RU2432468C1

RU2432468C1 - Steam-turbine thermal power plant operating method and device for its implementation

Info

Publication number: RU2432468C1
Application number: RU2010123710/06A
Authority: RU
Inventors: Юрий Максимович Хлебалин (RU); Юрий Максимович Хлебалин
Priority date: 2010-06-10
Filing date: 2010-06-10
Publication date: 2011-10-27

Abstract

FIELD: power industry. ^ SUBSTANCE: when using steam-turbine thermal power plant (TPP) there performed is a multi-stage turbine steam overheating and delivery water heating for heat supply system in subsidiary district heater with the help of intermediate heat carrier. As intermediate heat carrier steam, gas or metal melt can be used. Steam-turbine TPP includes boiler connected by pipeline to turbine that has high-pressure area, medium-pressure area and low-pressure area that is connected to electric generator and condenser. Each turbine part has its own steam over-heater heated by heat carrier of intermediate circuit connected to boiler over-heater. Turbine is connected with main district heater through steam heat extraction for heating of return delivery water of heat supply system, the pipeline of which is connected to subsidiary district heater, where delivery water is heated by heat carrier of intermediate circuit. ^ EFFECT: invention allows increasing of manoeuvre properties of TPP operation, reduction of construction investment, increasing of electric power station efficiency. ^ 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к паротурбинным теплоэлектроцентралям (ТЭЦ), и предназначено для увеличения экономичности и маневренности промышленных и отопительных ТЭЦ большой мощности на закритические параметры пара.The invention relates to the field of power engineering, in particular to steam turbine power plants (CHP), and is intended to increase the efficiency and maneuverability of industrial and heating power plants of high power for supercritical steam parameters.

Известна теплофикационная установка (А.с. СССР №1211423, Бюл. №6, 1981), содержащая котел с промежуточными пароперегревателями, турбину, блочные сетевые подогреватели, включенные параллельно по сетевой воде между прямой и обратной магистралями, аккумулятор сетевой воды, пиковый подогреватель, подключенный по пару к горячим и холодным ниткам промежуточных пароперегревателей, а по сетевой воде посредством дополнительных трубопроводов - к прямой магистрали сетевой воды, редукционно-охладительную установку (РОУ). Способ работы теплофикационной установки заключается в генерации пара в котле, его последующем регулируемом отборе с турбины для подогрева сетевой воды в блочных сетевых подогревателях. При отключении блочных подогревателей сетевую воду подают из аккумулятора в пиковый подогреватель, который питается острым паром от редукционно-охладительной установки, и затем нагретую до необходимой температуры сетевую воду направляют потребителю.A well-known heating installation (AS USSR No. 1211423, Bull. No. 6, 1981), comprising a boiler with intermediate superheaters, a turbine, block network heaters connected in parallel through the mains water between the direct and return lines, a mains water accumulator, a peak heater, connected in pairs to hot and cold threads of intermediate superheaters, and via network water through additional pipelines to a direct line of network water, a reduction and cooling unit (ROW). The method of operation of the cogeneration plant is to generate steam in the boiler, its subsequent controlled selection from the turbine for heating the network water in block network heaters. When the block heaters are turned off, the network water is supplied from the accumulator to the peak heater, which is fed with hot steam from a reduction and cooling unit, and then the network water heated to the required temperature is sent to the consumer.

Недостатком описанного способа работы и устройства теплофикационной установки является низкая экономичность и маневренность при больших капиталовложениях в строительство станции.The disadvantage of the described method of operation and the device of the heating installation is low efficiency and maneuverability with large investments in the construction of the station.

Известен способ разгрузки паротурбинной ТЭЦ (А.с. СССР №992752, Бюл. №4, 1983) путем нагрева сетевой воды острым паром котла через редукционно-охладительную установку в дополнительном сетевом подогревателе при снижении теплофикационного отбора пара с турбины.A known method of unloading a steam turbine thermal power plant (AS USSR No. 992752, Bull. No. 4, 1983) by heating the network water with hot steam from a boiler through a reduction and cooling unit in an additional network heater while reducing the heat recovery of steam from the turbine.

