Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ БЫСТРОГО ПОДКЛЮЧЕНИЯ ПАРОГЕНЕРАТОРА

Изобретение относится к способу быстрого подключения, по меньшей мере, одного дополнительного парогенератора к первому парогенератору в энергетической установке. Изобретение относится, кроме того, к осуществлению способа в газопаротурбинной установке и в паротурбинной электростанции.

В энергетической установке, в которой к паровой турбине подключены два или большее количество парогенераторов, при совместной эксплуатации или подключении второго или третьего парогенераторов необходимо приводить системы пара к почти одинаковым параметрам (давление и температура пара) для возможности соединения систем при открывании запорных арматур.

Для этого требуется определенное время и в большинстве случаев для этого необходимо поддерживать также постоянной мощность парогенератора, чтобы при соединении иметь наиболее постоянные и стабильные параметры. В противном случае вследствие изменения давления, температуры или изменений массы пара могут происходить нарушения внутри систем парогенератора (изменения уровня барабана) или эксплуатации паровых турбин (срабатывание предельных значений, отключение паровых турбин). Вследствие этого для подключения требуется определенное время, а мощность электростанции нельзя быстро увеличивать, хотя это и желательно. Кроме того, выработанный во время подключения пар перебрасывается через перепускные системы в конденсатор, а вследствие этого уменьшается КПД установки.

Известен способ, при котором системы пара приводят к примерно одинаковому давлению и температуре согласно определенной логической последовательности и в определенной последовательности соединяют их. Например, в паровых установках с простым промежуточным перегревом сначала на одинаковые параметры пара регулируют холодную систему промежуточного перегрева, а, открывая задвижки холодного промежуточного перегрева, соединяют с находящейся в эксплуатации с паровой турбиной системой промежуточного перегрева. Затем таким же способом соединяют систему пара высокого давления второго парогенератора с находящимся в эксплуатации первым парогенератором. Затем при выравнивании давления и температуры присоединяют также и горячую систему промежуточного перегрева, открывая паровую задвижку в горячей системе промежуточного перегрева. При этом перепускные системы при регулировании соответственно закрыты, а вследствие этого паровая турбина нагружается сильнее. Таким же способом после этих этапов соединяют систему пара низкого давления с системой пара низкого давления второго парогенератора. Недостатком является то, что при осуществлении этого способа требуется очень много времени.

Альтернативно к этому можно также открывать одновременно запорные арматуры различных систем давления после согласования различных уровней давления и температуры, а второй парогенератор соединять с первым и с уже находящимся в эксплуатации с паровой турбиной парогенератором. Также и в этом случае требуется выдерживать постоянной мощность парогенератора в газопаротурбинных установках, вместе с этим также и мощность газовой турбины, т.е. дальнейшая эксплуатация парогенератора с повышенной мощностью останавливается. Хотя этот способ осуществляется быстрее, однако существует опасность одновременного возникновения неполадок в нескольких системах и возможность их взаимного влияния. Вследствие этого становится существенно более вероятным самопроизвольное отключение паровой турбины или парогенератора из-за срабатывания предельных значений (высокий уровень барабана или низкий уровень барабана, слишком мало или слишком много пара в направлении паровой турбины).

Поэтому задача изобретения состоит в создании такого способа подключения второго парогенератора, посредством которого сокращается время подключения. Наблюдавшиеся ранее задержки при подключении второго или третьего парогенератора при сдерживании мощности парогенератора или при соединении самих паровых систем должны быть как можно меньшими или совсем устранены.

Эта задача решается признаками способа согласно пункту 1 формулы изобретения. Предпочтительные усовершенствованные варианты изобретения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Подключая, по меньшей мере, один дополнительный парогенератор к первому парогенератору в энергетической установке, содержащей, по меньшей мере, два парогенератора и паровую турбину, в которой используемая для приведения в движение паровой турбины текучая среда направляется в один содержащий несколько паровых систем контур текучей среды, причем паровые системы относятся к отдельным парогенераторам и имеют возможность отсоединения их друг от друга при помощи запорных арматур, а текучую среду, по меньшей мере, одного первого парогенератора переключают на паровую турбину, прежде чем пар, по меньшей мере, одного второго парогенератора не достигнет примерно одинаковых с первым парогенератором параметров пара, открывают запорную арматуру, по меньшей мере, одной первой паровой системы, по меньшей мере, одного второго парогенератора, поэтому пар может проходить в другой парогенератор, - можно осуществлять соединение паровых систем уже при использовании с полной мощностью второго парогенератора, не приостанавливая повышение мощности. Это позволяет не терять время на соединение и как можно быстрее закрывать перепускные системы.

