автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Оптимизация пуско-остановочных и переменных режимов мощных энергоблоков ТЭС, обеспечивающих их надежность и эффективность

РГ5 ОД

_ О онп V-и

На правах рукописи

БЕРСЕНЕВ АНАТОЛИЙ ПАВЛОВИЧ

ОПТИЮОАЦИЯ ПУСКО-ОСТАНОВОЧНЫХ И ПЕРЕМЕННЫХ РЕЖИМОВ МОЦЯЫХ ЭНЕРГОБЛОКОВ ТЭС, ОБЕСПЕЧИВАЛ®«

ИХ НАДЕЖНОСТЬ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ

- ГУ

Специальность 05.14.14 - Тепловые электрические

станции (тепловая часть)

ДИССЕРТАЦИЯ в виде научного доклада на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва

1995 г.

Работа выполнена в РАО "ЕЭС России "

Научный руководитель - член-корреспондент РАН,

доктор технических наук, профессор Дьяков А.Ф.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Двойнишников В.А. кандидат технических наук, профессор Марченко Е.М.

Ведущая организация - ВНИАМ

1 . О-О

Защита состоится "¿3" ¿У 1996 г. в /6 час.

в аудитории &~оЬ^*? на заседании диссертационного совета К-053.16.01 при Московском энергетическом институте по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д.17.

Ваши отзывы в количестве двух экземпляров, заверенные и скрепленные печатью учреждения, просим присылать по адресу: 111250, Москва, Е-250, Красноказарменная ул., д.14. Ученый Совет МЭИ.

С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомиться в библиотеке МЭИ.

Диссертация в виде научного доклада разослана "Л1" ¿Л 19

Ученый секретарь диссертационного совета

к.т.н., с.н.с. " А.В.Андрюшин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Большую часть всей вырабатываемой электроэнергии России обеспечивают тепловые электростанции на органическом топливе (более 70%). Крупные ТЭС и ТЭЦ оснащены, в основном, энергоблоками мощностью 250, 300, 500, 800 и 1200 МВт на сверхкритические параметры пара. Их надежная и экономичная работа во многом определяет эффективность и надежность работы Единой энергетической системы России. Происходящие в настоящее время в народном хозяйстве России структурные изменения привели к редкому сокращению энергопотребления при одновременном разуплотнении графика электрических нагрузок.Срыв намеченных планов создания и ввода пиковых и полупиковых энергоблоков привел к необходимости использования в их качестве мощных энергоблоков СКД действующих ТЭС. Таким образом, сама практика эксплуатации выдвинула проблему совершенствования технологии оптимизации пус-ко-остановочных режимов и повышения маневренности блоков СКД на повестку дня. Решению этих проблем и посвящена настоящая работа. Цель работы: повышение эффективности и надежности работы мощных энергоблоков СКД на переменных режимах, путем совершенствования их пусковых схем, технологии пуска и останова, а также конструкции элементов пароводяного тракта котла.

Основные задачи исследований. В работе рассмотрен и решен ряд задач, основными из которых являются:

- исследование пусковых схем с выносным и встроенным сепаратором с позиции обеспечения ими условий надежности работы оборудования при реализации различных режимов пуска и останова энергоблоков СКД;

- отработка технологии пуска из различных тепловых состояний оборудования и останова энергоблока с консервацией давления или расхолаживанием котла и паропровода;

- изучение температурного состояния металла основных элементов пароводяного тракта котла, а также причин превышения их допустимого уровня при пуско-остановочных режимах работы энергоблока;

- исследование возможности обеспечения надежной эксплуатации котла ТГМП-1202 в маневренном режиме, в том числе и на скользящем давлении, без использования насосов рециркуляции;

- разработка рекомендаций по повышению надежности работы основных элементов котла при пуско-остановочных режимах;

- анализ работы энергоблоков в новых экономических условиях. Научная новиана к вначкмость работы состоит в:

- обосновании целесообразности использования однобайпасной схемы с встроенным сепаратором в качестве типовой в энергоблоках СКД;

- установлении лимитирующих факторов со стороны условий работы элементов котла при проведении пуска и останова энергоблоков СКД и экспериментальном определении допустимых скоростей прогрева и охлаждения основных элементов пароперегревательных поверхностей котла;

- выявлении причин нарушения надежности работы пароперегревателя и НРЧ при пуске и останове котла ТПП-110, разработке рекомендаций по их устранению;

- доказательстве, путем промышленного опробывания, возможности работы в маневренном режиме котла ТГМП-1202 без насосов рециркуляции, в том числе и на скользящем давлении;

- оценка влияния уровня годового энергопотребления на среднегодовой диапазон регулирования, показатели надежности и экономичности энергоблоков одной мощности.

