RU2470163C2

RU2470163C2 - Dual-purpose turbine plant

Info

Publication number: RU2470163C2
Application number: RU2011111962/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Айзикович Гольдберг; Александр Евгеньевич Валамин; Алексей Юрьевич Култышев
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Уральский турбинный завод"
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2012-12-20
Also published as: RU2011111962A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: dual-purpose turbine plant with production and heating steam extractions comprises turbine. Said turbine consists of high-, medium-, and low-pressure sections with exhaust branch pipe. Exhaust branch pipe is connected with condenser steam intake branch pipe and cooling water feed and discharge branch pipe. Pipeline top heating steam extraction with shutoff element arranged thereon communicates low-pressure section with delivery water heater with delivery water feed and discharge pipelines with shutoff elements arranged thereon. Turbine exhaust pipeline or condenser steam intake branch pipe is communicated via pipeline with shutoff element with pipeline of top steam extraction at section between shutoff element and delivery water heater. Sections of deliver water feed and discharge pipelines of delivery water heater between shutoff elements and heater of top steam extraction are communicated with condenser cooling water feed and discharge pipelines, respectively.

EFFECT: power output increased by 15% with complete or partial production steam extraction.

2 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при модернизации теплофикационных турбинных установок.The invention relates to a power system and can be used to upgrade heating cogeneration turbines.

Ряд теплофикационных турбинных установок с производственным и отопительными отборами пара (турбоустановки типа ПТ) могут вырабатывать максимальную электрическую мощность только при условии их полной загрузки по производственному отбору пара (например, турбоустановка ПТ-140/165-130/15 производства УТЗ). Такие турбоустановки разрабатывались под объекты с гарантированным потреблением значительных расходов производственного пара, например, для ТЭЦ, обеспечивающих паром металлургические, химические производства.A number of cogeneration turbine units with production and heating steam extraction (turbine type PT) can produce maximum electric power only if they are fully loaded in the production of steam extraction (for example, the turbine unit PT-140 / 165-130 / 15 produced by UTZ). Such turbine units were designed for facilities with guaranteed consumption of significant production steam costs, for example, for thermal power plants providing metallurgical and chemical production steam.

В настоящее время из-за закрытия, перепрофилирования ряда таких производств или из-за перевода их на технологии, не требующие совсем или требующие весьма ограниченные расходы пара на производство, эти турбоустановки недовырабатывают электрическую мощность.Currently, due to the closure, reprofiling of a number of such industries or due to their transfer to technologies that do not require at all or require very limited steam costs for production, these turbine units do not produce enough electric power.

Объясняется это тем, что конструкция таких турбоустановок:This is explained by the fact that the design of such turbine units:

проточная часть за камерой отбора пара на производство, поверхность охлаждения конденсатора и расход через него охлаждающей воды не рассчитаны на пропуск через части среднего и низкого давлений турбины и прием в конденсатор полного расхода пара, поступающего в голову турбоустановки (см., например, Е.И.Бененсон, Л.С.Иоффе. Теплофикационные паровые турбины. М., Энергоатомиздат, 1986, с.140). В результате в случае полного прекращения отпуска пара из производственного отбора недовыработка электрической мощности на одной турбине ПТ-140/165-130/15 составляет около 20 МВт.the flow part behind the steam extraction chamber for production, the cooling surface of the condenser and the flow rate of cooling water through it are not designed to pass through the parts of the medium and low pressure of the turbine and receive the full flow of steam entering the head of the turbine into the condenser (see, for example, E.I. . Benenson, L. S. Ioffe. Heat-producing steam turbines. M., Energoatomizdat, 1986, p. 140). As a result, in the event of a complete cessation of steam supply from production selection, the underproduction of electric power on one PT-140 / 165-130 / 15 turbine is about 20 MW.

