RU2118461C1

RU2118461C1 - Integrated cooling system for high- and intermediate- pressure rotors of steam reheat turbine

Info

Publication number: RU2118461C1
Application number: RU96115096A
Authority: RU
Inventors: Л.П. Сафонов; А.П. Огурцов; М.В. Бакурадзе; А.Н. Коваленко; Л.Л. Вайнштейн; Н.Н. Гудков; В.Н. Митин; В.Н. Царев
Original assignee: Акционерное общество "Ленэнергоремонт"
Priority date: 1996-07-19
Filing date: 1996-07-19
Publication date: 1998-08-27

Abstract

FIELD: cooling high-temperature rotors of steam turbines. SUBSTANCE: heat-transfer apparatus of system has direct-contact desuperheater and surface heat exchanger; direct-contact desuperheater whose inlet is connected to main-steam pipeline has tank with spray nozzles connected to feedwater pipeline and evaporating section downstream of it in the form of coil; surface heat exchanger is double-walled vessel whose space between walls communicates with pipeline for heat extraction from high-pressure cylinder that houses desuperheater coil. EFFECT: improved heat transfer augmentation, reduced steam flow that improves cooling system efficiency; reduced size of heat-transfer assembly. 1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к турбостроению и может быть использовано для охлаждения высокотемпературных роторов паровых турбин. The invention relates to turbine construction and can be used for cooling high-temperature rotors of steam turbines.

Организация охлаждения наиболее горячих участков роторов высокого и среднего давления (РВД и РСД) позволяет продлить ресурс и повысить надежность работы паровой турбины. The cooling organization of the hottest sections of high and medium pressure rotors (RVD and RSD) allows to extend the life and increase the reliability of the steam turbine.

Известна система охлаждения РСД турбины К-300-240 ЛМЗ паром, взятым из первого отбора цилиндра высокого давления (ЦВД) и подводимым спереди и сзади первого диска РСД (Шаргородский В.С. и др. Устройство для охлаждения ротора паровой турбины, SU, авторское свидетельство, N 1673734, кл. F 01 D 5/08, 1989). Known RSD cooling system for K-300-240 LMZ turbine with steam taken from the first high-pressure cylinder (CVP) selection and brought in front and behind the first RSD disk (V. Shargorodsky and others. Device for cooling a steam turbine rotor, SU, copyright certificate N 1673734, class F 01 D 5/08, 1989).

При этом достигается снижение температуры металла диска. Недостаток такого решения - невозможность его применения для РВД. Охлаждающий пар должен иметь давление больше, а температуру меньше, чем основной поток в камере перед первым диском, поэтому для охлаждения РВД можно использовать только предварительно охлажденный свежий пар. This reduces the temperature of the metal disk. The disadvantage of this solution is the impossibility of its application for the WFD. The cooling steam must have a pressure greater and a temperature lower than the main stream in the chamber in front of the first disk, therefore, only pre-chilled fresh steam can be used to cool the HPP.

Известны редукционно-охладительные устройства (РОУ), где горячий пар охлаждается путем подачи воды под давлением выше давления пара во впрыскивающее водораспылительное устройство (например, с помощью форсунок). За местом впрыска воды для полного испарения влаги и образования сухого охлажденного пара выполняется трубопроводный участок длиной 10 м и более (РОУ с раздельным и совмещенным редуцированием и охлаждением пара. - М.: НИИЭинформэнергомаш, с. 11, 1984). Known reduction-cooling devices (ROW), where the hot steam is cooled by supplying water under a pressure higher than the vapor pressure in the spraying water spray device (for example, using nozzles). Behind the water injection site for complete evaporation of moisture and the formation of dry chilled steam, a pipeline section of 10 m or more in length is performed (ROW with separate and combined steam reduction and cooling. - M .: NIIEinformenergomash, p. 11, 1984).

