Особенности работы энергоблоков на различных режимах

Размещено на http://www.allbest.ru

Особенности работы энергоблоков на различных режимах

генератор электрический нагрузка энергоблок

В результатах аварийного отключения генератора от электрической сети нагрузка блока мгновенно снижается с текущего значения до нагрузки собственных нужд подключенной к генератору через трансформатор собственных нужд. Вследствие возникающего при этом небаланса вращательного момента и момента сопротивления ротора ускоряется его вращение. Регулятор скорости, реагируя на такое ускорение, дает команду на прикрытие регулирующих клапанов перед ЦВД и перед ЦСД; как правило, при этом все клапаны, за исключением первого (или первой группы клапанов), закрываются; при этом устанавливается новое равенство моментов, но уже при некоторой увеличенной сверх номинальной частоте вращения. Иногда случается, что клапаны не справляются с этой тонкой задачей и пропускают пара больше, чем следует, или, как говорят, «не удерживают холостой ход» (например, возможно зависание одного из клапанов или даже некоторых из них). Тогда частота вращения стремительно растет (машина идет «вразнос»). При достижении частоты вращения на 10…12% выше номинальной должен срабатывать автомат безопасности, что приводит к закрытию стопорных клапанов перед ЦВД и ЦСД, а также к принудительному закрытию обратных клапанов на паропроводах от-боров.

В случае несрабатывания стопорных клапанов авария может завершиться разрушением турбоагрегата. Такой итог может явиться результатом наложения трех отказов: отключение генератора, неудержание холостого хода, незакрытие стопорного клапана.

Расследование аварий показало, что при подобных случаях часто имели место нарушения § 18-4 ПТЭ о проверке работы автомата безопасности и системы защиты от повышения частоты вращения.

Как правило, турбины удерживают частоту вращения после сброса нагрузки. После прикрытия регулирующих клапанов расход пара через турбину резко сокращается примерно до 8--10% номинального, соответственно снижаются давления в отборах пара на регенеративные подогреватели, что приводит к закрытию обратных клапанов на паропроводах отборов. Деаэратор блока, получивший пар из отбора турбины, должен приэтом переводиться на питание паром из другого источника. Одновременно происходит резкое падение давления пара в отборе, из которого питается паром приводная турбина питательного турбонасоса. Поэтому при переводе блока 300 МВт на холостой ход питательный турбонасос (ПТА) отключается защитой, а пускорезервный питательный электронасос ПЭН пускается автоматом включения резерва (АВР).

На блоках 500 и 800 МВт применены приводные турбины питательных турбонасосов конденсационного типа (в отличие от турбин с противодавлением на блоках 300 МВт), позволяющие подавать к ним пар от специальной быстродействующей редукционно-охладительной установки (БРОУ турбопитательных насосов), которая включается автоматически при переводе блока на холостой ход.

Из-за резкого сокращения пропуска пара через турбину растет давление свежего пара. Пропуск пара через турбину снижается с D_НАЧ до D_С.Н, при этом происходят уплотнение пара в паровом объеме V котла и паропроводов и повышение его давления. Можно записать:

, (1)

где - время; _нач - начальная плотность пара; p₀ - давление свежего пара; D_ак - аккумулирующая способность котла.

Из (1) получаем:

, или . (2)

Так, при переводе блока 200 МВт с начальной нагрузки 170 МВт на нагрузку собственных нужд 6…7 МВт в течение одной минуты давление за котлом поднимется с 14,0 до 15,5 МПа, а перед турбиной - с 13,0 до 15,0 МПа [1…13]. Повышение давления пара используется как импульс для сигнала на включение БРОУ, на которую возлагается задача сброса излишнего пара в конденсатор при внезапных сбросах нагрузки без подрыва предохранительных клапанов на паропроводах свежего пара. Эту задачу можно решить при высокой пропускной способности БРОУ (80…85% номинальной паропроизводительности котла) и достаточном быстродействии регулирования и приводов БРОУ [1-14]. Пропускная способность БРОУ на блоках 200 МВт находилась на уровне 30% номинальной паропроизводительности котлов, что недостаточно для предотвращения срабатывания предохранительных клапанов. В этих условиях высокое быстродействие БРОУ не спасает положение, поэтому было предложено увеличить время открытия сбросных клапанов до 60 с, что обеспечивает электропривод. Таким образом, вместо БРОУ и растопочной РОУ устанавливают пускосбросное устройство (ПСБУ), допускающее пропуск пара, пароводяной смеси и воды. Принципиальная пусковая схема блока сверх критического давления (СКД) с установкой пускосбросного устройства представлена на рис. 1-1.

