одновременном определенном положении пускового клапана обеспечивает возможность точного регулирования массового расхода в турбине высокого давления.

Далее на основе прилагаемых чертежей более подробно раскрывается пример выполнения паровой турбины согласно данному изобретению и способ ее эксплуатации, в частности пуск такой паровой турбины.

При этом одинаковые детали или детали с одинаковым функционалом промаркированы одинаковыми условными обозначениями.

Фиг. 1 – схема контура циркуляции водяного пара согласно данному изобретению.

Фиг. 2 – блок-схема процесса осуществления способа эксплуатации контура циркуляции водяного пара согласно данному изобретению.

На Фиг. 1 показан контур 10 циркуляции водяного пара, включающий турбину 12 высокого давления, турбину 50 среднего давления и турбину 60 низкого давления. Турбины 12, 50, 60 установлены на общем валу, состыкованном с не показанным здесь генератором. Контур 10 циркуляции водяного пара включает также парогенератор 30, конденсатор 40 и питающий насос 70. Парогенератор 30 соединен первой линией трубопровода 17 с турбиной 12 высокого давления, причем в первой линии трубопровода 17 установлены клапаны 14, 15 свежего пара, обеспечивающие прекращение подачи пара из парогенератора 30. При этом клапан 14 свежего пара функционирует в качестве аварийного клапана свежего пара, а клапан 15 свежего пара в качестве регулирующего клапана свежего пара. На клапане 15 свежего пара установлен регулятор 29 ограничения давления, ограничивающий массовый расход пара, поступающего из парогенератора 30 в турбину 12 высокого давления. Ниже по технологической цепочке после турбины 12 высокого давления подключена в направлении движения пара зона 13 отработавшего пара, в которую поступает пар, выходящий через выпуск турбины 12 высокого давления. Зона 13 отработавшего пара соединена через участок 18 трубопровода, в котором установлен обратный клапан 19, с промежуточным перегревателем 20. Промежуточный перегреватель 20 соединен через трубопровод 37, в котором установлены клапаны 38, 39 свежего пара для перекрывания или регулирования пароснабжения, с турбиной 50 среднего давления. Промежуточный перегреватель 20 соединен, кроме того, посредством трубопровода 35 с конденсатором 40, причем в трубопроводе 35 установлена байпасная система 36 с подключенным ниже по технологической цепочке брызгальным устройством 33, регулирующим подачу давления в турбину 50 среднего давления.

Парогенератор 30 также соединен через трубопровод 21, в котором установлены байпасная система 22 высокого давления и брызгальное устройство 55, с промежуточным перегревателем 20. Зона 13 отработавшего пара соединена пусковой линией 13, 25 трубопровода с конденсатором 40. При этом в пусковой линии 25 трубопровода установлены пусковой клапан 27 и брызгальное устройство 34. Пусковой клапан 27 выполнен с возможностью регулирования посредством устройства 26 управления и с возможностью установки между положениями «полное открытие» и «полное закрытие», по меньшей мере периодически, в положение частичного открывания. Альтернативно существует возможность установки пускового клапана 27 с полным регулированием. Дополнительно параллельно пусковой линии 25 трубопровода установлен выпускной трубопровод 28, заканчивающийся также в конденсаторе 40. Выпускной трубопровод открывают выпускным клапаном 24.

Парогенератор 30 соединен трубопроводом 52 с турбиной 60 низкого давления, причем в трубопроводе 52 установлен регулировочный клапан 53, управляющий подачей пара в турбину 60 низкого давления. Турбина 50 среднего давления соединена трубопроводом 51 с турбиной 60 низкого давления, причем трубопровод 52 заходит в трубопровод 51. От турбины 60 низкого давления отходит трубопровод 54, ведущий к конденсатору 40, соединенному, в свою очередь, трубопроводом 41 с питающим насосом 70. Питающий насос 70 соединен трубопроводом 42 с парогенератором 30.

