RU2797086C1

RU2797086C1 - Steam turbine plant with main condensate recirculation system and lubrication system

Info

Publication number: RU2797086C1
Application number: RU2022133633A
Authority: RU
Inventors: Александр Айзикович Гольдберг; Михаил Юрьевич Степанов; Тарас Леонидович Шибаев
Original assignee: Акционерное общество "Уральский турбинный завод"
Filing date: 2022-12-20
Publication date: 2023-05-31

Abstract

FIELD: thermal power engineering.

SUBSTANCE: invention relates can be used in the design of new STPs and modernization of existing STPs. The present invention is intended to provide heating of the oil of the TU lubrication system and lowering the temperature of the main condensate entering as a cooling medium for condensing the working steam of the basic ejector and steam from the end seals of the turbine in the sealing ejector and sealing heater, thereby ensuring their normal operation. This is achieved by the claimed STP, which includes a turbine with a condenser connected to its exhaust part with a main bundle of cooling pipes with cooling water passing through them, a condensate trap with a connected condensate pump pumping the main condensate formed from the steam entering the condenser vapor space, depending from interconnected control valves of the main condensate and recirculation through the coolers of basic ejector, sealing ejector, sealing heater to the heaters of the regenerative system. A surface water-oil heat exchanger is connected to the main condensate line of the turbine regenerative system by its inlet on the water side, and to the return line of the recirculation flow to the vapor space of the condenser by its outlet on the water side. A distinctive feature of the claimed STP is that on the oil side, the surface water-oil heat exchanger is connected by a pipeline to the zone of cold oil of the oil tank by its inlet pipe, and to the heated oil zone of the oil tank of the lubrication system of the steam turbine plant by its outlet pipe.

EFFECT: eliminating the disadvantages of equivalents.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при проектировании новых и модернизации действующих паротурбинных установок (ПТУ).The invention relates to thermal power engineering and can be used in the design of new and modernization of existing steam turbine plants (STU).

Известны ПТУ, включающие в себя конденсационную или теплофикационную турбины, работающие на конденсатор (К), регенеративную систему, систему рециркуляции основного конденсата.Known PTU, including condensing or heating turbines operating on the condenser (K), regenerative system, recirculation system of the main condensate.

Система рециркуляции основного конденсата используется на этапах подготовки к работе и на ряде режимов работы ПТУ, когда в К пар из турбины, а также пар и вода из других источников, могут не поступать совсем или поступают с ограниченными расходами. В результате, конденсата, образующегося в К из этих потоков пара и воды, недостаточно для нормальной работы конденсатных насосов (КН), основного эжектора (ЭО), эжектора уплотнений (ЭУ), сальникового подогревателя (ПС).The recirculation system of the main condensate is used at the stages of preparation for operation and at a number of operating modes of the STU, when steam from the turbine, as well as steam and water from other sources, may not come to the K at all or come at a limited cost. As a result, the condensate formed in the C from these steam and water flows is not enough for the normal operation of the condensate pumps (CP), the main ejector (EO), the seal ejector (ES), the stuffing box heater (PS).

В этом случае для поддержания нормальной работы указанного оборудования этот ограниченный расход конденсата по линии рециркуляции возвращается в К. Подробно о работе системы рециркуляции основного конденсата (Г.Д. Баринберг, Ю.М. Бродов, А.А. Гольдберг и др., Паровые турбины турбоустановки Уральского турбинного завода, под общей редакцией д.т.н. Ю.М. Бродова и к.т.н. В.В. Кортенко; 2-изд., переработанное и дополненное, Екатеринбург: "Априо", 2010, 488 с., стр. 64-66, 417-420 [1]).In this case, to maintain the normal operation of the specified equipment, this limited flow of condensate through the recirculation line returns to K. Details on the operation of the main condensate recirculation system (G.D. Barinberg, Yu.M. Brodov, A.A. Goldberg et al., Steam Turbine turbines of the Ural Turbine Plant, under the general editorship of Doctor of Technical Sciences Yu.M. Brodov and Ph.D. V.V. Kortenko, 2nd ed. 488 pp., pp. 64-66, 417-420 [1]).