Практическая ценность работы состоит в том, что результаты выполненных исследований, их обобщение нашли широкое использование в практике эксплуатации мощных энергоблоков СКД и проектирование котлов, а именно:

- пусковая схема со встроенным сепаратором, разработанная и исследованная автором, как типовая схема при создании мощных энергоблоков СКД;

- рекомендации по обеспечению условий надежной работы металла основных поверхностей нагрева при разработке элементов котла - на котельных заводах;

- разработанная технология пуско-остановочных режимов в виде графиков-заданий - на электростанциях страны.

Результаты работы также использованы и при разработке ряда нормативно-технических документов: " Гидравлический расчет котельных агрегатов" (редакция 1994 г.); " Тепловой расчет котельных агрегатов", " Нормы минимальных допустимых уровней и предельно допустимых скоростей изменения нагрузок энергоблоков 150-1200 МВт" НР 34-00-12-86, НР 34-70-113-86 (Москва, 1987). "Правила технической эксплуатации электростанций и электрических сетей (ПТЭ)"; "Типовые инструкции по пускам и остановам энергоблоков 250, 300, 500, 800МВт"; "Технические требования к маневренности

энергетических блков тепловых электростанций с конденсационными турбинами" (1986г.); "Технические требования к маневренным характеристикам проектируемых и модернизируемых энергоблоков теплоцентралей" (1980 г.).

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и практических рекомендаций обеспечивается прежде всего проведением исследований на действующем оборудовании с применением системного подхода и традиционных, отработанных практикой методов измерений и обработки опытных данных, положительным опытом практического использования мероприятий и рекомендаций по совершенствованию пусковых схем и пуско-остановочных режимов мощных энергоблоков СКД.

Личный вклад автора заключается в разработке и реализации системного подхода в исследованиях пуско-остановочных режимов мощных энергоблоков СКД и условий работы основных элементов котла, в проведении, отработке и обобщении результатов этих исследований, разработке рекомендаций и мероприятий, направленных на повышение надежности работы мощных энергоблоков СКД в переменных режимах, а также в создании методики по оценке влияния годового энергопотребления на показатели и режимы использования мощных энергоблоков СКД. Автор валлшавт:

- системный подход к постановке исследований условий работы основных элементов котла на переменных режимах и отработке технологии пуска и останова энергоблоков СКД;

- результаты исследований, выполненные на действующих энергоблоках СКД 300, 800 и 1200 МВт;

- разработанные рекомендации и мероприятия, направленные на обеспечение надежности работы энергоблоков как в пуско-остановочных режимах, так и при переменных нагрузках;

- результаты оценки надежности и экономичности находящихся в эксплуатации блочного оборудования ТЭС на основе анализа показателей его работы в условиях адаптации электроэнергетики к процессу перестройки экономики.

Публикации по работе. По результатам выполненных работ, рассматриваемых в научном докладе, автором опубликовано 26 статей. Основные положения диссертации изложены в работах, перечень которых приведен в конце автореферата.

Апробация работы. Положения, изложенные в настоящем науч-

ном докладе, представлялись и обсуждались на заседаниях НТС РАО "ЕЭС России", АО "Фирма "ОРГРЭС", АО "ВТИ", на технических совещаниях в энергосистемах и АО "Красный котельщик".

Ниже изложены сущность и результаты выполненных автором исследований.

Глава 1. . Исследования пусковых схем энергоблоков с прямоточными котлами СКД.

На головных энергоблоках 300 МВт Приднепровской и Чере-петской ГРЭС в пусконаладочный период бьши проведены исследования по уточнению и отработке режимов пуска и останова (1,2,3). Были технологически отработаны и внедрены в эксплуатацию режимы пусков из различных тепловых состояний, а также остановы с консервацией давления и с расхолаживанием котла и паропроводов.

Особенностью этих исследований являлось то, что в то время в отечественной энергетике не было достаточного опыта организа^ ции пусковых режимов на данных блоках.

Примененные на этих блоках пусковые схемы с выносными сепараторами (рис.1) имели существенные недостатки, из-за которых появлялись определенные ограничения при реализации пусков из горячего и неостывшего состояния.

Рис. I. Пусковая схема блока 300 Мет (котел ТПП-110, турбина К-300-240).

/ — конвективный пароперегреватель СКД; I. 3 — ширмы соответственно I н II ступеней; У-БрОУ-1; «-РОУ-1; 1-РОУ-2; 7-РОУ-2»; * —БРОУ-2; 3 — деавратор; 10 — промежуточный пароперегревателе. ВЗ — •строенная аадвнжка: РЗ — разделительная задвижка; ГПЗ — главная паровая задвижка: С-/, С-1 — растопочные сепараторы.

