Система, содержащая паровую турбину низкого давления (варианты), и система комбинированного цикла - RU2570247C2

Чертежи

Описание

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение, описанное в данном документе, относится к системе, предназначенной для отвода части тепла, выделяемого из паровой турбины низкого давления (НД), к подогревателю питательной воды. В частности, данное изобретение относится к системе отвода части тепла, выделяемого из паровой турбины НД, к парогенератору-рекуператору (ПГРК) через подогреватель питательной воды.

В некоторых энергетических установках, например, в определенных энергетических установках комбинированного цикла (СС) используют конденсаторы с воздушным охлаждением (КВО) в качестве теплопоглощающего устройства (устройств) для отвода тепла из выхлопного потока паровой турбины низкого давления (НД). КВО обеспечивают газогазовое охлаждение тепла выхлопного потока турбины, что может уменьшить или полностью исключить необходимость использования воды, образующейся в процессе цикла конденсации. Однако КВО, как правило, являются крупногабаритными, дорогостоящими устройствами, в которых может возникать высокое противодавление, что уменьшает эффективность и производительность паровой турбины НД (и системы в целом).

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Описаны решения проблемы отвода части тепла выхлопного потока паровой турбины низкого давления. В одном варианте выполнения система содержит паровую турбину низкого давления (НД), конденсатор с воздушным охлаждением (КВО), проточно сообщающийся с паровой турбиной низкого давления и предназначенный для приема части пара из выхлопного потока паровой турбины НД, подогреватель питательной воды, проточно сообщающийся с паровой турбиной НД по трубопроводу и предназначенный для приема части входного пара от паровой турбины НД, и конденсатный насос, проточно сообщающийся с КВО и подогревателем питательной воды и предназначенный для приема конденсированной текучей среды из КВО и текучей среды, выпускаемой из подогревателя питательной воды.

В первом аспекте предложена система, содержащая паровую турбину низкого давления (НД), конденсатор с воздушным охлаждением (КВО), проточно сообщающийся с паровой турбиной НД и предназначенный для приема части пара из выхлопного потока паровой турбины НД, подогреватель питательной воды, проточно сообщающийся с паровой турбиной НД по трубопроводу и предназначенный для приема части входного пара от паровой НД турбины, и конденсатный насос, проточно сообщающийся с КВО и подогревателем питательной воды и предназначенный для приема конденсированной текучей среды из КВО и текучей среды, выпускаемой из подогревателя питательной воды.

Во втором аспекте предложена система, содержащая паровую турбину, функционально соединенную с валом, нагрузочное устройство, функционально соединенное с валом, паровую турбину низкого давления, проточно сообщающуюся с паровой турбиной и функционально соединенную с валом, конденсатор с воздушным охлаждением (КВО), проточно сообщающийся с паровой турбиной низкого давления и предназначенный для приема части пара из выхлопного потока паровой турбины низкого давления, подогреватель питательной воды, проточно сообщающийся с паровой турбиной низкого давления по трубопроводу и предназначенный для приема части входного пара от паровой турбины низкого давления, и конденсатный насос, проточно сообщающийся с КВО и подогревателем питательной воды, предназначенный для приема конденсированной текучей среды из КВО и текучей среды, выпускаемой из подогревателя питательной воды.

В третьем аспекте предложена система комбинированного цикла, содержащая газовую турбину, функционально соединенную с первым валом и проточно сообщающуюся с парогенератором-рекуператором (ПГРК), первое нагрузочное устройство, функционально соединенное с валом, паровую турбину, функционально соединенную с одним из валов, первым валом или вторым валом и проточно сообщающуюся с ПГРК, паровую турбину низкого давления, проточно сообщающуюся с паровой турбиной и ПГРК и функционально соединенную с указанным одним из валов, первым валом или вторым валом, который функционально соединен с паровой турбиной, конденсатор с воздушным охлаждением (КВО), проточно сообщающийся с паровой турбиной низкого давления и предназначенный для приема части пара из выхлопного потока паровой турбины низкого давления, подогреватель питательной воды, проточно сообщающийся с паровой турбиной низкого давления по трубопроводу и предназначенный для приема части входного пара от паровой турбины низкого давления, и конденсатный насос, проточно сообщающийся с КВО и подогревателем питательной воды и предназначенный для приема конденсированной текучей среды из КВО и текучей среды, выпускаемой из подогревателя питательной воды.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Указанные и другие особенности настоящего изобретения станут более понятными из приведенного ниже подробного описания различных аспектов изобретения, выполненного со ссылкой на прилагаемые чертежи, иллюстрирующие разные варианты выполнения изобретения.

