RU2476689C1

RU2476689C1 - Turboset with accelerated condensation of spent steam

Info

Publication number: RU2476689C1
Application number: RU2011142088/06A
Authority: RU
Inventors: Борис Викторович Катаев; Илья Борисович Катаев
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Научно-Технический Центр Электроэнергетики" (Оао "Нтц Электроэнергетики")
Priority date: 2011-10-18
Filing date: 2011-10-18
Publication date: 2013-02-27

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: turboset comprises a condensation steam turbine communicated via an exhaust nozzle with a condenser. In the exhaust nozzle there is a corona-forming ioniser and a thermoelectric cooler installed in series and connected to controlled sources of supply. The unit of supply sources control is arranged with the possibility to maintain output electric parameters of supply sources in compliance with required process parameters, sensors of which are connected to the control unit input.

EFFECT: invention makes it possible to increase efficiency of a turboset due to reduction of dependence between a condensation process and flow rate and temperature of a cooling water arriving into a condenser.

2 cl, 2 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к конденсационным турбоагрегатам и может быть использовано на тепловых электростанциях с мощными конденсационными турбинами.The invention relates to condensing turbine units and can be used in thermal power plants with powerful condensing turbines.

Уровень техникиState of the art

В турбинах конденсационного типа отработанный пар через выхлопной патрубок турбины поступает в конденсатор. В конденсаторе пар охлаждается до состояния водного конденсата теплообменными трубками, в которые подается охлаждающая вода, например, из градирни. Водный конденсат стекает в сборник конденсата, откуда через подогреватели подается насосами обратно в котлоагрегат. В результате в конденсаторе образуется вакуум, уровень которого определяется интенсивностью процесса конденсации и непосредственно влияет на мощность, развиваемую турбоагрегатом. При недостаточном уровне вакуума повышенное давление в конденсаторе запирает паровоздушный поток в выхлопном патрубке и мощность, развиваемая турбоагрегатом, падает.In condensing type turbines, the exhaust steam flows through the turbine exhaust pipe into the condenser. In the condenser, the steam is cooled to the state of water condensate by heat exchange tubes into which cooling water is supplied, for example, from a cooling tower. Water condensate flows into the condensate collector, from where it is pumped back through the heaters to the boiler unit. As a result, a vacuum is formed in the condenser, the level of which is determined by the intensity of the condensation process and directly affects the power developed by the turbine unit. If the vacuum level is insufficient, the increased pressure in the condenser closes the vapor-air flow in the exhaust pipe and the power developed by the turbine unit drops.

Известны конденсационные паровые турбоагрегаты, содержащие паровую турбину с конденсатором, в котором для ускорения конденсации установлены ионизирующие электроды, создающие коронный разряд между ними и поверхностью теплообменных трубок [авт. свид. SU 1677483, пат. RU 2056607]. Известно также выбранное в качестве прототипа «Устройство для интенсификации конденсации и улучшения течения пара внутри выхлопного патрубка паровой турбины и конденсатора паровой турбины», в котором коронирующий ионизатор установлен в выхлопном патрубке турбины перед конденсатором [пат. RU 2185517].Condensation steam turbines are known, comprising a steam turbine with a condenser, in which, to accelerate condensation, ionizing electrodes are installed that create a corona discharge between them and the surface of the heat exchange tubes [ed. testimonial. SU 1677483, US Pat. RU 2056607]. Also known is selected as a prototype “Device for intensifying condensation and improving the flow of steam inside the exhaust pipe of a steam turbine and a condenser of a steam turbine”, in which the corona ionizer is installed in the exhaust pipe of the turbine in front of the condenser [US Pat. RU 2185517].

Известные решения направлены на интенсификацию конденсации отбираемого пара за счет его ионизации и тем самым на повышение текущей мощности турбоагрегата.Known solutions are aimed at intensifying the condensation of the selected steam due to its ionization and thereby increasing the current power of the turbine unit.