При этом достигается снижение температуры пара, но из-за длинного участка испарения влаги компановка охладительного устройства требует больших габаритов, особенно если необходимо обеспечить полное отсутствие капельной влаги в охлажденном паре, опасной в арозионном отношении. In this case, a decrease in the temperature of the steam is achieved, but due to the long section of moisture evaporation, the layout of the cooling device requires large dimensions, especially if it is necessary to ensure the complete absence of drip moisture in the cooled pair, which is hazardous in the case of arosion.

Наиболее близкой к изобретению является комплексная система охлаждения роторов высокого и среднего давления паровой турбины с промперегревом, включающая теплообменник, подключенный по входу к трубопроводам свежего пара и пара из отбора цилиндра высокого давления, а по выходу - к устройствам охлаждения роторов высокого и среднего давления. Closest to the invention is an integrated cooling system for high and medium pressure rotors of a steam turbine with superheating, including a heat exchanger connected at the inlet to the fresh steam and steam pipelines from the selection of the high pressure cylinder, and at the outlet to cooling devices for high and medium pressure rotors.

Внутри теплообменника расположен трубопровод отбора свежего пара, а полость теплообменника соединена с трубопроводом отбора из ЦВД (Шаргородский В. С. и др. Паротурбинная установка, RU, патент, 2053377, кл. F 01 K 17/04, 1996). A fresh steam extraction line is located inside the heat exchanger, and the heat exchanger cavity is connected to the extraction line from the CVP (Shargorodsky V.S. et al. Steam turbine installation, RU, patent, 2053377, class F 01 K 17/04, 1996).

Преимущество этого решения - в организации комплексного охлаждения наиболее горячих участков РВД и РСД, поскольку здесь для охлаждения пара высокого давления, подаваемого в систему охлаждения РВД, используется холодный пар из выхлопа ЦВД, который при этом подогревается до температуры, достаточной для охлаждения горячих участков ротора цилиндра среднего давления (ЦСД). The advantage of this solution is the organization of complex cooling of the hottest sections of the high pressure hoses and RSD, since here for cooling the high pressure steam supplied to the cooling system of the high pressure hoses, cold steam from the exhaust of the high pressure hoses is used, which is heated to a temperature sufficient to cool the hot sections of the cylinder rotor medium pressure (CSD).

Недостатки упомянутой системы: из-за низких коэффициентов теплопередачи паропаровой теплообменник должен иметь значительные габариты, что приводит к потерям давления, снижению экономичности работы; использование части пара из отбора ЦВД или холодного промперегрева для охлаждения пара высокого давления, подаваемого в устройство охлаждения РВД, снижает экономичность турбоустановки. The disadvantages of the mentioned system: due to the low heat transfer coefficients, the steam-steam heat exchanger must have significant dimensions, which leads to pressure losses, reduced operating efficiency; the use of part of the steam from the selection of the high-pressure cylinder or cold industrial superheat for cooling high-pressure steam supplied to the cooling device of the high pressure washer reduces the efficiency of the turbine.

Задача изобретения - уменьшение габаритов системы охлаждения и повышение экономичности турбоустановки. The objective of the invention is to reduce the size of the cooling system and increase the efficiency of the turbine.

Указанная задача решается за счет того, что в комплексной системе охлаждения роторов высокого и среднего давления паровой турбины с промперегревом, включающей теплообменное устройство, подключенное по входам к трубопроводам подачи свежего пара и пара отбора из цилиндра высокого давления, а по выходам - через трубопроводы к устройствам охлаждения роторов высокого и среднего давления, согласно изобретению, теплообменное устройство содержит смешивающий пароохладитель и поверхностный теплообменник, причем смешивающий пароохладитель, подключенный по входу к трубопроводу свежего пара, включает сосуд с форсунками, подключенными к трубопроводу питательной воды, и испарительный участок за ним, выполненный в виде змеевика, а поверхностный теплообменник представляет собой двухстенный сосуд с полостью между стенками, соединенной по входу с трубопроводом отбора пара из цилиндра высокого давления, внутри которой расположен змеевик пароохладителя. This problem is solved due to the fact that in the integrated cooling system of high and medium pressure rotors of a steam turbine with superheating, including a heat exchanger connected at the inlets to the fresh steam and extraction steam pipelines, and at the outputs through the pipelines to the devices cooling rotors of high and medium pressure, according to the invention, the heat exchanger comprises a mixing desuperheater and a surface heat exchanger, the mixing desuperheater according to connected at the entrance to the fresh steam pipeline, includes a vessel with nozzles connected to the feed water pipeline, and the evaporation section behind it, made in the form of a coil, and the surface heat exchanger is a double-walled vessel with a cavity between the walls, connected at the entrance to the steam extraction pipeline from high-pressure cylinder, inside of which there is a desuperheater coil.

