Способ охлаждения паровой турбины низкого давления в режиме вентиляции

 

Использование: охлаждение паровой турбины низкого давления в режиме вентиляции. Сущность изобретения: паровая турбина низкого давления содержит перекрываемый впуск, через который в режиме мощности подают пар и который заперт в режиме вентиляции, сообщающийся с конденсатором для конденсации пара в конденсат выпуск, а также место ответвления между впуском и выпуском. К месту ответвления подключен заборный трубопровод для отвода пара и/или конденсата в режиме мощности. Для охлаждения паровой турбины низкого давления в режиме вентиляции в заборный трубопровод подают пар по перепускному трубопроводу пара. Предпочтительно также в заборный трубопровод подводят конденсат. Охлаждающее действие согласно изобретения в паровой турбине низкого давления в значительной степени ограничено сильно нагруженными в режиме вентиляции компонентами, а средства для охлаждения отбирается из ресурсов, которые так или иначе имеются в распоряжении. 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способу охлаждения паровой турбины низкого давления в режиме вентиляции, причем ротор паровой турбины вращают без нагрузки расширяющимся паром. Подобный режим вентиляции имеет место, например, в многокорпусном турбоагрегате, в котором перед паровой турбиной низкого давления предусмотрена возможность для отведения подлежащего в противном случае расширению в турбине низкого давления пара в нагревательный теплообменных или тому подобное.

В многокорпусном турбоагрегате является обычным, связывать друг с другом роторы отдельных турбин и жестко соединять их с валом генератора или тому подобного. В соответствии с этим все турбины турбоагрегата вращаются синхронно, среди них также и турбины, которые вследствие другого применения пара не работают в режиме мощности.

В работающей в режиме вентиляции турбине низкого давления не имеет места абсолютный вакуум, а имеется газовая атмосфера, статическое давление которой соответствует давлению, имеющему место в конденсаторе, соединенном с турбиной низкого давления. Трение этого пара (вентиляция) на лопатках турбины может приводить к заметному выделению тепла, причем турбина может сильно, возможно даже недопустимо сильно нагреваться. Для обеспечения надежного режима вентиляции поэтому необходимо охлаждение.

В рамках известных мероприятий по охлаждению в выпуск или, если примененная охлаждающая способность должна быть особенно высокой, на впуск турбины вводят с распылением конденсат. Конденсат испаряется с понижением температуры и может таким образом охлаждать вентилируемую турбину. Недостатком этого является то, что охлаждающая способность подаваемого на выпуске турбины конденсата сильно ограничена, или соответственно также распыление конденсата на впуске турбины приводит к нежелательному сильному охлаждению вала турбины. За счет этого, с одной стороны, сильно увеличивается необходимая охлаждающая способность, а, с другой стороны, вал турбины подвергается в результате охлаждения нежелательным нагрузкам.

Если распыление происходит на выпуске, то охлаждающая способность кроме того ограничивается часто частями турбины вблизи выпуска; если же распыление происходит на впуске, то конденсат, который агломерируется в области впуска, может за счет образования волны вызывать повреждение набора лопаток турбины.

Общие указания на выполнение пароэнергетических установок находятся в справочной серии "Энергия", изданной Томасом Боном, техническое издательство Решь, Грефельфинг, и издательство Рейнландского технического университета, Кельн смотри, в частности, выпущенный в 1985 г. том 5 "Концепция и конструкция паровых электростанций".

Известен способ охлаждения паровой турбины в режиме вентиляции, причем конденсат через специальную систему распределительных труб впрыскивают для охлаждения в паровую турбину.

В соответствии с уровнем техники в основе изобретения лежит задача достижения возможно более эффективного и щадящего охлаждения паровой турбины в режиме вентиляции.