Предпочтительно, если запорную арматуру, по меньшей мере, одной первой паровой системы открывают в холодном трубопроводе промежуточного перегрева. Частичное открытие арматуры в холодном промежуточном перегреве приводит к тому, что из находящейся в эксплуатации системы, содержащей паровую турбину и первый парогенератор, пар направляют в систему промежуточного перегрева второго парогенератора и наполняют ее практически до одинакового давления.

Целесообразно, продолжают повышать температуру и давление текучей среды, по меньшей мере, во второй паровой системе, по меньшей мере, второго парогенератора и пар второй паровой системы направляют в обход в первую паровую систему другого парогенератора, поэтому пар второго парогенератора протекает через открытую запорную арматуру в первый парогенератор. Частично открытая запорная арматура холодного промежуточного перегрева обеспечивает, что пар из паровой системы высокого давления второго парогенератора, еще не имеющий при эксплуатации с полной мощностью этого второго парогенератора параметры для возможности подключения к ступени высокого давления паровой турбины и поэтому направляемый через перепускную систему высокого давления в холодный трубопровод промежуточного перегрева и который нельзя отвести от перепускной системы среднего давления, направляют противотоком в находящуюся в эксплуатации холодную систему промежуточного перегрева первого парогенератора, а через его промежуточный перегрев он проходит к паровой турбине и вследствие этого уже приводит к повышению мощности паровой турбины.

Предпочтительно, если, по меньшей мере, во второй из паровых систем второго парогенератора открывают его запорную арматуру, в частности, в трубопровод высокого давления или трубопровод свежего пара и в трубопровод низкого давления. Это возможно, так как в системе высокого давления и низкого давления, как правило, имеется обратная арматура, предотвращающая противоток из находящейся в эксплуатации системы. При повышении мощности второго парогенератора (или газовой турбины в газопаротурбинных установках) продолжают повышаться температура и давление пара. Посредством модифицированного регулирования давления (например, при переходе на управляемое потоком регулирование перепускным клапаном высокого давления) достигают того, что происходит умеренное выравнивание давления с находящимся в эксплуатации первым парогенератором. При выравнивании давления открываются обратные арматуры системы пара высокого давления и системы пара низкого давления второго парогенератора и поток пара проходит в направлении паровой турбины. Если в этих паропроводах обратная арматура отсутствует, то одинакового эффекта можно достичь, открывая соответствующие запорные арматуры при измеренном выравнивании давления.

Для контроля измерения повышения температуры пара во втором парогенераторе или для возможности нормальной работы впрыскивающих охладителей, предпочтительно, если в системе промежуточного перегрева второго парогенератора создают небольшой поток, например, при небольшом открывании клапана в перепуске среднего давления или подогревательном трубопроводе, впадающем в горячий трубопровод промежуточного перегрева.

Целесообразно, если перепускной клапан закрывают после того, как соответствующие запорные арматуры открыты, поэтому полученный пар принимается паровой турбиной и больше не направляется в конденсатор.

Предпочтительно, если запорную арматуру в горячем трубопроводе промежуточного перегрева открывают как только температура пара второго парогенератора достигнет температуры пара первого парогенератора. Арматура холодного промежуточного перегрева регулирует в этом случае массу пара, почти соответствующую произведенной массе пара высокого давления, для предотвращения возможной несимметричной нагрузки в обоих парогенераторах.

Целесообразно, если запорную арматуру продолжают соответственно открывать в холодном промежуточном перегреве при увеличении потока в системе пара высокого давления второго парогенератора.

Целесообразно в газопаротурбинной установке открывать запорную арматуру при синхронизации относящейся к второму парогенератору газовой турбины.

Предпочтительно осуществлять способ в газопаротурбинной установке или в многоблочной паротурбинной электростанции.

Согласно изобретению подключение осуществляют не как прежде - при наиболее постоянных параметрах пара - а в процессе постоянно увеличивающегося давления и изменяющейся мощности и массы пара.

Система промежуточного перегрева второго парогенератора нагружается давлением посредством уже работающей системы промежуточного перегрева первого парогенератора и через нее протекает незначительное количество пара, хотя производство пара высокого давления другим парогенератором возможно совсем не началось. Если оно затем начинается, то режим эксплуатации системы пара высокого давления и системы промежуточного перегрева можно сделать относительно независимыми посредством целенаправленно допускаемого противотока в холодном трубопроводе промежуточного перегрева. Это уменьшает сложность регулировок, а пошаговое подключение паровых систем друг за другом является не обязательным и вследствие этого разъединено по времени.