В конденсационных турбинах система рециркуляции основного конденсата работает на пусковых режимах, на режимах с минимальной конденсационной нагрузкой. Полученную в ЭО, ЭУ и ПС теплоту поток рециркуляции конденсата отдает в К циркуляционной воде и для цикла ПТУ с конденсационными турбинами она теряется. Для теплофикационных турбин режимы с большими тепловыми нагрузками и малыми расходами пара в К могут продолжаться длительное время (стр. 419 [1]). При этом, потери теплоты с потоком рециркуляции в данном случае могут не происходить, т.к. некоторые теплофикационные турбины работают на К, оборудованные встроенными пучками (ВП), через которые пропускается сетевая или подпиточная вода (рис 7.3, стр. 360 [1]). Подогрев в ВП, например сетевой воды, является первой ступенью ее подогрева. Для дальнейшего подогрева сетевая вода направляется в сетевой подогреватель (подогреватели). В этом случае теплота потока рециркуляции утилизируется в ВП К. Недостатком известного решения является то, что для ПТУ с турбинами конденсационного типа, а также с теплофикационными турбинами, в К которых отсутствует ВП, утилизация теплоты потока рециркуляции основного конденсата не представляется возможной.In condensing turbines, the main condensate recirculation system operates in starting modes, in modes with a minimum condensate load. The condensate recirculation flow gives off the heat received in the EC, EC and PS to the circulating water and for the STP cycle with condensing turbines it is lost. For cogeneration turbines, regimes with large thermal loads and low steam flow rates in K can last for a long time (p. 419 [1]). At the same time, heat losses with the recirculation flow in this case may not occur, because some cogeneration turbines operate on K, equipped with built-in bundles (IP), through which network or make-up water is passed (Fig. 7.3, p. 360 [1]). Heating in the VP, for example, network water, is the first stage of its heating. For further heating, the network water is directed to the network heater(s). In this case, the heat of the recirculation flow is utilized in the HPC. The disadvantage of the known solution is that for STP with condensing-type turbines, as well as with cogeneration turbines, in which there is no HP, the heat recovery of the main condensate recirculation stream is not possible.

