Турбопривод для питательных насосов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Турбопривод для питательных насосов ТЭЦ

К.т.н М.И. Гринман, начальник отдела,

В.А. Егоров, инженер, руководитель проекта,

С.Л. Ушаков, инженер,

А.А. Плахин, инженер,

ООО «Комтек-Энергосервис», г. Санкт-Петербург

Введение

Питательный насос может быть отнесен к основному оборудованию ТЭЦ наряду с котлом, паровой турбиной и конденсационной установкой. Эффективная работа питательных насосов и их надежность являются важными факторами для успешной эксплуатации ТЭЦ.

Для привода питательных насосов небольших мощностей обычно используют асинхронный двигатель. Электропривод прост в эксплуатации и имеет высокий КПД. Двигатели номинальной мощности 200-8000 кВт выполняются на напряжение 6 кВ. Для всех асинхронных двигателей применяется прямой пуск от полного напряжения сети. Так как энергоблоки на ТЭЦ работают в режимах частых пусков и остановов из-за неравномерности графика нагрузки энергосистемы, то возникает необходимость в частых пусках асинхронных двигателей, на что последние не рассчитаны, особенно мощностью свыше 1000 кВт, у которых ресурс пусковых режимов весьма ограничен. Частые пуски асинхронных двигателей приводят к ускоренному износу обмоток статора и ротора, что увеличивает затраты на их ремонт и понижает надежность работы ТЭЦ.

Следует отметить также, что при использовании электропривода регулирование расхода питательной воды может вестись либо дросселированием, либо с помощью гидромуфты. Регулирование дросселированием крайне неэкономично и ведет к быстрому износу насоса и арматуры, поэтому на крупных блоках питательная установка снабжается гидромуфтой.

Регулирование с помощью гидромуфты экономичнее, но и здесь при низких нагрузках блока потери велики: КПД гидромуфты составляет 95-98% при полной нагрузке (что соответственно увеличивает мощность собственных нужд на номинальном режиме) и лишь 75-80% при нагрузке блока, составляющей 50% номинальной.

Проект замены привода питательного насоса

Для ТЭЦ с параметрами пара 140 ата характерно наличие турбин типа ПТ и Р, позволяющих получить пар давлением 13 ата на производственные нужды сторонних потребителей. В настоящее время, как правило, из-за снижения потребности в паре такие турбины недогружены. В этой связи при решении проблемы увеличения тепловой и электрической нагрузки ТЭЦ целесообразно использовать взамен электропривода питательного насоса турбину, пар на которую будет поступать из коллектора 13 ата, а отработанный пар подаваться в теплофикационный коллектор 1,2-2,5 ата.

Такое техническое решение экономически выгодно, т.к. кроме дополнительной выработки электроэнергии (за счет загрузки турбин) и снижения потребления электроэнергии на собственные нужды (за счет замены электропривода питательных насосов на турбопривод) ТЭЦ получит возможность отпускать дополнительное количество тепла внешним потребителям (за счет отработанного пара приводных турбин насосов). Кроме того, турбопривод позволяет наиболее экономично регулировать производительность питательного насоса за счет изменения числа оборотов ротора.

На рис. 1 приведена схема реконструкции питательной электроустановки с установкой турбопривода.

питательный насос котел привод

Для того чтобы схема с использованием турбинного привода питательного насоса была эффективнее электропривода и подходила к условиям размещения и работы на действующих ТЭЦ, турбопривод должен соответствовать следующим требованиям:

¦обладать высокой маневренностью;

¦обеспечивать необходимые параметры питательного насоса на всех режимах работы котлоагрегата в течение года;

¦быть экономичным на всех режимах;

¦быть простым в обслуживании;

¦размещаться на фундаменте питательного насоса на месте электродвигателя и не превышать его весовые нагрузки;

¦не требовать схемных переключений на режимах;

¦иметь достаточный запас по мощности при колебаниях давлений и температур в коллекторах;

¦использовать существующую масляную систему.

В соответствии с этими требованиями для замены электродвигателей насосов типа ПЭ- 380-185/200, ПЭ-500-180 и ПЭ-580-185 разработана паровая турбина с высокоэкономичной (запатентованной) проточной частью.

Помимо высокой экономичности, разработанная турбина, в сравнении с существующими подобной мощности, имеет ряд преимуществ:

¦замена литого корпуса на сварную конструкцию;

¦снижение числа регулирующих клапанов до одного;

¦замена масляных сервомоторов высокого давления на автономный быстродействующий электрогидравлический привод;

¦уменьшение осевого габарита турбоустановки за счет минимизации числа ступеней, ликвидации валоповоротного устройства и применения малогабаритных, но весьма эффективных концевых уплотнений;

¦замена традиционной баббитовой заливки в подшипниках на композитный материал на основе фторопласта, который обеспечивает высокую надежность работы, меньшие потери трения и низкий расход масла;

¦применение новой проточной части позволяет работать в широком диапазоне не только начальных, но и конечных параметров пара.