Соответствующий изобретению способ охлаждения паровой турбины низкого давления в режиме вентиляции, причем паровая турбина низкого давления содержит перекрываемый впуск, через который для режима мощности поставляется пар и который заперт в режиме вентиляции, выпуск, который сообщается с конденсатором для конденсации пара в конденсат, а также ответвление между впуском и выпуском, к которому подключен заборный трубопровод для отведения пара и/или конденсата к подогревателю в режиме мощности, отличается тем, что пар подают через перепускной трубопровод пара заборного трубопровода и таким образом через ответвление Введенный по ответвлению в паровую турбину низкого давления пар предпочтительно несет с собой известную составляющую тонко распределенных капель конденсата, так как такие капли конденсата в турбине низкого давления испаряются и могут при этом принимать значительные количества тепла. Подобная пароконденсатная смесь может быть получена непосредственно в теплоэнергетической установке путем отбора в подходящем месте пара, поставляемого в паровую турбину низкого давления, образована путем снижения давления пара по пути к ответвлению или подготовлена путем смешивания пара с конденсатом.

Не является необходимым, чтобы впуск охлаждаемой согласно изобретения турбины низкого давления содержал бы непосредственно запирающее устройство - запирание впуска турбины низкого давления может быть обусловлено также за счет того, что запирают включенную перед турбиной низкого давления и сообщающуюся с ней турбину среднего давления или турбину высокого давления (и соответственно также вентилируют). Подлежащая охлаждению согласно изобретения турбина может также содержать множество ответвлений.

Существенным признаком изобретения является то, что охлаждающий пар или соответственно охлаждающую паро-конденсатную смесь подводят к турбине не на впуске или выпуске, а на ответвлении. Таким образом охлаждение в турбине идет на пользу особенно расположенным радиально снаружи концам лопаток, которые так или иначе подвергаются максимальной нагрузке за счет трения с находящимся в турбине паром. Таким образом согласно изобретению охлаждающее действие в значительной степени ограничено областями турбины, где оно является желательным; охлаждение же других компонентов турбины, которое по упомянутым причинам не желательно, исключается.

Дальнейшее преимущество изобретения получается в паротурбинной установке с заборными трубопроводами, которые проходят вертикально вниз от соответствующих снабженных отводами турбин. Если к такому заборному трубопроводу подают смесь из пара и конденсата, то только пар и достаточно малые, приносимые паром капли конденсата достигают турбины. Более крупные капли, а также конденсат, который конденсируется на стенках заборного трубопровода, отводятся вниз и не достигают турбины. В соответствии с этим не является необходимым в охлажденной согласно изобретения турбине с практически ведущим вертикально вниз заборным трубопроводом предусматривать особые влагоотделяющие устройства, с помощью которых из турбины должен был бы отводиться происходящий из больших капель и едва ли испаряющийся конденсат.

Особенно выгодным всегда является подводить к заборному трубопроводу кроме пара еще дополнительно и конденсат, в частности, путем впрыскивания конденсата перепускного трубопровода конденсата в перепускной трубопровод пара и/или в заборный трубопровод. Особенно предпочтительным является смешивать конденсат с паром в распылительном сопле и из этого распылительного сопла впрыскивать в заборный трубопровод. Распределенный в мелкие капельки конденсат желательным является диаметр капелек меньше примерно 0,1 мм оказывает особенно высокое охлаждающее действие за счет испарения, происходящего в охлаждаемой турбине при приеме тепла.

Конденсат для подведения в заборный трубопровод предпочтительно отбирают сзади подающего конденсат конденсатного насоса от главного конденсатного трубопровода; таким образом можно отказаться от особого нагнетательного устройства для подлежащего использованию в рамках изобретения конденсата.

Особенно предпочтительно способ согласно изобретения управляется таким образом, что в вентилируемой, охлажденной согласно изобретения турбине низкого давления между ответвлением и выпуском в точке измерения измеряют температуру и в зависимости от этой температуры регулируют подачу пара или соответственно подачу паро-конденсатной смеси к заборному трубопроводу.

Предпочтительным образом подачу пара или соответственно подачу пара и конденсата для заборного трубопровода ограничивают в рамках изобретения так, что в турбине низкого давления возникает поток пара, который соответствует составляющей порядка величины около 1% потока пара при режиме мощности. Поток пара этого порядка величины позволяет согласно изобретению производить охлаждение турбины в достаточном объеме, однако не выполняет такой большой работы, которая бы могла оказывать отрицательной влияние на регулирование числа оборотов турбоагрегата, составной частью которого является охлаждаемая турбина.