Преимущества предлагаемой системы охлаждения заключаются в следующем: впрыск питательной воды в охлаждаемый свежий пар позволяет существенно повысить интенсивность теплообмена, так как теплообмен осуществляется не в поверхностном теплообменнике, а в смешивающем пароохладителе - в устройстве смешения пара с питательной водой и в трубопроводном участке испарения влаги за ним; выполнение участка испарения влаги в форме змеевика позволяет обеспечить его длину, достаточную для обеспечения однородности смеси, идущей на охлаждение РВД при значительном уменьшении компоновочных габаритов; размещение испарительного змеевика в корпусе теплообменника и использование его тепла для подогрева пара из выхлопа ЦВД /холодного промперегрева/, подаваемого на устройство охлаждения РСД, позволяет уменьшить габариты теплообменника; использование питательной воды для охлаждения свежего пара перед подачей его в устройство охлаждения РВД позволяет уменьшить отбор пара из ЦВД в систему охлаждения и повысить экономичность. The advantages of the proposed cooling system are as follows: the injection of feed water into the cooled fresh steam can significantly increase the heat transfer intensity, since heat transfer is carried out not in the surface heat exchanger, but in the mixing desuperheater - in the device for mixing steam with feed water and in the pipeline section of moisture evaporation behind it ; the implementation of the area of moisture evaporation in the form of a coil allows us to ensure its length sufficient to ensure uniformity of the mixture going to cooling the WFD with a significant reduction in layout dimensions; the placement of the evaporative coil in the heat exchanger housing and the use of its heat to heat steam from the exhaust of the CVP / cold superheat / supplied to the RSD cooling device allows to reduce the dimensions of the heat exchanger; the use of feed water for cooling fresh steam before feeding it to the HPP cooling device allows to reduce the selection of steam from the HPP to the cooling system and increase efficiency.

Таким образом, применение совокупности заявленных признаков позволяет повысить экономичность работы турбоустановки с комплексной системой охлаждения РВД и РСД. Thus, the use of a combination of the claimed features allows you to increase the efficiency of the turbine with an integrated cooling system of the high pressure hoses and RSD.

Схема системы охлаждения показана на фиг. 1, на фиг. 2 - узел А теплообменника; фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 2. A diagram of a cooling system is shown in FIG. 1, in FIG. 2 - node A of the heat exchanger; FIG. 3 is a section BB in FIG. 2.

Турбина включает ЦВД 1 и ЦСД 2 с роторами РВД 3 и РСД 4. К ЦВД 1 подключен трубопровод свежего пара 5, выход ЦВД 1 соединен трубопроводом 6 с промежуточным промперегревом, к паровпуску ЦВД 1 подведен трубопровод 7 после промежуточного пароперегрева. The turbine includes CVP 1 and TsSD 2 with rotors HPP 3 and RSD 4. Fresh steam 5 is connected to HPP 1, the output of HPP 1 is connected by pipe 6 with intermediate industrial superheating, pipe 7 is connected to steam inlet of HPP 1 after intermediate superheating.

