Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ЗАПУСКА ПАРОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ

Изобретение относится к способу запуска паротурбинной установки, которая имеет, по меньшей мере, одну паровую турбину и, по меньшей мере, один парогенератор для создания приводящего в действие паровую турбину пара, при этом паротурбинная установка имеет, по меньшей мере, одну опорную конструктивную часть, которая к моменту запуска имеет исходную температуру более 250°С, при этом температуру пара и опорной конструктивной части непрерывно измеряют, при этом в опорную конструктивную часть с момента запуска подают пар.

Для запуска паротурбинной установки обычно созданный в работающем на уходящем тепле парогенераторе пар сначала не подают в блок паровой турбины паротурбинной установки, а проводят в обход турбины через обводящий участок и непосредственно в конденсатор, который конденсирует пар в воду. Затем конденсат снова подают в виде питающей воды в парогенератор или выпускают через крышу, если нет обводящего участка. Только тогда, когда определенные параметры пара в паропроводах циркуляции воды и пара, соответственно, в ведущих к турбинной части паротурбинной установки паропроводах, выдерживаются, например определенные давления и температуры пара, подключают паровую турбину. Выдерживание этих параметров пара должно удерживать возможные напряжения в толстостенных конструктивных частях на низком уровне и исключать недопустимые относительные расширения.

Когда паровая турбина в течение определенного времени работает при рабочих температурах, то толстостенные конструктивные части паровой турбины после ночных остановок или же после остановок в конце недели имеют еще высокие исходные температуры. При этом толстостенные конструктивные части являются, например, клапанной коробкой или частичным корпусом турбины высокого давления или валом высокого давления, соответственно, среднего давления. После ночных остановок, которые длятся около 8 часов, соответственно, после остановок в конце недели, которые длятся около 48 часов, исходные температуры обычно лежат между 300 и 500°С.

Когда толстостенные конструктивные части паротурбинной установки после горячего старта, соответственно, теплого старта, т.е. после ночной остановки или остановки в конце недели, нагружаются имеющимся в распоряжении паром, который поставляет парогенератор, соответственно, котел, то существует опасность, что толстостенные конструктивные части слишком быстро охлаждаются, поскольку, как правило, первый пар имеет относительно низкую температуру по сравнению с толстостенной конструктивной частью.

Из-за большого различия температур между паром и толстостенными конструктивными частями могут возникать очень высокие тепловые напряжения, которые приводят к усталости материала и тем самым к сокращению срока службы.

Кроме того, между валом и корпусом могут возникать недопустимо большие относительные расширения, которые могут приводить к закрыванию зазора.

Для уменьшения опасности слишком больших различий температуры между паром и толстостенными конструктивными частями, которые приводят к большим тепловым напряжениям, в настоящее время удерживают регулировочные клапаны в паротурбинной установке закрытыми так долго, пока парогенератор, соответственно, котел, не поставляет пар с соответствующей высокой температурой. Эти температуры лежат примерно на 50°С выше исходной температуры отдельных толстостенных конструктивных частей. При этом недостатком является длительное время ожидания до готовности паротурбинной установки.

Задачей изобретения является создание способа для запуска паротурбинной установки указанного в начале вида, который обеспечивает быструю готовность паротурбинной установки.

Эта задача решена с помощью способа запуска паротурбинной установки, которая имеет, по меньшей мере, одну паровую турбину и, по меньшей мере, один парогенератор для создания приводящего в действие паровую турбину пара, при этом паротурбинная установки имеет, по меньшей мере, одну опорную конструктивную часть, которая к моменту запуска имеет исходную температуру более 250°С, при этом температуру пара и опорной конструктивной части непрерывно измеряют, при этом в опорную конструктивную часть паротурбинной установки с момента запуска подают пар, при этом стартовая температура пара ниже температуры опорной конструктивной части, и температуру пара повышают со стартовым переходным значением, и стартовую температуру и стартовое переходное значение выбирают так, что изменение температуры в единицу времени опорной конструктивной части лежит ниже заданного предельного значения, при этом температура опорной конструктивной части сначала уменьшается до достижения минимума, а затем повышается. При этом изменение температуры опорной конструктивной части составляет величины, больше или равные 5 К/мин.