Выгодным является отбирать подлежащий применению для цели охлаждения паровой турбины низкого давления пар, который выгодным образом содержит известную составляющую тонко распределенных капель конденсата, из многократно имеющегося так или иначе в паросиловых установках конденсатного бака, служащего для сбора, подогрева и дегазации конденсата. К такому конденсатному баку должен подводиться с целью дегазации конденсата, как правило, теплофикационный пар; за счет этого термодинамические условия в конденсатном баке поддерживаются всегда очень постоянными. Поэтому конденсатный бак представляет собой предпочтительно резервуар для применяемого согласно изобретения пара, так как отбираемый из парового пространства конденсатного бака пар всегда сразу же замещается путем испарения конденсата, причем вследствие небольших требующихся согласно изобретения количеств пара не возникает никаких существенных изменений термодинамических отношений в конденсатном баке. Пар из конденсатного бака вследствие сосуществования пара и конденсата является насыщенным, возможно даже смешанным с тонко распределенным конденсатом, и поэтому особенно пригоден для применения в рамках изобретения.

Предпочтительным является также подлежащий согласно изобретению подаче в заборный трубопровод пар отбирать из отводящего паропровода, через который пар в режиме вентиляции турбины низкого давления направляется вокруг нее. Подобный поводящий паропровод, например, направляет пар от включенной перед паровой турбиной низкого давления паровой турбины высокого давления или соответственно от системы из паровой турбины высокого давления и паровой турбины среднего давления вокруг паровой турбины низкого давления к нагревательному устройству или тому подобному, где пар возможно охлаждается и конденсируется. Особенно выгодным является для получения паро-конденсатной смеси отбирать подаваемый к заборному трубопроводу пар из такого нагревательного устройства.

Далее предпочтительным является отбирать подаваемый к заборному трубопроводу пар от включенной перед паровой турбиной низкого давления паровой турбины высокого или среднего давления прямо или косвенно, например, от питаемого ею подогревателя или тому подобного. Пар, отобранный в предшествующей паровой турбине низкого давления точке паро-конденсатного контура, имеет обычно достаточно высокое собственное давление и поэтому может подаваться к заборному трубопроводу без необходимости иметь для этого особые насосы или тому подобное. Также и пар, стоящий под достаточно высоким давлением, может быть переведен путем снижения давления в паро-конденсатную смесь, являющуюся особенно выгодной для соответствующего изобретению охлаждения паровой турбины низкого давления.

Дальнейшее пояснение изобретения производится с помощью схематически представленного на чертеже примера выполнения. Единственная фигура показывает часть теплоэнергетической установки, в которой рабочая среда, в частности вода, направляется в замкнутом контуре. Контур содержит паровую турбину высокого давления 17, паровую турбины низкого давления 1, конденсатор 5, подогреватель 7 и конденсатный бак 8; остальные составляющие компоненты контура, например, котел, на чертеже не представлены. Для наглядности показана только одна единственная паровая турбина высокого давления 17; разумеется однако, что изобретения является применимым также в контурах, в которых имеется три или больше турбинных корпусов, или в которых турбина выполнена не однопоточной, а двухпоточной. Изображение только одного единственного подогревателя 7 также не должно исключать применимости изобретения для контуров, в которых предусмотрено множество подогревателей 7. Представленные компоненты контура связаны между собой соединительными трубопроводами пара 18 или соответственно главными трубопроводами конденсата 9. В главный трубопровод конденсата 9 введен конденсатный насос 15. Также и этот конденсатный насос 15 представлен в качестве представителя для возможно имеющегося множества таких конденсатных насосов 15. Между паровой турбиной высокого давления 17 и паровой турбиной низкого давления 1 в соединительном трубопроводе пара 18 находится переключатель 19, который обычно выполнен в виде заслонки, с помощью которой отходящий от паровой турбины высокого давления 17 пар по отводящему трубопроводу пара 20 может отводиться к нагревательному теплообменнику 21 так, что в зависимости от установки переключателя 19 паровая турбина низкого давления 1 не нагружается паром. Нагревательный теплообменник 21 символизирует множество возможностей для использования пара, который вытекает от паровой турбины высокого давления 17. В представленном примере подведенный к нагревательному теплообменнику 21 пар конденсируется в нем и втекает снова в виде конденсата по обратному трубопроводу конденсата 22 к главному трубопроводу конденсата 9 перед подогревателем 7.

