Спосіб роботи теплофікаційної турбоустановки

Спосіб роботи теплофікаційної турбоустановки шляхом пропускання сітьової води через сітьовий підігрівач, з'єднувальний трубопровід із засувкою та частину байпасного трубопроводу, регулювання температури сітьової води в прямій магістралі за допомогою поворотних діафрагм перших ступенів частини низького тиску, який відрізняється тим, що регулювання витрати пари через сітьовий підігрівач нижнього ступеня здійснюють на режимах зміни температури зовнішнього повітря 2,0 C tзп 10 С безпосередньо на витратах сітьової води: Gсв / 1000 2,0 3,0 при tзп 2,0 С ; Gсв / 1000 3,0 4,0 чи Gсв/ 1000 1374 0,813tзп , Корисна модель належить до теплоенергетики і може бути використана при експлуатації діючих теплофікаційних турбоустановок з відбором пари на підігрівачі сітьової води при їхній модернізації та плановому ремонті. Відомий спосіб роботи теплофікаційної турбоустановки [А.с. №1276839, F01D17/20, Бюл. №46 від 15.12.86р.] шляхом пропускання сітьової води через сітьовий підігрівач, з'єднувальний трубопровід із засувкою та частину байпасного трубопроводу, регулювання температури сітьової води в прямої магістралі за допомогою поворотних діафрагм перших ступенів частини низького тиску. Відомий спосіб роботи полягає в послідовному пропусканні сітьової води через сітьовий підігрівач нижнього ступеня, сітьовий підігрівач верхнього ступеня та байпасну лінію для перепуску сітьової води зі зворотної магістралі в пряму. Підвищення теплового навантаження у відомому способі здійснюють за допомогою подачі пари з вихлопу приво дної турбіни на один з сітьових підігрівачів, збільшуючи на нього витрату пари, а також впливаючи на паророзподільні органи головної турбіни для збереження електричного навантаження. Для зниження теплового навантаження зменшують витрату пари з вихлопу приводної турбіни в сітьовий підігрівач, збільшуючи витрату пари в частину низького тиску. Такий спосіб керування тепловим навантаженням, крім збільшення витрати пари на всю турбіну, тобто збільшення витрати палива на енергоблок, може бути здійснений тільки на турбінах типу Т-250/300-240, у тепловій схемі яких є турбопривід живильного насоса, і неприйнятний для інших типів теплофікаційних турбін, у яких приводом живильних насосів є електродвигун. Відомий спосіб роботи теплофікаційної турбоустановки [А.с. №1467222, А1F01D17/20, F01K13/00 від 13.07.87р.] шляхом пропускання сітьової води через сітьовий підігрівач, з'єднуваль при 2,0 C tзп 3,5 С ; Gсв/ 1000 4,0 при 3,5 C tзп 10 С ; , t 10 Gсв / 1000 2,0 чи Gсв/ 1000 4,854 1429 зп , (13) 46409 (11) UA (19) де Gсв - витрата сітьової води, т/год.; tзп - температура зовнішнього повітря, °С, причому регулювання витрати пари в сітьовий підігрівач нижнього ступеня здійснюють прикриттям поворотних діафрагм перших ступенів частини низького тиску до одержання максимального збільшення потужності турбоустановки. U при 2,0 C tзп 2,7 С ; Gсв / 1000 10 при 2,7 C tзп 10 С ; , 10 Gсв / 1000 4,0 при tзп 10 С , , 3 ний трубопровід із засувкою та частину байпасного трубопроводу, регулювання температури сітьової води в прямій магістралі за допомогою поворотних діафрагм перших ступенів частини низького тиску. Регулювання теплових навантажень у відомому способі здійснюють із використанням сітьових підігрівачів верхнього та нижнього ступенів, і додаткового мережного підігрівача, встановленого перед першим по ходу сітьової води підігрівачом нижнього ступеня. При цьому третій по ходу сітьової води підігрівач працює як піковий за рахунок відбору