Однако практика эксплуатации конденсационных турбин на электростанциях показывает, что ускорение конденсации за счет ионизации отбираемого из турбины пара эффективно лишь при поступлении в конденсатор увеличенного количества охлаждающей воды с низкой температурой. На электростанциях, где возможности длительно эксплуатируемого охладительного оборудования (градирен, прудов и т.п.) полностью использованы, это является препятствием для интенсивной конденсации пара в напряженных базовых (стационарных) режимах работы турбоагрегата и, в особенности, в режиме форсирования мощности, осуществляемом путем воздействия на регулятор подачи пара в турбину. Последнее связано с инерционностью перехода на новые уровни производительности как парогенератора (котлоагрегата), так и насосов, подающих в конденсатор охлаждающую воду. Резкое повышение выхлопа пара из турбины в конденсатор, сопровождающее режим форсирования мощности, усугубляет этот недостаток.However, the practice of operating condensation turbines in power plants shows that acceleration of condensation due to ionization of steam taken from the turbine is effective only when an increased amount of cooling water with a low temperature enters the condenser. In power plants, where the capabilities of long-term operating cooling equipment (cooling towers, ponds, etc.) are fully utilized, this is an obstacle to intensive condensation of steam in tense basic (stationary) modes of operation of the turbine unit and, in particular, in the mode of boosting power by impact on the steam supply regulator in the turbine. The latter is due to the inertia of the transition to new productivity levels of both the steam generator (boiler unit) and the pumps that supply cooling water to the condenser. A sharp increase in steam exhaust from the turbine to the condenser, which accompanies the power boost mode, exacerbates this drawback.

Кроме того, для ускоренного образования конденсата за счет ионизации требуется, чтобы пар на выхлопе турбины имел достаточно высокую влажность. Однако выполнение этого требования сопровождается понижением КПД турбины и повышением эрозивного износа ее элементов (лопаток цилиндра низкого давления). Поэтому на крупных энергоблоках используются турбины с промперегревом пара, обеспечивающие пониженную влажность пара в турбине и, соответственно, на ее выхлопе, что ограничивает область эффективного применения известных устройств с ионизаторами, включая прототип.In addition, accelerated condensation due to ionization requires that the steam at the turbine exhaust has a sufficiently high humidity. However, the fulfillment of this requirement is accompanied by a decrease in the efficiency of the turbine and an increase in the erosive wear of its elements (vanes of the low pressure cylinder). Therefore, at large power units, turbines with steam superheating are used, which provide low steam humidity in the turbine and, accordingly, at its exhaust, which limits the area of effective use of known devices with ionizers, including the prototype.

Таким образом, общий недостаток известных устройств - низкая эффективность конденсации отработанного пара в условиях ограничений на величину расхода и температуру охлаждающей воды, действующих на эксплуатируемых энергообъектах.Thus, a common drawback of the known devices is the low efficiency of the condensation of the exhaust steam under conditions of restrictions on the flow rate and temperature of the cooling water operating at the operating power facilities.

Раскрытие существа изобретенияDisclosure of the invention

Технический результат изобретения - повышение эффективности турбоагрегата за счет уменьшения зависимости процесса конденсации от расхода и температуры охлаждающей воды, поступающей в конденсатор.The technical result of the invention is to increase the efficiency of the turbine unit by reducing the dependence of the condensation process on the flow rate and temperature of the cooling water entering the condenser.

Предметом изобретения является турбоагрегат, содержащий конденсационную паровую турбину, сообщенную через выхлопной патрубок с конденсатором, при этом в выхлопном патрубке последовательно установлены коронирующий ионизатор и термоэлектрический охладитель, подключенные к регулируемым источникам питания, блок управления которыми выполнен с возможностью поддержания выходных электрических параметров источников питания в соответствии с требуемыми технологическими параметрами, датчики которых подключены к входу блока управления.The subject of the invention is a turbine unit comprising a condensing steam turbine communicated through an exhaust pipe with a condenser, while a corona ionizer and a thermoelectric cooler are connected in series to the exhaust pipe, connected to adjustable power sources, the control unit of which is configured to maintain the output electrical parameters of the power sources in accordance with with the required technological parameters, the sensors of which are connected to the input of the control unit.