Паровая турбина низкого давления 1 должна быть жестко связана с паровой турбиной высокого давления 17 так, чтобы роторы обеих паровых турбин 1 и 17 работали синхронно. Таким образом, если вытекающий от паровой турбины высокого давления 17 пар отводят по отводящему трубопроводу пара 20, то паровая турбина низкого давления 1 вращается на холостом ходу; так как в этой паровой турбине низкого давления 1 имеет место статическое давление, соответствующее давлению пара в конденсаторе 5, то появляется трение. Отвод тепла за счет потери энергии расширяющегося в режиме мощности в паровой турбине низкого давления 1 пара однако не наступает. В соответствии с этим для обеспечения возможности режима вентиляции паровой турбины низкого давления 1 может быть необходимым предусматривать охлаждение. Паровая турбина низкого давления 1 на ее спуске 2 нагружается паром, а расширенный пар покидает паровую турбину низкого давления 1 на выпуске 3 к конденсатору 5. Для отвода конденсата, который уже возникает в паровой турбине низкого давления 1 в режиме мощности при снижении давления выполняющего работу пара, или для отбора пара для нагрева подогревателя 7, между впуском 2 и выпуском 3 предусмотрено место ответвления 4, где подключен заборный трубопровод 6. Заборный трубопровод 6 ведет от места ответвления 4 к подогревателю 7, где отобранная рабочая среда привлекается для подогрева конденсата из конденсатора 5. Для отвода отобранной в месте ответвления 4 рабочей среды из подогревателя 7 имеется много возможностей; например, она может протекать после прохождения подогревателя 7 через другие, не представленные на чертеже подогреватели и наконец соединяться с конденсатом в главном трубопроводе конденсата 9. По главному трубопроводу конденсата 9 конденсат течет к конденсатному баку 8, (который при известных обстоятельствах обозначают также, как "дегазатор"). В конденсатном баке 8 конденсат нагревают с помощью пара, который вводят в конденсат по трубопроводу теплофикационного пара 10 ниже уровня конденсата 26. Этот нагрев служит также для того, чтобы удалить из конденсата газы, например, кислород. Выше уровня конденсата 26 в конденсатном баке 8 находится заполненное паром паровое пространство 11. Из этого парового пространства 11 пар отбирают и по перепускному трубопроводу пара 12 подводят к заборному трубопроводу 6. Далее к заборному трубопроводу 6 притекает через перепускной трубопровод конденсата 13 конденсат; пар и конденсат вместе через схематически показанное распылительное сопло 14 спрыскивают в заборный трубопровод 6. В заборном трубопроводе 6 образуется смесь из пара и мелких капель конденсата, которая втекает с целью охлаждения на месте ответвления 4 в паровую турбину низкого давления 1. Перепускной трубопровод конденсата 13 впадает за конденсатным насосом 15 в главный трубопровод конденсата 9. Не является необходимым подводить конденсат и пар заборного трубопровода 6 через одно единственное распылительное сопло 14; пар и конденсат могут подаваться к заборному трубопроводу 6 также независимо друг от друга. Для ограничения потока пара в паровой турбине низкого давления в перепускном трубопроводе пара 12 при необходимости может быть предусмотрена критическая дросселирующая шайба. Для регулирования охлаждения паровой турбины низкого давления 1 в режиме вентиляции, без рабочей мощности, в ней между местом ответвления 4 и выпуском 3 предусмотрено место измерения 16, в котором производят измерение температуры; это измерение температуры оценивают с помощью (не представленных на чертеже, известных по себе средств) и по управляющей линии 25 подводят к регулирующему вентилю пара 23 в перепускном трубопроводе пара 12 или соответственно к регулирующему вентилю конденсата 24 в перепускном трубопроводе конденсата 13.