Так надежность пуска блока из горячего состояния определяется сохранением в котле сверхкритического давления и глубиной охлаждения поверхностей нагрева при простое, особенно при наличии толстостенных камер и литых тройников. Время сохранения горячего резерва по этим показателям (температура металла нениже 400 С)для котла ТГШ-110 составило 20 мин. (рис.2).

600 г-

I

к

Й

I?

<со

160

Г

\

N

1 к'; к

43 -

ю- « ю а зо

Рис. 2> Характеристика расхолаживания металл;! ширм.

Большие трудности имелись при реализации пуска блока из неостывшего состояния. При горячих паропроводах обычный режим растопки прямоточного котла с установлением растопочного расхода воды через все поверхности нагрева и главные паропроводы, входякие в растопочный контур, неприменим из-за неизбежных при этом тепловых ударов в камерах и паропроводах. Во избежание их приходилось применять сложные технологические приемы управления котлом.

В силу этого, а также из-за технологической сложности растопки котла на горячие паропроводы при пусковой схеме с выносными сепараторами они были рекомендованы лишь как средство ликвидации аварийных ситуаций, но не для плановых остановов.

При организации пусковых режимов из холодного состояния

имелись ограничения по ширыовому пароперегревателю СКД, а после аварийных остановов - по условиям надежности НРЧ котла и толстостенных элементов котла и паропроводов.

Двухкорпусная конструкция котла с несимметричным расположением первичного и вторичного пароперегревателей усложняла пусковые операции, не позволяла оставлять в работе блок при останове одного из них. В дальнейшем такие конструкции котлов в отечественной энергетике не применялись.

Из-за трудностей и ограничений, выявленных в результате исследований в дальнейшем при проектировании мощных блоков сверхкритического давления для обеспечения их высокой надежности и маневренности в пусковых режимах было рекомендовано применять пусковую схему с встроенными сепараторами и избегать в пусковых контурах узлов, резко лимитирующих режимы прогрева и расхолаживания.

На основании результатов испытаний и опыта эксплуатации, полученных на первых энергоблоках 300 МВт на СКД на последующих блоках с прямоточными котлами отказались от выносных сепараторов. Была разработана типовая однобайпасная пусковая схема со встроенными сепараторами, которая была внедрена на блоках 250, 300, 500, 800 и 1200 МВт, при которой были реализованы надежные и экономичные пуско-остановочные режимы.При этом время пуска из холодного состояния и набора нагрузки до номинальной блока 300 МВт сокротилось в полтора раза.

Пусковая схема энергоблоков выполнена с одноступенчатым байпасированием турбины. Основные элементы пусковой схемы: пусковые встроенные сепараторы (ВС) с дроссельными клапанами; два растопочных пускосбросных быстродействующих устройства (ПСБУ); растопочный расширитель Р-20; устройства для регулирования температуры свежего и вторично перегретого пара{8).

Однако, при достаточной простоте однодайпасная пусковая схема имеет и определенные недостатки, накладывает некоторые ограничения на конструкцию котла, при проектировании маневренных энергоблоков с переходом на суперкритические параметры пара с двойным промперегревом предпочтительнее может быть двухбайпасная схема с полнопроходным сепаратором.

По результатам исследований пусков блоков из неостывшего состояния Выл сделан важный вывод о повышении требований к качеству и конструкции тепловой изоляции камер котла, паропроводов, клапанов и перепускных труб турбины, корпусов ЦВД и ЦСД.

ч

Глава 2. Исследования условий реализации пуежовых режимов

Основные критерии при проведении пуско-остановочных операций, нагружении и разгрузках блоков, которые определяют надежность оборудования следующие: - соблюдение рекомендуемых скоростей прогрева и охлаждения толстостенных камер, коллекторов котла, паропроводов, стопорных и регулирующих клапанов, разностей температур по стенкам ЦВД, ЦСД и фланцев турбин;

- не превышение предельных температур металла поверхностей нагрева;

- гидравлическая устойчивость контуров поверхностей нагрева.

2.1. Исследования работы камер, коллекторов и паропроводов.

На мощных блоках СКД конструктивные элементы пароперегревателя котла (камеры, коллектора) и паропроводы (тройники) имеют толщины от 60 до 110 мм. (1,3)

При таких толщинах во избежание появления в этих деталях недопустимых напряжений необходимо строго выдерживать скорости прогрева и расхолаживания в зависимости от давления.

При пуске блока из холодного состояния на прямоточном режиме особых проблем с прогревом указанных элементов не возникало и темп прогрева легко регулировался форсировкой расхода топлива .