Это позволяет получить указанный выше технический результат.This allows you to get the above technical result.

Развитие изобретения предусматривает выполнение блока управления с возможностью включения регулируемых источников питания по сигналу форсирования мощности турбоагрегата и их автоматического отключения при восстановлении давления острого пара перед турбиной и достижении установленного значения уровня вакуума в конденсаторе.The development of the invention provides for the implementation of a control unit with the possibility of switching on regulated power sources by boosting the power of the turbine unit and automatically turning them off when restoring the pressure of the sharp steam in front of the turbine and reaching the set value of the vacuum level in the condenser.

Повышение эффективности конденсации отработанного пара в режиме форсирования мощности позволяет улучшить динамические характеристики турбоагрегата.Increasing the efficiency of condensation of exhaust steam in the mode of boosting power allows you to improve the dynamic characteristics of the turbine unit.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг.1 схематически представлено заявляемое устройство с учетом его развития. Фиг.2 иллюстрирует процесс конденсации отработанного пара в заявляемом устройстве.Figure 1 schematically shows the inventive device, taking into account its development. Figure 2 illustrates the process of condensation of spent steam in the inventive device.

Осуществление изобретения с учетом его развитияThe implementation of the invention in view of its development

На фиг.1 показана конденсационная паровая турбина 1, сообщенная через выхлопной патрубок 2 с конденсатором 3. В выхлопном патрубке 2 последовательно установлены коронирующий ионизатор 4 и термоэлектрический охладитель 5. Ионизатор 4 и охладитель 5 подключены к регулируемым источникам питания 6 и 7 соответственно, которые снабжены входами, связанными с блоком управления 8. Блок 8 выполнен с возможностью поддержания выходных электрических параметров высоковольтного источника 6 и низковольтного источника 7 в соответствии с требуемыми технологическими параметрами, датчики которых подключены выходами к входу 9 блока 8.Figure 1 shows a condensing steam turbine 1 communicated through an exhaust pipe 2 with a condenser 3. In the exhaust pipe 2, a corona ionizer 4 and a thermoelectric cooler 5 are installed in series. The ionizer 4 and cooler 5 are connected to regulated power supplies 6 and 7, respectively, which are equipped with the inputs associated with the control unit 8. Block 8 is configured to maintain the output electrical parameters of the high-voltage source 6 and low-voltage source 7 in accordance with the required technology parameters whose sensors are connected by outputs to input 9 of block 8.

Кроме того, на фиг.1 показаны котел 10, турбинный регулятор 11, котельный регулятор 12, сборник 13 конденсата, генератор 14, вращаемый турбиной 1, шины 15 генераторного напряжения, от которых питается источник 6.In addition, FIG. 1 shows a boiler 10, a turbine regulator 11, a boiler regulator 12, a condensate collector 13, a generator 14 rotated by a turbine 1, generator voltage buses 15 from which a source 6 is supplied.

Фиг.2 иллюстрирует совместную работу ионизатора 4 и охладителя 5. На ней дополнительно показаны камера 16, ограждающая высоковольтный ионизатор 4, и входящие в состав охладителя 5: пластина 17, термопреобразующие панели 18 и радиатор 19, обдуваемый вентилятором 20. Там же показаны составляющие паровоздушной смеси: микрокапли 21, положительные ионы 22 и капли 23.Figure 2 illustrates the joint operation of the ionizer 4 and the cooler 5. It further shows a chamber 16 enclosing the high-voltage ionizer 4, and included in the cooler 5: plate 17, thermo-conversion panels 18 and the radiator 19, blown by the fan 20. There are also shown the components of the steam-air mixtures: microdroplets 21, positive ions 22 and drops 23.

Устройство работает следующим образом (с учетом развития изобретения).The device operates as follows (taking into account the development of the invention).