Полезное использование этой теплоты в ПТУ с теплофикационными турбинами, где в К отсутствует ВП, осуществляется в известной установке, принятой за прототип (Изобретение «Теплофикационная паротурбинная установка с охладителем основного конденсата на линии его рециркуляции», патент №2714020, опубл. 11.02.2020, [2-прототип]). На линии рециркуляции установлен поверхностный охладитель рециркулирующего конденсата, подключенный по охлаждающей стороне к линии сетевой воды в байпас к сетевому насосу, который позволяет, с одной стороны, возвратить в теплофикационный цикл избыточную теплоту рециркулирующего потока основного конденсата, а с другой стороны, снизить температуру основного конденсата, поступающего в качестве охлаждающей среды для конденсации выхлопного пара парового эжектора и пара из концевых уплотнений турбины, обеспечивая тем самым их нормальную работу. Однако, известно, что пуск ПТУ с теплофикационной турбиной осуществляется на конденсационном режиме, когда через К пропускается циркуляционная вода, а подключение отборов на теплофикацию и запуск сетевой установки происходит с выдержкой по времени (Бененсон Е.И., Иоффе Л.С., Теплофикационные паровые турбины, под. ред. Д.П. Бузина, 2-е изд., переработанное и дополненное, М.: Энергоатомиздат, 1986, 272 с., стр. 259, [3]). Таким образом, недостатком указанного решения [2] является то, что в этот период в ПТУ с теплофикационными турбинами утилизировать теплоту потока рециркуляции основного конденсата не представляется возможным. Также невозможно использование этого решения с турбинами конденсационного типа, в которых отсутствует установка для подогрева сетевой воды.Useful use of this heat in STP with heat-extraction turbines, where there is no VP in K, is carried out in a well-known installation, adopted as a prototype (Invention "Heating steam turbine plant with a cooler of the main condensate on its recirculation line", patent No. 2714020, publ. 11.02.2020, [2-prototype]). A surface cooler of the recirculating condensate is installed on the recirculation line, connected on the cooling side to the network water line to the bypass to the network pump, which allows, on the one hand, to return the excess heat of the main condensate recirculation flow to the heating cycle, and on the other hand, to reduce the temperature of the main condensate , which enters as a cooling medium for condensing the exhaust steam of the steam ejector and steam from the end seals of the turbine, thereby ensuring their normal operation. However, it is known that the start-up of the STP with a heating turbine is carried out in the condensing mode, when circulating water is passed through the K, and the connection of the extraction for heating and the start-up of the network installation occurs with a delay in time (Benenson E.I., Ioffe L.S., Heating steam turbines, edited by D.P. Buzin, 2nd ed., revised and supplemented, M.: Energoatomizdat, 1986, 272 p., p. 259, [3]). Thus, the disadvantage of this solution [2] is that during this period it is not possible to utilize the heat of the recirculation flow of the main condensate in the STP with cogeneration turbines. It is also not possible to use this solution with condensing type turbines, which do not have an installation for heating network water.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявленное изобретение, является отсутствие возможности утилизировать теплоту потока рециркуляции основного конденсата в ПТУ с турбинами конденсационного типа и с теплофикационными турбинами в, К которых отсутствуют ВП, в период их пуска на конденсационном режиме.The technical problem to be solved by the claimed invention is the inability to utilize the heat of the recirculation flow of the main condensate in the STP with condensing-type turbines and with cogeneration turbines, to which there are no VP, during their start-up in the condensing mode.

Предлагается использование теплоты потока рециркуляции основного конденсата в ПТУ в системе смазки, обеспечивающей снабжение турбинным маслом подшипников турбины и генератора (ТА). Подача масла на подшипники ТА одна из начальных операций пуска. Температура масла на смазку должна находиться в определенных пределах. Как правило, при использовании минеральных масел, это 40°С - 45°С (РД 34.30.508-93, Типовая инструкция по эксплуатации маслосистем турбоустановок мощностью 100-800 МВт, работающих на минеральном масле, п. 5.4.1 [4]). Для снижения температуры масла используются маслоохладители. Причем, пуск турбины при пониженной температуре масла, ниже установленного заводом-изготовителем предела, также не допускается (СО 153-34.20.501-03, Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации, п. 4.4.24 [5]). Для ее повышения требуется дополнительное время на холостую прокачку масла в период подготовительных работ к пуску ТА, либо используются электронагреватели масла. В первом случае увеличивается общее время пусковых операций, во втором - хоть и незначительно, но увеличиваются затраты на собственные нужды станции, требуется выполнение правил по обеспечению электробезопасности. Например, для турбины Тп-115/130-12,8 с генератором ТФ-125-2У3 в качестве электронагревателя применяется установка ЭТМА НТМ-70Е У1 мощностью 70 кВт, напряжением 400 В.It is proposed to use the heat of the recirculation flow of the main condensate in the STP in the lubrication system, which provides the supply of turbine oil to the bearings of the turbine and generator (HA). The supply of oil to the TA bearings is one of the initial start-up operations. The temperature of the oil for lubrication must be within certain limits. As a rule, when mineral oils are used, this is 40°С - 45°С (RD 34.30.508-93, Standard operating instructions for oil systems of turbine plants with a capacity of 100-800 MW, operating on mineral oil, clause 5.4.1 [4]) . Oil coolers are used to lower the oil temperature. Moreover, starting the turbine at a low oil temperature, below the limit set by the manufacturer, is also not allowed (SO 153-34.20.501-03, Rules for the technical operation of power plants and networks of the Russian Federation, clause 4.4.24 [5]). To increase it, additional time is required for idle oil pumping during the period of preparatory work for the launch of the TA, or electric oil heaters are used. In the first case, the total time of launch operations increases, in the second - although slightly, but the costs for the station's own needs increase, the implementation of the rules for ensuring electrical safety is required. For example, for a Tp-115 / 130-12.8 turbine with a TF-125-2U3 generator, an ETMA NTM-70E U1 unit with a power of 70 kW and a voltage of 400 V is used as an electric heater.