Фиг.1 изображает принципиальную схему системы согласно варианту выполнения.

Фиг.2 изображает принципиальную схему системы комбинированного цикла согласно варианту выполнения.

Следует отметить, что чертежи выполнены не в масштабе. Чертежи отражают только типичные аспекты изобретения и поэтому не должны рассматриваться как ограничивающие объем изобретения. На всех чертежах одинаковыми номерами позиций обозначены одинаковые элементы.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Как указано выше, согласно аспектам данного изобретения предусмотрено отведение части тепла, выделяемого из паровой турбины низкого давления (НД), в парогенератор-рекуператор (ПГРК), через подогреватель питательной воды. Подогреватель питательной воды повышает температуру питательной воды на впуске ПГРК, тем самым уменьшая режим экономии питательной воды в ПГРК. Часть выделяемого тепла, которая отводится из конденсатора с воздушным охлаждением (КВО), перебрасывается в ПГРК, приводя к повышению температуры выхлопной трубы ПГРК и уменьшению количества тепла, выделяемого из КВО.

Некоторые энергетические установки, например определенные энергетические установки комбинированного цикла (КЦ), могут использовать конденсаторы с воздушным охлаждением (КВО) в качестве теплопоглощающего устройства (устройств) для отвода тепла из выхлопного потока паровой турбины низкого давления (НД). КВО обеспечивают газогазовое охлаждение тепла выхлопного потока турбины, что может уменьшить или полностью исключить необходимость использования воды, образующейся в процессе цикла конденсации. Кроме того, КВО обеспечивают большую свободу выбора местоположения энергетической установки, так как близость к источникам воды и/или другие факторы окружающей среды менее важны при планировании энергетической установки, содержащей КВО.

Функция КВО передачи тепла от конденсируемой им рабочей текучей среды (например, пара) определяется температурой насыщения указанного пара, температурой окружающей среды по сухому термометру и площадью поверхности (размером) КВО. Для эффективной передачи тепла при различных условиях окружающей среды, размеры КВО выбирают таким образом, чтобы они обеспечивали наилучшее соотношение цены и производительности в номинальных условиях заказчика. Поскольку теплообмен из КВО происходит в воздушную среду, то КВО, как правило, представляет собой крупногабаритное устройство, имеющее большую площадь поверхности. Например, площадь, занимаемая обычным КВО, применяемым в энергоустановках комбинированного цикла, может составлять несколько тысяч квадратных футов. Кроме того, поскольку температура окружающей среды на объекте обычно изменяется в широком диапазоне, то при жаркой погоде в установке, использующей КВО, будет возникать высокое обратное давление, что уменьшает эффективность и производительность паровой турбины НД (и системы в целом) по сравнению с системой отвода тепла, имеющей водяное охлаждение.

Как указано выше, согласно аспектам данного изобретения предложена система, содержащая подогреватель питательной воды, предназначенный для отвода части тепла, выделяемого из паровой турбины НД, от КВО к ПГРК. На фиг.1 изображена система 2, содержащая паровую турбину 200 низкого давления (НД) (изображена двухпоточная паровая турбина), конденсатор 400 с воздушным охлаждением (КВО), подогреватель 700 питательной воды, конденсатный насос 500 и конденсатор 600 сальникового уплотнения (опционный, изображен пунктиром). Кроме того, в системе 2 показаны дополнительные компоненты: паровая турбина 900 (например, паровая турбина высокого давления/среднего давления (ВД/СД), устройство 300, применяемое в качестве нагрузки (например, динамоэлектрическая машина, компрессор, насос или другое механическое устройство), парогенератор-рекуператор 800 (ПГРК), трубопроводы 10, 20, 30, 40, 41, 50, 60, 61, 62, 63 и клапаны 15, 25, 35. Кроме того, пунктиром изображена газовая турбина 1100, которая более подробно описана со ссылкой на фиг.2. КВО 400 изображен проточно сообщающимся по меньшей мере с одной паровой турбиной 200 НД путем одного или нескольких трубопроводов 50. В варианте выполнения, изображенном на фиг.1, КВО 400 проточно сообщается с двумя паровыми турбинами 200 НД, представляющими собой двухпоточную паровую турбину. Тем не менее, следует понимать, что в других вариантах выполнения КВО 400 может сообщаться только с одной паровой турбиной 200 НД. В любом случае КВО 400 может принимать часть пара из выхлопного потока паровой турбины (турбин) 200 НД. То есть КВО 400 может принимать часть пара, которая уже выполнила механическую работу в паровой турбине 200 НД (например, путем расширения и протекания через лопатки турбины). КВО 400 может работать как любой обычный конденсатор с воздушным охлаждением и может содержать, например, механизм с вентилятором и/или градирню с гиперболической поверхностью. КВО 400 может также содержать один или несколько однорядных или многорядных теплообменников, которые известны в данной области техники.