Известны решения, обеспечивающие получение максимальной электрической мощности на таких турбинах при отсутствии потребности в производственном паре по его прямому назначению, но посредством подачи пара из производственного отбора на общестанционный коллектор, из которого этот пар питает специальную приключенную турбину (см., например, Баринберг Г.Д., Валамин А.Е., Сахнин Ю.А. Приключенные паровые турбины ЗАО УТЗ. Теплоэнергетика, 2008, №8, с.34-40). В этом случае появляется возможность полностью загрузить турбоустановку типа ПТ, добиваясь на ней максимальной выработки электрической мощности, и получить дополнительную мощность на приключенной турбине. Недостатком такого решения является его высокая затратность, так как требуется разработка и строительство по сути нового турбоагрегата (приключенной турбины и генератора) со своим фундаментом, со вспомогательным оборудованием и коммуникациями. Часто такое решение просто невозможно реализовать в условиях конкретных ТЭЦ из-за отсутствия свободного места в машинном зале для такого строительства. Возведение специального пристроя к машинному залу и размещение в нем приключенной турбоустановки делает такой проект еще более затратным и практически не окупаемым.There are known solutions that provide maximum electric power on such turbines when there is no need for a production pair for its intended purpose, but by supplying steam from a production selection to a station-wide collector from which this steam feeds a special adventure turbine (see, for example, G. Barinberg D., Valamin AE, Sakhnin Yu.A. Adventured steam turbines of UTZ CJSC. Heat Power Engineering, 2008, No. 8, p. 34-40). In this case, it becomes possible to fully load the turbine type PT, achieving maximum power generation on it, and get additional power on the adventure turbine. The disadvantage of this solution is its high cost, since it requires the development and construction of essentially a new turbine unit (an adventure turbine and generator) with its own foundation, with auxiliary equipment and communications. Often, such a solution is simply impossible to implement in the conditions of specific thermal power plants due to the lack of free space in the machine room for such construction. The construction of a special annex to the engine room and the placement of an adventurous turbo-installation in it makes such a project even more costly and practically not worth it.

Известны решения по реконструкции проточной части среднего и низкого давлений паровых турбин типа ПТ для обеспечения полного пропуска через них пара, поступающего в голову турбины (см., например, патент №2131978, Способ эксплуатации паровой турбины, F01K 17/02). В ряде случаев, если позволяет фундамент турбоагрегата, возможна замена всего ЦНД турбины. Однако в этих случаях «узким местом» в турбоустановке, не позволяющим максимально повысить ее мощность, остается конденсатор с ограниченной поверхностью охлаждения и недостаточным расходом охлаждающей воды. Реконструкция собственно конденсатора или его замена с целью увеличения его поверхности охлаждения также весьма затратив либо, что чаще всего бывает, в условиях существующего фундамента турбоагрегата невозможна.Known solutions for the reconstruction of the flow part of the medium and low pressures of steam turbines of type PT to ensure full passage through them of the steam entering the turbine head (see, for example, patent No. 2131978, Method for operating a steam turbine, F01K 17/02). In some cases, if the foundation of the turbine unit allows, it is possible to replace the entire low-pressure turbine. However, in these cases, the bottleneck in the turbine, which does not allow to maximize its power, remains a condenser with a limited cooling surface and insufficient cooling water flow. The reconstruction of the condenser itself or its replacement in order to increase its cooling surface is also very expensive or, most often, in the conditions of the existing foundation of the turbine unit.

Задачей заявленного изобретения является повышение электрической мощности турбин типа ПТ на величину до 15% при полном или частичном отсутствии отбора пара на производство.The objective of the claimed invention is to increase the electric power of turbines of type PT by up to 15% with complete or partial absence of steam extraction for production.

Указанная задача достигается тем, что производится реконструкция проточной части среднего и низкого давления турбины, а необходимое увеличение поверхности охлаждения конденсатора достигается подключением к его пароприемному патрубку или к выхлопному патрубку турбины парового пространства подогревателя сетевой воды верхнего отопительного отбора и пропуском через водяное пространство этого подогревателя охлаждающей водой.This task is achieved by reconstructing the flow part of the medium and low pressure of the turbine, and the required increase in the cooling surface of the condenser is achieved by connecting to the steam inlet pipe or to the exhaust pipe of the turbine the steam space of the heating water heater of the top heating and passing cooling water through the water space of this heater .

На фиг.1 приведена схема предложенной турбинной установки. Условно не показана система регенерации турбоустановки и другие ее элементы, принципиально не влияющие на суть изобретения.Figure 1 shows a diagram of the proposed turbine installation. Conventionally, the turbine plant regeneration system and its other elements that fundamentally do not affect the essence of the invention are not shown.