пари із циліндра середнього тиску з більш високим тиском. Відомий спосіб забезпечення теплофікаційного навантаження із двоступінчастим підігрівачем сітьової води, хоча і дозволяє трохи розширити діапазон теплофікаційного навантаження, однак, навіть при невеликому об’ємі пари, що відбирається, призводить до зниження потужності головної турбіни через зниження потужності циліндра середнього тиску при використанні пікового підігрівача та, як наслідок, призводить до зменшення вироблення електроенергії. Найбільш близьким до запропонованого за технічним результатом є спосіб роботи теплофікаційної турбоустановки (з турбінами типу Т-50/60130, Т-100/120-130, Т-180/210-130 і Т-250/300-240) [Трухний А.Д. Теплофикационные паровые турбины и турбоустановки / А.Д. Трухний, Б.В. Ломакин. - М.: Издательский дом МЭИ, 2006. - 540с.], шляхом пропускання сітьової води через сітьовий підігрівач, з'єднувальний трубопровід із засувкою та частину байпасного трубопроводу, регулювання температури сітьової води в прямій магістралі за допомогою поворотних діафрагм перших ступенів частини низького тиску. Відомий спосіброботи полягає в пропусканні сітьової води послідовно через сітьовий підігрівач нижнього ступеня, сітьовий підігрівач верхнього ступеня та байпасну лінію для перепуску сітьової води зі зворотної магістралі в пряму. При цьому регульований тиск підтримується тільки в одному із двох відборів: у верхньому - при включених обох сітьових підігрівачах або в нижньому - при включеному одному підігрівачеві сітьової води нижнього ступеня. При одночасному виробленні теплової та електричної енергії зазначений механізм регулювання теплового та електричного навантажень турбіни з урахуванням температурного графіка теплосіті у відомому способі призводить до нераціонального використання тепла в турбоустановці та недовиробітку електричної енергії. В основу корисної моделі поставлено задачу створення способу роботи теплофікаційної турбоустановки шляхом відключення сітьового підігрівача верхнього ступеня та регулювання витрати сітьової води в означеному діапазоні змінення температури зовнішнього повітря на змінних режимах роботи турбоустановки з регульованим згідно з температурним графіком теплосіті нижнім відбором пари, що дозволяє, виключивши недогріви та перегріви сітьової води на виході теплофікаційної установки, одержати додаткову електричну потужність, тобто підвищити потужність турбоустановки на теплофікаційному режимі. 46409 4 У способі роботи теплофікаційної турбоустановки шляхом пропускання сітьової води через сітьовий підігрівач, з'єднувальний трубопровід із засувкою та частину байпасного трубопроводу, регулювання температури сітьової води в прямої магістралі за допомогою поворотних діафрагм перших ступенів частини низького тиску, згідно з корисною моделлю, регулювання витрати пари через сітьовий підігрівач нижнього ступеня здійснюють на режимах зміни температури зовнішнього повітря 2,0 С tзп 10 С безпосередньо на витратах сітьової води: (Gсв/1000) 2,0 3,0 при tзп 2,0 C; (Gсв/1000) 3,0 4,0 чи (Gсв/1000) 1,374 0,813tзп при 2,0 С tзп 3,23 С; (Gсв/1000) 4,0 при 3,23 С tзп 10 С; 1,0 (Gсв/1000) 2,0 чи (Gсв/1000) 4,854 1,429tзп при 2,0 С tзп 2,7 С; (Gсв/1000) 1,0 при 2,7 С tзп 10 С; 1,0 (Gсв/1000) 4,0 при tзп 10 C, де Gсв - витрата сітьової води, т/год; t зп - температура зовнішнього повітря, °С, причому регулювання витрати пари в сітьовий підігрівач нижнього ступеня здійснюють прикриттям поворотних діафрагм перших ступенів частини низького тиску до одержання максимального