Тем самым создаются существенные преимущества при пуске 2х1 или большего количества х1 конфигураций установок или при подключении второго или третьего парогенератора (или унифицированного блока парогенератора отработанного тепла/газовой турбины в газопаротурбинных установках), например, в основном, при более коротком времени подключения для второго или третьего парогенератора, что увеличивает экономичность и средний КПД электростанции. Кроме того, естественно укорачивается также пусковое время энергетической установки, если парогенераторы по определенным причинам должны запускаться со сдвигом по времени. Это приводит, в частности, при частых стартах (так называемых полупиковых установок или пиковых установок) к более высокому среднему КПД установок, если рассматривать время эксплуатации, а вместе с тем также - к меньшему количеству выбросов (безопасность для окружающей среды). Вследствие этого эти установки являются более экономичными, а также чаще востребованными распределителями нагрузки для сетевой эксплуатации.

Далее приводится более подробное разъяснение примера изобретения со ссылкой на чертежи. На них схематически и не в масштабе показаны:

Фигура 1. Упрощенный пароводяной контур 2х1 газопаротурбинной установки;

Фигура 2. Временная характеристика подключения парогенератора согласно уровню техники и

Фигура 3. Временная характеристика подключения парогенератора согласно изобретению.

На фиг.1 схематически и в качестве примера показана газопаротурбинная установка 1, содержащая два узла 2 газовая турбина/парогенератор отработанного тепла и паротурбинную установку 3, причем оба узла 2 газовая турбина/парогенератор отработанного тепла по существу могут быть одинаковыми. Из первого узла 2 газовая турбина/парогенератор отработанного тепла показаны только соединения от паротурбинной установки 3 и к ней. Однако альтернативно к показанной газопаротурбинной установке 1 соответствующий изобретению способ применим в многоблочной паротурбинной электростанции, в которой узлы 2 газовой турбины-парогенератора отработанного тепла нужно было бы заменить на отопительные узлы парогенератора.

Газотурбинная установка 4 оснащена газовой турбиной 5, компрессором 6, а также, по меньшей мере, одной включенной между компрессором 6 и газовой турбиной 5 камерой 7 сгорания. Посредством компрессора 6 свежий воздух всасывается, уплотняется и подводится по трубопроводу первичного воздуха 8 к одной или нескольким горелкам камеры 7 сгорания. Подведенный воздух смешивается с подводимым по топливопроводу 9 жидким или газообразным топливом, и смесь зажигается. Возникающие при этом отработавшие газы сгорания образуют рабочую среду газотурбинной установки 4, подводимую к газовой турбине 5, где она при расширении выполняет работу и приводит в движение соединенный с газовой турбиной 5 вал 10. Вал 10 соединен также, кроме газовой турбины 5, с компрессором 6, а также с генератором 11 для приведения его в движение. Расширенная рабочая среда отводится по трубопроводу 12 отработавшего газа в парогенератор 13 отработанного тепла, который может быть выполнен, в частности, как система с принудительной циркуляцией, и выходит из парогенератора 13 отработанного тепла со стороны выхода в направлении к не изображенной вытяжной трубе.

Паровая турбина 14 паротурбинной установки 3 имеет первую ступень 15 компрессии или ступень высокого давления и вторую ступень 16 компрессии или ступень среднего давления, а также третью ступень 17 компрессии или ступень низкого давления, которые через общий вал 18 приводят в движение генератор 19.

Парогенератор 13 отработанного тепла содержит в качестве поверхностей нагрева подогреватель 20 конденсата, питающийся со стороны входа конденсатом из конденсатора 23 через кондесатопровод 21, к которому подключен конденсатный насос 22. Подогреватель конденсата 20 подведен со стороны выхода к всасывающей стороне питательного насоса 24. Для требующегося обхода подогревателя 20 конденсата он перекрыт перепускным трубопроводом 25.

Питательный насос 24 выполнен согласно примеру выполнения как питательный насос высокого давления с отбором 26 среднего давления. Он доводит конденсат до подходящего уровня давления для ступени 15 высокого давления паровой турбины 14, соответствующего ступени высокого давления циркуляции аэрогидросреды. Проведенный через питательный насос 24 конденсат подводится со средним давлением к системе 27 пара среднего давления, содержащей подогреватель питательной воды, испаритель среднего давления и пароперегреватель, присоединенной со стороны выхода к холодному трубопроводу 29 промежуточного перегрева, соединяющему ступень 15 высокого давления со стороны выхода с промежуточным пароперегревателем 28. Промежуточный пароперегреватель 28 присоединяется в свою очередь со стороны выхода через паропровод 30 к ступени 16 среднего давления паровой турбины 14.