Сигнал форсировки мощности, поступающий (например, от оператора) на турбинный регулятор 11 и котельный регулятор 12, одновременно подается на блок 8 управления. По сигналу блока 8 включаются источники 6 и 7. Включение источника 6 приводит к тому, что между электродами ионизатора 4 возникает устойчивый коронный разряд, ионизирующий пар, поступающий из турбины 1. Ток разряда регулируется управляющими воздействиями блока 8 в требуемом диапазоне. После включения источника 7 и подачи питания на термоэлектрический охладитель 5 температура его охлаждаемой пластины 17 снижается, достигает заданного уровня и затем поддерживается за счет управляющих воздействий на источник 7 от блока 8.The power boost signal coming (for example, from the operator) to the turbine controller 11 and boiler controller 12 is simultaneously supplied to the control unit 8. By the signal of block 8, sources 6 and 7 are turned on. Turning on source 6 causes a stable corona discharge to occur between the electrodes of ionizer 4, ionizing steam coming from turbine 1. The discharge current is regulated by the control actions of block 8 in the required range. After turning on the source 7 and applying power to the thermoelectric cooler 5, the temperature of its cooled plate 17 decreases, reaches a predetermined level and then is maintained due to control actions on the source 7 from block 8.

На фиг.2 показано, что поток паровоздушной смеси проходит ионизатор 4 и после выхода из него содержит в своем составе большое количество микрокапель 21 и ионы 22. После попадания на пластину 17 охладителя 5 микрокапли 21 собираются в капли 23, стекающие вниз. Несконденсированная часть парового потока в виде смеси пара и микрокапель попадает на теплообменную поверхность основного конденсатора 3, охлаждаемого проточной водой. Конденсат собирается в сборнике 13 конденсата и откачивается конденсатными насосами.Figure 2 shows that the vapor-air mixture flow passes through the ionizer 4 and, after exiting from it, contains a large number of microdrops 21 and ions 22. After the cooler 5 reaches the plate 17, the microdrops 21 are collected in droplets 23 flowing down. The non-condensed part of the steam stream in the form of a mixture of steam and microdrops falls on the heat exchange surface of the main condenser 3, cooled by running water. Condensate is collected in condensate collector 13 and pumped out by condensate pumps.

При ионизации парового потока коронным разрядом увеличивается количество центров конденсации - заряженных ионов 22, которых практически нет в обычном влажном паре из очищенной и обессоленной воды. Ионы 22 гидроксония (Н³0)⁺ и гидроксила (ОН)- являются ядрами, вокруг которых объединяются молекулы воды. Если зародыш микрокапли возникает без ядра, он оказывается неустойчивым и молекулы, образовавшие комплекс, тут же разлетаются снова. Роль ядра конденсации заключается в том, что оно вследствие своей гигроскопичности увеличивает устойчивость образовавшегося зародыша микрокапли.When the steam stream is ionized by a corona discharge, the number of condensation centers increases — 22 charged ions, which are practically absent in ordinary wet steam from purified and desalted water. Ions 22 hydroxonium (H ³ 0) ⁺ and hydroxyl (OH) - are the nuclei around which water molecules combine. If the microdroplet nucleus arises without a nucleus, it becomes unstable and the molecules that formed the complex immediately scatter again. The role of the condensation nucleus lies in the fact that, due to its hygroscopicity, it increases the stability of the formed microdrop nucleus.

Таким образом, в выхлопном патрубке 2 турбины 1 образуются микрокапли 21, представляющие новое состояние водяного пара - густой туман. Радиус микрокапель 21 составляет 10-12 микрометров при плотности 500-800 капелек в 1 см³. Микрокапли 21, в свою очередь, также являются центрами конденсации. Попадая на поверхность пластины 17 охладителя 5, микрокапли 21 тумана интенсивно объединяются в капли 23, которые стекают в сборник 13 конденсата.Thus, microdroplets 21 are formed in the exhaust pipe 2 of the turbine 1, representing a new state of water vapor - dense fog. The radius of the microdroplets 21 is 10-12 micrometers at a density of 500-800 droplets in 1 cm ³ . Microdroplets 21, in turn, are also centers of condensation. Once on the surface of the plate 17 of the cooler 5, the microdrops 21 of the fog are intensively combined into droplets 23, which flow into the condensate collector 13.

