Стационарная паровая турбина
Использование: тепловые электрические станции, паротурбинные установки которых оборудованы котлами без промперегрева пара.
Задачи: увеличение сроков межремонтного периода турбин среднего и низкого давления за счет существенного снижения влажности в турбинных ступенях, способствующее эрозионному износу рабочих лопаток.
Сущность полезной модели: в промежуточный теплообменник-перегреватель, расположенный в переходном патрубке между турбинами насыщенного пара, подается высокотемпературный газ, в котором, например, сжигают природный газ. Насыщенный пар, отбирая тепловую энергию от высокопотенциального газа, изобарно нагревается. В турбинах среднего и низкого давлений существенно уменьшается влажность пара и сроки межремонтного периода, вызванные эрозионным износом рабочих лопаток, увеличиваются. Остаточная тепловая энергия отработанного в теплообменнике-перегревателе утилизируется в подогревателях сетевой и/или питательной воды.
1 п. формулы, 2 ил.
Полезная модель относится к области турбиностроения, в частности к многоцилиндровым стационарным паровым турбинам, и может быть использована на тепловых электрических станциях с целью повышения сроков межремонтных работ и увеличения КПД влажнопаровых турбин.
Уровень техники заключается в следующем: известна паровая стационарная турбина, включающая в себя турбину высоких параметров, турбину насыщенного пара или влажнопаровую турбину, вторичный регенеративный перегреватель и переходной патрубок между турбинами (Щегляев А.В. Паровые турбины. Изд. 5-е, доп. и подгот. к печати проф. Б.М.Трояновским. М., Энергия, 1976, стр.32).
Недостатком известной стационарной паровой турбины является то, что перегрев отработанного пара в турбине высокого давления производится в промежуточном регенеративном перегревателе паром тех же параметров, что и на входе в проточную часть турбины, то есть параметров пара перед стопорным клапаном. Перегрев пара в теплообменнике снижает влажность пара в турбинных ступенях низкого давления, повышая при этом внутренний КПД проточной части влажнопаровой турбины. Следует отметить существенное отличие промежуточного перегрева пара, осуществляемого в газоходе котла. Уровень подвода тепловой энергии в промежуточном подогревателе котла намного выше, чем в промежуточном теплообменнике, расположенном между турбинами. В последнем случае перегрев пара не повышает теоретического КПД цикла в отличие от КПД цикла при использовании котла с промежуточным перегревом пара. Как и в турбинах с высокими параметрами и с промежуточным перегревом пара в котле, так и для турбин насыщенного пара при использовании регенеративного теплообменника имеется термодинамический оптимум разделительного давления. Известно, что если оптимум разделительного давления относительно мал, то применение промежуточного
перегрева насыщенного пара термодинамически нецелесообразно. Кроме этого, промежуточный перегрев пара в известной стационарной паровой турбине приводит к уменьшению полезного массового расхода энергетически активного перегретого пара, вырабатываемого котлом без промежуточного перегрева или первым контуром реактора. Эта важная особенность существенно уменьшает располагаемую мощность паровой турбины.
Причиной, препятствующей получению в прототипе требуемого технического результата, является то, что, во-первых, использование в промежуточном перегревателе энергетически активного перегретого пара, отбираемого за котлом, снижает количество полезного пара, который поступает в проточную часть паровой турбины и, соответственно, уменьшает ее располагаемую мощность; во-вторых, невозможность достижения термодинамического КПД цикла соизмеримого с КПД основного цикла с промежуточным перегревом пара в котле; в-третьих, отсутствие возможности превысить термодинамический оптимум разделительного давления, что приводит к снижению эффективного КПД паротурбинной установки в целом.
Полезная модель направлена на решение следующих задач: увеличения сроков межремонтных работ, вызванных эрозионным разрушением рабочих лопаток влажнопаровых турбинных ступеней; повышения мощности турбин среднего и/или низкого давлений и теоретического КПД цикла паротурбинной установки с котлом без промежуточного перегрева; превышения термодинамического оптимума разделительного давления соизмеримого с разделительным давлением при использовании котла с промежуточным перегревом.