Теплофикационная турбинная установка состоит из турбины 7, включающей в себя части высокого 2, среднего 3 и низкого 4 давлений (в дальнейшем соответственно ЧВД, ЧСД и ЧНД), выхлопного патрубка 5, соединенного с пароприемным патрубком 6 конденсатора 7, подогревателя сетевой воды 8 нижнего отопительного отбора, соединенного трубопроводом отбора пара 9 с ЧНД 4, подогревателя сетевой воды 10 верхнего отопительного отбора, соединенного трубопроводом отбора пара 11 с ЧНД 4 с расположенным на трубопроводе запорным органом 12. Перед ЧСД 3 имеется трубопровод производственного отбора пара 13, соединяющий турбину 1 непосредственно с потребителем этого пара или с общестанционным коллектором производственного пара, откуда последний направляется потребителю. На трубопроводе производственного отбора пара 13 имеется запорный орган 14. Подогреватели сетевой воды 8 и 10 последовательно соединены между собой по сетевой воде. Подогреватель сетевой воды 10 верхнего отопительного отбора имеет на подводе и отводе сетевой воды запорную арматуру 15, 16 и обводную линию 17 с установленным на ней запорным органом 18. Выхлопной патрубок 5 турбины 1 соединен трубопроводом 19 с установленным на нем запорным органом 20 с трубопроводом отбора пара 11 за запорным органом 12.A cogeneration turbine installation consists of a turbine 7, which includes parts of high 2, medium 3, and low 4 pressures (hereinafter CVP, ChSD, and ChND), an exhaust pipe 5 connected to the steam inlet pipe 6 of the condenser 7, and a heating water heater 8 of the lower heating a sampling connected by a steam sampling pipe 9 to the NPV 4, a network water heater 10 of the upper heating sampling connected by a steam sampling pipe 11 to the NPV 4 and a shutoff member 12 located on the pipeline. There is a pipe before CHS 3 od process steam extraction 13 connecting the turbine 1 directly to the consumer, the pair of general or industrial steam collector, where the latter is sent to the consumer. On the production steam extraction pipe 13 there is a shut-off member 14. The network water heaters 8 and 10 are connected in series through the network water. The heater of the network water 10 of the upper heating selection has shut-off valves 15, 16 and a by-pass line 17 with a shut-off element 18 installed on the inlet and outlet of the main water 18. The exhaust pipe 5 of the turbine 1 is connected by a pipe 19 to a shut-off element 20 installed on it with a steam withdrawal pipe 11 behind the locking body 12.

Возможен вариант фиг.2, когда трубопровод 19 с установленным на нем запорным органом 20 соединяет с трубопроводом отбора пара 11 за. запорным органом 12 пароприемный патрубок 6 конденсатора 7. К последнему присоединены подводящий трубопровод 21 и отводящий трубопровод 22 охлаждающей воды с установленными на них запорными органами 23. Подводящий трубопровод 21 охлаждающей воды соединен трубопроводом 24 с установленном на нем запорным органом 25 с трубопроводом сетевой воды в рассечку между запорным органом 75 и входной водяной камерой подогревателя сетевой воды 10 верхнего отопительного отбора. Отводящий трубопровод 22 охлаждающей воды соединен трубопроводом 26 с установленном на нем запорным органом 27 с трубопроводом сетевой воды в рассечку между запорным органом 16 и выходной водяной камерой подогревателя сетевой воды 10 верхнего отопительного отбора.The embodiment of FIG. 2 is possible when the pipeline 19 with the shutoff member 20 installed on it connects to the steam extraction pipe 11 behind. shut-off element 12, steam inlet pipe 6 of the condenser 7. To the latter are connected a supply pipe 21 and a discharge pipe 22 of cooling water with shut-off bodies installed on them 23. A supply pipe 21 of cooling water is connected by a pipe 24 with a shut-off element 25 installed on it with a network of cut water between the shut-off element 75 and the inlet water chamber of the network water heater 10 of the upper heating selection. The cooling water discharge pipe 22 is connected by a pipe 26 with a shut-off member 27 installed on it with a network water pipe in the cut between the shut-off body 16 and the outlet water chamber of the network water heater 10 of the upper heating selection.