После отбора части пара из выхлопного потока паровой турбины 200 НД, КВО 400 может конденсировать отобранный пар, превращая его в конденсированную текучую среду, нагнетаемую конденсатным насосом 500. Конденсатный насос 500 и КВО 400 могут проточно сообщаться с помощью трубопровода 60, который позволяет конденсатному насосу 500 отбирать конденсированную текучую среду из КВО 400 и передавать ее в подогреватель 700 питательной воды (или, опционно, в конденсатор 600 сальникового уплотнения, изображенный пунктиром). В варианте выполнения, при котором применяют конденсатор 600, указанный конденсатор может представлять собой обычный конденсатор 600 сальникового уплотнения, который нагревает конденсированную текучую среду, полученную от конденсатного насоса 500, с целью получения предварительно нагретого конденсата. В указанном варианте выполнения предварительно нагретый конденсат может быть подан в подогреватель 700 по трубопроводу 61. В другом варианте выполнения, в котором не применяют конденсатор 600, конденсатный насос 500 может подавать конденсированную текучую среду непосредственно в подогреватель 700, без предварительного подогрева (например, по трубопроводу 61).

Как изображено на фиг.1, в одном варианте выполнения подогреватель 700 питательной воды проточно сообщается с конденсатором 600 (или в альтернативном варианте с конденсатным насосом 500) по трубопроводу 61 (содержащему запорный клапан 25 подогревателя питательной воды). Однако в одном варианте выполнения, часть предварительно нагретого конденсата (или не нагретого, если не применяют конденсатор 600) может идти в обход подогревателя 700 питательной воды за счет по меньшей мере частичного открытия перепускного клапана 35 (на чертеже затемнен для наглядности), обеспечивая протекание части конденсата, полученного либо непосредственно из конденсатного насоса 500, либо из конденсатора 600 (например, в виде предварительного нагретого конденсата) по перепускному трубопроводу 62. В данном случае, часть конденсата, протекающего по перепускному трубопроводу 62, направляется в ПГРК 800 (после соединения с конденсатом, выходящим из подогревателя 700) по дополнительному трубопроводу 63. Также понятно, что в другом альтернативном варианте выполнения, клапан 15 можно использовать для регулирования тепловой нагрузки подогревателя 700 (путем регулирования количества входного пара, отбираемого из паровой НД турбины 200 и подаваемого в подогреватель 700). При использовании клапана 15 для регулирования количества входного пара, отбираемого из паровой турбины 200 НД, можно обеспечить частичное регулирование температуры питательной воды, выходящей из подогревателя 700 (и поступающей в ПГРК 800 по трубопроводу 63). В данном варианте выполнения, применение клапана 15 для регулирования количества входного пара, подаваемого в подогреватель 700, может обеспечить более точное регулирование температуры питательной воды, поступающей в ПГРК 800 (по трубопроводу 63), что позволяет не использовать перепускной клапан 35 (и запорный клапан 25 подогревателя питательной воды), описанные в вышеупомянутом варианте выполнения.

Кроме того, подогреватель 700 проточно сообщается с паровой турбиной 200 НД по трубопроводу 40. В одном варианте выполнения подогреватель 28 питательной воды принимает часть входного пара из паровой турбины 200 НД за счет межступенчатого отбора или из впуска паровой турбины 200 НД. Указанная часть входного пара отбирается еще до того, как он поступит по меньшей мере в одну ступень паровой турбины 200 НД и выполнит механическую работу. Указанная часть входного пара, отбираемая из паровой турбины 200 НД, отличается от части пара, передаваемой из выхлопа паровой турбины 200 НД и направляемой в КВО 400. То есть часть общего пара, подаваемого в паровую турбину 200 НД, отводится от КВО 400 и направляется в подогреватель 700 (по трубопроводу 40, содержащему клапан 15 регулируемого отбора пара), еще до выполнения механической работы по меньшей мере в одной ступени паровой турбины 200 НД. В одном варианте выполнения часть входного пара, направленная из паровой НД турбины в подогреватель 700, меньше (по количеству), чем часть выхлопного пара, направленная в КВО 400. В одном случае, часть входного пара, отбираемая и отводимая в подогреватель 700, составляет примерно от 1% до 40% от всего количества пара, подаваемого в паровую турбину 200 НД. В одном конкретном варианте выполнения часть входного пара, отбираемая и отводимая в подогреватель 700, составляет примерно от 5% до 20%, а более конкретно, может составлять около 15% от общего количества пара, подаваемого в паровую турбину 200 НД. В любом случае, подогреватель 700 может отбирать часть общего количества пара, подаваемого в паровую турбину 200 НД, и использовать данный пар регулируемого отбора для дополнительного нагрева конденсата, полученного из конденсатора 600 (изображенного пунктиром на чертеже) или непосредственно из конденсатного насоса 500 (и не передаваемого по перепускному трубопроводу 62). Подогреватель 700 может представлять собой любой обычный подогреватель питательной воды (например, кожухотрубный теплообменник), который способен повышать температуру конденсата (используя пар регулируемого отбора), по существу, до температуры насыщения. Подогреватель 700 может обеспечить получение: нагретой питательной воды, которая может быть подана в ПГРК 800 по трубопроводу 63; и дренажной текучей среды (или «стоков», представляющих собой сконденсированный пар регулируемого отбора), которая может быть подана обратно на линию всасывания конденсатного насоса 500 по спускному трубопроводу 41 (и по трубопроводу 60). В альтернативном варианте, который известен в данной области техники, дренажная текучая среда может быть подана с помощью отдельного насоса в подогретую питательную воду, протекающую в ПГРК 800 (изображение насоса не приводится, чтобы не усложнять чертеж).