Трудности возникали при пуске котла после аварийного останова и из неостывшего состояния, а также при останове и последующем расхолаживании котла и паропроводов.

Лимитирующими являются скорости расхолаживания, наблюдаемые в начальной фазе растопки. Основной причиной расхолаживания камер и паропроводов в начальный момент растопки является поступление в них среды из остывших змеевиков поверхностей нагрева. После отключения блока температура металла змеевиков перег-ревательных поверхностей нагрева, по которой с достаточной точностью можно судить о температурном состоянии среды в них, быстро снижается, примерно следуя за температурой газа в поворотной камере ниже 400 С. Скорость и глубина расхолаживания определяется в первую очередь исходной температурой металла змее-

виков перед началом растопки, косвенно характеризующей количество скопившегося в них конденсата (рис.2). К ухудшению этих показателей приводит также затяжка подпитки котла перед розжигом и замедленная форсировка топки.

Величина охлаждения среды в поверхностях нагрева определяется и интенсивностью вентиляции котла при останове и пуске, которую необходимо минимизировать.

Аналогичные явления с захолаживанием толстостенных элементов котла и паропроводов наблюдаются и при остановах блока с консервацией давления, с принудительным расхолаживанием котла и паропроводов.

По экспериментальным замерам были рассчитаны допустимые скорости охлаждения и прогрева всех критических элементов.

Таблица 1.

Допустимая скорость Допустимая

Название охлаждения металла скорость

и = 500 С, прогрева

р = 250 ат) , С/мин металла,

детали С/мин

Запас по пределу текучести

1,5 1,0 1,5

Паропровод до ширм

1 ступени 6, 6 14,7 -

(450 С) (450 С)

Выходные камеры

ширм 1 ступени:

•5 = 75 мм 3,3 5,8 8

60 мм 4,2 9,0

Выходные камеры

ширм 2 ступени:

б = 85 мм 2,5 4,4 5,7

Ъ= 70 мм 3,5 5,9

Главный паропровод

за котлом 3-4 7-8 8-10

В наиболее тяжелых условиях находятся выходные камеры ширм

2 ступени и паропроводов, имеющие толщину стенки 70 и 85 мм (допустимая скорость 2,5-3,5 С/мин.), поэтому режим пуска котла на горячие паропроводы технологически сложен и был рекомендован лишь при пусках после аварийных отключений блока.

Основополагающие требования по обеспечению надежной работы камер и паропроводов нашли отражение в нормативно-технической документации: "Правила технической эксплуатации электростанций и электрических сетей (ПТЭ)", Типовые инструкции по пускам и остановам энергоблоков 250, 300, 500, 800 МВт, "Технические требования к маневренности энергетических блоков тепловых электростанций с конденсационными турбинами" (1986г), "Технические требования к маневренным характеристикам проектируемых и модернизируемых энергоблоков теплоцентралей"(1980г.)

2.2.Исследование работы поверхностей нагрева в пусковых режимах

Надежность пусковых и переменных режимов работы определяют во многом прверхности нагрева котла.

РЕЖИМ РАБОТЫ ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЯ С.К.Д. При растопках котла ТПП-110 из холодного состояния наблюдалось изменение направления движения среды (опрокидывание потока) в змеевиках ширм 1 ступени и конвективного перегревателя из-за малых весовых скоростей, которое фиксировалось по изменениям температур среды на входе и выходе змеевиков, а также по температуре металла змеевиков {3).

Опрокидывание потока в ШПП происходило при температурах среды на входе Ъ < 380 С при сверхкритическом давлении и было обусловлено развитием апериодической неустойчивости потока.

Указанный процесс развивался благодаря тому, что не обеспечивалась устойчивость гидравлического режима, соответствующего условию

с1 ( р)

--------> о.

<1 (и >

При наступлении апериодической неустойчивости происходило "опрокидывание" потока в разверенном контуре, при котором скорость среды в разверенном контуре была крайне низкой, и температуры труб ШПП при этом превышали 650-700 С. Восстановление нормального гидравлического режима в ШПП происходило с повыше-

нием температуры среды на входе в ШПП до 380-390 С.Восстановление нормального гидравлического режима также сопровождалось кратковременным, но чрезмерным (до 700 С) повышением температуры труб ШПП.

Была увеличена весовая скорость среды на 25% путем вырезки части змеевиков и гидравлическая устойчивость была резко повышена .

Обнаружение нарушений надежного гидравлического режима пароперегревателя котла ТПП-110 и, установление причин, обуславливающих это нарушение, позволило решить проблему обеспечения надежности поверхностей нагрева котлов следующего поколения, были определены минимальные весовые скорости в змеевиках при пусковых режимах.

