Теплофикационная паротурбинная установка

Изобретение относится к энергомашиностроению и может применяться в теплофикационной паротурбинной установке, работающей в режиме полного закрытия регулирующей диафрагмы.

В качестве наиболее близкого аналога выбрана теплофикационная паротурбинная установка (Шапиро Г.А. Повышение эффективности работы ТЭЦ,. М.: Энергоиздат, 1981, с. 102), содержащая проточную часть турбины с регулирующей диафрагмой, выхлопной патрубок, вспомогательный пучок конденсатора, теплообменник сетевой воды с греющей полостью, подключенной к обратной магистрали сетевой воды, и охлаждающей полостью, сообщенной с проточной частью турбины перед регулирующей диафрагмой.

Недостатком данной теплофикационной паротурбинной установки является низкая экономическая эффективность. Это вызвано тем, что в зимний период времени в целях максимальной выработки тепловой энергии практически весь пар из проточной части цилиндра низкого давления перед полностью закрытой регулирующей диафрагмой направляют в подогреватели сетевой воды. Ступени турбины, расположенные за регулирующей диафрагмой в части низкого давления, вынуждены работать в моторном режима, при котором, вследствие снижения расхода пара до величины протечки через зазоры закрытой регулирующей диафрагмы, в проточной части цилиндра низкого давления образуются вихревые течения обратных токов, которые приводят к разогреву рабочих лопаток последней ступени до недопустимо высокой температуры (240°С). При этом доля приведенного расхода пара через закрытую регулирующую диафрагму от номинального составляет 0,072. Отвод теплоты разогретого пар осуществляется пропуском последнего через встроенный пучок охлаждающей полости конденсатора, которая в дальнейшем поступает на дополнительный подогрев сетевой воды. Чтобы избежать тепловых потерь в конденсаторе, основной пучок охлаждающей полости конденсатора отключен от циркуляционной воды. Тогда температура конденсации пара в конденсаторе не может опуститься ниже температуры сетевой воды обратной магистрали (70°С) и, как следствие, давление насыщенных паров воды в конденсаторе составит 31 кПа, что в 8 раз превышает номинальное давление (Р_н=4 кПа) и плотность пара (ρ=0.2 кг/м³). Повышение плотности пара приведет к дополнительным вихревым потерям в последних ступенях турбины и, как следствие, к снижению экономической эффективности установки.

Задачей является устранение указанных недостатков наиболее близкого аналога.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение эффективности теплофикационной паротурбинной установки за счет регенерации тепла.

Технический результат достигается тем, что теплофикационная паротурбинная установка содержит проточную часть турбины с регулирующей диафрагмой, выхлопной патрубок, вспомогательный пучок конденсатора, теплообменник сетевой воды с греющей полостью, подключенной к обратной магистрали сетевой воды, и охлаждающей полостью, сообщенной с проточной частью турбины перед регулирующей диафрагмой, при этом установка содержит дополнительный теплообменник сетевой воды с греющей и охлаждающей полостями, дроссель и компрессор, при этом вспомогательный пучок конденсатора установлен по периферии внутренней поверхности выхлопного патрубка, выход вспомогательного пучка конденсатора последовательно сообщен с компрессором, с охлаждающей полостью дополнительного теплообменника, с дросселем и с входом вспомогательного пучка конденсатора с образованием контура хладагента теплового насоса, а вход и выход греющей полости дополнительного теплообменника сообщены соответственно с обратной магистралью и с греющей полостью теплообменника сетевой воды.

На входе вспомогательного пучка конденсатора хладагент находится в жидкой фазе.

На входе встроенного пучка конденсатора температура хладагента составляет 50°С.

В качестве хладагента используется фреон R-113.

Повышение эффективности теплофикационной паротурбинной установки связано с тем, что в полости вспомогательного пучка температура кипения хладагента будет равна температуре насыщения пара при давлении насыщения, равного давлении в конденсаторе, работающего в номинальном режиме работы теплофикационной паротурбинной установки. При этом плотность пара в проточной части цилиндра низкого давления уменьшится до плотности пара в конденсаторе и, как следствие, уменьшатся потери работы турбины, связанные с поддержанием вихревого течения обратных токов в последних ступенях турбины.

На фиг. 1 представлена схема теплофикационной паротурбинной установки.