Теплофикационная турбинная установка работает следующим образом. В ЧВД 2 поступает свежий пар. Часть пара поступает в систему регенерации высокого давления (условно не показана). Пройдя ЧВД 2, часть пара поступает по трубопроводу производственного отбора пара 13 через открытый запорный орган 14 потребителю этого пара или в общестанционный коллектор. Оставшаяся часть пара направляется в ЧСД 3, откуда часть пара поступает в систему регенерации низкого давления (условно не показана), часть - в ЧНД 4, откуда по трубопроводу отбора пара 11 при открытом запорном органе 12 направляется в подогреватель сетевой воды 10 верхнего отопительного отбора, часть пара по трубопроводу 9 в подогреватель сетевой воды 8 нижнего отопительного отбора. Из ЧНД 4 остатки пара через выхлопную часть 5 турбины 1 поступают в пароприемный патрубок 6 конденсатора 7, где через трубы поверхности охлаждения прокачивается охлаждающая вода, поступающая в конденсатор по трубопроводу 21 через открытый запорный орган 23 и отводящаяся из конденсатора 7 по трубопроводу охлаждающей воды 22 через открытый запорный орган 23. Сетевая вода нагревается, последовательно проходя через подогреватели 8 и 10. Запорные органы 15 и 16 на линии сетевой воды находятся в открытом состоянии. Обводная линия 17 на обводе по сетевой воде подогревателя сетевой воды 10 перекрыта запорным органом 18. Такая работа турбоустановки считается работой на номинальном режиме. На таком режиме или других подобных режимах, когда задействованы отборы пара на отопление и на производство, трубопровод 19, соединяющий выхлопной патрубок 5 турбины 1 (или пароприемный патрубок 6 конденсатора 7) с трубопроводом верхнего отопительного отбора 11 перекрыт запорным органом 20, а трубопроводы 24 и 26, соединяющие подводящий трубопровод 21 и отводящий трубопровод 22 охлаждающей воды конденсатора с трубопроводом сетевой воды, перекрыты соответственно запорными органами 25 и 27. При одноступенчатом подогреве сетевой воды нагрев последней происходит только в подогревателе 8 нижнего отопительного отбора. При этом запорные органы 15 и 16 закрыты, а запорный орган 18 на байпасе 17 открыт.Heating turbine installation operates as follows. In CVP 2 comes fresh steam. Part of the steam enters the high pressure regeneration system (not conventionally shown). Having passed the CVP 2, part of the steam enters through the production steam extraction pipe 13 through an open shut-off element 14 to the consumer of this steam or to the general collector. The remaining part of the steam is sent to the NPV 3, from which part of the steam enters the low pressure regeneration system (not shown conditionally), part - to the NPV 4, from where it is sent to the mains water heater 10 of the upper heating selection via the steam withdrawal pipe 11 with the shut-off element 12 open, part of the steam through the pipe 9 to the network water heater 8 lower heating selection. From the NPV 4, the remaining steam through the exhaust part 5 of the turbine 1 enters the steam inlet pipe 6 of the condenser 7, where cooling water is pumped through the pipes of the cooling surface, which enters the condenser through the pipe 21 through the open shut-off element 23 and is discharged from the condenser 7 through the cooling water pipe 22 through open shutoff body 23. The mains water is heated, passing sequentially through heaters 8 and 10. Shutoffs 15 and 16 on the mains water line are in the open state. The bypass line 17 on the bypass along the mains water of the mains water heater 10 is blocked by the shutoff member 18. Such operation of the turbine installation is considered to be operation in the nominal mode. In this mode or other similar modes, when steam is taken for heating and for production, the pipeline 19 connecting the exhaust pipe 5 of the turbine 1 (or the steam inlet pipe 6 of the condenser 7) with the upper heating pipe 11 is closed by a shut-off element 20, and pipelines 24 and 26, connecting the inlet pipe 21 and the condenser cooling water outlet pipe 22 to the mains water pipe, are closed by the shut-off bodies 25 and 27, respectively. With a single-stage heating of the mains water, the last heating th occurs only in the heater 8 of the lower heating selection. In this case, the locking elements 15 and 16 are closed, and the locking body 18 on the bypass 17 is open.