РЕЖИМ РАБОТЫ НРЧ ПРИ ПУСКЕ КОТЛА ПОСЛЕ АВАРИЙНОГО ОСТАНОВА. НРЧ котла ТПП-110 выполнена в виде 10-ти заходных подъемно-опускных панелей(З).

При пусках котла после аварийного останова из горячего резерва при одновременной подачи в котел воды и топлива происходили разрывы змеевиков НРЧ.

Исследованиями было установлено, что при погашении котла с прекращением подачи воды происходит резкое изменение температурных и гидравлических параметров, характеризующих работу НРЧ. Практически мгновенно падает до отрицательных значений перепад давления между коллекторами; скорости также быстро снижаются до очень малых положительных или отрицательных величин. Наблюдается быстрый рост входных температур и их выравнивание с выходными, что можно объяснить большой аккумуляцией тепла в обмуровке и хромитовой массе, а также, по-видимому, возникающей в контуре вялой циркуляцией. Регистрируемый отрицательный перепад давления является нивелирной составляющей гидравлического сопротивления, имеющей знак "минус", которая обнаруживается в чистом виде при отсутствии расхода (рис.4).

Естественно, что если при растопке котла из горячего резерва в змеевиках НРЧ к моменту возобновления подачи топлива в топку сохраняются неустойчивые гидравлические режимы, то это приводило к перегреву и разрыву труб.

После возобновления подачи воды в котел, очевидно, требуется выдержка времени, достаточная для стабилизации нормального гидравлического режима змеевиков НРЧ.

Полученные результаты позволяют считать оптимальной вы-

•с

360 3*0

320

300

ш

МО 240

гго

гоо ш

■Кг 55» 1 /

> I А {

1 Г

чг

* 1

ш щ ш к

С к ц

% 1 /У ш'

Щк

щ

в р * * ч- мин

Рис.4 Гидравлический и температурный режимы нижней радиационной части при пуске котла нэ горячего

резерва.

/ — оствновлеи блок; II — к»сх5*овл«н« под«ч» воды « котел: III — »жжен пэ: Г,и, — т«мп«р»тур» ср»*ы соотмтст-мнио Н| «ход* и выход* эмесаикоа НРЧ фронтового полупо-ток« иитки Б Скорости среды к* вход« в эыеевики НРЧ нитки Б: /-М *. «. ». Т, I; 13. 18. 17. I»; 3-М 18.

держку времени 1,5 мин между возобновлением питания котла и включением горелок.

Таким образом, режимными факторами удалось реализовать режим пуска после аварийного останова по условиям надежности НРЧ, но для последующих конструкций прямоточных котлов топочные экраны, в основном, стали выполнять с подъемным движением среды.

Исследованы режимы работы поверхностей нагрева на котле блока 1200 МВт в пусковых режимах. На этом котле были установлены насосы рециркуляции среды (НРС) для увеличения весовых скоростей в топочных экранах в пусковых и переменных режимах. Были исследованы режимы как с насосами, так и без них(9).

Было установлено, что разница температур между сопряженными элементами котла составляла между НРЧ-1 и НРЧ-2 35 -40 С, между НРЧ-1 и СРЧ 40 - 45 С. Максимальные температурные межпанельные разверки имели постоянный характер и не превышали 20 С в НРЧ-1, 10 С в НРЧ-2, 8 - 10 С в СРЧ и 5 - 8 С в ВРЧ.

Разверки температур между змеевиками в панелях невелики и составляли: в НРЧ-1 8 - 10 С, в НРЧ-2 5 - 9 С, в СРЧ до 5 - 7 С. Температуры металла труб змеевиков НРЧ на различных отметках составляли при пуске от 420 до 460 С при включенных НРС, и при отключенных насосах 400-440 С(расход 15-20%Ин ,350-400 т/ч).При нагружении блока до нагрузки 0,5 номинальной температуры металла не превысили 4 95 С в обоих режимах.

Был сделан вывод, что при пусках без НРС режим экранных поверхностей надежен и насосы рециркуляции на котле были демонтированы, что значительно упростило технологическую схему, систему защит, управления и контроля)9}.

2.3.Исследование регулирования сбросов иэ встроенных сепараторов.

В пусковых режимах регулирование сбросов из встроенных сепараторов (ВС) является важной операцией, определяющей соблюдение критериев надежности работы пароперегревателя СКД и прогрева толстостенных элементов котла и паропроводов. При забросе влаги в пароперегреватель появляются в змеевиках и подпотоках температурные и гидравлические разверки, возникают тепловые удары в толстостенных элементах пароперегревателя. Во избежание заброса влаги в пароперегреватель после его подключения регулирование сбросов ведется с проскоком пара в расширитель Р-20.