збільшення потужності турбоустановки. Проведення регулювання через сітьовий підігрівач нижнього ступеня на режимах зміни температури зовнішнього повітря 2,0 С tзп 10 С безпосередньо на витратах сітьової води: (Gсв/1000) 2,0 3,0 при tзп 2,0 C; (Gсв/1000) 3,0 4,0 чи (Gсв/1000) 1,374 0,813tзп при 2,0 С tзп 3,23 С; (Gсв/1000) 4,0 при 3,23 С tзп 10 С; 1,0 (Gсв/1000) 2,0 чи (Gсв/1000) 4,854 1,429tзп при 2,0 С tзп 2,7 С; (Gсв/1000) 1,0 при 2,7 С tзп 10 С; 1,0 (GCB/1000) 4,0 при tзп 10 C, де Gсв - витрата сітьової води, т/год; t зп - температура зовнішнього повітря, °С, дозволяє здійснити гарантоване збільшення електричної потужності Nт турбоустановки. Регулювання витрати пари в сітьовий підігрівач нижнього ступеня здійснюють прикриттям поворотних діафрагм перших ступенів частини низького тиску турбіни до одержання максимального збільшення потужності турбоустановки, що дозволяє при роботі турбоустановки на одному нижньому підігрівачеві сітьової води (наприклад, у випадку виходу з ладу або відключення на ремонт верхнього підігрівача сітьової води) без погіршення нормативних параметрів одержувати додаткове збільшення електричної потужності Nт у строго визначених інтервалах режимів роботи турбоустановки. Використання корисної моделі при роботі теплоелектроцентралі (ТЕЦ) на теплофікаційному режимі дозволяє при заданому тепловому навантаженні та постійній витраті палива в порівнянні із прийнятим режимом теплофікаційної турбоустановки (на двох підігрівачах сітьової води з рівним розподілом теплового навантаження між ними) додатково збільшити вироблення електроенергії 5 теплофікаційною турбоустановкою на режимі з одним сітьовим підігрівачем, за рахунок підвищення витрати пари через ступені в частині середнього тиску, розташовані між верхнім і нижнім відборами. При цьому уся витрата сітьової води, спрямована через сітьовий підігрівач ПС-1 нижнього ступеня, перемичкою трубопроводу, що з'єднує сітьові підігрівачі ПС-1 і ПС-2, та частині трубопроводу байпаса, відводиться в пряму магістраль, а температуру сітьової води в прямій магістралі регулюють зміною витрати пари у підігрівач нижнього ступеня за допомогою поворотних діафрагм перших ступенів циліндра низького тиску турбіни. Отже, запропонований спосіб дозволяє одержати додаткову електричну потужність при роботі теплофікаційної турбоустановки з одним нижнім сітьовим підігрівачем, що функціонує у строго позначеному діапазоні зміни витрати сітьової води, коли підтримується задана температурним графіком температура сітьової води на виході з мережного підігрівача нижнього ступеня без підмішування сітьової води зі зворотної магістралі в пряму. На Фіг.1 подано принципову теплову схему теплофікаційної установки; на Фіг.2 - порівняльні характеристики зміни потужності турбоустановки з одним і двома (з рівним розподілом теплового навантаження) підігрівачами сітьової води; на Фіг.3 зміну потужності турбіни при роботі з одним підігрівачем нижнього ступеня ПС-1 та із двома підігрівачами ПС-1 і ПС-2 при рівному тепловому навантаженні Qт1 Qт2; на Фіг.4 - графік збільшення потужності турбоустановки, отриманої на режимах у діапазоні змінення витрати сітьової води 10004000т/год. з одним сітьовим підігрівачем нижнього ступеня за запропонованим способом; на Фіг.5 область використання запропонованого способу роботи теплофікаційної турбоустановки з одним сітьовим підігрівачем при максимальних прирощеннях вироблення електроенергії. Спосіб роботи при нагріванні сітьової води в підігрівачеві нижнього ступеня реалізований у теплофікаційній