Однако в результате дросселирования пара с помощью редукционно-охладительной установки резко уменьшается эффективность работы ТЭЦ, т.к. этот процесс ведется без производства электроэнергии.However, as a result of steam throttling with the help of a reduction and cooling unit, the efficiency of the TPP decreases sharply, because this process is conducted without generating electricity.

Наиболее близкой к заявляемому изобретению является паротурбинная установка (Заявка ФРГ №3110364, 1982), содержащая котел с перегревателем, турбину, пароперегреватели турбины, при этом перегреватель котла и пароперегреватели турбины включены в контур промежуточного перегрева котла и турбины с нагнетателем. Способ работы установки заключается в выработке пара в котле, его расширении в турбине с многократным дополнительным подогревом промежуточными пароперегревателями турбины за счет теплоты теплоносителя, циркулирующего в контуре промежуточного перегрева котла и турбины. При этом пар, вращая лопасти турбины, выполняет механическую работу, которая в электрогенераторе преобразуется в электрическую. Таким образом, способ обеспечивает производство электрической энергии с повышенным КПД паротурбинного цикла.Closest to the claimed invention is a steam turbine installation (Application Germany No. 3110364, 1982), comprising a boiler with a superheater, a turbine, turbine superheaters, while the boiler superheater and turbine superheaters are included in the intermediate overheating circuit of the boiler and turbine with a supercharger. The method of operation of the installation is to generate steam in the boiler, to expand it in the turbine with multiple additional heating by intermediate superheaters of the turbine due to the heat of the coolant circulating in the intermediate overheating circuit of the boiler and turbine. In this case, the steam, rotating the blades of the turbine, performs mechanical work, which in the electric generator is converted into electric. Thus, the method provides for the production of electrical energy with increased efficiency of the steam turbine cycle.

Недостатком данного технического решения является отсутствие выработки тепловой энергии для системы теплоснабжения и работа паротурбинной установки в базовом режиме графика электрической нагрузки без маневренных свойств энергоблока.The disadvantage of this technical solution is the lack of heat energy generation for the heat supply system and the operation of the steam turbine unit in the basic mode of the electrical load schedule without the maneuvering properties of the power unit.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение экономичности и маневренности работы паротурбинной ТЭЦ.The task of the invention is to increase the efficiency and maneuverability of the steam turbine power plant.

Техническим результатом является повышение КПД цикла паротурбинной ТЭЦ за счет использования многоступенчатого промперегрева пара турбины с нагревом сетевой воды в дополнительном сетевом подогревателе теплоносителем контура промперегрева котла и турбины.The technical result is to increase the efficiency of the cycle of a steam turbine thermal power plant due to the use of multi-stage industrial superheating of the turbine steam with heating of the network water in an additional network heater with the coolant of the industrial superheating circuit of the boiler and turbine.

Поставленная задача решается тем, что в способе работы паротурбинной ТЭЦ, включающем генерацию пара в паровом котле ТЭЦ, его расширение в паровой турбине с одновременным ступенчатым перегревом за счет теплоты промежуточного теплоносителя, циркулирующего в контуре промежуточного перегрева котла и турбины, выработку механической энергии с ее преобразованием в электрическую в электрогенераторе, регенерацию конденсата отработанного пара турбины, согласно предлагаемому решению, осуществляют нагрев сетевой воды в основном и/или дополнительном подогревателях в зависимости от температурного графика тепловой сети и графика электрической нагрузки ТЭЦ, при этом для нагрева сетевой воды в основном подогревателе используют пар из теплофикационного отбора турбины, а для нагрева сетевой воды в дополнительном подогревателе - теплоту промежуточного теплоносителя, циркулирующего в контуре промежуточного перегрева котла и турбины. В качестве промежуточного теплоносителя может быть использован пар, газ или расплав металла.The problem is solved in that in the method of operation of a steam turbine thermal power plant, including the generation of steam in a steam boiler of a thermal power plant, its expansion in a steam turbine with simultaneous stepwise overheating due to the heat of the intermediate heat carrier circulating in the intermediate overheating circuit of the boiler and turbine, the generation of mechanical energy with its conversion into the electric one in the electric generator, regeneration of the condensate of the exhaust steam of the turbine, according to the proposed solution, the mains water is heated mainly and / or supplemented depending on the temperature schedule of the heat network and the schedule of the electric load of the thermal power station, while the main heater uses steam from the heat recovery of the turbine to heat the network water, and the heat of the intermediate heat carrier circulating in the intermediate overheating circuit is used to heat the network water in the additional heater and turbines. As an intermediate heat transfer medium, steam, gas or molten metal can be used.