Для блоков с барабанными котлами отработана и внедряется система перевода на нагрузку собственных нужд при отключении генераторов от сети с погашением котлов. Питание турбины паром при этом происходит за счет аккумулирующей способности котла в течение 15…20 мин. Опыты показали, что относительные удлинения роторов, разности температур между отдельными частями турбины, скорости изменения параметров пара и температур металла элементов блока изменялись незначительно.

Котел может быть подготовлен к последующей растопке за 10 мин, нагружение турбины может быть осуществлено за 20…25 мин [1-13, 1-15]. Скорость падения давления при использовании аккумулирующей способности котла определяется следующим выражением:

. (3)

Для блока 200 МВт D_С.Н=36 т/ч=10 кг/с; для котла типа ТП-100 D_ак=3770 кг/МПа. Тогда

МПа/с.

Через 600 с (10 мин) падение давления составит р=-1,6 МПа.

Поскольку давление пара перед турбиной снижается, значение D_С.Н возрастает:

,

где - расход пара на турбину при нагрузке собственных нужд и номинальных параметрах пара; k_p - коэффициент, учитывающий падение давления пара.

Тогда уравнение (3) запишется следующим образом:

. (4)

После интегрирования имеем:

. (5)

Особенно важно сохранение в работе и удержание нагрузки собственных нужд 10--12 МВт при отключении генераторов от сети блоков 300 МВт. При этом прямоточные котлы этих блоков должны автоматически переводиться на растопочную нагрузку [1-16, 1-46]. Проведенные опыты показали, что при переводе котлов на растопочный режим может быть обеспечен устойчивый топочный процесс за счет включения мазутных форсунок [1-16].

Как уже отмечалось, при сбросе нагрузки осуществляется автоматический переход с ПТН на ПЭН, в результате чего происходит перерыв в питании котла длительностью 18--12 с.

Частичные нагрузки энергоблоков

Энергоблоки ТЭС, как правило, работают в различных режимах нагрузки, каждому из которых соответствуют определенные значения параметров установки; изменение значений некоторых или даже одного из параметров означает изменение режима. Определяющим параметром в работе энергоблока является его электрическая нагрузка. В то же время при одной и той же электрической нагрузке возможно множество режимов из-за изменения значений некоторых параметров (вакуум в конденсаторе, качество топлива, отборы пара на собственные нужды и т. д.).

Большое значение в эксплуатации имеют переходные режимы от одних значений параметров энергоблока к другим, например, переход от одной электрической нагрузки к другой. К переходным также относятся пусковые режимы оборудования.

При покрытии суточного графика электрической нагрузки имеют место разнообразные режимы при частичной нагрузке энергоблока. Параметром, определяющим режим работы как котла, так и турбины, является расход свежего пара на турбину D, который в свою очередь определяется электрической нагрузкой. Поэтому первым шагом при рассмотрении режима частичной нагрузки является приближенная оценка расхода пара на турбину по заданной мощности на зажимах генератора N_Э.

Для этой цели можно использовать расчетные спрямленные расходные характеристики турбоустановок, выражающие зависимость расхода свежего пара на турбину от электрической мощности N_Э при номинальных параметрах пара, расчетной тепловой схеме, расчетной температуре охлаждающей воды t⁰_о.в и расчетном расходе охлаждающей воды G⁰_{o в}.