Техническим результатом настоящего изобретения является, с одной стороны, обеспечение подогрева масла ТА с использованием теплоты потока рециркуляции основного конденсата в ПТУ с теплофикационными турбинами без ВП в К в период их пуска и в ПТУ с турбинами конденсационного типа, а, с другой стороны, снижение температуры основного конденсата, поступающего в качестве охлаждающей среды для конденсации рабочего пара ЭО и пара из концевых уплотнений турбины в ЭУ и ПС, обеспечивая тем самым их нормальную работу.The technical result of the present invention is, on the one hand, the provision of heating of the HE oil using the heat of the recirculation flow of the main condensate in the STP with heating turbines without HP in the K during their start-up and in the STP with condensing-type turbines, and, on the other hand, lowering the temperature the main condensate coming as a cooling medium for condensing the working steam of the EO and steam from the end seals of the turbine in the power plant and PS, thereby ensuring their normal operation.

Технический результат достигается заявленной ПТУ, включающей в себя теплофикационную турбину без ВП в К, или турбину конденсационного типа с подключенным к ее выхлопной части К с основным пучком охлаждающих труб с пропускаемой через них охлаждающей (циркуляционной) водой, конденсатосборником К с подключенным КН, прокачивающим основной конденсат, образующийся из пара, поступающего в паровое пространство К, в зависимости от взаимосвязанно настроенных регулирующих клапанов основного конденсата и рециркуляции через охладители ЭО, ЭУ, ПС в подогреватели регенеративной системы. К линии основного конденсата регенеративной системы турбины своим входом по водяной стороне подключен поверхностный водомасляный теплообменник, а своим выходом по водяной стороне - к линии возврата потока рециркуляции основного конденсата в паровое пространство К. Отличительным признаком заявленной ПТУ является то, что по масляной стороне поверхностный водомасляный теплообменник своим входным патрубком соединен трубопроводом с зоной холодного масла маслобака, своим выходным патрубком трубопроводом с зоной подогретого масла маслобака системы смазки ПТУ.The technical result is achieved by the claimed PTU, which includes a heating turbine without VP in K, or a condensing-type turbine with K connected to its exhaust part with a main bundle of cooling pipes with cooling (circulating) water passing through them, a condensate collector K with a connected HP pumping the main condensate formed from steam entering the steam space K, depending on the interconnected control valves of the main condensate and recirculation through the EO, EI, PS coolers to the heaters of the regenerative system. A surface water-to-oil heat exchanger is connected to the main condensate line of the turbine regenerative system with its inlet on the water side, and with its outlet on the water side to the return line of the recirculation flow of the main condensate to the steam space K. its inlet pipe is connected by a pipeline to the cold oil zone of the oil tank, its outlet pipe is connected by a pipeline to the heated oil zone of the oil tank of the PTU lubrication system.

В ходе проведения патентно-информационного поиска не выявлены сведения, ставшие общедоступными в мире до даты приоритета, которые содержат совокупность существенных признаков, указанных в независимом пункте формулы заявленного изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию патентоспособности «новизна».In the course of the patent information search, no information was identified that became publicly available in the world before the priority date, which contains a combination of essential features specified in the independent claim of the claimed invention. Therefore, the claimed invention meets the criterion of patentability "novelty".