Теплофикационная паротурбинная установка содержит проточную часть высокого давления 1 и проточную часть низкого давления 2 турбины с расположенной между ними регулирующей диафрагмой 3, выхлопной патрубок 4, вспомогательный пучок 5 конденсатора 6, теплообменник 7 сетевой воды с греющей полостью 8, подключенной к обратной магистрали 9 сетевой воды, и охлаждающей полостью 10, сообщенной с проточной частью высокого давления 1 турбины перед регулирующей диафрагмой 3. Установка дополнительно содержит дополнительный теплообменник 11 сетевой воды с греющей полостью 12 и охлаждающей полостью 13, дроссель 14 и компрессор 15. При этом вспомогательный пучок 5 установлен по периферии внутренней поверхности выхлопного патрубка 4, выход 16 вспомогательного пучка 5 последовательно сообщен с компрессором 15, с охлаждающей полостью 13 дополнительного теплообменника 11, с дросселем 14 и с входом 17 вспомогательного пучка 5 с образованием контура хладагента теплового насоса 18. Вход 19 и выход 20 греющий полости 12 дополнительного теплообменника 11 сообщены соответственно с обратной магистралью 9 и с входом 21 греющей полостью 8 теплообменника 7 сетевой воды. Выход 22 греющей полости 8 сообщен с прямой магистралью 23 сетевой воды.

Теплофикационная паротурбинная установка в режиме полной теплофикационной нагрузки работает следующим образом. Вследствие полного закрытия регулирующей диафрагмы 3, основной расход пара из проточной части высокого давления 1 поступает в охлаждающую полость 10 теплообменника 7, где происходит передача теплоты конденсации пара на нагрев сетевой воды в греющей полости 8. Другая меньшая часть пара через зазоры закрытой регулирующей диафрагмы 3 поступает в проточную часть турбины низкого давления 2, где создается интенсивное вихревое течение обратных токов, приводящих к разогреву рабочих лопаток последней ступени до температуры 200-240°С. При этом доля приведенного расхода пара через закрытую регулирующую диафрагму от номинального составляет 0,072. Вследствие вихревого течения обратных токов, основной расход пара за последней ступенью турбины осуществляется по периферии лопаток, составляющей 0,1 высоты этих лопаток. Далее разогретый пар обтекает наружную поверхность вспомогательного пучка 5, охлаждается и поступает в конденсатор 6. По контору 18 теплового насоса циркулирует хладагент Фреон R-113, где на входе 17, находясь в жидкой фазе при температуре 50°С и давлении насыщенных паров 0,1 МПа, протекает в полости 5, кипит, переходя в паровую фазу, поступает в компрессор 15, который сжимает хладагент до давления 0,2 МПа. Далее парообразный хладагент конденсируется в охлаждающей полости 13 дополнительного теплообменника 11 и после дросселя 14 вновь поступает на вход 17 вспомогательного пучка 5. При этом теплота, полученная в результате конденсации паров хладагента, поступает на нагрев сетевой воды. Таким образом, во-первых, тепловые потери, вызванные вследствие интенсивного вихревого течения обратных токов в проточной части низкого давления турбины 2, возвращены в систему подогрева сетевой воды. Так, например, в теплофикационной турбине Т-180/210-12.8, работающей в режиме полного закрытия регулирующей диафрагмы 3, тепловые потери 3,4 МВт посредством теплового насоса возвращены на нагрев сетевой воды. Во-вторых, вследствие интенсивного охлаждения пара, прошедшего через вспомогательный пучок 5 непосредственно в периферийной зоне рабочих лопаток на выходе из проточной часть низкого давления турбины 2, его температура снизится от 200°С до 55°С. Это приведет к снижению давления насыщенных паров воды, до 15 кПа и, как следствие, к снижению потерь, вызванных снижением плотности вихревого течения обратных токов с 3,4 до 2,2 МВт. Из приведенного примера видно, что предлагаемая теплофикационная паротурбинная установка обладает высокой эффективностью и, в частности, составляет 10%. Все приведенные значения и интервалы значений для различных параметров системы выбраны исходя из расчетов. Выход за обозначенные интервалы значений ухудшают параметры установки.

Таким образом, снижение тепловых потерь в проточной части низкого давления и возврат теплоты этих потерь при помощи теплового насоса в дополнительный нагрев сетевой воды в заявленном техническом решении приводит к повышению эффективности заявленного технического решения по сравнению с известным.