Исследование эффективности бездеаэраторных схем паротурбинной установки со смешивающими подогревателями

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 621.184.4

Калужский филиал МГТУ им. Н.Э. Баумана

Исследование эффективности бездеаэраторных схем ПТУ со смешивающими подогревателями

Е.В.Тарасов

А.А. Жинов

Основой энергетической системы России являются крупные ТЭС, ГРЭС и АЭС. Традиционно они включают в себя энергоблоки с паротурбинными установками (ПТУ), работающими по циклу Ренкина. Таким образом, повышение экономичности паротурбинных установок является важнейшей задачей. Некоторые наиболее перспективные методы повышения КПД ПТУ описаны в [1,5].

Как правило, мощные паротурбинные установки имеют развитую систему регенерации. Обычно в ее состав входят поверхностные регенеративные подогреватели высокого и низкого давления, деаэрационная установка, эжекционные системы и т.п.

Традиционно, деаэратор располагается по ходу движения питательной воды между поверхностными подогревателями низкого и высокого давления. Конструктивно он представляет из себя смешивающий теплообменник с баком-аккумулятором. Наличие деаэрационной системы в тепловой схеме ПТУ необходимо, но наличие отдельного теплообменника-деаэратора имеет определенные недостатки. Деаэратор имеет сложную и дорогую конструкцию с большой емкостью воды высокой температуры, расположен, как правило, на большой высоте по отношению к питательным насосам, имеет обширную систему трубопроводов, арматуры, отдельные органы регулирования и автоматики. Отказ от отдельного теплообменника-деаэратора существенно упростит тепловую схему.

Возможность применения бездеаэраторных схем рассматривается уже достаточно давно и является одним из перспективных способов оптимизации тепловых схем ПТУ [3]. Такие схемы исключают применение отдельного деаэратора, за счет применения контактной системы регенерации, включающей в себя смешивающие подогреватели (СП) питательной воды, которые одновременно выполняют функции деаэрации.

В смешивающем подогревателе происходит непосредственный контакт между нагреваемой питательной водой и греющим ее паром из отбора турбины. Вследствие этого существенно упрощается конструкция и стоимость их изготовления, в виду отсутствия трубчатых поверхностей нагрева. Также, с их применением, практически отсутствует недогрев основного конденсата до температуры насыщения греющего пара [2,3,4].

При реализации бездеаэраторных схем, также возможно внедрение нейтрально-кислородного водного режима (НКВР), предложенного ЦКТИ, с дозированием в тракт основного конденсата избыточного количества кислорода. При оптимальной концентрации НКВР улучшается коррозионное состояние питательного тракта, а при избыточной концентрации происходит образование защитных пленок сталей, что в свою очередь значительно подавляет коррозию. регенерация паротурбинный деаэратор подогреватель

Так как обязательной частью бездеаэраторной тепловой схемы ПТУ является наличие смешивающих подогревателей, при проектировании и внедрении систем контактной регенерации необходимо обратить основное внимание на исключение возможности попадание воды из них в проточную часть турбины. Заброс воды из подогревателя в турбину возможен вследствие его переполнения из-за нарушения баланса подвода и отвода основного конденсата и при возникновении положительного перепада давления между давлением в подогревателе и в отборе турбины в результате изменения режима работы турбины и т.п. Переполнение смешивающего подогревателя возможно также и при отказе откачивающих насосов, наличие которых необходимо за каждым подогревателем, что снижает надежность всей системы регенерации и работы паротурбинной установки в целом. Рассмотренные аспекты являются недостатками применения смешивающих подогревателей.

Для оценки эффективности применения бездеаэраторных тепловых схем были рассмотрены и рассчитаны варианты компоновки системы регенерации с СП, на примере паротурбинной установки с турбиной ПТ-40/50-8.8/1.3 производства ОАО «Калужский турбинный завод». Моделирование было произведено с помощью специализированного программного обеспечения.

Во всех рассмотренных вариантах, основным принимался конденсационный режим работы ПТУ, при этом мощность паротурбинной установки составляла 50 МВт.

Рассмотрен штатный для этой ПТУ вариант тепловой схемы 2ПВД+Д+3ПНД (Рисунок 1) и следующие варианты компоновки системы с контактной регенерацией:

· 1ПВД+2СП (Рисунок 2)

· 1ПВД+3СП (Рисунок 3)

· 1ПВД+2СП+1ПНД (Рисунок 4).

Для вариантов схемы с СП проведена оптимизация по параметрам элементов.

Рисунок 1. Традиционная тепловая схема ПТУ с турбиной ПТ-40/50-8.8/1.3

Рисунок 2. Вариант бездеаэраторной тепловой схемы ПТУ с компоновкой системы регенерации 1ПВД+2СП

В таблице 1 приведены результаты расчета относительного КПД по отпуску электроэнергии для традиционной и оптимизированных вариантов бездеаэраторной тепловой схемы ПТУ.

Рисунок 3. Вариант бездеаэраторной тепловой схемы ПТУ с компоновкой системы регенерации 1ПВД+3СП

Рисунок 4. Вариант бездеаэраторной тепловой схемы ПТУ с компоновкой системы регенерации 1ПВД+2СП+1ПНД

Таблица 1

Результаты моделирования показывают, что КПД по отпуску электрической энергии у рассмотренных схем близки. Наиболее выгодной схемой, по этому критерию, является 1ПВД+3СП, а по числу элементов системы регенерации - схема 1ПВД+2СП. По сравнению с традиционной тепловой схемой, имеющей в составе системы регенерации 6 элементов, данная схема имеет всего 3.

Полученные в работе результаты показывают, что применение бездеаэраторных контактных тепловых схем паротурбинных установок существенно снижает затраты на строительство ПТУ, а также исключает необходимость отдельного теплообменника-деаэратора как элемента тепловой схемы. Применение бездеаэраторных схем исключает необходимость предпусковой деаэрации воды и, как правило, повышает общую экономичность паротурбинной установки.

Список литературы

1. Тарасов Е.В., Жинов А.А. Перспективные способы повышения КПД паротурбинных установок // Наукоемкие технологии в приборо- и машиностроении и развитие инновационной деятельности в вузе: материалы всероссийской научно-технической конференции, 24-26 ноября 2015 г. - Калуга: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015.

2. Мороков В.Ф. Тепловой расчет систем контактной регенерации паровых турбин. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 136 с.

3. Ефимочкин Г.И. Бездеаэраторные схемы паротурбинных установок. -М.: Энергоатомиздат, 1989. - 232 с.

4. Ермолов В.Ф, Пермяков В.А., Ефимочкин Г.И., Вербицкий В.Л. Смешивающие подогреватели паровых турбин. - М.: Энергоиздат, 1982. - 208 с.

5. Трухний А.Д., Макаров А.А., Клименко В.В. Современная теплоэнергетика. - М.: Издательство МЭИ, 2003. - 376 с.

Аннотация

Рассмотрен перспективный способ совершенствования системы регенерации паротурбинной установки путем исключения из тепловой схемы деаэратора и использования смешивающих подогревателей. Проанализированы несколько возможных компоновок системы регенерации бездеаэраторного типа. Рассмотрены основные особенности применения смешивающих подогревателей. Приведены результаты моделирования работы рассмотренных схем с использованием специального программного обеспечения.

Ключевые слова: паротурбинная установка, тепловая схема, деаэратор, система регенерации, бездеаэраторная схема, КПД, смешивающий подогреватель.

Размещено на Allbest.ru