Паротурбинная ТЭЦ для реализации описанного способа включает паровой котел, подсоединенную к нему посредством паропровода паровую турбину, содержащую установленные на одном валу и последовательно соединенные часть высокого давления, две части среднего давления и часть низкого давления; контур промежуточного перегрева котла и турбины, содержащий нагнетатель, перегреватель котла и включенные между частями турбины промежуточные пароперегреватели; при этом часть низкого давления паровой турбины снабжена теплофикационным отбором пара и соединена с электрогенератором и конденсатором, который связан с паровым котлом через систему регенеративного подогрева питательной воды. Согласно предлагаемому решению паротурбинная ТЭЦ содержит основной подогреватель сетевой воды, соединенный через запорный орган с теплофикационным отбором пара турбины, и дополнительный подогреватель сетевой воды, выполненный с возможностью включения в контур промежуточного перегрева котла и турбины посредством запорной арматуры, при этом выход основного сетевого подогревателя подключен по сетевой воде ко входу дополнительного сетевого подогревателя через дополнительный запорный орган и соединен с прямой магистралью сетевой воды дополнительным трубопроводом с запорным органом.A steam turbine CHPP for the implementation of the described method includes a steam boiler connected to it by means of a steam pipe, a steam turbine comprising a high pressure part, two medium pressure parts and a low pressure part mounted on one shaft and connected in series; a circuit for intermediate overheating of the boiler and turbine, comprising a supercharger, a boiler superheater and intermediate superheaters included between the turbine parts; at the same time, a part of the low pressure of the steam turbine is provided with cogeneration steam extraction and is connected to an electric generator and a condenser, which is connected to the steam boiler through a regenerative heating water system. According to the proposed solution, a steam-turbine thermal power plant contains a main heater for network water connected through a shut-off element to a heat recovery steam turbine and an additional heater for network water made with the possibility of switching the boiler and turbine on an intermediate overheating circuit using shutoff valves, while the output of the main network heater is connected via network water to the input of the additional network heater through an additional shut-off element and is connected to a direct network of network water additional pipe with a locking body.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема работы паротурбинной ТЭЦ.The invention is illustrated in the drawing, which shows the scheme of the steam turbine CHP.

Позициями на чертеже обозначены: 1 - паровой котел, 2 - паропровод, 3 - паровая турбина, 4 - часть высокого давления турбины, 5, 6 - части среднего давления турбины, 7 - часть низкого давления турбины, 8 -электрогенератор, 9 - конденсатор, 10 - теплофикационный отбор пара, 11-16 - задвижки, 17 - основной подогреватель сетевой воды, 18 - обратная магистраль сетевой воды, 19 - дополнительный подогреватель сетевой воды, 20 - контур промежуточного перегрева котла и турбины, 21 - нагнетатель, 22 - перегреватель котла, 23 - пароперегреватель турбины, 24 - прямая магистраль сетевой воды.The positions in the drawing indicate: 1 - steam boiler, 2 - steam pipe, 3 - steam turbine, 4 - part of the high pressure turbine, 5, 6 - part of the medium pressure of the turbine, 7 - part of the low pressure of the turbine, 8 - electric generator, 9 - condenser, 10 - cogeneration steam extraction, 11-16 - valves, 17 - main network water heater, 18 - main water return line, 19 - additional network water heater, 20 - boiler and turbine intermediate superheat circuit, 21 - supercharger, 22 - boiler superheater 23 - turbine superheater; 24 - direct line network water oh.

