Турбоагрегат с ускоренной конденсацией отработанного пара

Турбоагрегат с ускоренной конденсацией отработанного пара

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Изобретение относится к конденсационным турбоагрегатам и может быть использовано на тепловых электростанциях с мощными конденсационными турбинами.

Уровень техники

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.

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].

Известные решения направлены на интенсификацию конденсации отбираемого пара за счет его ионизации и тем самым на повышение текущей мощности турбоагрегата.

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.

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.

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.

Раскрытие существа изобретения

Технический результат изобретения - повышение эффективности турбоагрегата за счет уменьшения зависимости процесса конденсации от расхода и температуры охлаждающей воды, поступающей в конденсатор.

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.

Это позволяет получить указанный выше технический результат.

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.

Повышение эффективности конденсации отработанного пара в режиме форсирования мощности позволяет улучшить динамические характеристики турбоагрегата.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 схематически представлено заявляемое устройство с учетом его развития. Фиг.2 иллюстрирует процесс конденсации отработанного пара в заявляемом устройстве.

Осуществление изобретения с учетом его развития

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.

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.

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.

Устройство работает следующим образом (с учетом развития изобретения).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

1. 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.

2. Турбоагрегат по п.1, в котором блок управления выполнен 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.