Линия генератора - паровой турбины - турбокомпрессора и способ для ее эксплуатации - RU2478795C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к линии генератора - паровой турбины - турбокомпрессора и способу для эксплуатации линии генератора - паровой турбины - турбокомпрессора.

Турбокомпрессор находит применение, например, в установке химической промышленности. В установке обычно имеет место выработка термической энергии в форме технологического пара. Технологический пар подготавливается в системе технологического пара, из которой технологический пар может отводиться для привода паровой турбины. Паровая турбина обычно служит для привода турбокомпрессора.

Обычно турбокомпрессор эксплуатируется при различных рабочих состояниях, которые могут иметь место при различных числах оборотов турбокомпрессора. Обычно число оборотов турбокомпрессора оказывает влияние на мощность привода, снимаемую с турбокомпрессора, причем тепловая мощность, предоставляемая от системы технологического пара, обычно больше, чем требуется для привода турбокомпрессора. Этот избыток мощности увеличивается при падении потребления мощности турбокомпрессора.

Обычно этот избыток мощности не используется или преобразуется в дополнительно созданном в установке паротурбогенераторе, состоящем из паровой турбины и генератора.

На фиг.2 показан паротурбогенератор, содержащий генератор 101 и паровую турбину 102. Паровая турбина 102 приводит в действие генератор 101 через первую муфту 104. Для привода паровой турбины 102 по трубопроводу 106 свежего пара на паровую турбину 102 подается свежий пар. Электрическая мощность, выработанная генератором 101, выдается в электрическую сеть 107.

Кроме того, пар из трубопровода 106 свежего пара приводит в действие другую паровую турбину 108, которая, со своей стороны, через муфту 105 связана с турбокомпрессором 103 для его привода. Число оборотов турбокомпрессора 103 регулируется с помощью устройства 109 обратной связи по числу оборотов, которое управляет клапаном 108а свежего пара. Тем самым, при задании предварительно определенного числа оборотов для турбокомпрессора 103 с помощью устройства 109 обратной связи по числу оборотов клапан 108а свежего пара управляется таким образом, что количество пара, подводимое из трубопровода 106 свежего пара на паровую турбину 108, устанавливается таким образом, что турбокомпрессор 103 настраивается на предварительно определенное число оборотов.

По причинам регулирования и технологическим причинам паровая турбина 108 для привода турбокомпрессора 103 выполняется с размерами, выбранными с запасом. Паровая турбина 108 при минимальных параметрах трубопровода 106 свежего пара должна обеспечивать максимальную требуемую приводную мощность турбокомпрессора 103. Кроме того, паровая турбина 108 и при пониженных параметрах свежего пара должна обеспечивать возможность запуска турбокомпрессора 103. Поэтому в номинальном режиме паровая турбина 108 нагружена только примерно на 70% своего максимального расхода пара. Следствием этого является то, что паровая турбина 108 в течение преобладающего рабочего времени эксплуатируется с задросселированным клапаном 108а свежего пара. Из-за этого КПД паровой турбины 108 лежит намного ниже ее максимального КПД.

Посредством паровой турбины 102 и генератора 101 избыточный свежий пар, который имеется в трубопроводе 106 свежего пара, преобразуется в электрическую энергию. Однако дополнительное обеспечение паровой турбины 102 и генератора 106 в установке является затратным и дорогостоящим.

Фиг.3 показывает обычную линию, имеющую генератор 101, паровую турбину 102 и турбокомпрессор 103. Паровая турбина 102 запитывается свежим паром из трубопровода 106 свежего пара и посредством муфты 104 соединена с генератором 101, а посредством муфты 105 соединена с турбокомпрессором 103 для привода.

Выработанная в генераторе 101 электрическая мощность выдается в электрическую сеть 107. Турбокомпрессор 103 эксплуатируется при постоянном числе оборотов.

Паровая турбина 102, по вышеназванным причинам, при номинальной нагрузке и частичной нагрузке работает в задросселированном состоянии, так что КПД паровой турбины 102 также лежит ниже ее оптимального КПД. Кроме того, отсутствует возможность регулировать турбокомпрессор 103 по числу оборотов, что приводит к потере КПД всего процесса.

В JP 58005407 описана линия, состоящая из паровой турбины, двигателя и турбомашины, причем двигатель электрически подключен к электрической сети. Двигатель выполнен как асинхронный двигатель и применяется как вспомогательный двигатель при пуске линии. Если при пуске двигатель достигает 100% синхронного числа оборотов, то этот двигатель применяется как генератор, с помощью которого электрическая мощность отдается в электрическую сеть.