При отсутствии в потребности производственного пара запорный орган 14 на трубопроводе производственного пара 13 закрыт. При этом турбоустановка может работать как без подогрева сетевой воды, так и с одноступенчатым подогревом сетевой воды в подогревателе сетевой воды 8. С целью получения максимальной электрической мощности при отсутствии потребления пара производственного отбора к паровому патрубку 5 турбины 1 или к пароприемному патрубку 6 конденсатора 7 подключают паровое пространство подогревателя сетевой воды 10 верхнего отопительного отбора путем открытия запорного органа 20 на трубопроводе 19. Запорный орган 12 на трубопроводе отбора пара 11 должен быть закрыт. Для пропуска охлаждающей воды через подогреватель сетевой воды 10 открывают запорные органы 25 и 27 на трубопроводах 24 и 26 соответственно. Запорные органы 15 и 16 по сетевой воде должны быть закрыты. При подогреве сетевой воды в подогревателе сетевой воды 8 запорный орган 18 на байпасе 17 должен быть открыт. При отсутствии необходимости в подогреве сетевой воды запорный орган 18 на обводной линии 17 может находиться как в открытом, так и закрытом положении.If there is no need for production steam, the shutoff member 14 on the production steam pipeline 13 is closed. In this case, the turbine unit can operate both without heating the supply water, and with a single-stage heating of the supply water in the supply water heater 8. In order to obtain maximum electric power in the absence of consumption of production steam, the steam pipe 5 of the turbine 1 or the steam reception pipe 6 of the condenser 7 is connected the steam space of the network water heater 10 of the upper heating selection by opening the shut-off member 20 on the pipe 19. The shut-off member 12 on the steam selection pipe 11 should be b closed. To pass cooling water through the network water heater 10, shut-off bodies 25 and 27 are opened on the pipelines 24 and 26, respectively. Shut-off bodies 15 and 16 for network water must be closed. When heating the mains water in the mains water heater 8, the shut-off member 18 on the bypass 17 must be open. If there is no need for heating the mains water, the shut-off element 18 on the bypass line 17 can be in both open and closed position.

Claims

Теплофикационная турбинная установка с производственным и отопительными отборами пара, включающая в себя турбину, состоящую из части высокого, части среднего и части низкого давления с выхлопным патрубком, соединенным с пароприемным патрубком конденсатора с трубопроводами подвода и отвода охлаждающей воды, с трубопроводом верхнего отопительного отбора пара и расположенным запорным органом на нем, соединяющим часть низкого давления с подогревателем сетевой воды с трубопроводами подвода и отвода сетевой воды с расположенными на них запорными органами, отличающаяся тем, что выхлопной патрубок турбины или пароприемный патрубок конденсатора соединен трубопроводом с расположенным на нем запорным органом с трубопроводом верхнего отопительного отбора пара на участке между расположенным на нем запорным органом и подогревателем сетевой воды, а участки трубопроводов подвода и отвода сетевой воды подогревателя сетевой воды между запорными органами и подогревателем сетевой верхнего отопительного отбора пара соединены с соответственно трубопроводами подвода и отвода охлаждающей воды конденсатора. A cogeneration turbine unit with industrial and heating steam extraction, including a turbine consisting of a high, a medium and a low pressure part with an exhaust pipe connected to a steam inlet pipe of the condenser with pipelines for supplying and discharging cooling water, with a pipeline for upper heating steam extraction and located shutoff body on it, connecting part of the low pressure with the network water heater with pipelines for supplying and discharging network water with located on them characterized by the fact that the exhaust pipe of the turbine or the steam inlet pipe of the condenser is connected by a pipeline with a shut-off element located on it with a pipe for the upper heating steam extraction in the section between the shut-off element located on it and the mains water heater, and sections of the heater’s mains water supply and outlet pipelines network water between the locking elements and the heater network upper heating steam extraction connected respectively to the pipelines of supply and removal of cooling pressure water condenser.