турбоустановці Т-100/120-130. При роботі теплофікаційної турбоустановки в штатному режимі пара із циліндра високого тиску (ЦВД) з параметрами P0ЦСТ 3,08МПА, T0ЦСТ 358 C надходить у циліндр 1 середнього тиску (ЦСТ 1), у якому спрацьовується більша частина теплового перепаду. Сітьова вода, що подається сітьовим насосом 8 через вхідну засувку 9 зворотної магістралі з температурою tзв проходить сітьовий підігрівач 6 нижнього ступеня (ПС-1), нагріваючись конденсованою парою, нижнього відбору pн, потім через засувку 10 проходить крізь сітьовий підігрівач 7 верхнього ступеня, у яку надходить пара паропроводом із засувкою 14 з верхнього відбору pв турбіни та з температурою tпр, що задається температурним графіком, надходить у пряму магістраль теплосіті. Регулювання температури t пр на виході із ПС-2 виробляється за допомогою поворотних діафрагм 5 ЦНТ 3, а під регулювання - за допомогою байпаса із засувкою 12 перепуском холодної води зі зворотної магістралі в пряму. Відповідно до запропонованого способу, при одному відключеному підігрівачеві сітьова вода 46409 6 сітьовим насосом 8 через вхідну засувку 9 подається в сітьовий підігрівач 6 нижнього ступеня, з якого з температурою tпр при закритих засувках 10, 11 і 12 через обвідної трубопровід з відкритою засувкою 13 і частину байпасного трубопроводу надходить у пряму магістраль. При цьому температура tпр регулюється тільки поворотними діафрагмами 5 ЦНТ 3. Частина пари, що надійшла на ступені ЦНТ 3, спрацювавши на них теплоперепад, конденсується в конденсаторі 15. Відключення підігрівача 7 верхнього ступеня приводить до збільшення витрати пари, яка протікає через відсік із двох ступенів, що знаходяться між верхнім та нижнім відборами, та приводить до виробітку додаткової потужності, тобто збільшує позитивний ефект. Запропонований спосіб може бути використай на теплофікаційних турбінах Т-50/60-130, Т100/120-130, Т-180/210-130, Т-250/300-240 з двома сітьовими підігрівачами. Для обґрунтування позитивного ефекту, отриманого при використанні пропонованого способу, було виконане розрахункове дослідження теплових і електричних навантажень для турбіни Т100/120-130 з урахуванням конструкції, як самого турбоагрегату, так і його теплової схеми з використанням розробленого в Інституті проблем машинобудування НАН України програмного комп'ютерного комплексу. У процесі дослідження змінювалися режимні параметри: витрата свіжої пари на вході в турбіну, витрата сітьової води на підігрівачі та теплове навантаження в широкому діапазоні, що відповідає технічним характеристикам теплофікаційних турбоустановок і сітьових підігрівачів у діапазоні зміни температури зовнішнього повітря від -11°С до 24°С. Причому, діапазон 11 С tзп 10 С відповідає температурному графікові 150/70°С, а діапазон 10 С tзп 24 С - літньому тепловому навантаженню (tпр 77 С, tзп 46 С). Як кінцева цільова функція визначалося збільшення електричної потужності турбоустановки NЭ NT г, де г 0,985 - ККД електрогенератора), одержуване як різниця потужностей турбіни, що працює з одним підігрівачем 6 (ПС-1) нижнього ступеня та турбіни, що працює в штатному режимі із двома послідовно включеними сітьовими підігрівачами 6 і 7 (ПС-1 і ПС-2) при рівному розподілі теплового навантаження між нимиNT NQ NQ . т1 1 т1 0,5 Оскільки робота теплофікаційної турбоустановки з використанням нижнього та верхнього підігрівачів сітьової води в періоди з температурою зовнішнього повітря, що змінюється в діапазоні 2,0 С tзп 10 С, призводить до перевитрати пари на сітьові підігрівачі, через нераціональне використання енергії в турбіні, відключення верхнього підігрівача та регулювання сітьової води на нижньому підігрівачеві в позначених інтервалах температурного графіка дозволяє, виключивши недогріви та перегріви сітьової води на виході теплофікаційної установки, одержати додаткову електричну потужність турбоустановки на теплофікаційному режимі. 