Задачей изобретения является создание линии генератора паровой турбины турбокомпрессора и способа для ее эксплуатации, причем линия генератора - паровой турбины - турбокомпрессора имеет высокий КПД, хорошую регулируемость и незначительные инвестиционные затраты.

Соответствующая изобретению линия генератора - паровой турбины - турбокомпрессора содержит изменяемый по частоте генератор, паровую турбину и турбокомпрессор, приводимый генератором и/или паровой турбиной, которые взаимосвязаны валопроводом, причем генератор электрически связан с электрической сетью для сетевого питания, а паровая турбина имеет возможность подключения к линии подачи свежего пара для подачи свежего пара к паровой турбине, так что линия генератора - паровой турбины - турбокомпрессора через изменение сетевого питания и/или через подачу свежего пара имеет возможность регулирования по числу оборотов, причем линия генератора - паровой турбины - турбокомпрессора имеет преобразователь частоты, с помощью которого генератор может быть электрически связан с электрической сетью для сетевого питания, и мощность генератора является регулируемой, так что линия генератора - паровой турбины - турбокомпрессора с помощью преобразователя частоты может регулироваться по числу оборотов.

Соответствующий изобретению способ эксплуатации линии генератора - паровой турбины - турбокомпрессора содержит этапы предоставления линии генератора - паровой турбины - турбокомпрессора; варьирования сетевого питания генератора и/или варьирования подачи свежего пара к паровой турбине для регулирования числа оборотов линии генератора - паровой турбины - турбокомпрессора, предоставления упомянутой линии с преобразователем частоты; варьирования мощности генератора с помощью преобразователя частоты для регулирования числа оборотов линии генератора - паровой турбины - турбокомпрессора.

В линии генератора - паровой турбины - турбокомпрессора турбокомпрессор приводится в действие от паровой турбины, причем представленная в линию технологическая энергия полностью преобразуется. За счет того что паровая турбина приводит в действие генератор, не требуется предусматривать дополнительный привод генератора, так что инвестиционные затраты на линию генератора - паровой турбины - турбокомпрессора являются низкими.

Паровая турбина в линии генератора - паровой турбины - турбокомпрессора может приводиться в действие при полностью отрегулированном клапане регулирования пара. Это приводит к высокому КПД паровой турбины, так что съем энергии процесса является высоким.

Кроме того, мощность турбокомпрессора в линии генератора - паровой турбины - турбокомпрессора может регулироваться посредством переменного числа оборотов, за счет чего регулирование мощности турбокомпрессора является эффективным.

При пуске турбокомпрессора генератор может эксплуатироваться как двигатель, из-за чего при пуске турбокомпрессора генератором обеспечивается дополнительная мощность привода. Тем самым паровую турбину не требуется выполнять таким образом, чтобы пуск турбокомпрессора осуществлялся при имеющихся низких параметрах пара при высоком потреблении мощности турбокомпрессора. Тем самым паровую турбину можно выполнить более экономично, за счет чего инвестиционные затраты на паровую турбину являются низкими. Кроме того, паровая турбина в нормальном режиме работы может приводиться в действие без дросселирования или лишь с незначительным дросселированием, благодаря чему КПД турбины является высоким.

Посредством преобразователя частоты отдача мощности генератора при сетевом питании является переменной, так что потребность в мощности генератора может согласовываться с потребностью в мощности турбокомпрессора. За счет этого приводная мощность паровой турбины может задаваться и тем самым может согласовываться с предоставляемой мощностью устройства подачи свежего пара. За счет этого полное предоставляемое количество пара устройства подачи свежего пара может разгружаться в паровой турбине, при этом турбокомпрессор может эксплуатироваться при желательном рабочем состоянии.

Предпочтительным образом, паровая турбина имеет клапан свежего пара для подачи свежего пара от устройства подачи свежего пара к паровой турбине, причем с помощью клапана свежего пара подача свежего пара регулируется, так что линия генератора - паровой турбины - турбокомпрессора является регулируемой по числу оборотов посредством клапана свежего пара.

Тем самым обеспечивается, что подача энергии к паровой турбине является регулируемой с помощью клапана свежего пара, который для этого имеет соответствующее положение клапана. За счет этого отдача мощности паровой турбины и тем самым число оборотов паровой турбины просто регулируется.

Предпочтительно генератор может эксплуатироваться как в генераторном режиме, так и в режиме приводного двигателя.

Если генератор эксплуатируется в режиме приводного двигателя, то от генератора предоставляется дополнительная приводная мощность. Эта дополнительная приводная мощность может требоваться, например, при пуске турбокомпрессора, если, например, обеспечиваемое количество пара устройства подачи свежего пара является слишком низким для пуска турбокомпрессора. Поэтому можно запускать турбокомпрессор, даже если приводная мощность самой паровой турбины недостаточна. В режиме приводного двигателя генератор получает мощность из сети.