Технический результат, который может быть получен при реализации полезной модели заключается в том, что в промежуточный регенеративный теплообменник-перегреватель, который расположен в переходном патрубке между турбинами, подается высокотемпературный газ, получаемый в газогенераторе, в котором, например, осуществляется сжигание природного газа. Смешиваясь с воздухом на выходе из газогенератора, высокопотенциальный
газ с номинальной температурой, требуемой для перегрева насыщенного пара, за счет разряжения, создаваемого вентиляторной установкой, поступает в полость промежуточного регенеративного теплообменника-перегревателя. Регулирование степени понижения давления в вентиляторной установке позволяет изменять скорость прохождения высокопотенциального газа и тем самым, управлять процессом вынужденного конвективного теплообмена между газом и паром. Насыщенный пар, отбирая тепловую энергию от высокопотенциального газа, изобарно нагревается, приобретая свойства сухого перегретого пара. На выходе из промежуточного регенеративного теплообменника-перегревателя пар приобретает параметры не только равнозначные параметрам свежего пара за котлом, но и может превосходить их. При этом процесс расширения пара в проточных частях турбин среднего и/или низкого давлений существенно смещается вправо по h-s диаграмме и область влажного пара сводится к технически обусловленным нормативам. Количество турбинных ступеней, рабочие лопатки которых подвергаются существенному эрозионному износу, сводится к минимуму. Надежность работы лопаточного аппарата возрастает, аэродинамические потери энергии существенно уменьшаются и, соответственно, повышается внутренний КПД проточной части турбин среднего и/или низкого давлений. С повышением энтальпии пара за промежуточным регенеративным теплообменником-перегревателем располагаемый теплоперепад энергии также возрастает. Мощность турбин среднего и/или низкого давлений, таким образом, увеличивается и может частично или полностью (в зависимости от режима работы турбины) компенсировать энергозатраты при подготовке высокотемпературного газа в газогенераторе. Термодинамический КПД цикла паротурбинной установки также возрастает и может достигнуть КПД основного цикла с котлом, оборудованным промежуточным перегревателем пара. При этом остаточная тепловая энергия газа, отработанного в теплообменнике-перегревателе, утилизируется в подогревателе сетевой и/или питательной воды, что в сочетании с возможностью превышения термодинамического оптимума
разделительного давления позволяет увеличить эффективный КПД паротурбинной установки в целом. Применение промежуточного регенеративного теплообменника-перегревателя с автономными секциями перегрева позволяет использовать единый газогенератор и вентиляторную установку.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемой полезной модели и достигаемым техническим результатом заключается в том, что образуемый в газогенераторе газ как продукт горения, например, природного газа, за счет изменения подачи и избытка воздуха позволяет перегревать пар в теплообменнике-перегревателе до уровня теплосодержания, соответствующего режиму работы турбины. Также отличительные особенности газогенератора создают условия для получения всережимного экономичного промежуточного перегрева пара. применение вентиляторной установки в выходном патрубке позволяет не только удалять отработанный газ, но и регулировать скорость его движения в межтрубном пространстве промежуточного регенеративного теплообменника-перегревателя, что позволяет управлять процессами вынужденного конвективного теплообмена между газом и паром. Остаточная тепловая энергия газа утилизируется в подогревателях сетевой и/или питательной воды, что способствует уменьшению отбора пара из турбины и повышению ее мощности.
Заявляемое техническое решение пояснено рисунками. На фиг.1 и фиг.2 показаны принципиальные схемы стационарной паровой турбины.
Стационарная паровая турбина содержит: турбину высоких параметров 1; вентиляторную установку 2 с регулятором давления на входе (на фиг. не показано); промежуточный регенеративный теплообменник-перегреватель 3; турбину среднего давления 4; турбину низкого давления 5; газогенератор 6.
Стационарная паровая турбина работает следующим образом: энергетически активный пар относительно высоких параметров поступает в проточную часть турбины высокого давления 1. В переходном патрубке (на фиг. не показано) отработанный в ТВД насыщенный пар за счет конвективного
теплообмена нагревается в промежуточном регенеративном теплообменнике-перегревателе 3, через который проходит высокотемпературный газ, подготовленный в газогенераторе 6. Скорость газа в теплообменнике-перегревателе 3 регулируется за счет понижения уровня давления, создаваемого вентиляторной установкой 2. Перегретый пар, покидая теплообменник-перегреватель 3 по переходному патрубку направляется в проточную часть турбины среднего давления 4. Процесс перегрева пара перед проточной частью турбины низкого давления аналогичен процессу перегрева пара перед турбиной среднего давления. Газогенераторы 6 и теплообменники-перегреватели 3, установленные между турбинами, работают автономно и регулирование процессов теплообмена в них независимо. Остаточная тепловая энергия газа, отработанного в теплообменнике-перегревателе, утилизируется в подогревателях сетевой и/или питательной воды.
Работа стационарной паровой турбины по фиг.2 сводится к следующему: отработанный в турбине высоких параметров 1 насыщенный пар перегревается во вторичной секции теплообменника-перегревателя 3, которая образует второй каскад перегрева пара и располагается в переходной патрубке между турбиной высоких параметров 1 и турбиной среднего давления 4. Насыщенный пар, выходя из проточной турбины среднего давления 4, перегревается в первой секции теплообменника-перегревателя 3. Газ из первой секции направляется во вторую секцию перегревателя. Регулирование скорости газового потока в последовательно объединенных секциях теплообменника-перегревателя 3 осуществляется за счет изменения степени разряжения, создаваемого вентиляторной установкой 2. Подготовка высокотемпературного газа осуществляется в этом случае в едином газогенераторе 6, размещенным перед первой секцией теплообменника-перегревателя 3. Остаточная тепловая энергия газа, отработанного в теплообменнике-перегревателе, утилизируется в подогревателях сетевой и/или питательной воды.
Стационарная паровая турбина, содержащая турбину насыщенного пара среднего и/или низкого давления, промежуточный регенеративный теплообменник-перегреватель, переходный патрубок между турбинами, отличающаяся тем, что промежуточный регенеративный теплообменник-перегреватель сообщен с автономным высокотемпературным газогенератором, вентиляторной установкой и подогревателями сетевой и/или питательной воды и может быть образован регенеративными секциями, образующими последовательный каскад теплопередачи и распложенными в промежуточных патрубках между турбинами.