В рабочем режиме контура 10 циркуляции водяного пара парогенератор 30 обеспечивается водой посредством питающего насоса 70 с наращиванием давления и посредством трубопровода 42. В парогенераторе 30 вода испаряется и перегревается. Этот пар подают по первому трубопроводу 17 в турбину 12 высокого давления, причем с частичным разрежением пара. В промежуточном перегревателе 20 пар повторно получает энергию, которую он отдает турбине 50 среднего давления и турбине 60 низкого давления. Разреженный пар конденсирует в конденсаторе 40 и в виде воды снова поступает по трубопроводу 41 в парогенератор 30, что замыкает контур циркуляции.

Посредством соответствующего брызгального устройства 33, 34, 35 в пар в трубопроводах 21, 25 и 28 добавляют воду, чтобы понизить температуру пара перед его вхождением в конденсатор 40 или промежуточный перегреватель 20. На пусковом клапане 27 установлено устройство 26 управления, открывающее пусковой клапан в зависимости от температуры, давления и оборотов турбины 12 высокого давления. Соответствующие датчики оборотов, устанавливаемые простым образом на соединенном с генератором валу ступеней турбин 12, 50, 60, здесь не показаны.

Датчики температуры и давления устанавливают предпочтительно перед входом в зону лопаточной решетки турбины 12 высокого давления или на выходе турбины 12 высокого давления, либо в зоне 13 отработавшего пара. На Фиг. 2 показана блок-схема запуска паровой турбины с контуром циркуляции водяного пара. При этом на первом технологическом этапе [100] паровую турбину 12, 50, 60 ускоряют посредством сначала полного открывания аварийных клапанов 14, 38 и затем закрытия клапанов 15, 39 свежего пара. На следующем технологическом этапе [120] открывают пусковую линию 25 трубопровода посредством открывания пускового клапана 27 и включают устройство 29 управления ограничением давления. На следующем технологическом этапе [130] обеспечивают обороты разогрева и продолжают ускорение паровой турбины 12, 50, 60 до номинального количества оборотов. На следующем технологическом этапе [140] паровую турбину эксплуатируют на холостом ходу и синхронизируют с электросетью. На следующем технологическом этапе [150] продолжают повышать мощность турбины 12, 50, 60 до повышения массового расхода пара турбины 12 высокого давления без задействования устройства 29 управления ограничением оборотов до достижения при закрытой пусковой линии 25 трубопровода почти максимально допустимой температуры отработавших газов после выхода из турбины 12 высокого давления. На следующем технологическом этапе [160] начинают процесс закрывания пускового клапана 27 для перекрывания пусковой линии 25 трубопровода. Начиная с определенного положения пускового клапана 27, на последующих технологических этапах [170], [171], [172], [173] замедляют по времени и скачкообразно с определенной скоростью повышают расчетный параметр давления устройства 29 управления ограничением давления. Это обеспечивает определенное открывание клапанов 15, 39 свежего пара. Этот процесс продолжают до превышения массовым расходом пара турбины 12 высокого давления порогового расчетного значения. На заключительном технологическом этапе [180] пусковую линию 25 трубопровода или пусковой клапан 27 полностью перекрывают и переводят паровую турбину 12, 50, 60 в производительный режим работы.

Несмотря на подробное описание изобретения с помощью предпочтительных примеров его осуществления изобретение не ограничено раскрытыми примерами выполнения и на его основе специалист может вывести и другие вариации, не выходя за пределы объема правовой защиты.