Со стороны высокого давления питательный насос 24 соединен с содержащей экономайзер высокого давления, испаритель высокого давления и пароперегреватель высокого давления системой 31 пара высокого давления, соединенной со стороны выхода через трубопровод 32 свежего пара со ступенью 15 высокого давления паровой турбины 14.

В ступени высокого давления паровой турбины перегретый пароперегревателем 28 пар приводит в движение турбину 14, прежде чем его направят через пароотвод 33 ступени 15 высокого давления к паровой турбине 14, а через холодный трубопровод 29 промежуточного перегрева 29 - к промежуточному пароперегревателю 28.

После перегрева в промежуточном пароперегревателе 28 пар направляется через паропровод 30 в ступень 16 среднего давления паровой турбины 14, где он приводит в движение турбину.

Пароотвод 34 ступени 16 среднего давления паровой турбины 14 соединен через перепускной трубопровод 35 со ступенью 17 низкого давления паровой турбины 14.

Со ступенью 17 низкого давления паровой турбины 14 также соединена питаемая от кондесатопровода 21 система 36 пара низкого давления, содержащая расположенный в парогенераторе 13 отработанного тепла парогенератор низкого давления и пароперегреватель низкого давления, подводящий пар по паропроводу 37 низкого давления к ступени 17 низкого давления паровой турбины 14.

После протекания пара по ступени 17 низкого давления и связанного с этим приведения в действие турбины 14 охлажденный и расширенный пар выводится через пароотвод 38 ступени 17 низкого давления паровой турбины 14 в конденсатор 23.

Наряду с уже указанными элементами пароводяного контура имеется, кроме того, перепускной трубопровод, так называемый перепуск 39 высокого давления, ответвляющийся от трубопровода 32 свежего пара, прежде чем пар достигнет ступени 15 высокого давления паровой турбины 14. Перепуск 39 высокого давления обходит ступень 15 высокого давления и впадает в холодный трубопровод 29 промежуточного перегрева между ступенью 15 высокого давления и промежуточным пароперегревателем 28.

Другой перепускной трубопровод, так называемый перепуск 40 среднего давления, ответвляется от паропровода 30, прежде чем он попадет в ступень 16 среднего давления паровой турбины 14. Перепуск 40 среднего давления обходит как ступень 16 среднего давления, так и ступень 17 низкого давления паровой турбины 14, и впадает в конденсатор 23.

Кроме того, система 36 пара низкого давления также имеет перепуск 41 низкого давления, обходящий ступень 17 низкого давления паровой турбины 14 и подводящий пар низкого давления непосредственно к конденсатору 23.

В трубопровод 32 свежего пара встроены запорные арматуры, например обратный клапан 42 и задвижка 43, посредством которых он может закрываться. В перепуске 39 высокого давления находится другая запорная арматура 44. В холодном трубопроводе 29 промежуточного перегрева предусмотрена запорная арматура 45, а другая запорная арматура 46 - в горячем трубопроводе 30 промежуточного перегрева. В перепуске 40 среднего давления также расположен клапан 47.

Соединяющий перепуск 40 среднего давления с горячим трубопроводом 30 промежуточного пароперегревателя подогревательный трубопровод 48 также имеет клапан 49.

В трубопроводе 37 низкого давления также установлены две запорные арматуры, в частности обратный клапан 50 и задвижка 51, посредством которых его можно закрывать. Запорный клапан 52 также находится в перепуске 41 низкого давления к конденсатору 23.

Перепускные трубопроводы 39, 40, 41 и запорные клапаны 42, 43, 44, 46, 47, 49, 50, 51, 52 служат для направления части пара во время пуска газопаротурбинной установки 1 в обход паровой турбины 14.

Соединения 53-56 с первым блоком парогенератора имеются в трубопроводе 32 свежего пара, в холодном трубопроводе 29 промежуточного перегрева, горячем трубопроводе 30 промежуточного перегрева и в паропроводе 37 низкого давления.

Далее приводится описание примера выполнения для соответствующего изобретению способа подключения второго парогенератора посредством фигуры 1.

В начале способа согласно изобретению паротурбинную установку 3 снабжают паром из первого парогенератора или первого блока газовая турбина/парогенератор отработанного тепла. Для подключения другого блока 2 газовая турбина/парогенератор отработанного тепла запускают газотурбинную установку 4, а выходящая из нее рабочая среда подводится к парогенератору 13 отработанного тепла. Расширенная рабочая среда проходит по парогенератору 13 отработанного тепла и выходит из него через выпуск по направлению к не изображенной на фиг.1 вытяжной трубе. Тепло при протекании по парогенератору 13 отработанного тепла передается от рабочей среды воде или, соответственно, пару в пароводяном контуре.