Наконец, следует отметить, что перепускной трубопровод пара 12 и перепускной трубопровод конденсата 13 во время режима модности паровой турбины низкого давления 1 не обязательно должны быть полностью заперты; через небольшие обходные трубопроводы, которыми обходят регулирующий вентиль пара 23 или соответственно регулирующий вентиль конденсата 24, может поддерживаться небольшой поток пара или соответственно конденсата к заборному трубопроводу 6, что может быть при известных обстоятельствах выгодным для поддержания в горячем состоянии перепускного трубопровода пара 12 и перепускного трубопровода конденсата 13. Если для отбора пара для ввода в место ответвления 4 паровой турбины низкого давления 1 не имеется в распоряжении конденсатный бак 8, то этот пар может отбираться из соединительного трубопровода пара 18 между паровой турбиной высокого давления 17 и паровой турбиной низкого давления 1 или из отводного трубопровода пара 20, возможно даже от нагревательного теплообменника 21; возможным является также отбор из приданного паровой турбине высокого давления 17, не показанного на чертеже подогревателя. Так как паровая турбина высокого давления 17 работает в режиме мощности также и в режиме вентиляции паровой турбины низкого давления 1, следует исходить из того, что термодинамические соотношения как в паровой турбине высокого давления 17, так и в непосредственно сообщающихся с ней вспомогательных устройствах являются очень стабильными так, что они без труда могут быть приобщены к соответствующей изобретению системе для охлаждения вентилируемой паровой турбины низкого давления 1.

Соответствующий изобретению способ для охлаждения паровой турбины низкого давления 1 в режиме вентиляции является особенно экономичным с точки зрения энергии, так как он в значительной степени прибегает к и без того имеющимся ресурсам и избегает материальных нагрузок за счет того, что охлаждающее действие проявляется главным образом в тех областях паровой турбины низкого давления, где оно является желательным.

Формула изобретения

1. Способ охлаждения паровой турбины низкого давления в режиме вентиляции, причем паровая турбина низкого давления содержит запираемый впуск, через который поставляют пар для режима мощности и который закрывают в режиме вентиляции, выпуск, который сообщается с конденсатором для конденсации пара в конденсат, и место ответвления между вводом и выпуском, к которому подключен заборный трубопровод для отбора пара и/или конденсата к подогревателю в режиме мощности, отличающийся тем, что пар к запорному трубопроводу подают по перепускному трубопроводу пара.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что к заборному трубопроводу дополнительно подают конденсат по перепускному трубопроводу конденсата.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что конденсат впрыскивают в перепускной трубопровод пара и/или в заборный трубопровод.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что конденсат впрыскивают в заборный трубопровод через распылительное сопло и в распылительном сопле смешивают с паром и распыляют.

5. Способ по одному из пп.2 4, отличающийся тем, что конденсат для подачи в заборный трубопровод отводят от главного трубопровода конденсата за конденсатным насосом.

6. Способ по одному из пп.1 5, отличающийся тем, что в турбине низкого давления, между местом ответвления и выпуском, измеряют температуру в месте измерения и в зависимости от температуры регулируют подачу пара или соответственно подачу пара и/или конденсата к запорному трубопроводу.

7. Способ по одному из пп.1 6, отличающийся тем, что ограничивают подачу пара или соответственно пара и конденсата к заборному трубопроводу так, что в турбине низкого давления возникает поток пара, который составляет максимально около 1% потока пара в турбине низкого давления в режиме мощности.

8. Способ по одному из пп.1 7, отличающийся тем, что от конденсатного бака, к которому из конденсатора и через подогреватель по главному трубопроводу конденсата подают конденсат и в котором конденсат нагревают путем ввода пара через трубопровод теплофикационного пара, отбирают пар из парового пространства и подводят к заборному трубопроводу.

9. Способ по одному из пп.1 8, отличающийся тем, что подаваемый в заборный трубопровод пар отбирают от отводящего трубопровода пара, через который пар направляют в режим вентиляции к турбине низкого давления.

10. Способ по одному из пп.1 9, отличающийся тем, что подаваемый в заборный трубопровод пар отбирают от включенной перед турбиной низкого давления турбины высокого давления.

РИСУНКИ

Рисунок 1