Паротурбинная ТЭЦ включает паровой котел 1, соединенный паропроводом 2 с паровой турбиной 3, имеющей часть высокого давления 4, две части среднего давления 5, 6 и часть низкого давления 7, установленные на одном общем валу турбины. Турбина 3 соединена с электрогенератором 8 и конденсатором 9, связанным с котлом 1 через систему регенеративного подогрева питательной воды, включающую последовательно соединенные конденсатный насос, подогреватель низкого давления, деаэратор, питательный насос и подогреватель высокого давления (не показано). Между частями турбины 3 установлены пароперегреватели турбины 23 контура промежуточного перегрева котла и турбины 20, содержащего нагнетатель 21. Между обратной 18 и прямой 24 магистралями сетевой воды последовательно включены основной 17 и дополнительный 19 подогреватели сетевой воды, при этом основной подогреватель сетевой воды 17 через задвижку 11 подключен к теплофикационному отбору пара 10 части низкого давления 7 турбины, а дополнительный подогреватель 19 с помощью дополнительных трубопроводов с задвижками 14, 15 параллельно включен в контур промежуточного перегрева котла и турбины 20. Между точками включения дополнительных трубопроводов в контуре промежуточного перегрева котла и турбины 20 размещен запорный орган 16. Выход основного подогревателя сетевой воды 17 соединен по сетевой воде со входом дополнительного подогревателя сетевой воды 19 через задвижку 12 и связан с прямой магистралью сетевой воды 24 посредством дополнительного трубопровода с задвижкой 13, при этом одна из точек включения дополнительного трубопровода (вход трубопровода) расположена между основным подогревателем 17 и задвижкой 12, вторая (выход трубопровода) - после дополнительного подогревателя 19 по направлению движения сетевой воды.A steam turbine CHP plant includes a steam boiler 1 connected by a steam line 2 to a steam turbine 3 having a high pressure part 4, two medium pressure parts 5, 6 and a low pressure part 7 mounted on one common turbine shaft. The turbine 3 is connected to an electric generator 8 and a condenser 9 connected to the boiler 1 through a regenerative feed water heating system, including a condensate pump, a low pressure heater, a deaerator, a feed pump and a high pressure heater (not shown) connected in series. Between the parts of the turbine 3, superheaters of the turbine 23 of the intermediate overheating circuit of the boiler and the turbine 20 containing the supercharger 21 are installed. Between the return 18 and direct 24 mains water mains, the main 17 and additional 19 mains water heaters are connected in series, while the main mains water heater 17 through the gate valve 11 connected to the heat recovery steam 10 of the low pressure part 7 of the turbine, and an additional heater 19 with the help of additional pipelines with valves 14, 15 is connected in parallel to the circuit intermediate heating of the boiler and turbine 20. Between the switching points of the additional pipelines in the intermediate heating circuit of the boiler and turbine 20 is a shut-off member 16. The output of the main heater of network water 17 is connected via network water to the input of the additional heater of network water 19 through a valve 12 and connected to a direct line network water 24 through an additional pipeline with a valve 13, while one of the points of inclusion of an additional pipeline (pipeline inlet) is located between the main heater atelel 17 and valve 12, the second (pipeline outlet) - after the additional heater 19 in the direction of movement of the network water.

Паротурбинная ТЭЦ работает следующим образом.Steam turbine CHP works as follows.