После дополнительного анализа всех найденных аналогов установлено, что в результате использования заявленной ПТУ, характеризующейся признаками, указанными в формуле изобретения, был получен неочевидный для специалиста технический результат, что подтверждает соответствие критерию «изобретательский уровень».After an additional analysis of all found analogues, it was found that as a result of using the claimed PTU, characterized by the features indicated in the claims, a technical result that was not obvious to a specialist was obtained, which confirms compliance with the "inventive step" criterion.

Заявленное изобретение поясняется прилагаемой фигурой, на которой изображена схема предложенной ПТУ, состоящей из теплофикационной или конденсационной турбины 1 с подключенным к ее выхлопной части К 2 с конденсатосборником 3, основным пучком охлаждающих труб 4 с пропускаемой через них охлаждающей (циркуляционной) водой для конденсации выходящего из турбины 1 пара. К конденсатосборнику 3 подключена линия основного конденсата 5, направляемого КН 6 в регенеративную систему, включающую в себя ЭО 7, ЭУ 8, ПС 9 и расположенные за регулирующим клапаном основного конденсата РК 10 подогреватели регенеративной системы. На линии рециркуляции 11, проходящей по водяной стороне поверхностного водомасляного теплообменника 12, установлен регулирующий клапан рециркуляции РК 13. По линии 14 охлажденный в поверхностном водомасляном теплообменнике 12 конденсат возвращается в паровое пространство К 2. Система смазки включает в себя подшипники 15 турбины 1, соединенные напорными линиями 16 с маслоохладителями (условно не показаны) и сливными линиями 17, соединенными с зоной 18 подогретого масла маслобака 19. Маслобак 19 посредством линии 20 соединен со всасом маслонасоса МН 21, который своим напорным патрубком соединен линией 22 с зоной 23 холодного масла в маслобаке 19. Эта зона линией подвода масла 24 с запорным органом 25 связана с входным патрубком по масляной стороне поверхностного водомасляного теплообменника 12, который своим выходным патрубком по масляной стороне связан линией подвода масла 26 с запорным органом 27 с зоной 18 подогретого масла маслобака 19.The claimed invention is illustrated by the attached figure, which shows a diagram of the proposed PTU, consisting of a heating or condensing turbine 1 with a K 2 connected to its exhaust part with a condensate collector 3, the main bundle of cooling pipes 4 with cooling (circulating) water passed through them to condense the outgoing turbines 1 pair. A main condensate line 5 is connected to the condensate collector 3, which is directed by the CV 6 to the regenerative system, which includes EO 7, PU 8, PS 9 and heaters of the regenerative system located behind the control valve of the main condensate RK 10. On the recirculation line 11, passing through the water side of the surface water-oil heat exchanger 12, a recirculation control valve RK 13 is installed. Through line 14, the condensate cooled in the surface water-oil heat exchanger 12 returns to the steam space K 2. The lubrication system includes bearings 15 of the turbine 1, connected by pressure lines 16 with oil coolers (conditionally not shown) and drain lines 17 connected to zone 18 of heated oil of oil tank 19. Oil tank 19 is connected via line 20 to the suction of oil pump MN 21, which is connected by line 22 with zone 23 of cold oil in oil tank 19 with its pressure pipe. This zone is connected by an oil supply line 24 with a shut-off element 25 to the inlet pipe on the oil side of the surface water-oil heat exchanger 12, which is connected by its outlet pipe on the oil side with an oil supply line 26 to the shut-off body 27 with the zone 18 of the heated oil of the oil tank 19.

Заявленная ПТУ работает следующим образом.Declared PTU works as follows.

Когда пуск ПТУ осуществляется из холодного состояния, особенно после длительного простоя, масло в системе смазки может иметь температуру ниже допустимой. Для ПТУ производства АО "Уральский турбинный завод" минимально допустимая температура масла, подаваемая на смазку подшипников ТА, составляет 40°С.Запорная арматура 25 на линии подвода масла 24 из зоны 23 холодного масла маслобака 19 к поверхностному водомасляному теплообменнику 12 и запорная арматура 27 на линии подвода масла 26 в зону 18 подогретого масла маслобака 19 из поверхностного водомасляного теплообменника 12 открыты. МН 21 системы смазки турбины прокачивает масло через поверхностный водомасляный теплообменник 12.When the PTU is started from a cold state, especially after a long period of inactivity, the oil in the lubrication system may be below the permissible temperature. For PTU manufactured by JSC "Ural Turbine Works" the minimum allowable oil temperature supplied to the lubrication of bearings THAT is 40°C. the oil supply lines 26 to the zone 18 of the heated oil of the oil tank 19 from the surface oil-water heat exchanger 12 are open. MN 21 of the turbine lubrication system pumps oil through the surface water-oil heat exchanger 12.

В период этих же режимов работы ПТУ в К 2 поступает ограниченный расход пара и расход конденсата, образующегося в К 2 из этого пара, откачиваемого КН 6 из конденсатосборника 3, направляемого через РК 10 к подогревателям регенеративной системы, недостаточно для поддержания требуемых уровня в КН 6 и расхода через ЭО 7, ЭУ 8, ПС 9 для обеспечения надежного процесса конденсации рабочего пара в ЭО 7 и пара из уплотнений в ЭУ 8, ПС 9. В этом случае прикрывается (закрывается) РК 10, одновременно приоткрывается (открывается) РК 13. Соответственно часть или весь расход основного конденсата направляется по линии рециркуляции 11 на вход поверхностного водомасляного теплообменника 12, нагревая в нем масло до требуемой температуры.During the same operating modes of the PTU, K 2 receives a limited steam flow and the flow rate of condensate formed in K 2 from this steam, pumped out by KN 6 from condensate collector 3, directed through RK 10 to the heaters of the regenerative system, is not enough to maintain the required level in KN 6 and flow through EC 7, EC 8, PS 9 to ensure a reliable process of condensation of working steam in EC 7 and steam from the seals in EC 8, PS 9. In this case, RC 10 is covered (closed), while RC 13 is opened (opened) at the same time. Accordingly, part or all of the flow of the main condensate is sent through the recirculation line 11 to the inlet of the surface water-oil heat exchanger 12, heating the oil in it to the required temperature.

Таким образом, вышеуказанные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании изобретения следующей совокупности условий:Thus, the above information testifies to the fulfillment of the following set of conditions when using the invention:

- ПТУ, воплощающая заявленное изобретение при его осуществлении, используется в турбостроении,- PTU, embodying the claimed invention in its implementation, is used in turbine building,

- ПТУ, воплощающая заявленное изобретение, способна обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.- PTU, embodying the claimed invention, is able to achieve the technical result perceived by the applicant.

Следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности «промышленная применимость».Therefore, the proposed technical solution meets the criterion of patentability "industrial applicability".

Claims

A steam turbine plant, which includes a heating turbine 1 without built-in bundles in the condenser 2 or a condensation-type turbine with a condenser 2 connected to its exhaust part with a main bundle of cooling pipes 4 with cooling water passing through them, a condensate collector 3 of the condenser 2 with a connected condensate pump 6, pumping the main condensate formed from the steam entering the steam space of the condenser 2, depending on the interconnected control valves of the main condensate 10 and recirculation 13 through the coolers of the main ejector 7, seal ejector 8, stuffing box heater 9 into the heaters of the regenerative system, and to the line of the main condensate 5 of the turbine regenerative system, its inlet on the water side is connected to the surface water-oil heat exchanger 12, and its outlet on the water side is connected to the line 14 of the return flow of the main condensate recirculation to the vapor space of the condenser, characterized in that the surface oil-to-water heat exchanger 12 is connected to the oil side with its inlet pipe is connected by a pipeline to the zone 23 of the cold oil of the oil tank 19, by its outlet pipe to the zone 18 of the heated oil of the oil tank 19 of the lubrication system of the steam turbine plant.