Охладитель 5 представляет собой набор панелей 18, собранных из каскадных термоэлектрических преобразователей с заданной холодопроизводительностью, которые нагреваемой стороной установлены на радиатор 19. Отводу тепла от радиатора 19 способствует вентилятор 20. На охлаждаемую поверхность панелей 18 устанавливается пластина 17, на которую направляется поток ионизированного пара. Температура охлаждаемой пластины 17 поддерживается в заданном диапазоне путем регулирования источника 7.Cooler 5 is a set of panels 18 assembled from cascade thermoelectric converters with a given cooling capacity, which are mounted on the radiator 19 by the heated side. The fan 20 contributes to heat removal from the radiator 19. A plate 17 is mounted on the cooled surface of the panels 18, to which the ionized steam flow is directed. The temperature of the cooled plate 17 is maintained in a predetermined range by regulating the source 7.

В блок управления 8 поступает с соответствующих датчиков информация о технологических параметрах: мощности генератора 14, расходу и давлению острого пара перед турбиной 1, давлению в конденсаторе 3, расходу и температуре пара на выхлопе из турбины 1, температуре на входе и выходе и расходу охлаждающей воды в конденсаторе 3. Эта информация обрабатывается в блоке 8 для формирования им сигналов управления и регулирования, выдаваемых на блоки питания 6 и 7.The control unit 8 receives information from the respective sensors on the technological parameters: generator power 14, flow rate and pressure of hot steam in front of the turbine 1, pressure in the condenser 3, flow rate and temperature of the steam at the exhaust from the turbine 1, inlet and outlet temperatures and flow rate of cooling water in the capacitor 3. This information is processed in block 8 to generate control and regulation signals issued to power supplies 6 and 7.

Повышенная интенсивность конденсации отработанного пара в предлагаемом устройстве обеспечивается за счет уменьшения пути прохождения микрокапель 21, что исключает их самораспад. Интенсивная конденсация ускоряет снижение давления и достижение требуемого уровня вакуума в выхлопном патрубке 2, что компенсирует запаздывание восстановления вакуума в конденсаторе 3.The increased intensity of condensation of the exhaust steam in the proposed device is provided by reducing the path of passage of microdrops 21, which eliminates their self-decay. Intensive condensation accelerates the reduction of pressure and the achievement of the required vacuum level in the exhaust pipe 2, which compensates for the delay in the restoration of vacuum in the condenser 3.

Турбоагрегат может постоянно работать в режиме интенсивной конденсации отработанного пара или использовать этот режим только для форсированного набора мощности. В последнем случае после перехода котла 10 на новый уровень паропроизводительности и восстановления давления пара перед турбиной 1 управляющий сигнал снимается с регуляторов 11 и 12, а затем, после достижения расчетного значения уровня вакуума в конденсаторе 3, блок 8 снимает сигнал включения с блоков 6 и 7 питания.The turbine unit can constantly work in the mode of intensive condensation of exhaust steam or use this mode only for forced power gain. In the latter case, after the boiler 10 moves to a new level of steam production and steam pressure is restored in front of the turbine 1, the control signal is removed from the regulators 11 and 12, and then, after reaching the calculated value of the vacuum level in the condenser 3, block 8 removes the enable signal from blocks 6 and 7 nutrition.

Claims

1. A turbine unit comprising a condensing steam turbine communicated through an exhaust pipe with a condenser, wherein a corona ionizer and a thermoelectric cooler are connected in series to the exhaust pipe, connected to regulated power sources, the control unit of which is configured to maintain the output electrical parameters of the power sources in accordance with required technological parameters, the sensors of which are connected to the input of the control unit.

2. The turbine unit according to claim 1, in which the control unit is configured to turn on regulated power sources by boosting the power of the turbine unit and automatically shutting it off when restoring the sharp steam pressure in front of the turbine and reaching the set value of the vacuum level in the condenser.