Например, для турбины ХТГЗ 300 МВт р₀=23,55 МПа (240 кгс/см²); t₀=540°С; tп.п=540°С; t⁰_о.в =12°С; G⁰_{o в} =34 800 м3/ч; расход пара, т/ч, составит:

D=20,33+2,934 N_Э +0,612(N_Э -252,12). (6)

Некоторая неточность в предварительном определении расхода пара несущественна, так как в последующем расчете режима турбоустановки вычисляется мощность, соответствующая принятому расходу пара.

Расход пара на турбину определяет нагрузку котла и расход топлива, который в свою очередь определяет режим работы котла, т. е. совокупность ее параметров: относительные потери топлива и к. п. д., температуры газов по тракту, параметры пара по тракту пароперегревателя.

Методика поверочного расчета котла при частичных нагрузках дается в [1-17]. Существует также упрощенная методика пересчета режимов частичных нагрузок котлов по данным расчета при номинальной нагрузке.

Для получения расчетных характеристик котлов при частичных нагрузках используются программы для ЭВМ [1-19].

Следует отметить отсутствие до сего времени общих аналитических зависимостей для показателей работы котлов, что объясняется трудностями учета влияния большого числа факторов.

В условиях эксплуатации на показатели работы котлов существенно влияют отклонения от расчетных характеристик топлива, совместное сжигание двух видов топлива, загрязнение поверхностей нагрева, присосы воздуха и т. п. Поэтому целесообразно использовать экспериментальные характеристики котлов, учитывающие взаимное влияние важнейших факторов с помощью введения определенных поправок.

Широко используются нормативные характеристики котлов [1-20].

Коэффициент полезного действия котлов брутто подсчитывается обратным балансом через удельные потери. При этом используются экспериментальные данные.

Подсчет удельных потерь q2, q3, q4, q5, q6 часто ведется по упрощенной методике М. Б. Равича [1-21] с использованием приведенных характеристик топлива [1-22], которые дают приближенные результаты.

Для примера на рис. 1-2 приведена нормативная характеристика котла ТП-100, работающего на антрацитовом штыбе [1-20]. Здесь даются графические зависимости от паровой нагрузки котла D либо от его тепловой нагрузки брутто Q^бр следующих показателей:_к^бр, - к. п. д. котла брутто, _к^н - к. п. д. котла нетто. При этом надо иметь в виду, что

Q^н =Q^бр-Q^сн-Q^э , (7)

где Q^н - тепловая нагрузка котла нетто, МВт; Q^сн - расход тепла на собственные нужды котла, включая расход тепла на подогрев мазута в подогревателях, МВт; Q^э - расход тепла на выработку электроэнергии на собственные нужды котла, МВт.

К собственным нуждам котла относят пылеприготовление, тягодутьевые машины и питательные насосы.

На рис. 1-2 даны также зависимости удельных потерь от тепловой нагрузки котла.

На рис. 1-3 даны удельные расходы электроэнергии на собственные нужды котла в зависимости от ее нагрузки, а на рис. 1-4--удельные расходы электроэнергии на питательные насосы (ПН) для блоков 200 МВт с барабанными котлами.

К нормативным характеристикам котлов вводятся поправки, например, на изменение характеристик топлива (на отклонение зольности и влажности от расчетных значений), на изменение температуры холодного воздуха и т. п.

Целесообразно использовать аналитические характеристики котлов, получаемые экспериментально с применением метода планирования эксперимента, о чем будет подробно сказано ниже.

Характер изменения параметров турбоустановок при изменении расхода пара носит более устойчивый характер и поддается обобщающим зависимостям. Важнейшей при этом является зависимость, связыввающая расход пара через ступень или группу ступеней турбины с его давлениями до и после ступени или группы ступеней.

В аналитической форме такая зависимость описывается формулой Флюгеля:

, (8)

где D - расход пара через ступень или группу ступеней, кг/с; р₁ и р₂ - давление пара до и после ступени или группы ступеней; Т1 - абсолютная темепература пара перед ступенью. Индекс «0» относится к расчетному режиму.

Соотношение (8) справедливо для суживающихся решеток в докритической области.