7 46409 За результатами розрахункового дослідження на Фіг.2 наведені графіки зміни потужності турбіни Т-100/120-130 залежно від зміни температури зовнішнього повітря та витрати сітьової води при зна, ченнях Qт1 Qт1 / Qт 10 (з тепловим навантаженням тільки на сітьовий підігрівач 6 нижнього ступеня) і Qт1 0,5 (з тепловим навантаженням, розподіленим нарівно між ПС-1 і ПС-2). Злом залежностей Nт f(tзп,Gсв) при tзп 3,5 С, відповідає зламу температури прямої сітьової води t пр на температурному графіку. Очевидно, що в діапазоні зміни температури зовнішнього повітря t зп 2,0 С на певних витратах сітьової води Gсв потужність турбіни, вироблювана при роботі на одному підігрівачу нижнього ступеня ПС-1 може перевищувати потужність турбіни, вироблювану на режимі із двома послідовно включеними підігрівачами. Так, для області зміни температури зовнішнього повітря 2,0 С tзп 10 С у випадку виконання умови: >0, запропонований Nт NQ NQ т1 1 т1 0,5 спосіб забезпечує одержання додаткової електричної потужності. Для області tзп 2,0 С, Nт 0 приріст потужності не забезпечується - доцільна робота турбоустановки в режимі із двома послідовно включеними сітьовими підігрівачами ПС-1 і ПС-2, при рівному розподілі теплового навантаження між ними ( Qт1 0,5) . На Фіг.3 наведена різниця потужностей турбіни при tзп var і Gсв const у дослідженому діапазоні зміни температури зовнішнього повітря, знизу обмеженому температурою tзп 10 С, зверху - температурою зовнішнього повітря tзп 30 С. У діапазоні зміни температури зовнішнього повітря 10 С tзп 30 С (літній сезон) на величину Nт впливає тільки зміна витрати сітьової води G св. У діапазоні 2,0 С tзп 10 С на величину Nт впливає також температура зовнішнього повітря. При цьому зміна Nт G а 0 ( с.в ) 2 1000 G а1( с.в ) 1000 де коефіцієнти регресії ai(i 0 3), залежні від діапазонів зміни температури зовнішнього повітря tзп і витрати сітьової води Gсв. Проведені дослідження показали, що отриманий позитивний ефект використання мережного підігрівача ПС-1 (нижнього ступеня) у порівнянні із прийнятим у цей час використанням двоступінчастого підігріву сітьової води (на режимі Qт1 0,5 ) може бути розглянутий в двох областях зміни названих параметрів (Фіг.5), де область І відповідає опалювальному сезону восени та навесні з температурами зовнішнього повітря від 3,5°С до 10°С, область II (чи ІІа, ІІб та ІІв) відповідає діапазону зміни температури зовнішнього повітря від 2,0°С до 3,5°С. При температурі зовнішнього повітря нижче 2,0°С застосування пропонованого способу одержання додаткової потужності позитивного ефекту не забезпечує. У цьому випадку більш раціональним є спосіб регулювання температури сітьової води при однаковому тепловому наванта 8 tзп від 10°С до 3,5°С дає деяке збільшення Nт, а зміна від 3,5°С до 2,0°С - різке зменшення Nт, особливо при витраті сітьової води Gсв 4000т/год. На вставці Фіг.3а виділена зміна Nт 0, у діапазоні 2,0 С tзп 10 С у період опалювального сезону. Аналіз характерних точок зміни Nт f(tзп,Gсв) на Фіг.2 і 3 дозволяє в загальному вигляді визначити границі зміни Nт, за яких можливий приріст електричної потужності турбоустановки. Лінійні залежності зміни потужності турбіни