Изобретение исходит из понимания того, что толстостенные конструктивные части паротурбинной установки, несмотря на высокие по сравнению с температурой пара исходные температуры, можно нагружать паром, температура которого лежит ниже исходной температуры отдельных опорных конструктивных частей. Для этого температуру пара необходимо повышать с достаточным переходным значением, так что средняя интегральная температура толстостенных опорных конструктивных частей претерпевает лишь пренебрежимо малое понижение, при этом под переходным значением следует понимать изменение, в частности, изменение температуры в единицу времени (К/мин). В противоположность этому, под градиентом следует понимать изменение, в частности, изменение температуры на единице пути (К/мин). За счет этого можно исключать также проблемы относительного расширения. Таким образом, изобретение исходит из понимания того, что возможно очень быстрое время запуска паротурбинной установки, если отказаться от требования, что температура пара из парогенератора, соответственно, котла, примерно на 50 К превосходит исходную температуру опорной конструктивной части, и подавать пар, температура которого лежит ниже исходной температуры опорной конструктивной части. Однако исходную температуру пара после подачи в опорную конструктивную часть необходимо повышать с достаточным и подходящим стартовым градиентом.

Слишком низкий стартовый градиент будет приводить к слишком небольшому повышению температуры пара, и за счет этого существует опасность слишком сильного охлаждения толстостенных конструктивных частей.

В одном предпочтительном варианте выполнения температуру опорной конструктивной части измеряют на поверхности, которая обращена к пару. Естественно, что опорная конструктивная часть сначала охлаждается на поверхности, а лежащие далее внутрь конструктивные части охлаждаются сравнительно медленнее. Это приводит к разнице температур по толщине опорных конструктивных частей, что может приводить к тепловым напряжениям. При этом предпочтительно измерять температуру конструктивной части непосредственно на поверхности, которая обращена к пару.

В другом предпочтительном варианте выполнения способ дополняется тем, что измеряют другую температуру в месте опорной конструктивной части, которое противоположно пару, при этом исходную температуру и стартовый градиент выбирают так, что разница температур между температурой на поверхности и другой температурой лежит ниже заданного предельного значения разницы температур.

Изобретение исходит из понимания того, что как раз большая разница температур между температурой поверхности опорной конструктивной части и температурой в соседнем месте опорной конструктивной части является вредной. С помощью измерения двух температур на опорной конструктивной части, при этом одну температуру измеряют на поверхности, обращенной к пару, а другую температуру измеряют в месте, которое противоположно пару, существует тотчас возможность измерения возникающей разницы температур с целью принятия подходящих мер, т.е. при необходимости согласовывать стартовое переходное значение пара.

В идеальном случае другую температуру измеряют на поверхности опорной конструктивной части, которая лежит противоположно нагружаемой паром поверхности.

В другой предпочтительной модификации другую температуру измеряют по существу в середине опорной конструктивной части. Поскольку толстостенные опорные конструктивные части паротурбинной установки при повышении температуры ведут себя относительно инерционно, что означает, что повышение температуры в направлении толщины стенок происходит очень медленно, то предпочтительно измерять другую температуру по существу в середине опорной конструктивной части. За счет этого возможен очень ранний контроль изменения температуры толстостенных конструктивных частей.

В другом предпочтительном варианте выполнения стартовое переходное значение выбирают так, что его величина составляет больше или равно 5 К/мин. Величина может быть постоянной или переменной. За счет этого можно с помощью простых технологических средств запускать паротурбинную установку.