После старта газотурбинной установки 4 отработанное тепло рабочей среды направляется в парогенератор 13 отработанного тепла для начала получения пара в паровой системе.

Для соединения паровых систем во время эксплуатации с полной нагрузкой второго парогенератора 13 без сдерживания мощности уже относительно рано открывают задвижки 43, 45 и 51 в системе 31 пара высокого давления, в холодном трубопроводе 29 промежуточного перегрева системы 27 пара среднего давления и в системе 36 пара низкого давления, например, при синхронизировании следующей газотурбинной установки 4 или при повышении давления другого парогенератора 13 отработанного тепла. Это возможно, поскольку в системе 31 высокого давления и в системе 36 низкого давления, как правило, имеются обратные арматуры 42 и 50, предотвращающие обратное течение из находящейся в эксплуатации системы.

Частичное открытие запорной арматуры 45 в холодном трубопроводе 29 промежуточного перегрева приводит к тому, что эксплуатируемый пар системы протекает в другой промежуточный пароперегреватель 28 и нагружает его практически до одинакового давления. Кроме того, при создании незначительного потока в другой системе промежуточного перегрева, например при незначительном открывании клапана 47 в перепуске 40 среднего давления или клапана 49 в подогревательном трубопроводе 48, обеспечивается возможность контроля повышения температур пара или нормального режима работы впрыскивающего охладителя.

Кроме того, при частичном открывании запорной арматуры 45 в холодном трубопроводе 29 промежуточного перегрева обеспечивается, что пар высокого давления, который проникает через перепуск 39 высокого давления в холодный трубопровод 29 промежуточного перегрева и который случайно не может отводиться перепуском 40 среднего давления, направляется обратным течением в находящуюся в эксплуатации холодную систему промежуточного перегрева первого парогенератора, а через его промежуточный перегрев - к паровой турбине 14, и приводит вследствие этого уже к повышению мощности паровых турбин.

При повышении мощности второго парогенератора 13 (или газотурбинной установки в газопаротурбинных установках) продолжают повышаться температура и давление пара. При модифицированном регулировании напора (например, переключение на управляемое потоком регулирование перепускным клапаном высокого давления) происходит умеренное выравнивание давления с находящейся в эксплуатации первой паровой системой парогенератора. При выравнивании давления открываются обратные арматуры 42 и 50 системы 31 пара высокого давления 31 и системы 36 пара низкого давления второго парогенератора 13, а пар проходит в направлении к паровой турбине 14. Если в этих паропроводах 32 и 37 обратные арматуры 42 или 50 отсутствуют, то одинакового эффекта можно достичь при открывании соответствующих запорных арматур при измеренной тождественности давления. При увеличивающемся закрытии защитных клапанов 44, 47, 52 полученный пар принимается, наконец, паровой турбиной 14.

Запорная арматура 46 в горячем трубопроводе 30 промежуточного перегрева открывается как только температура пара второго парогенератора становится примерно одинаковой с находящимся в эксплуатации первым парогенератором. Холодная арматура 45 промежуточного перегрева регулирует затем массу пара, почти соответствующую произведенной массе пара высокого давления, для предотвращения возможной несимметричной нагрузки в обоих парогенераторах.

На фиг.2 схематически показана временная характеристика для подключения второго парогенератора 13 согласно уровню техники. Как уже указывалось, согласно уровню техники паровые системы приводятся с определенной последовательностью примерно к одинаковому давлению и одинаковой температуре и в определенной последовательности соединяются. Как правило, процесс начинается с холодного промежуточного перегрева 100. Если он полностью подключен, за ним следует горячий - промежуточный - перегрев 101, а после его полного подключения - система 102 высокого давления. Система низкого давления может быть подключена также уже вскоре после начала подключения холодного промежуточного перегрева. Таким образом, до тех пор, пока все перепускные клапаны будут закрыты, проходит примерно от 15 до 20 минут.

В противоположность к этому, как показано на фиг.3, при соответствующем изобретению способе отдельные системы включаются заблаговременно и большей частью почти одновременно, так что практически не задерживается эксплуатация с полной мощностью газовой турбины при подключении второй системы газовая турбина/парогенератор отработанного тепла. Закрытие перепускных клапанов зависит от того, как быстро паровая турбина принимает пар второго парогенератора отработанного тепла.