Для этого необходимо знать степень сухости среды на входе в сепаратор в процессе пуска.

Паросодержание среды на входе в ВС определялось по формуле:

1»» - 1»(»с|

х=---------------------

^п(»с| - 1ы»с|

где Г., - энтальпия среды перед встроенной задвижкой,кДж/кг;

1>с) - энтальпия воды на линии насыщения (при р.с) »кДж/кг;

1 п [вс) - энтальпия пара на линии насыщения (при р.с), кДж/кг.

Для дистанционного управления сбросами из встроенных сепараторов, исключающего заброс влаги в пароперегреватель, уста-нов качественная зависимость степени открытия клапанов Др-2 от температуры среды перед ВЗ, которая для каждого конкретного котла устанавливается опытным путем (9).

2.4. Выбор стартовых форсировок котла

Уровень стартовых форсировок котла на начальном этапе пуска блока должен обеспечить:

- предварительный прогрев паропроводов и надежность толстостенных элементов тракта СКД при прогреве;

- уровень температур свежего и вторичного перегретого пара в соответствии с тепловым состоянием цилиндров турбины;

- паропроизводительность парогенератора, необходимую для выполнения графика-задания набора оборотов и взятия начальной электрической нагрузки.

Одним из основных параметров, по которому выбиралась стартовая форсировка, являлась температура (энтальпия) среды перед встроенной задвижкой. При постоянном расходе воды статический уровень температуры перед ВЗ однозначно связан с расходом топлива.

По результатам исследований автора получена следующая зависимость для определения стартового расхода топлива на сепараторном этапе пуска блока:

В= Нк (1'„з - 1„ь ) / К 0*и где Н|, - расход питательной воды на котле, т/час;

- энтальпия среды перед ВЗ, кДж/кг; 1„ь - энтальпия питательной воды, кДж/кг;

О", - теплота сгорания топлива, кДж/кг; К - остоянная для каждо-

го котла доля теплоты продуктов сгорания, воспринимаемая поверхностями нагрева до встроенных задвижек. Для котла ТГИП-1202 коэффициент составляет К=0,65.

Глава 3. Исследование работы поверхностей нагрева в стационарных и переменных режимах

На блоке 1200 МВт были исследованы и внедрены режимы скользящего давления, когда разгрузка блока осуществляется с полностью или частично открытыми регулирующими клапанами турбины. Основным фактором, определяющим возможности и условия внедрения таких режимов на котел производительностью 3950 т/час является надежность работы радиационных поверхностей нагрева, которые попадают в экономайзерно-испарительную или испаритель-но-перегревательную зоны из-за перехода на докритическое давление .

В диапазоне нагрузок 100 - 60% проверялись режимы работы как стационарные так и при различных возмущениях ( изменения расхода питательной воды, топлива, состава оборудования) и разных режимах перевода.

Анализ полученных результатов испытаний показал что при разгрузках блока на скользящем давлении до 60% фактическая средняя массовая скорость рабочей среды примерно в 3 раза выше расчетного граничного значения по условиям пульсаций. Результаты измерений скоростей среды подтвердили отсутствие межвитковой пульсации в экранах НРЧ-2.

На рис.5 приведены значения массовых паросодержаний в трубах второго хода НРЧ (кривые 5, 6). До давления в НРЧ-2 17,0 МПа фактические значения массовых паросодержаний не только существенно ниже граничных значений, рассчитанных по средним тепловым нагрузкам экрана, но и ниже граничных значений, рассчитанных по локальным тепловым нагрузкам. Это значит, что трубы НРЧ-2 находятся в области развитого кипения, что полностью подтверждается значениями температур металла труб НРЧ-2 в исследованном диапазоне разгрузок энергоблока, когда давления больше или равны 17,0 МПа (8). При давлениях в НРЧ-2 14,0 МПа установлено появление кризиза ухудшения теплообмена второго рода, что говорит о том, что для высокофарсированных топочных камер котлов могут возникать ограничения при снижении давления в НРЧ ниже определенного значения.

Рис. 5. Зависимости граничных и фактических массовых паросодер-жаиий от тепловой нагрузки и

давления. / — жг* "Р" »-жмо» вт/н': I — * яря *-2М10« Вт/И»: 3-жгр при -МОЮ» Вт/М'; < —*гр при »-420х Х10* Вт/м*: 5 — Хф пр» включенных ПВД; 5 —*ф при отключенных ПВД.

1-------

»

ч. J

1

/<Г

Л? ЛУ !7р,МПа

Исследования экранной системы котла ТГМП-204 моноблока 800 МВт в диапазоне нагрузок 0,4 - 1,0 йном. выявили два существенных момента, результаты которых в дальнейшем были использованы при создании новой редакции нормативных документов.