В одном варианте выполнения подогреватель 700 может отбирать часть промежуточного пара, подаваемого в паровую турбину 200 НД из предпоследней ступени турбины. Например, в варианте выполнения, в котором паровая турбина 200 НД имеет четыре (5) ступеней, промежуточный пар, отбираемый подогревателем 700, может быть взят из четвертой ступени турбины. Тем не менее, следует понимать, что в других вариантах выполнения отбор пара можно осуществлять из барабана, первой ступени, второй ступени, третьей ступени и т.д. паровой турбины 200 НД.

Как уже отмечалось ранее, питательная вода, нагретая подогревателем 700, может подаваться в ПГРК 800 по трубопроводу 63. ПГРК 800 может представлять собой любой обычный парогенератор-рекуператор, который, например, утилизирует тепло горячего газового выхлопа газовой турбины (турбина 1100, изображенная пунктиром) с целью подогрева воды (например, питательной воды или другого конденсата, такого как вторичный конденсат) и образования пара. Данный пар, подаваемый (в качестве входного пара) к одному или нескольким компонентам паровой турбины (например, паровой турбины 900 и/или паровой турбины 200 НД, а также пар, передаваемый по трубопроводам) можно использовать для привода указанных компонентов.

Как изображено на фиг.1, система 2 может дополнительно содержать паровую турбину 900 (например, паровую турбину ВД/СД), которая может представлять собой любую обычную паровую турбину высокого давления и/или высокого давления/среднего давления (ВД/СД), способную вырабатывать вращательную энергию путем расширения и протекания пара через ступени указанной турбины. То есть паровая турбина 900 может содержать отдельные турбины высокого давления и среднего давления, изображенные на фиг.1 и фиг.2 в виде отдельных элементов, или объединенную секцию ВД/СД, в зависимости от цикла промежуточного перегрева пара. Тем не менее, в других вариантах выполнения, без промежуточного перегрева, паровая турбина 900 может содержать только секцию высокого давления (в которой левая часть турбины удалена из системы 2, изображена пунктиром). В любом случае, паровая турбина 900 может быть механически соединена с одной или несколькими паровыми турбинами 200 НД через вал 11. Паровая турбина (турбины) 200 НД может быть дополнительно соединена с нагрузочным устройством 300 (например, динамоэлектрической машиной, компрессором, насосом или механическим устройством) через второй вал 12. Вал 11 и вал 12 могут представлять собой отдельные валы, соединенные вместе, либо могут быть выполнены в виде единого сплошного вала. В любом случае в процессе работы системы 2 вращательное движение паровой турбины (турбин) 200 НД и/или паровой турбины 900 может приводить в действие нагрузочное устройство 300, например, с целью выработки электроэнергии или выполнения механической работы, как известно в данной области техники.