Пар, генерируемый в котле 1, по паропроводу 2 последовательно поступает для расширения на части высокого 4, среднего 5, 6 и низкого 7 давления паровой турбины 3, между которыми установлены пароперегреватели турбины 23, служащие для нагрева пара в частях турбины за счет теплоносителя, циркулирующего в контуре промперегрева котла и турбины 20 и нагретого в перегревателе котла 22. В результате через последние части турбины проходит сухой насыщенный пар. После выхода из турбины, отработанный пар поступает в конденсатор 9, где происходит его конденсация. Конденсат отработавшего в турбине пара при помощи конденсатного насоса проходит через подогреватель низкого давления в деаэратор. Из деаэратора питательный насос подает воду через подогреватель высокого давления в паровой котел 1.The steam generated in the boiler 1, through the steam line 2, is sequentially supplied for expansion to parts of high 4, medium 5, 6 and low 7 pressure of the steam turbine 3, between which steam superheaters of the turbine 23 are installed, which serve to heat the steam in the parts of the turbine due to the coolant circulating in the overheating circuit of the boiler and turbine 20 and the boiler heated in the superheater 22. As a result, dry saturated steam passes through the last parts of the turbine. After exiting the turbine, the exhaust steam enters the condenser 9, where it is condensed. The condensate of the steam exhausted in the turbine, through a condensate pump, passes through a low-pressure heater to the deaerator. From the deaerator, the feed pump supplies water through the high pressure heater to the steam boiler 1.

В зависимости от температурного графика тепловой сети и графика электрической нагрузки теплоэлектроцентраль может работать в нескольких режима.Depending on the temperature schedule of the heat network and the schedule of the electric load, the combined heat and power plant can operate in several modes.

Разгрузка паротурбинной ТЭЦ, работающей по электрическому графику нагрузки, по электрической мощности при заданном отпуске теплоты в систему теплоснабжения, например, в ночное время, производится путем снижения выработки электроэнергии паром теплофикационного отбора 10 и нагрева сетевой воды в дополнительном сетевом подогревателе 19 за счет теплоты промежуточного теплоносителя, циркулирующего в контуре промперегрева котла и турбины 20. В этом случае снижают температуру сетевой воды, для чего уменьшают подачу пара с котла 1 через паропровод 2 на турбину 3, снижая электрическую нагрузку на электрогенераторе 8. При постоянном пропуске пара в конденсатор 9 уменьшают теплофикационный отбор пара 10, закрывая задвижку 11 на основной сетевой подогреватель 17.Unloading a steam turbine thermal power plant operating according to an electrical load schedule, according to electric capacity for a given heat supply to the heat supply system, for example, at night, is done by reducing the generation of electricity by steam of heat extraction 10 and heating the network water in an additional network heater 19 due to the heat of the intermediate heat carrier circulating in the overheating circuit of the boiler and turbine 20. In this case, the temperature of the supply water is reduced, for which the steam supply from the boiler 1 is reduced through the steam water 2 to the turbine 3, reducing the electric load on the generator 8. With a constant passage of steam into the condenser 9, the heat recovery of steam 10 is reduced by closing the valve 11 to the main network heater 17.

Для нагрева сетевой воды в соответствии с температурным графиком тепловой сети в обратной магистрали сетевой воды 18 открывают задвижку 12, закрывают задвижку 13 и направляют сетевую воду в дополнительный сетевой подогреватель 19, где осуществляют ее нагрев промежуточным теплоносителем, циркулирующем в контуре промперегрева котла и турбины 20 при открытых задвижках 14, 15 и закрытой задвижке 16. Охлажденный в дополнительном подогревателе сетевой воды 19 промежуточный теплоноситель по контуру промперегрева котла и турбины 20 направляется для последующего нагрева нагнетателем 21 в перегреватель котла 22. Нагретая сетевая вода из дополнительного сетевого подогревателя 19 направляется в систему теплоснабжения.To heat the network water in accordance with the temperature schedule of the heating network in the return mains of the network water 18, open the valve 12, close the valve 13 and direct the network water to an additional network heater 19, where it is heated by an intermediate heat medium circulating in the overheating circuit of the boiler and turbine 20 at open valves 14, 15 and a closed valve 16. The intermediate coolant cooled in the auxiliary network water heater 19 along the industrial reheat circuit of the boiler and turbine 20 is sent to the next heating by the supercharger 21 to the superheater of the boiler 22. The heated network water from the additional network heater 19 is sent to the heat supply system.

При восстановлении электрической нагрузки на паротурбинной ТЭЦ до номинальных значений производят увеличение теплофикационного отбора пара 10 на основной сетевой подогреватель 17, открывая задвижку 11. При этом на обратной магистрали сетевой воды, открывая задвижки 13, 16 и закрывая задвижки 12, 14, 15 отключают дополнительный сетевой подогреватель 19 по сетевой воде от контура промперегрева котла и турбины 20.When restoring the electric load on the steam turbine CHP to the nominal values, the heat extraction of steam 10 is increased to the main network heater 17, opening the valve 11. At the same time, opening the valves 13, 16 and closing the valves 12, 14, 15 shut off the additional network a heater 19 in the supply water from the overheating circuit of the boiler and turbine 20.

При необходимости максимального нагрева сетевой воды (например, в зимнее время) нагрев воды осуществляют в основном 17 и дополнительном 19 подогревателях, открывая при этом задвижки 11, 12, 15, 14 и закрывая задвижки 13 и 16.If necessary, maximum heating of the mains water (for example, in winter), the water is heated mainly by 17 and an additional 19 heaters, opening the valves 11, 12, 15, 14 and closing the valves 13 and 16.

Описанный способ работы паротурбинной ТЭЦ обладает более высокой экономичностью и маневренностью за счет использования многоступенчатого промперегрева пара турбины и уменьшения влажности пара в части низкого давления турбины. Маневренность работы ТЭЦ обусловлена возможностью нагрева сетевой воды в дополнительном сетевом подогревателе теплоносителем, циркулирующем в контуре промежуточного перегрева котла и турбины, при снижении теплофикационного отбора пара турбины на основной сетевой подогреватель. Использование предлагаемого технического решения позволит сократить капитальные вложения в строительство ТЭЦ за счет уменьшения количества труб и гидравлических сопротивлений промежуточного контура с повышением КПД электростанции.The described method of operation of a steam turbine thermal power plant has higher efficiency and maneuverability due to the use of multi-stage industrial superheating of the turbine steam and reducing steam humidity in the low-pressure part of the turbine. The maneuverability of the CHP operation is due to the possibility of heating the network water in the additional network heater with a coolant circulating in the intermediate overheating circuit of the boiler and turbine, while reducing the heat recovery of the turbine steam to the main network heater. Using the proposed technical solution will reduce capital investment in the construction of thermal power plants by reducing the number of pipes and hydraulic resistance of the intermediate circuit with increasing efficiency of the power plant.

Claims

1. The method of operation of a steam turbine TPP, including the generation of steam in a steam boiler of a combined heat and power plant, its expansion in a steam turbine with simultaneous stepwise overheating due to the heat of the intermediate heat carrier circulating in the intermediate overheating circuit of the boiler and turbine, the generation of mechanical energy with its conversion into electrical energy in an electric generator, regeneration of condensate of exhaust steam of a turbine, characterized in that the heating of the mains water is carried out in the main and / or additional heaters in dependent it depends on the temperature schedule of the heat network and the schedule of the electric load of the CHPPs, in this case, steam from the heat recovery selection of the turbine is used in the main heater to heat the network water, and the heat of the intermediate heat carrier circulating in the intermediate overheating circuit of the boiler and turbine is used to heat the network water in the additional heater.

2. The method according to claim 1, characterized in that steam, gas or molten metal are used as an intermediate heat carrier.

3. A steam turbine CHPP for implementing the method according to claim 1, comprising a steam boiler, a steam turbine connected to it by means of a steam line, comprising a high pressure part, two medium pressure parts and a low pressure part, a boiler intermediate overheating circuit, and a turbine comprising a supercharger, a boiler superheater and intermediate superheaters included between the turbine parts, while a low pressure part of the steam turbine is connected to an electric generator, cathode and is equipped with a heat recovery steam extraction, the condenser is connected to the steam boiler through a regenerative feed water heating system, characterized in that it contains a main heating water heater connected through a shut-off element to a heating water heating selection, and an additional heating water heater configured to be included in boiler and turbine overheating circuit by means of shut-off valves, while the output of the main network heater is connected via mains water to the input of the auxiliary about the network heater through an additional shut-off element and is connected to a direct line of network water by an additional pipeline with a shut-off element.