Выло выявлено значительное расхождение расчетных и экспериментальных приращений энтальпии среды (рис.6).

°С

too

50

300

За поШсныии НРЧ-1 НРЧ-П СРЧ-l СРЧ-П ВРЧ трубами кмвек-•mu&toú шахты

<йс. Í Изменение температур среды по тракту котла ТГМП-204 (//-800 МВт; е-1,03*-1.0«; /•««,-15%).

— «KcmpRMtNT. лоток А: г — »ксмриммт. поток В; 1 — Р1сч«т»ыс

данны*.

Различия экспериментальных и расчетных приращений энтальпии среды составило 209 - 250 кДж/кг при номинальной нагрузке, со снижением нагрузки до 0,5Dhom отмеченное несоответствие уменьшилось до 94 - 125 кДж/кг.Это свидетельство того, что температура дымовых газов в конце топки при номинальной нагрузке была выше расчетной примерно на 100 С. Отмеченное несоответствие теплоприращений среды в топочных экранах объяснялось погрешностью нормативной методики расчета теплообмена в топке, которая нуждалась в уточнении для высокофорсированного топочного устройства при многоярусном расположении горелок, и к тому же, имеющего размеры, значительно большие размеров устройств, применявшихся в отечественной энергетике.

Были исследованы так же неравномерности тепловосприятия экранов. Определенные коэффициент отличались от нормативных коэффициентов тепловой неравномерности по ширине стен т), .

Во всех базовых режимах наибольшие коэффициенты тепловой неравномерности в НРЧ, СРЧ и ВРЧ не превышали 1,3. По ширине экранов исследуемые коэффициенты уменьшались от центра к пери-фирии до г|т,„**'н=0, 6-0,1. Характер изменения т|т.ш по периметру топки и их предельные значения в рассмотренном диапазоне нагрузок не зависели от нагрузки, мощности и форсировки агрегата,что свидетельствует о постоянном ее характере в газомазутных котлах с открытой топкой при встенном расположении горелок.

Проведенные испытания показали, что наибольшие коэффициенты тепловой неравномерности характерны не для всех эксплуатационных режимов, и значительную часть кампании экраны работают при п'т.. 2 1,3.

Указанное позволило выявить осредненное во времени значение наибольшего коэффициента тепловой неравномерности:

L Пт.ш! -Дх

I Дт,

где пГ"»! - наибольший коэффициент тепловой неравномерности

за время Дт1 гдованного кс

экранов следует проводить с учетом полученного коэффициента.

_ — икс „

Для экранов исследованного котла т)г 1,2. Расчет ресурса труб

Результаты исследований использовались для создания новой редакции нормативных документов: "Гидравлический расчет котельных агрегатов (редакция 1994 г.), "Тепловой расчет котельных агрегатов", "Нормы минимальных допустимых уровней и предельно допустимых скоростей изменения нагрузок энергоблоков 150-1200 МВт" НР34-00-112-86, НР34-70-113-86 (Москва, 1987).

Глава 4. Сохранение эффективности энергоблоков TSC в условиях снижения энергопотребления.

Отработанные и внедренные в эксплуатацию на энергоблоках пуско-остановочные и переменные режимы позволили в Единой энергетической системе обеспечить, в основном, регулирование нерав-номерностей нагрузок (суточных, недельных, сезонных) при хорошей экономичности и высоком коэффициенте использования мощности.

За последние годы выявилась тенденция снижения производства электроэнергии. Устойчивость дальнейшего функционирования электроэнергетики зависит от успешного решения комплекса проблем по адаптации к условиям снижения энергопотребления.

Анализ работы тепловых электростанций за 1991-1994 гг. показывает ухудшение показателей их надежности и экономичности ( снижается средняя нагрузка энергоблоков,коэффициент использования установленной мощности, рабочего времени и увеличивается диапазон регулирования и т.д ){15}. Исследование этой проблемы производилось с помощью метода моделирования эксплуатационных состояний использования установленной мощности энергоблоков по данным статистики за этот период. Рассматривались состояние рабочего времени (Кр) , плановых (К™ ) и неплановых (К„„) простоев оборудования. Включение в их состав показателей надежности К™ и K« - коэффициентов технического использования и использования установленной мощности, позволили получить замкнутое пространство взаимосвязанных состояний, из которых можно получить дополнительную информацию о простоях в плановых ремонтах (КпР ), резерве (Кр., ), а также степени участия энергоблоков в регулировании графика нагрузок (КдР).

Среднестатическая модель состояний использования установленной мощности энергоблоков 300 МВт приведена на рис.7.

Pic.7 Модель вреыанл «спольэованяя ■ показателей вадетвоот» »наргойдоков ЭОП МВт.