1. Контур (10) циркуляции водяного пара электростанции, включающий турбину (12) высокого давления, конденсатор (40), а также парогенератор (30), соединенный через первый трубопровод (17) с турбиной (12) высокого давления, причем между парогенератором (30) и турбиной (12) высокого давления в направлении движения пара установлен, по меньшей мере один, клапан (15) свежего пара, а после турбины (12) высокого давления в направлении движения пара установлена пусковая линия (23, 25) трубопровода, соединяющая зону (13) отработавшего пара с конденсатором (40), отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно устройство (26, 29) управления установлено с возможностью регулирования в зависимости от рабочих параметров турбины (12) высокого давления закрывания пускового клапана (27) для перекрывания пусковой линии (25) и открывания, по меньшей мере одного, клапана (15) свежего пара, причем пусковой клапан (27) выполнен с возможностью его регулировки с установкой, по меньшей мере поступенчато, между положениями «полное открытие» и «полное закрытие», а расчетное значение давления в устройстве (26, 29) управления увеличивают в зависимости от открывания пускового клапана (27).

2. Контур (10) циркуляции водяного пара по п. 1, отличающийся тем, что рабочими параметрами турбины (12) высокого давления являются число оборотов, температура, в частности температура в зоне (13) отработавшего пара, давление и/или нагрузка турбины (12) высокого давления.

3. Контур (10) циркуляции водяного пара по п. 1 или 2, отличающийся тем, что устройства (26, 29) управления встроены в один общий модуль.

4. Контур (10) циркуляции водяного пара по любому из п. 1-3, отличающийся тем, что между турбиной (12) высокого давления и дополнительной ступенью турбины (50, 60) установлен предварительный перегреватель (20).

5. Контур (10) циркуляции водяного пара по п. 4, отличающийся тем, что пусковая линия (23, 25) трубопровода начинается между турбиной (12) высокого давления и промежуточным перегревателем (20) и заканчивается в конденсаторе (40).

6. Контур (10) циркуляции водяного пара по п. 4, отличающийся тем, что на участке (18) трубопровода между турбиной (12) высокого давления и промежуточным перегревателем (20) установлено возвратное устройство (19), в частности обратный клапан, с возможностью предотвращения обратного хода пара в направлении турбины (12) высокого давления.

7. Контур (10) циркуляции водяного пара по любому из п. 1-6, отличающийся тем, что параллельно, по меньшей мере частично, пусковой линии (23, 25) трубопровода установлен дополнительный трубопровод (28), в частности выводной трубопровод турбины (12) высокого давления, соединяющий турбину (12) высокого давления также и с конденсатором (40).

8. Способ эксплуатации, в частности запуска, контура (10) циркуляции водяного пара с турбиной (12) высокого давления, конденсатором (40), а также с парогенератором (30), включающий, по меньшей мере, следующие технологические этапы:

начинают процесс запуска паровой турбины (12, 50, 60, 100),

ускоряют паровую турбину (12, 50, 60) посредством открывания клапанов (15) свежего пара (110),

открывают пусковую линию (25) трубопровода и включают устройство (29) управления посредством ограничения давления (120),

ускоряют паровую турбину (12, 50, 60) до номинального количества оборотов (130),

осуществляют режим работы паровой турбины (12, 50, 60) на холостом ходу и синхронизацию с электросетью (140),

повышают мощность паровой турбины (12, 50, 60) до достижения массовым расходом пара в турбине (12) высокого давления его порогового значения (150),

начинают процесс закрывания пусковой линии (25) трубопровода посредством закрывания пускового клапана (27, 160),

начинают с определенного положения пускового клапана (27) регулируемый подъем давления перед входом в турбину (12) высокого давления с помощью устройства (29) управления ограничением давления (170),

завершают процесс перекрытия пусковой линии (25) трубопровода полным закрытием пускового клапана (27) и переводят паровую турбину (12, 50, 60) в производительный режим работы (180).

9. Способ по п. 8, в котором повышение давления перед входом в турбину (12) высокого давления замедляют по времени и скачкообразно поднимают с заданной скоростью (171).

10. Способ по п. 9, в котором давление перед входом в турбину (12) высокого давления поднимают при определенном положении пускового клапана (27, 171).

11. Способ по п. 10, в котором посредством повышения расчетного давления в устройстве (29) управления ограничением давления перед входом в турбину (12) высокого давления управляют открыванием клапанов (15) свежего пара (173).