В другой предпочтительной модификации изобретения температуру пара после достижения приемного предельного значения повышают с направляющим градиентом, при этом величина направляющего градиента ниже величины стартового градиента. При этом изобретение исходит из идеи, что сначала опорную конструктивную часть нагружают паром, более холодным по сравнению с исходной температурой опорной конструктивной части. Это приводит к охлаждению обращенной к пару поверхности опорной конструктивной части. При этом стартовая температура пара не должна быть слишком низкой относительно стартовой температуры опорной конструктивной части. Повышение температуры пара также должно происходить с подходящим переходным значением. Слишком медленное повышение температуры пара приводит к повреждению опорных конструктивных частей. Толстостенная опорная конструктивная часть сначала охлаждается, пока температура опорной конструктивной части не достигнет минимума. После достижения этого минимума температуру опорной конструктивной части повышают со стартовым переходным значением до приемного предельного значения. После достижения приемного предельного значения температуру пара дополнительно повышают с направляющим переходным значением, при этом величина направляющего переходного значения ниже величины стартового переходного значения. Слишком быстрое повышение температуры пара приводит к тому, что обращенная к пару поверхность слишком быстро нагревается по сравнению с противоположной пару поверхностью опорной конструктивной части, и тем самым приводит к слишком большой разнице температур между поверхностью, которая обращена к пару, и поверхностью, которая противоположна пару. Это приводит к нежелательным повреждениям опорной конструктивной части. За счет выбора подходящего направляющего переходного значения, которое ниже стартового переходного значения, предотвращается образование слишком большой разницы температур между обращенной к пару стороной и противоположной пару стороной.

В другой предпочтительной модификации изменение температуры пара осуществляют посредством внешнего впрыска воды. За счет этого обеспечивается сравнительно простая возможность оказания влияния на переходное значение повышения температуры.

Исходные температуры опорных конструктивных частей предпочтительно составляют между 300 и 450°С. Стартовая температура пара предпочтительно лежит до 150°С ниже исходной температуры. В одной предпочтительной модификации величина стартового переходного значения составляет больше или равна 5 К в минуту, в частности составляет 13 К в минуту. Согласно другой предпочтительной модификации величина направляющего переходного значения составляет меду 0 и 15 К в минуту, в частности составляет 1 К в минуту. Изобретатели установили, что эти величины в современных конструкциях паровых турбин подходят для выполнения указанного выше способа.

Ниже приводится описание примеров выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи. При этом обозначенные одинаковыми позициями компоненты имеют одинаковый принцип действия. При этом на чертежах изображено:

Фиг.1 - схема газотурбинной и паротурбинной установки;

Фиг.2 - график повышения температуры;

Фиг.3 - изменение во времени степени готовности паровой турбины.

Показанная схематично на Фиг.1 комбинированная газотурбинная и паротурбинная установка 1 содержит газотурбинную установку 1а, а также паротурбинную установку 1b. Газотурбинная установка 1а снабжена газовой турбиной 2, компрессором 4, а также, по меньшей мере, одной включенной между компрессором 4 и газовой турбиной 2 камерой 6 сгорания. С помощью компрессора 4 всасывается свежий воздух L, сжимается и через трубопровод 8 свежего воздуха подается в одну или несколько горелок камеры 6 сгорания. Подаваемый воздух смешивается с подаваемым через топливный трубопровод 10 жидким или газообразным топливом В, и смесь воспламеняется. Образующиеся при этом газы сгорания образуют рабочую среду АМ газотурбинной установки 1а, которая подается в газовую турбину 2, где она при расширении выполняет работу и приводит во вращение соединенный с газовой турбиной 2 вал 14. Вал 14 помимо газовой турбины 2 соединен также с компрессором 4 воздуха, а также генератором 12 для приведения их в действие. Расширенная рабочая среда АМ отводится через трубопровод 34 отработавших газов в работающий на отходящем тепле парогенератор 30 паротурбинной установки 1b. В работающем на отходящем тепле парогенераторе выдаваемая газовой турбиной 1а с температурой примерно 500-600°С рабочая среда применяется для создания и перегрева пара.

Паротурбинная установка 1b содержит наряду с работающим на отходящем тепле парогенератором 30, который может быть выполнен, в частности, в виде прямоточной системы, паровую турбину 20 со ступенями 20а, 20b и 20с турбины и конденсатор 26. Работающий на отходящем тепле парогенератор 30 и конденсатор 26 образуют вместе с трубопроводами для конденсата, соответственно, трубопроводами 35, 40 для подводимой воды, а также с паропроводами 48, 53, 70, 80, 10 паровую систему, которая вместе с паровой турбиной 20 образует контур циркуляции воды и пара.

Вода из резервуара 38 для подаваемой воды с помощью насоса 42 для подаваемой воды подается в предварительный нагреватель 44 высокого давления, называемый также экономайзером, и из него направляется в соединенный с выходом экономайзера 44 и выполненный для прямоточной работы испаритель 46. Испаритель 46 в свою очередь соединен на выходе через паропровод 48, в который включен отделитель 50 воды, с перегревателем 52. Через паропровод 43 выход перегревателя 52 соединен с входом 54 для пара ступени 20а высокого давления паровой турбины 20.

В ступени 20а высокого давления паровой турбины 20 перегретый пар из перегревателя 52 приводит во вращение паровую турбину, прежде чем он с выхода 56 для пара ступени 20а высокого давления подается в промежуточный перегреватель 58.

После перегрева в промежуточном перегревателе 58 пар через другой паропровод 81 направляется на вход 60 для пара ступени 20b среднего давления паровой турбины 20, где он приводит во вращение паровую турбину.

Выход 62 для пара ступени 20b среднего давления через перепускной трубопровод 64 соединен с входом 66 для пара ступени 20с низкого давления паровой турбины 20. После прохождения ступени 20с низкого давления и связанного с этим приведения во вращение турбины охлажденный и расширенный пар через выход 68 для пара ступени 20с низкого давления выдается в паропровод 70, который направляет его в конденсатор 26.

Конденсатор 26 преобразует входящий пар в конденсат и выдает конденсат через трубопровод 35 для конденсата с помощью насоса 36 для конденсата в резервуар 38 для подаваемой воды.

Наряду с указанными элементами контура циркуляции воды и пара, он содержит дополнительно обводной трубопровод 100, так называемый обвод высокого давления, который ответвляется от паропровода 53 перед входом 54 для пара ступени 20a высокого давления. Обвод 100 высокого давления обходит ступень 20a высокого давления и входит в подводящий трубопровод 80 промежуточного перегревателя 58. Другой обводной трубопровод, так называемый обвод 200 среднего давления, ответвляется от паропровода 81 перед входом 60 для пара ступени 20b среднего давления. Обвод 200 среднего давления обходит как ступень 20b среднего давления, так и ступень 20с низкого давления и входит в ведущий в конденсатор 26 паропровод 70.

В обводе 100 высокого давления и обводе 200 среднего давления установлен запирающий клапан 102, 202, с помощью которого его можно закрывать. Запирающие клапаны 104, 204 находятся также в паропроводе 53, соответственно, в паропроводе 81, а именно, соответственно, между точкой ответвления обводного трубопровода 100, соответственно, 200 и входом 54 для пара ступени 20а высокого давления, соответственно, входом 60 для пара ступени 20b среднего давления.

Запирающий клапан находится в паропроводе 53, а именно между точкой ответвления обводного трубопровода 100 и входом 54 для пара ступени 20a высокого давления паровой турбины 20.

Обводной трубопровод 100 и запирающие клапаны 102, 104 служат для направления части пара в обвод паровой турбины 20 во время запуска газотурбинной и паротурбинной установки 1.