Комплексная система охлаждения РВД 3 и РСД 4 содержит теплообменный узел (обозначен А на фиг. 1). Узел А включает сосуд 8, к которому снизу подведен трубопровод 9 отбора от трубопровода свежего пара 5, в стенке верхней части сосуда 8 установлены форсунки 10, выходы их направлены в радиальных плоскостях наклонно вниз навстречу вводу трубы 9, по входу форсунки 10 присоединены коллектором 11 отбора воды к выходу питательного насоса турбоустановки (не показан). Сосуд 8 с форсунками 10 составляют участок смешения смешивающего пароохладителя. Узел А включает также расположенный вблизи вышеуказанного участка смешения корпус поверхностного теплообменника 12, имеющий внутреннюю стенку 13, расположенную вертикально от дна корпуса 12, несколько не доходя до верха, внизу внутренней стенки 13 у дна корпуса 12 имеются дренажные отверстия 14, а в центральной полости стенки 13 в дне корпуса 12 выполнен дренажный патрубок 15. В кольцевой полости между корпусом поверхностного теплообменника 12 и внутренней стенкой 13 размещен испарительный участок смешивающего пароохладителя в виде трубы, изогнутой в форме змеевика 16, верхний конец его в касательном направлении выходит через стенку корпуса 12 и присоединен трубой 17 к верху сосуда 8 участка смещения смешивающего пароохладителя. Труба 17 и змеевик 16 образуют участок испарения смешивающего пароохладителя. Нижний конец змеевика 16 входит касательно через стенку корпуса 12 и присоединен трубой 18 к устройству охлаждения 19 РВД 3. Внизу к полости корпуса 12 касательно присоединена труба 20, подключенная к трубопроводу 6 промежуточного пароперегрева, наверху к полости корпуса 12 поверхностного теплообменника касательно присоединена труба 21, подключенная к устройству охлаждения 22 РСД 4. The integrated cooling system of the WFD 3 and RSD 4 contains a heat exchange unit (indicated by A in Fig. 1). Node A includes a vessel 8, to which a withdrawal pipe 9 from the fresh steam pipeline 5 is connected from below, nozzles 10 are installed in the wall of the upper part of the vessel 8, their outlets are directed in radial planes obliquely downward towards the inlet of the pipe 9, at the input of the nozzle 10 they are connected by a collector 11 water to the outlet of the turbo plant feed pump (not shown). A vessel 8 with nozzles 10 constitutes the mixing section of the mixing desuperheater. The assembly A also includes a surface heat exchanger housing 12 located near the above mixing section, having an inner wall 13 located vertically from the bottom of the housing 12, slightly not reaching the top, there are drainage holes 14 at the bottom of the housing 12 at the bottom of the housing 12, and in the central cavity of the wall 13, a drainage pipe 15 is made in the bottom of the casing 12. In the annular cavity between the casing of the surface heat exchanger 12 and the inner wall 13 there is an evaporative section of the mixing desuperheater in the form of a pipe, I bend oh shaped coil 16, the upper end thereof in the tangential direction out through the wall of the housing 12 and the pipe 17 connected to the top portion of the mixing vessel 8 desuperheater offset. The pipe 17 and the coil 16 form the evaporation section of the mixing desuperheater. The lower end of the coil 16 enters tangentially through the wall of the housing 12 and is connected by a pipe 18 to the cooling device 19 of the high pressure air heater 3. At the bottom of the cavity of the housing 12 is tangentially connected a pipe 20 connected to the pipe 6 of an intermediate superheater, at the top, to the cavity of the housing 12 of the surface heat exchanger, a pipe 21 is connected, connected to cooling device 22 RSD 4.

Система функционирует следующим образом. The system operates as follows.