Предпочтительным образом генератор представляет собой генератор с высоким числом оборотов.

В способе эксплуатации линии генератора - паровой турбины - турбокомпрессора, кроме того, предпочтительными являются этапы: предоставления паровой турбины с клапаном свежего пара; варьирование положения клапана свежего пара для регулирования, по числу оборотов линии генератора - паровой турбины - турбокомпрессора; при нормальном режиме: эксплуатации паровой турбины с полностью отрегулированным клапаном свежего пара.

За счет этого в нормальном режиме паровая турбина эксплуатируется при номинальной нагрузке, а не при частичной нагрузке, так что КПД паровой турбины является высоким.

Кроме того, в способе эксплуатации линии генератора - паровой турбины - турбокомпрессора предпочтительными являются этапы: предоставления генератора, эксплуатируемого как в генераторном режиме, так и в режиме приводного двигателя; в режиме пуска: эксплуатации генератора в режиме приводного двигателя.

Далее изобретение показано на основе предпочтительного примера выполнения соответствующей изобретению линии генератора - паровой турбины - турбокомпрессора, при этом на чертежах показано:

Фиг.1 схематичное представление соответствующей изобретению линии генератора - паровой турбины - турбокомпрессора;

Фиг.2 - линия паровой турбины - турбокомпрессора и линия паровой турбины - генератора согласно уровню техники и

Фиг.3 - линия генератора - паровой турбины - турбокомпрессора согласно уровню техники.

Как видно из фиг.1, линия 1 генератора - паровой турбины - турбокомпрессора содержит генератор 2, паровую турбину 3 и турбокомпрессор 4, которые образуют валопровод 5. Паровая турбина 3 для привода генератора 2 связана с ним посредством первой муфты 5а, а для привода турбокомпрессора 4 связана посредством второй муфты 5b. Паровая турбина 3 нагружается паром из устройства 7 подачи свежего пара, причем поток пара к паровой турбине 3 регулируется клапаном 8 свежего пара. Клапан 8 свежего пара посредством устройства 10 обратной связи по числу оборотов связан с числом оборотов валопровода 5. Посредством устройства 10 обратной связи по числу оборотов клапан 8 свежего пара управляется таким образом, что валопровод 5 регулируется по числу оборотов.

Генератор 2 связан через преобразователь 9 частоты с электрической сетью 6 для сетевого питания. Преобразователь 9 частоты посредством устройства 11 обратной связи по числу оборотов связан с числом оборотов валопровода 5.

Паровая турбина 3, с помощью клапана 8 свежего пара и устройства 10 обратной связи по числу оборотов, выполнена с возможностью регулируемого по числу оборотов привода турбокомпрессора 4. Кроме того, паровая турбина 3 скомбинирована для привода генератора 2 на валопроводе 5. Генератор 2 и преобразователь 9 частоты, в случае если краевые условия при пуске турбокомпрессора 4 требуют дополнительной вспомогательной энергии, также могут эксплуатироваться в режиме двигателя. Паровая турбина 3 в нормальном режиме запускается с полностью отрегулированным клапаном 8 свежего пара, так что паровая турбина в номинальном режиме может эксплуатироваться с высоким КПД.

Избыточная мощность, имеющаяся в номинальном режиме паровой турбины 3, используется в генераторе 2 для выработки электрической мощности.

С помощью преобразователя 9 частоты посредством генератора 2 может вырабатываться переменный ток с соответствующей сетевой частотой сети 6, который может вводиться в сеть 6. При необходимости генератор 2 в режиме двигателя может обеспечивать дополнительную механическую мощность для пуска турбокомпрессора 4. Регулирование числа оборотов валопровода 5 осуществляется либо согласованием мощности сетевого питания, либо при постоянной мощности генератора 2 посредством клапана 8 свежего пара паровой турбины 2. Регулирование мощности генератора 2 осуществляется в преобразователе 9 частоты.

Реферат

Изобретение относится к энергетике. Линия генератора - паровой турбины - турбокомпрессора, содержит изменяемый по частоте генератор, паровую турбину и турбокомпрессор, приводимый генератором и/или паровой турбиной, которые взаимосвязаны валопроводом, причем генератор электрически связан с электрической сетью для сетевого питания, а паровая турбина имеет возможность подключения к устройству подачи свежего пара для подачи свежего пара к паровой турбине, так что линия генератора - паровой турбины - турбокомпрессора посредством изменения сетевого питания и/или посредством подачи свежего пара имеет возможность регулирования по числу оборотов. Изобретение позволяет повысить КПД и обеспечить хорошую регулируемость при незначительных инвестиционных затратах. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула