Регенеративный подогрев питательной воды в турбоустановках

В паротурбинных установках используется регенеративный подогрев питательной воды паром, отбираемым из нескольких промежуточных ступеней турбины, до которых он совершил работу при расширении от давления р₀ до давления отбора р_отб. Такой подогрев требует относительно небольших затрат теплоты и его можно рассматривать как тепловое потребление в комбинированном цикле. При этом получают существенный выигрыш в экономичности, пропорциональный мощности, вырабатываемой на тепловом потреблении. Следует помнить, что потери теплоты с охлаждающей водой в конденсаторе турбоустановки пропорциональны количеству отработавшего пара в турбине и направляемого в конденсатор. Поэтому организация отбора пара и сокращение его расхода в конденсатор (до 30-40%) экономически выгодно.

В регенеративных подогревателях тепловой схемы ТЭС происходит нагрев сначала конденсата отработавшего пара в подогревателях низкого давления (ПНД) с температуры насыщения t_к¹, определяемой давлением в конденсаторе р_к, до температуры насыщения, определяемой давлением в деаэраторе р_д, а затем питательной воды до t_пв в подогревателях высокого давления (ПВД). В итоге регенеративный цикл по сравнению с обычным циклом имеет более высокую среднюю температуру подвода теплоты при той же температуре отвода и поэтому обладает более высоким термическим КПД. При этом количество теплоты на регенерацию зависит от разности температур t_пв - t_к¹ и практически не зависит от числа отборов пара в турбине. Однако ее электрическая мощность существенно зависит от числа отборов и распределения ступеней нагрева в подогревателях. Максимальная мощность соответствует бесконечно большому числу отборов, а минимальная – одному. В практике применяют число подогревателей не более 9, поскольку с ростом числа ступеней подогрева растет стоимость регенеративной установки. Поскольку в регенеративной системе подогрев воды до температуры насыщения t_o¹, соответствующей давлению р ₀, приводит к росту потерь теплоты с уходящими из котла дымовыми газами, то принято выбирать значения t_пв =(0,65…0,75) t₀¹. Например, при р ₀=23,5 МПа t_пв»265-274⁰С, а при р ₀=12,75 МПа t_пв»230⁰С. Влияние числа регенеративных подогревателей z на относительный выигрыш в удельном расходе теплоты для ПТУ без промперегрева и с ним показано на рис. 3.2, а и рис. 3.2, б.

А) б)

Рис. 3.2. Изменение удельного расхода теплоты энергоблока в зависимости от числа

регенеративных отборов (z) в турбоустановке без промперегрева (а) и с промперегревом (б)

Следует обратить внимание, на рис.3.2 - это температура насыщения при давлении p₀ на входе в турбину. Для турбин на сверхкритические параметры пара .

На рис. 3.3 представлен пример тепловой схемы энергоблока с конденсационной турбиной К-800-23,5-5 ЛМЗ, в которой реализован регенеративный подогрев основного конденсата и питательной воды в четырех ПНД, деаэраторе и трех ПВД (ПВД выполнены из-за больших расходов питательной воды в две нитки). Перегретый пар из котла 1 по двум главным паропроводам направляется в ЦВД турбины (р ₀=23,5 МПа, t₀ =540⁰С, G₀ =680 кг/с), в котором имеет место отбор в ПВД-8. Отбор пара в ПВД-7 организован из холодных ниток промперегрева. После промперегрева пар с параметрами р_пп =3,8 МПа, t_пп =540⁰С направляется в ЦСД турбины (перед клапанами ЦСД р₀ =3,43 МПа), в проточной части которого сформированы три камеры отбора.

Рис. 3.3. Тепловая схема турбоустановки N_э =800 МВт (р₀ =23,5 МПа, t₀ =540⁰С, t_пп =540⁰С)

1 - котел ТГМП-204; 2 – цилиндры высокого, среднего и низкого давлений паровой турбины К-800-23,5; 3 - электрогенератор ТВВ-800-2; 4 - конденсаторы; 5 - деаэратор;6—8 – подогреватели высокого давления (ПВД); 9, 11 - подогреватели сальниковые; 10, 12 – подогреватели низкого давления (ПНД) смешивающего типа; 13, 14 – ПНД поверхностного типа; 15-17 – элементы испарителей; 18, 19 – подогреватели сетевой воды; 20 – бустерный насос питательного насоса; 21 – основной питательный насос с турбоприводом (ПТН); 22-24 – конденсатные насосы; 25 – турбопривод питательного насоса (ПН); 26 – конденсатор турбопривода ПН; 27 – обессоливающая установка

Пар из первого отбора обеспечивает подогрев питательной воды в ПВД-6 и работу турбоприводов 25 (паровых турбин) питательных насосов 21 (ПТН) с давлением воды в напорном патрубке 34,3 МПа. В качестве турбопривода применяется паровая турбина К-17-15П КТЗ конденсационного типа с номинальной мощностью 17,15 МВт при начальных параметрах пара р ₀=1,44 МПа, t₀ =422⁰С, расходе пара G₀ =20,2 кг/с и давлении в конденсаторе р_к =6,86 кПа. Частота вращения ротора этой турбины n =77,75 с^-1 (4665 об/мин). Из второго отбора ЦСД пар направляется в деаэратор 5, а из третьего ПНД в ПНД-4 (14). Последний отбор пара из ЦСД организован из перепускной трубы в ЦНД турбоустановки и связан с ПНД-3 (13). Подогреватели низкого давления ПНД-1 (10) и ПНД-2 (12) – смешивающего типа, выполнены по схеме с перекачивающими насосами. Слив конденсата греющего пара из ПВД – каскадный, а после ПВД-6 слив производится в деаэратор.

Основной конденсат из конденсатора (4) турбоустановки (р_к =3,43 кПа) конденсатными насосами 1-й ступени (22) направляется в блочную обессоливающую установку (27) и далее, в сальниковый подогреватель СП-1 (9). В сальниковом подогревателе для нагрева основного конденсата используется теплота паровоздушной смеси, поступающей из каминных камер концевых уплотнений турбины. После СП-1 конденсат движется в ПНД-1 и откачивается из него в ПНД-2 конденсатными насосами 2-й ступени (23). На участке основного конденсата между ПНД-1 и ПНД-2 установлен сальниковый подогреватель поверхностного типа СП-2 (11), предназначенный для охлаждения и конденсации пара, отводимого из промежуточных камер концевых уплотнений ЦВД турбины. Из ПНД-2 конденсат откачивается конденсатными насосами 3-й ступени (24) и направляется через подогреватели ПНД-3 и ПНД-4 в деаэратор. На тепловой схеме представлены также: испарительная установка (15-17), подогреватели сетевой воды (18, 19), бустерные насосы (20) и конденсаторы (26) паровых турбин (25) питательных насосов (21). Обе группы ПВД рассчитаны для нагрева питательной воды до t_пв =274⁰С с ее расходом, составляющим 105% от максимального расхода пара в турбину (G_0,мах =736 кг/с). Удельный расход теплоты на выработку электроэнергии при номинальных расходе и параметрах пара в турбоустановке q_э^бр =7647 кДж/(кВт×ч).

Одна из перспектив повышения эффективности тепловых электростанций определена использованием сверхвысоких параметров (СВП) свежего пара. Эти параметры по мере создания и освоения жаропрочных сталей могут достигать значений по температуре t₀ =590…600⁰C, а по давлению р ₀=28…33 МПа. Использование таких энергоблоков позволит получить в зависимости от числа ступеней промперегрева и уровня температур t₀/t_пп h_эс^нт =44,9-45,9%. Так, например, при давлении р ₀=29 МПа и t₀/t_пп =580/580⁰С h_эс^нт =44,94%, а при t₀/t_пп1/t_пп2 =580/590/600⁰С h_эс^нт =45,67%.