При работе турбины свежий пар по трубопроводу 5 подводится к ЦВД 1, далее из ЦВД уходит на промперегрев по трубопроводу 6, после перегрева пар подходит по трубопроводу 7 в ЦСД 2. По трубе отбора 9 свежий пар подходит к смешивающему пароохладителю 8, сверху в него по трубопроводу 11 от питательного насоса подается через форсунку 10 питательная вода давления выше, чем давление свежего пара, после смешения увлажняющий пар из пароохладителя 8 по трубе 17 проходит в испарительный участок - змеевик 16, в котором происходит дальнейшее испарение капель питательной воды, превращение смеси в однородный сухой перегретый пар температуры, достаточной для подачи в систему охлаждения 19 горячих участков РВД 3, куда этот пар подается по трубопроводу 18. По трубопроводу 20 в полость между корпусом 12 и стаканом 13 подается пар из выхлопа ЦВД 1 (холодного промперегрева), поток этого пара закручивается на входе и спирально обтекает витки змеевика 16, отбирает тепло через его стенки от проходящего внутри змеевика 16 пара высокого давления, и выходит, подогретый до температуры, достаточной для подачи в систему охлаждения 22 горячих участков РСД 4, куда этот пар подается по трубопроводу 21. When the turbine is operating, fresh steam is fed through the pipe 5 to CVP 1, then it goes from the CVP to industrial superheating through the pipe 6, after overheating, the steam goes through the pipe 7 to the TsSD 2. Through the sampling pipe 9, the fresh steam goes to the mixing desuperheater 8, from above the pipe 11 from the feed pump is fed through the nozzle 10, the feed water pressure is higher than the pressure of fresh steam, after mixing, the moisturizing steam from desuperheater 8 through pipe 17 passes to the evaporation section - coil 16, in which further evaporation of the drops of pit occurs water, converting the mixture into a homogeneous dry superheated steam of a temperature sufficient to supply the hot system 19 of the high pressure water supply 3 to the cooling system, where this steam is supplied via line 18. Through line 20, steam is supplied from the exhaust of CVP 1 to the cavity between housing 12 and glass 13 ( cold overheating), the flow of this steam swirls at the inlet and spirals around the coils of the coil 16, removes heat through its walls from the high-pressure steam passing inside the coil 16, and exits, heated to a temperature sufficient to supply oh azhdeniya hot portions 22 of the RNC 4, where the steam is supplied via conduit 21.

В период останова турбины в полости теплообменника 12 может конденсироваться вода, которая дренируется через отверстия 14 в дренажный патрубок 15. During the turbine shutdown period, water may condense in the cavity of the heat exchanger 12, which drains through the openings 14 to the drainage pipe 15.

Вышеуказанная организация комплексного охлаждения роторов с помощью впрыска питательной воды в свежий пар, использование этой пароводяной смеси высокого давления для охлаждения ротора цилиндра высокого давления и для подогрева пара среднего давления, подаваемого на охлаждение ротора цилиндра среднего давления, позволяет увеличить интенсивность теплообмена между паром высокого и среднего давления, уменьшить расход пара среднего давления и тем самым повысить эффективность системы охлаждения, а также уменьшить габариты теплообменного узла. The above organization of the complex cooling of rotors by injecting feed water into fresh steam, using this high-pressure steam-water mixture to cool the rotor of the high-pressure cylinder and to heat the medium-pressure steam supplied to cool the rotor of the medium-pressure cylinder, allows to increase the heat exchange between high and medium steam pressure, reduce the consumption of medium-pressure steam and thereby increase the efficiency of the cooling system, as well as reduce the dimensions of heat transfer on the site.

Claims

\\\ 1 Integrated system for cooling high and medium pressure rotors of a steam turbine with superheating, including a heat exchanger connected at the inlets to the pipelines for supplying fresh steam and extraction steam from the high pressure cylinder, and at the outputs through the pipelines to the cooling devices for high and medium rotors pressure, characterized in that the heat exchanger contains a mixing desuperheater and a surface heat exchanger, the mixing desuperheater connected inlet to the fresh pipe ara includes a vessel with nozzles connected to the feed water pipeline, and the evaporation section behind it, made in the form of a coil, and the surface heat exchanger is a double-walled vessel with a cavity between the walls, connected at the inlet to the steam extraction pipe from the high-pressure cylinder, inside of which the desuperheater coil is located.