На фиг.2 изображена система 12 комбинированного цикла, выполненная с единым валом, содержащая несколько компонентов, изображенных и описанных со ссылкой на фиг.1. Изображенная система 12 дополнительно содержит газовую турбину 1100 (изображенную пунктиром на фиг.1), функционально соединенную с нагрузочным устройством 300 (с помощью валов 11, 12). Как известно из данной области техники, газовая турбина 1100 может содержать как компрессорную, так и расширительную секции турбины, соединенные с нагрузочным устройством 300. Газовая турбина 1100 может работать как любая обычная газовая турбина, например, создавая вращательную энергию путем расширения и протекания газа (выделяемого из сгоревшего топлива) через ступени указанной турбины. Газовая турбина 1100 может передавать данную вращательную энергию к нагрузочному устройству (например, нагрузочному устройству 300) с помощью валов 11, 12, 111 (или любого другого сочетания аналогичных валов). Если нагрузочное устройство 300 представляет собой электрогенератор, то указанная вращательная энергия может быть использована для выработки электроэнергии, что известно из данного уровня техники. Кроме того, из данного уровня техники известно, что тепло выхлопного потока газовой турбины 1100 может быть подано в ПГРК 800 по трубопроводу 110 с целью использования при выработке входного пара для паровой турбины 900 и/или паровой турбины (турбин) 200 НД. Как известно из данной области техники, паровые турбины (200, 900) могут быть механически соединены через общий вал, либо могут быть механически соединены с помощью отдельных валов. В любом случае, паровая турбина 900 и/или паровая турбина (турбины) 200 НД могут быть механически соединены с нагрузочным устройством 300. Кроме того, как известно из данной области техники, газовая турбина 1100 может быть механически соединена с паровыми турбинами (200, 900) на общем валу (например, валу 11). Данный единый вал 11 может быть соединен с нагрузочным устройством 300 (например, динамоэлектрическим устройством), как известно в данной области техники.

В альтернативном варианте и в соответствии с вариантом выполнения, который изображен пунктиром, может использоваться конфигурация с несколькими валами. В данном варианте выполнения газовая турбина 1100 может быть функционально соединена с по меньшей мере одним нагрузочным устройством 300 независимо от паровой турбины 900 и паровой турбины 200 НД. В данном случае газовая турбина 1100 может передавать вращательную энергию нагрузочному устройству 300 через один или нескольких валов, но газовая турбина 1100 не соединена с паровой турбиной 900 и паровой турбиной 200 НД через общий вал.

Компоненты, изображенные пунктиром или не показанные на фиг.2, могут работать так же, как описано со ссылкой на фиг.1. Поэтому, чтобы не усложнять чертеж, компоненты и соединения между указанными компонентами, которые входят в систему 12, на фиг.2 опущены. Следует понимать, что указанные компоненты могут взаимодействовать с компонентами, изображенными и описанными со ссылкой на фиг.2, как описано применительно к фиг.1.

Применяемая в данном документе терминология предназначена исключительно для описания конкретных вариантов выполнения и не является ограничивающей. Применяемые в данном документе формы в единственном числе подразумевают и множественное число, если в контексте четко не указано иное. Следует также понимать, что слова «содержит» и/или «содержащий» при использовании в данном описании указывают на наличие заявленных признаков, целостностей, этапов, операций, элементов и/или компонентов, но не исключают наличие или добавление одного или нескольких других признаков, целостностей, этапов, операций, элементов, компонентов и/или их групп.

Данное изобретение раскрыто на примерах, содержащих наиболее предпочтительные варианты, а также позволяющих любым специалистам реализовать изобретение на практике, включая создание и применение любых устройств или систем и использование любых предусмотренных способов. Объем охраны изобретения определен формулой изобретения и может включать другие примеры, которые возникнут у специалистов. Указанные другие варианты находятся в рамках объема формулы изобретения, если они содержат конструктивные элементы, которые не отличаются от точной формулировки формулы изобретения, или если в их состав входят эквивалентные конструктивные элементы, имеющие несущественные отличия от точных формулировок формулы изобретения.

ПЕРЕЧЕНЬ ЭЛЕМЕНТОВ

Реферат

Изобретение относится к установке для отвода части тепла, выделяемого из паровой турбины низкого давления в парогенератор через подогреватель питательной воды, и энергетической газотурбинной установке комбинированного цикла. Установка содержит паровую турбину низкого давления, конденсатор с воздушным охлаждением, проточно сообщающийся с паровой турбиной низкого давления и предназначенный для приема части пара из выхлопного потока паровой турбины, подогреватель питательной воды, проточно сообщающийся с паровой турбиной низкого давления по трубопроводу и предназначенный для приема части входного пара от паровой турбины низкого давления, и конденсатный насос, проточно сообщающийся с конденсатором с воздушным охлаждением и подогревателем питательной воды и предназначенный для приема конденсированной текучей среды из конденсатора с воздушным охлаждением и текучей среды, выпускаемой из подогревателя питательной воды. Раскрыты также система для отвода части тепла и энергетическая газотурбинная установка комбинированного цикла. Обеспечивается повышение эффективности и производительности паровой турбины низкого давления и всей системы в целом. 3н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула