Результат интеллектуальной деятельности: Паротурбинная установка с системой рециркуляции основного конденсата и системой смазки

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при проектировании новых и модернизации действующих паротурбинных установок (ПТУ).

Известны ПТУ, включающие в себя конденсационную или теплофикационную турбины, работающие на конденсатор (К), регенеративную систему, систему рециркуляции основного конденсата.

Система рециркуляции основного конденсата используется на этапах подготовки к работе и на ряде режимов работы ПТУ, когда в К пар из турбины, а также пар и вода из других источников, могут не поступать совсем или поступают с ограниченными расходами. В результате, конденсата, образующегося в К из этих потоков пара и воды, недостаточно для нормальной работы конденсатных насосов (КН), основного эжектора (ЭО), эжектора уплотнений (ЭУ), сальникового подогревателя (ПС).

В этом случае для поддержания нормальной работы указанного оборудования этот ограниченный расход конденсата по линии рециркуляции возвращается в К. Подробно о работе системы рециркуляции основного конденсата (Г.Д. Баринберг, Ю.М. Бродов, А.А. Гольдберг и др., Паровые турбины турбоустановки Уральского турбинного завода, под общей редакцией д.т.н. Ю.М. Бродова и к.т.н. В.В. Кортенко; 2-изд., переработанное и дополненное, Екатеринбург: "Априо", 2010, 488 с., стр. 64-66, 417-420 [1]).

В конденсационных турбинах система рециркуляции основного конденсата работает на пусковых режимах, на режимах с минимальной конденсационной нагрузкой. Полученную в ЭО, ЭУ и ПС теплоту поток рециркуляции конденсата отдает в К циркуляционной воде и для цикла ПТУ с конденсационными турбинами она теряется. Для теплофикационных турбин режимы с большими тепловыми нагрузками и малыми расходами пара в К могут продолжаться длительное время (стр. 419 [1]). При этом, потери теплоты с потоком рециркуляции в данном случае могут не происходить, т.к. некоторые теплофикационные турбины работают на К, оборудованные встроенными пучками (ВП), через которые пропускается сетевая или подпиточная вода (рис 7.3, стр. 360 [1]). Подогрев в ВП, например сетевой воды, является первой ступенью ее подогрева. Для дальнейшего подогрева сетевая вода направляется в сетевой подогреватель (подогреватели). В этом случае теплота потока рециркуляции утилизируется в ВП К. Недостатком известного решения является то, что для ПТУ с турбинами конденсационного типа, а также с теплофикационными турбинами, в К которых отсутствует ВП, утилизация теплоты потока рециркуляции основного конденсата не представляется возможной.

Полезное использование этой теплоты в ПТУ с теплофикационными турбинами, где в К отсутствует ВП, осуществляется в известной установке, принятой за прототип (Изобретение «Теплофикационная паротурбинная установка с охладителем основного конденсата на линии его рециркуляции», патент №2714020, опубл. 11.02.2020, [2-прототип]). На линии рециркуляции установлен поверхностный охладитель рециркулирующего конденсата, подключенный по охлаждающей стороне к линии сетевой воды в байпас к сетевому насосу, который позволяет, с одной стороны, возвратить в теплофикационный цикл избыточную теплоту рециркулирующего потока основного конденсата, а с другой стороны, снизить температуру основного конденсата, поступающего в качестве охлаждающей среды для конденсации выхлопного пара парового эжектора и пара из концевых уплотнений турбины, обеспечивая тем самым их нормальную работу. Однако, известно, что пуск ПТУ с теплофикационной турбиной осуществляется на конденсационном режиме, когда через К пропускается циркуляционная вода, а подключение отборов на теплофикацию и запуск сетевой установки происходит с выдержкой по времени (Бененсон Е.И., Иоффе Л.С., Теплофикационные паровые турбины, под. ред. Д.П. Бузина, 2-е изд., переработанное и дополненное, М.: Энергоатомиздат, 1986, 272 с., стр. 259, [3]). Таким образом, недостатком указанного решения [2] является то, что в этот период в ПТУ с теплофикационными турбинами утилизировать теплоту потока рециркуляции основного конденсата не представляется возможным. Также невозможно использование этого решения с турбинами конденсационного типа, в которых отсутствует установка для подогрева сетевой воды.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявленное изобретение, является отсутствие возможности утилизировать теплоту потока рециркуляции основного конденсата в ПТУ с турбинами конденсационного типа и с теплофикационными турбинами в, К которых отсутствуют ВП, в период их пуска на конденсационном режиме.

Предлагается использование теплоты потока рециркуляции основного конденсата в ПТУ в системе смазки, обеспечивающей снабжение турбинным маслом подшипников турбины и генератора (ТА). Подача масла на подшипники ТА одна из начальных операций пуска. Температура масла на смазку должна находиться в определенных пределах. Как правило, при использовании минеральных масел, это 40°С - 45°С (РД 34.30.508-93, Типовая инструкция по эксплуатации маслосистем турбоустановок мощностью 100-800 МВт, работающих на минеральном масле, п. 5.4.1 [4]). Для снижения температуры масла используются маслоохладители. Причем, пуск турбины при пониженной температуре масла, ниже установленного заводом-изготовителем предела, также не допускается (СО 153-34.20.501-03, Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации, п. 4.4.24 [5]). Для ее повышения требуется дополнительное время на холостую прокачку масла в период подготовительных работ к пуску ТА, либо используются электронагреватели масла. В первом случае увеличивается общее время пусковых операций, во втором - хоть и незначительно, но увеличиваются затраты на собственные нужды станции, требуется выполнение правил по обеспечению электробезопасности. Например, для турбины Тп-115/130-12,8 с генератором ТФ-125-2У3 в качестве электронагревателя применяется установка ЭТМА НТМ-70Е У1 мощностью 70 кВт, напряжением 400 В.

Техническим результатом настоящего изобретения является, с одной стороны, обеспечение подогрева масла ТА с использованием теплоты потока рециркуляции основного конденсата в ПТУ с теплофикационными турбинами без ВП в К в период их пуска и в ПТУ с турбинами конденсационного типа, а, с другой стороны, снижение температуры основного конденсата, поступающего в качестве охлаждающей среды для конденсации рабочего пара ЭО и пара из концевых уплотнений турбины в ЭУ и ПС, обеспечивая тем самым их нормальную работу.

Технический результат достигается заявленной ПТУ, включающей в себя теплофикационную турбину без ВП в К, или турбину конденсационного типа с подключенным к ее выхлопной части К с основным пучком охлаждающих труб с пропускаемой через них охлаждающей (циркуляционной) водой, конденсатосборником К с подключенным КН, прокачивающим основной конденсат, образующийся из пара, поступающего в паровое пространство К, в зависимости от взаимосвязанно настроенных регулирующих клапанов основного конденсата и рециркуляции через охладители ЭО, ЭУ, ПС в подогреватели регенеративной системы. К линии основного конденсата регенеративной системы турбины своим входом по водяной стороне подключен поверхностный водомасляный теплообменник, а своим выходом по водяной стороне - к линии возврата потока рециркуляции основного конденсата в паровое пространство К. Отличительным признаком заявленной ПТУ является то, что по масляной стороне поверхностный водомасляный теплообменник своим входным патрубком соединен трубопроводом с зоной холодного масла маслобака, своим выходным патрубком трубопроводом с зоной подогретого масла маслобака системы смазки ПТУ.

В ходе проведения патентно-информационного поиска не выявлены сведения, ставшие общедоступными в мире до даты приоритета, которые содержат совокупность существенных признаков, указанных в независимом пункте формулы заявленного изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию патентоспособности «новизна».

После дополнительного анализа всех найденных аналогов установлено, что в результате использования заявленной ПТУ, характеризующейся признаками, указанными в формуле изобретения, был получен неочевидный для специалиста технический результат, что подтверждает соответствие критерию «изобретательский уровень».

Заявленное изобретение поясняется прилагаемой фигурой, на которой изображена схема предложенной ПТУ, состоящей из теплофикационной или конденсационной турбины 1 с подключенным к ее выхлопной части К 2 с конденсатосборником 3, основным пучком охлаждающих труб 4 с пропускаемой через них охлаждающей (циркуляционной) водой для конденсации выходящего из турбины 1 пара. К конденсатосборнику 3 подключена линия основного конденсата 5, направляемого КН 6 в регенеративную систему, включающую в себя ЭО 7, ЭУ 8, ПС 9 и расположенные за регулирующим клапаном основного конденсата РК 10 подогреватели регенеративной системы. На линии рециркуляции 11, проходящей по водяной стороне поверхностного водомасляного теплообменника 12, установлен регулирующий клапан рециркуляции РК 13. По линии 14 охлажденный в поверхностном водомасляном теплообменнике 12 конденсат возвращается в паровое пространство К 2. Система смазки включает в себя подшипники 15 турбины 1, соединенные напорными линиями 16 с маслоохладителями (условно не показаны) и сливными линиями 17, соединенными с зоной 18 подогретого масла маслобака 19. Маслобак 19 посредством линии 20 соединен со всасом маслонасоса МН 21, который своим напорным патрубком соединен линией 22 с зоной 23 холодного масла в маслобаке 19. Эта зона линией подвода масла 24 с запорным органом 25 связана с входным патрубком по масляной стороне поверхностного водомасляного теплообменника 12, который своим выходным патрубком по масляной стороне связан линией подвода масла 26 с запорным органом 27 с зоной 18 подогретого масла маслобака 19.

Заявленная ПТУ работает следующим образом.

Когда пуск ПТУ осуществляется из холодного состояния, особенно после длительного простоя, масло в системе смазки может иметь температуру ниже допустимой. Для ПТУ производства АО "Уральский турбинный завод" минимально допустимая температура масла, подаваемая на смазку подшипников ТА, составляет 40°С.Запорная арматура 25 на линии подвода масла 24 из зоны 23 холодного масла маслобака 19 к поверхностному водомасляному теплообменнику 12 и запорная арматура 27 на линии подвода масла 26 в зону 18 подогретого масла маслобака 19 из поверхностного водомасляного теплообменника 12 открыты. МН 21 системы смазки турбины прокачивает масло через поверхностный водомасляный теплообменник 12.

В период этих же режимов работы ПТУ в К 2 поступает ограниченный расход пара и расход конденсата, образующегося в К 2 из этого пара, откачиваемого КН 6 из конденсатосборника 3, направляемого через РК 10 к подогревателям регенеративной системы, недостаточно для поддержания требуемых уровня в КН 6 и расхода через ЭО 7, ЭУ 8, ПС 9 для обеспечения надежного процесса конденсации рабочего пара в ЭО 7 и пара из уплотнений в ЭУ 8, ПС 9. В этом случае прикрывается (закрывается) РК 10, одновременно приоткрывается (открывается) РК 13. Соответственно часть или весь расход основного конденсата направляется по линии рециркуляции 11 на вход поверхностного водомасляного теплообменника 12, нагревая в нем масло до требуемой температуры.

Таким образом, вышеуказанные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании изобретения следующей совокупности условий:

- ПТУ, воплощающая заявленное изобретение при его осуществлении, используется в турбостроении,

- ПТУ, воплощающая заявленное изобретение, способна обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности «промышленная применимость».