В начале выполнения способа паротурбинная установка 1b находится в охлажденном состоянии и необходимо выполнить горячий, соответственно, теплый, запуск. Под горячим запуском обычно понимается запуск после остановки на ночь в течение около 8 часов, в то время как запуск после остановки в конце недели в течение около 48 часов называется теплым запуском. При этом толстостенные конструктивные части паротурбинной установки 1b имеют еще высокие исходные температуры от 300 до около 500°С. Толстостенные конструктивные части можно называть также опорными конструктивными частями. При этом толстостенные конструктивные части являются, например, клапанным корпусом и корпусом высокого давления, валом высокого давления и валом среднего давления. Возможны также другие толстостенные конструктивные части.

В момент запуска опорная конструктивная часть имеет исходную температуру, по меньшей мере, свыше 250°С. В одной стадии способа непрерывно измеряют температуру пара и опорной конструктивной части. В паротурбинную установку 1b с момента запуска подают пар.

При этом стартовая температура пара ниже температуры опорной конструктивной части. Затем температуру пара повышают с регулируемым переходным значением, при этом стартовую температуру и стартовое переходное значение выбирают так, что изменение температуры в единицу времени опорной конструктивной части лежит ниже заданного предельного значения, при этом температура опорной конструктивной части сначала понижается, пока не будет достигнут минимум, а затем повышается.

На Фиг.2 показано изменение температуры пара 205 в зависимости от времени. Показано также изменение температуры на обращенной к пару поверхности 202 толстостенной конструктивной части. На Фиг.2 показана также средняя интегральная температура 204 толстостенной конструктивной части.

Под средней интегральной температурой 204 понимается, например, температура, которая преобладает по существу в середине опорной конструктивной части.

После момента 200 запуска температуру пара 205 повышают со стартовым переходным значением, которое, как показано на Фиг.2, является постоянным. Постоянное стартовое переходное значение приводит к линейному изменению температуры до приемного предельного значения 201. От приемного предельного значения 205 повышение температуры пара 205 происходит с направляющим переходным значением, которое имеет меньшую величину, чем стартовое переходное значение. Исходная температура толстостенной опорной конструктивной части имеет величину более 250°С и составляет в этом примере выполнения около 500°С. За счет нагрузки толстостенной конструктивной части паром, температура которого ниже температуры толстостенной конструктивной части, температура поверхности толстостенной конструктивной части сначала понижается до достижения минимума 202. После этого минимума 202 температура толстостенной конструктивной части становится выше и повышается сравнительно сильно до момента 206, в котором температура пара достигает приемного предельного значения, а затем повышается умереннее с направляющим переходным значением. Для этого на температуру пара можно оказывать влияние посредством впрыска воды.

Средняя интегральная температура 204 опорной конструктивной части следует в принципе также за изменением температуры толстостенной конструктивной части, показанным с помощью кривой 203. Сначала температура понижается до достижения минимального значения 204. Затем температура повышается.

На Фиг.3 показана готовность, соответственно, мощность такой газотурбинной и паротурбинной установки, согласно изобретению. Изображенные пунктиром кривые показывают изменение обычной газотурбинной и паротурбинной установки, согласно уровню техники. Сплошные линии показывают изменения газотурбинной и паротурбинной установки, запуск которой осуществляется с помощью способа, согласно изобретению. На оси Х нанесено время, а на оси Y готовность, соответственно, мощность паротурбинной установки в процентах. Кривые 300 и 301 показывают изменение для газотурбинной установки (СТ = турбина сгорания), а кривые 400 и 401 показывают изменение для паротурбинной установки (ST = паровая турбина). Можно видеть, что в обычной газотурбинной и паротурбинной установке готовность 30% достигается относительно рано, однако готовность 100% лишь после времени t1, которое в выбранном примере составляет около 50 минут. В установке, согласно изобретению, готовность примерно 30% достигается также относительно рано, а именно в момент времени t2, который составляет около 10 минут. Однако готовность 100% достигается в этом случае уже после момента времени t3, который в выбранном примере составляет около 30 минут.