Все эти решения делают турбину не только малогабаритной и экономичной, но и высокоманевренной.

Конструкция турбопривода

Конструкция турбопривода представляет собой одноцилиндровую турбину, монтируемую на существующую фундаментную раму насосного агрегата в пределах компоновки электродвигателя (рис. 1). Весовая нагрузка от турбопривода не превышает значения весовой нагрузки замещаемого электродвигателя. Параметры работы турбопривода приведены в таблице.

Цилиндр турбины - сварной, имеет горизонтальный разъем, опирается двумя лапами на переднюю опору и двумя лапами на заднюю опору. Ротор турбины (жесткий) опирается на два опорных подшипника (0150 мм). В задней опоре также расположен упорный подшипник. На вал турбины насаживается двухвенечное колесо с рабочими лопатками I и II ряда.

Сопловой аппарат состоит из двух половин с наборными лопатками и центруется по расточке цилиндра. Лопатки соплового аппарата спроектированы с высокоэффективным профилем, разработанным для сверхзвуковых течений и имеющим минимальные потери на переменных режимах и обеспечивающим высокий КПД проточной части. В корневой части соплового аппарата выполнено лабиринтное уплотнение по рабочему колесу.

Направляющий аппарат состоит из двух половин с наборными лопатками и устанавливается в верхней и нижней половинах цилиндра. Лопатки направляющего аппарата имеют цельнофрезерованную хвостовую и бандажную части, с осевыми и радиальными лабиринтными уплотнениями.

Парораспределение турбины дроссельное. Перед турбиной последовательно установлены стопорный и регулирующий клапаны (рис. 1, 2).

В корпусе концевого уплотнения, имеющего горизонтальный разъем, устанавливаются угольные сегменты плавающего типа, которые надеваются на вал. Данное уплотнение имеет ряд преимуществ: при замене не требуется разбирать цилиндр турбины; минимальные линейные габариты; минимальные протечки пара.

Вместо традиционной баббитовой заливки в опорных подшипниках и колодках упорного подшипника применен композитный материал на основе фторопласта. В результате используемые подшипники выдерживают большую удельную нагрузку, имеют более высокую надежность работы, меньшие потери трения и расхода масла и допускают работу на другой, отличной от масла, смазывающей жидкости (например, вода). Кроме того, данный материал позволяет осуществлять выбег ротора всухую.

Вместо зубчатой муфты, соединяющей роторы насоса и электродвигателя, устанавливается упругая кулачковая муфта. Данная муфта имеет ряд преимуществ:

¦высокие компенсирующие свойства, снижающие нагрузки на опоры и роторные детали;

¦минимальные осевые нагрузки;

¦повышенный ресурс работы;

¦повышенная технологичность при изготовлении и ремонтопригодность при эксплуатации;

¦отсутствие масла для смазки зубьев.

При проведении реконструкции питательной электроустановки с установкой турбопривода осуществляется замена штатной системы автоматики и КИП насосного агрегата на единую электронную систему регулирования. Основной функцией системы регулирования является поддержание заданной величины давления питательной воды за насосом путем изменения числа оборотов.

Разработанная схема маслоснабжения турбопривода максимально использует существующую схему маслоснабжения питательной электроустановки. При проведении реконструкции потребуется замена масляных электронасосов, а также установка масляного фильтра тонкой очистки для стопорного клапана и дополнительных масляных трубопроводов и арматуры.

Выводы

Использование на ТЭЦ турбопривода питательного насоса вместо электродвигателя позволяет решить две основные задачи: увеличить выработку и отпуск электроэнергии и тепла на станции; реализовать возможность эффективного регулирования производительности насоса.

Первая задача решается за счет того, что в головную часть турбины типа ПТ или Р, обычно недогруженной по пару промышленного отбора, подается дополнительный острый пар в количестве, необходимом для работы турбопривода.

Решение второй задачи связано с тем, что такие механизмы регулирования производительности питательного насоса, как гидромуфта или частотный преобразователь, имеют более низкий КПД на режимах частичной загрузки.

Технико-экономические расчеты показали, что срок окупаемости проекта реконструкции питательных насосов с установкой турбопривода составляет 1-1,5 года.

В настоящее время на Иркутской ТЭЦ № 11 ведется монтаж первого такого турбопривода для насоса ПЭ-580-185. Следующим объектом внедрения станет насос ПЭ-500-180 Ново-Кемеровской ТЭЦ (турбопривод находится на стадии изготовления).

Размещено на Allbest.ru