Повышение КПД генератора за счет возврата части потерь

Применение в газоохладителях в качестве охлаждающей воды конденсата турбины позволяет за счет использования в регенеративном цикле турбины теплоты потерь генератора повысить КПД всего агрегата. Максимальный эффект при этом может быть получен в агрегатах с турбинами, имеющими ограниченный регенеративный цикл. Так, например, в обычной паротурбинной установке средней мощности (30—50 МВт) с нормальным регенеративным циклом при подогреве конденсата в газоохладителе генератора на 5—7°С КПД установки повышается на 0,23 — 0,25 % при средней годовой температуре конденсата и циркуляционной воды соответственно 37 и 26 °С, что дает годовую экономию 4—5 тыс. руб. В современных установках мощностью 100—150 МВт с многоступенчатыми подогревателями при таком подогреве экономится соответственно от 0,18 до 0,13 % условного топлива, что соответствует снижению расхода последнего приблизительно на 0,5-0,7 г/(кВт/ч). Такая экономия на электростанции мощностью 1000 МВт составит около 4000 т условного топлива в год.

Повышение КПД агрегата получается за счет того, что дополнительно подогретый в газоохладителе конденсат поступает в подогреватель низкого давления, имея более высокую температуру, чем при нормальной схеме питания. Поскольку расход пара, поступающего в этот подогреватель из зоны низкого давления турбины, обратно пропорционален теплосодержанию конденсата, при повышении температуры последнего автоматически снижается количество отбираемого в подогреватель пара. Этот неизрасходованный в подогревателе объем пара срабатывается на последних ступенях турбины, что повышает активную мощность турбины при неизменном расходе дара через главную паровую задвижку. При том же расходе пара, что и раньше, агрегат вырабатывает большую мощность, что обусловливает повышение эффективности агрегата.

Использование в охладителях конденсата предохраняет трубки секций от засорений; это сокращает затраты на их периодическую очистку и способствует сохранению высокой эффективности теплоотдачи их активного слоя. Во избежание нарушения плотности вакуумной системы турбины газоохлядители генератора включаются после конденсатного насоса перед эжекторной установкой. Работа по такой схеме возможна, если существующие газоохладители рассчитаны на работу при давлениях, выше тех, которые развивают конденсатные насосы. Газоохладители генератора можно включить после первой ступени конденсатного насоса. В этом случае газоохладители будут работать примерно при том же давлении, что и при использовании циркуляционной воды.

Обычно температура конденсата турбин малой и средней мощности в средней полосе СССР бывает на 7—10 °С ниже той температуры, до которой должен быть охлажден газ генератора. При рассматриваемой схеме включения в течение 8—9 мес в году, когда температура конденсата не превышает 33° С, газоохладители при использовании только конденсата охлаждают газ до температуры 40 °С. При этом, если генератор работает в базовом режиме, автоматически обеспечивается также постоянство температурного режима машины, так как температура газа зависит от потерь генератора, т. е. от его нагрузки, а также от интенсивности работы газоохладителя, определяемой количеством протекающего через него конденсата, которое также зависит от нагрузки турбины. В жаркое время года, когда температура конденсата поднимается выше 33 °С, газоохладители переключаются на циркуляционный водовод, по обычной схеме.

При обратном переходе с циркуляционной воды на конденсат необходимо после переключения питания охладителей произвести в течение 20—30 мин промывку секций конденсатом, сливая его в сливной трубопровод. Обычно 40—50 т конденсата бывает достаточно для удовлетворительной очистки труб. Недостатками этой схемы при использовании конденсата являются невозможность длительной работы машины при низких значениях, когда вследствие малого расхода конденсата охладитель не в состоянии отвести теплоту потерь генератора, и затруднительность непосредственной регулировки температуры охлаждающего газа генератора, поскольку ни температура, ни расход конденсата при заданной нагрузке турбины практически не регулируются.

Модификацией рассмотренной выше схемы включения газоохладителя является следующая схема. На пути от конденсатного насоса к газоохладителям генератора конденсат проходит через теплообменник, охлаждаемый циркуляционной водой. Нормально теплообменники не работают, и конденсат проходит по обводной линии. Теплообменники включаются в тот период, когда температура конденсата поднимается выше 33 °С и газоохладители не могут обеспечивать температуру охлажденного газа 40 °С. Тогда конденсат перед поступлением в газоохладители охлаждается в теплообменниках циркуляционной водой до 33 °С. При этом, конечно, часть теплоты, пропорциональная разности температур конденсата перед и после теплообменников, уносится циркуляционной водой и теряется.

Аналогичная схема с теплообменниками может применяться в тех случаях, когда в качестве циркуляционной применяется вода низкого качества, из-за чего в трубках газоохладителей происходит интенсивное отложение солей и ила. Это приводит к частым остановкам турбогенераторов для чистки или замены газоохладитеяей, а при невозможности остановки к ограничению мощности. В этой схеме конденсат подается в газоохладители турбогенераторов по замкнутой схеме. Конденсат охлаждается циркуляционной водой в теплообменниках, которая и уносит все потери генератора. В этом случае эффективность повышается только за счет исключения частых остановок агрегата для чистки газоохладителей.

В схеме предусмотрено параллельное и последовательное соединение теплообменников, а также перевод газоохладителей на охлаждение циркуляционной водой, что может потребоваться для внеплановой чистки теплообменников.

Еще одна схема использования теплоты потерь генератора для подогрева конденсата, успешно применявшаяся на генераторах с воздушным охлаждением. В этой схеме все секции охладителя делятся на две гргуппы. Секции обеих групп последовательно включены по газу. Секции одной группы, расположенные со стороны поступления горячего газа, в нормальном режиме охлаждаются конденсатом («конденсатная группа»), секции другой группы расположены со стороны выхода охлажденного газа циркуляционной водой («циркуляционная группа»). Секции обеих групп по отношению к газовому потоку должны быть включены по воде по принципу противотока (более холодная вода подается в те трубки, которые обтекаются более холодным газом), что повышает эффективность работы охладителя. В схеме предусмотрена возможность перевода всех секций на охлаждение только циркуляционной водой. Такая схема обеспечивает возможность регулировки температуры газа в генераторе в широких пределах за счет изменения расхода циркуляционной воды на «циркуляционную» группу секций в зависимости от расхода и температуры конденсата; при такой схеме часть теплоты потерь генератора уносится бесполезно циркуляционной водой.

Так, например, для турбогенератора мощностью 30 МВт с суммарными потерями около 1 МВт при одинаковой поверхности теплосъема у секций «циркуляционной» и «конденсатной» групп (около 400 м² в каждой) и температуре циркуляционной воды не выше 26 °С потери мощностью 500 кВт возвращаются в регенеративную систему агрегата. При «тесной» компоновке секций газоохладителя (например, встроенных в корпус статора) организовать две автономные группы трубок, обтекаемых циркуляционной водой и конденсатом, можно, заменив заводские водяные камеры газоохладителей новыми с дополнительными перегородками и удвоенным количеством входных и выходных патрубков. Заметим, что при такой конструкции исключается возможность загрязнения конденсата циркуляционной водой в случае неплотностей прокладок или арматуры, поскольку гидравлическое давление в конденсатной линии всегда выше, чем в циркуляционной.

Выводы. Использование конденсата турбины в качестве воды, циркулирующей через газоохладителв генератора, повышает эффективность эксплуатации за счет повышения КПД агрегата и уменьшения количества остановок агрегата для очистки бхладителей генератора.

Азбукин Ю. И., Повышение эффективности эксплуатации турбогенераторов. — М.: Энергеатомиздат, 1983