від температури зовнішнього повітря вигляду Nт Nт0 ktзп, дозволяють описати отриманий позитивний ефект пропонованого способу. На розрахункових витратах сітьової води значення tзп 10 С відповідають початку опалювального сезону, tзп 3,5 С - зламу температурного графіка теплосіті. Відсутність приросту потужності Nт 0 відповідає лінії д - г із точками нульових значень (Фіг.2). В області зміни температури зовнішнього повітря від tзп 3,5 С до tзп 10 С збільшення потужності ( Nт>0) при зміні витрати сітьової води може бути описано степеневою залежністю вигляду: G Nт (tнв ) ( св )0,75 , 1000 що показано на Фіг.4, а при 2,0 С tзп 3,5 С лінійною залежністю вигляду: Gсв Nт ). 1(tнв ) ( 1000 Тоді максимальне збільшення потужності турбоустановки в загальному вигляді може скласти для кожної з областей розглянутих інтервалів температур: а2 ( G св 0,75 ) (1 а 3 t зп ) , 1000 (1) женні на обидва підігрівачі. Область одержання позитивного ефекту від застосування запропонованого способу роботи теплофікаційної турбоустановки з одним нижнім сітьовим підігрівачем ПС-1 6 обмежена інтервалами: а) - у діапазоні зміни 2,7 С tзп 10 С при Gсв 1000т/год; б) температура tзп 10 С і Gсв 1000 4000т/год; в) - у діапазоні зміни температури зовнішнього повітря 3,23 С tзп 10 С і Gсв 4000т/год; г) - у діапазоні зміни температури зовнішнього повітря 2,0 С tзп 3,23 С і Gсв 3000 4000т/год; границя г) може бути подана лінійною залежністю (Gсв/1000) 1,374 0,813tзп; д) - температура tзп 2,0 С і Gсв 2000 3000 т/год; е) - у діапазоні зміни температури зовнішнього повітря 2,0 С tзп 2,7 С і Gсв 1000 2000т/год; гра 9 46409 ниця е) може бути подана лінійною залежністю (Gсв/1000) 4,854 1,429tзп. При цьому, лінії, що розділяють область позитивного ефекту пропонованого способу на підобласті в інтервалах температурного графіка, можуть бути представлені як лінія А-А - tзп 3,5 С, Gсв 1000 4000т/год; лінія Б-Б - 2,0 С tзп 3,5 С, Gсв 3000т/год; лінія В-В - 2,0 С tзп 3,5 С, Gсв 2000т/год; лінія Г-Г - tзп 10 С і Gсв 1000 4000т/год. Таким чином, інтервали одержання позитивного ефекту пропонованого способу ( NT>0), наведені на Фіг.5, визначені з аналізу графіків зміни Nт (Фіг.2), зміни Nт>0 (Фіг.3 і 3а), технологічними обмеженнями, що накладаються на сітьові підігріmin вачі заводом виготовлювачем (Gсв 1000т/год, max Gсв 4000т/год і лежать у таких границях регулювання витрат сітьової води через сітьовий підігNT 10 рівач нижнього ступеня на режимах зміни температури зовнішнього повітря 2,0 С tзп 10 С: (Gсв/1000) 2,0 3,0 при tзп 2,0 С; (Gсв/1000) 3,0 4,0 чи (Gсв/1000) 1,374 0,813tзп при 2,0 С tзп 3,23 С; (Gсв/1000) 4,0 при 3,23 С tзп 10 С; 1,0 (Gсв/1000) 2,0 чи (Gсв/1000) 4,854 1,429tзп при 2,0 С tзп 2,7 С; (Gсв/1000) 1,0 при 2,7 С tзп 10 С; 1,0 (Gсв/1000) 4,0 при tзп 10 С, де Gсв - витрата сітьової води, т/год; t зп - температура зовнішнього повітря, °С. Рівняння регресії, що описує позитивні значення Nт при зміні tзп і Gсв у всьому розглянутому масиві даних, область яких визначена зовнішніми границями а е, а підобласті І, ІІа, ІІб та ІІв розділені лініями А-А, Б-Б, В-В і Г-Г має вигляд: G G G а0( с.в )2 а1( с.в ) а2( св )0,75 (1 а3tзп) , 1000 1000 1000 у якому Gсв задається в т/год, tзп у °С а коефіцієнти регресії в кожній підобласті наведені в (1) таблиці 1. Тaблиця 1 І 0 Область визначення ІІa ІІб -0,0397 -0,09059 0 0,6922 1,7543 1,7543 0,7855 0 0 0 Коефіцієнти a0 a1 a2 a3 ІІв -0,09059 -0,01133 0 0 0 Границя а Лінія А-Б Лінія В-Б Лінія В-А 3,5 С tзп 10 С; tзп 3,5 С; tзп 3,5 С; tзп 3,5 С; (Gсв/1000) 1,0 3,0