Конденсационную турбину можно рассматривать как группу ступеней для которой р₂=р_к, где р_к - давление в конденсаторе. Тогда можно пренебречь р_к² и (р_к⁰)², и выражение (8) примет более простой вид:

. (9)

Из (9) легко видеть, что изменяя температуру острого пара например с 580 С до 540 С (для турбины К-300-240 ЛМЗ) можно увеличить пропускную способность с 930 т/ч до 975 т/ч.

В то же время температурная поправка в (9) во многих случаях близка к единице, и ей можно пренебречь, тогда:

. (10)

Последнее выражение означает, что давление пара перед ступенью или группой ступеней пропорционально пропуску пара через эту ступень или группу ступеней.

Регулирование мощности блока скользящим начальным давлением пара

При дроссельном парораспределении, в сущности, осуществляется регулирование мощности турбины скользящим давлением пара, которое имеет место после дроссельных клапанов.

На рис. 1-12 показано дросселирование пара в дроссельных клапанах до начального давления р'₀, определяемого соотношением (9):

.

При отсутствии поперечных связей, т. е. при блочной схеме, можно осуществлять регулирование скользящим давлением пара после котла и соответственно перед турбиной; при этом дроссельные клапаны остаются полностью открытыми, а изменение давления и расхода пара определяется режимом подачи топлива в топку котла. Температура свежего пара при регулировании мощности скользящим начальным давлением пара поддерживается постоянной и равной номинальной.

Если сравнить по тепловой экономичности режимы при постоянном при скользящем давлениях в условиях дроссельного парораспределения при одинаковом пропуске пара в турбину, то, если принять при этом равенство начальных давлении p'₀, оказывается, что режимы отличаются лишь значением начальной температуры t'₀. Так как при скользящем давлении начальная температура равна номинальной, а при дросселировании пара температура всегда ниже номинальной, режим частичной нагрузки со скользящим давлением всегда экономичнее режима с постоянным давлением. В действительности при дроссельном парораспределении давление р₀ несколько ниже, чем при скользящем давлении из-за температурной поправки, однако эта разница в давлении незначительна и может не учитываться.

Дополнительный выигрыш в тепловой экономичности при скользящем давлении получается за счет сокращения расхода энергии на питательный насос из-за снижения давления питательной воды на нагнетании.

Таким образом, при дроссельном парораспределении всегда целесообразно регулировать мощность скользящим начальным давлением по соображениям тепловой экономичности. Кроме того, при скользящем давлении обеспечивается устойчивый температурный режим турбины, что практически снимает ограничение по скорости ее нагружения. Независимо от внедрения режимов работы со скользящим давлением в последние 10…20 лет наблюдается тенденция к переходу для мощных паровых турбин к дроссельному парораспределению. Дроссельное парораспределение упрощает конструкцию турбины сравнительно с сопловым парораспределением. Сопловое парораспределение мощных турбин выполняется так, что область дросселирования пара при нескольких одновременно открываемых клапанах возрастает с ростом мощности, достигая 57% D_ном для турбины К-300-240, 76% для К-500-240 и 85% для К-800-240. Очевидно, что для работы в области дроссельного регулирования турбин с сопловым парораспределением режимы со скользящим начальным давлением пара оказываются предпочтительнее по тепловой экономичности, чем режимы с постоянным начальным давлением. Так, при разгрузке турбины К-300-240 МВт до нагрузки, обеспечиваемой при полном открытии только первых двух пар клапанов, давление пара перед турбиной поддерживается на уровне номинального; при дальнейшем снижении нагрузки давление пара уменьшают при полностью открытых четырех клапанах.

Снижение начального давления пара, естественно, ухудшает термический к. п. д., однако внутренний к. п. д. установки все же может при этом повышаться за счет более высоких значений _оi ЦВД при скользящем давлении, чем при постоянном, когда _оi весьма низок.

К тому же, как уже отмечалось, температура пара при регулировании мощности скользящим давлением остается равной номинальной, тогда как при постоянном давлении она снижается из-за дросселирования пара регулирующими клапанами. И, наконец, при скользящем давлении имеется снижение затрат энергии на привод питательного насоса, так как необходимый напор снижается, что способствует росту к. п. д. нетто.

Размещено на Allbest.ru