Пространство над значениями коэффициента технического использования (1- Кт„ ) характеризует техническое состояние, показатели безотказности работы оборудования и качество обслуживания и ремонта, а пространство ниже (К,„ - К, + Кт) характеризует качество эксплуатации, влияющие на показатели экономичности.

Коэффициент, характеризующий среднегодовой диапазон регулирования энергоблоков Кдр « Kf - К и , представляющий интегральную характеристику режимных состояний. Изменение этого показателя дает представление о качественном и количественном участии энергоблоков в регулировании нагрузок. Преобразование

в относительные величины позволяет привести их к виду, удобному для изучения корреляционных связей с показателями экономичности энергоблоков - удельными расходами топлива <j/) .

Комплекс выполненных исследований среднестатических моделей позволяют сделать вывод о том, что снижение энергопотребления сопровождается относительным увеличением диапазона регулирования в разрезе года в большей степени, чем это имело место при максимальных нагрузках. Снижение экономичности объясняется увеличением относительного среднегодового диапазона регулирования. Наибольшая величина снижения экономичности обусловлена глубиной снижения средней нагрузки.

Выполненные исследования позволяют сформулировать критерий сохранения эффективности работы энергоблоков по показателям экономичности.

При снижении коэффициента использования установленной мощности условием сохранения эффективности энергоблоков по показателям экономичности является минимизация рабочего времени каждого энергоблока за счет обеспечения предельно высокой средней нагрузки.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Показано, что однобайпасная пусковая схема со встроенным сепаратором способна обеспечить надежную работу оборудования мощных энергоблоков СКД при всех возможным вариантах их пуска и останова, в то время как использование пусковой схемы с выносным сепаратором приводит к большой технологической сложности растопки котла на горячие паропроводы из-за возможности появления тепловых ударов в камерах котла и паропроводах. В связи с этим пусковую схему со встроенным сепаратором рекомендовано использовать как типовую при разработке модных энергоблоков СКД.

2. Установлено, что при проведении пуска после аварийного останова и неостывшего состояния лимитирующим фактором является скорость расхолаживания металла камер, коллекторов поверхностей нагрева котла и паропроводов, а при останове блока с консервацией давления или с принудительным расхолаживанием котла и паропровода - скорость их захолаясивания. Экспериментальным путем определены допустимые их значения.

3. Выявлено, что нарушение надезхности работы блока СКД в пусковых резимах (на примере котла ТПП-110) может быть связано с пре-вьпением допустимых значений температур металла труб пгирмового

и конвективного пароперегревателя (при пуске котла из холодного состояния) и НРЧ ( при пуске после аварийного останова) из-за ухудшения условий их охлаждения рабочей средой в виду потери гидродинамической устойчивости.

4. С позиции обеспечения условий надежной работы основных элементов котла при пусковых режимах энергоблока СКД определены минимально допустимые значения весовой скорости в змеевиках па-роперегревательных поверхностях котла, а для котлов с НРЧ, выполненной в виде подъемно - опускных панелей, также и величина времени оптимальной выдержки между возобновлением питания котла и включением горелок при пуске из горячего резерва после аварийного останова.

5. Проведен анализ и выявлены тенденции изменения показателей надежности и экономичности блочного оборудования ТЭС в условиях адаптации электроэнергетики к процессу перестройки экономики.

6. Промышленными исследованиями доказана возможность надежной работы котла ТГМП-1202 в маневренном режиме, в том числе и на скользящем давлении, без использования насосов рециркуляции.

7. Выявлено весьма существенное, расхождение между расчетными и экспериментальными значениями приращений энтальпий рабочей среды в радиационных поверхностях нагрева котла ТГМП-204, свидетельствующее о необходимости совершенствования нормативного метода позонного теплового расчета топочной камеры.

8. Результаты выполненных исследований, их обобщение использованы в практике эксплуатации мощных энергоблоков СКД и проектирования котлов, а также при разработке ряда нормативно-технических документов.

Основные результаты диссертационной работы обубликованы в следующих работах:

1. Берсенев А.П., Горешник А.Д., Директор Б.Я., Зарецкий В.3. Режим пуска котла сверхкритического давления на горячие паропроводы // Электрические станции. - 1968.- N 4.- С.38-45.

2. Берсенев А.П., Горешник А.Д., Директор Б.Я., Зарецкий В.З. Режимы останова прямоточного котла сверхкритического давления// Электрические станции. - 1967.- N 8.- С.5-10.

3. Берсенев А.П., Галацан В.Н., Горешник А.Д. и др. Режимы пуска моноблока 300 МВт// Экспериментальные работы ОРГРЭС/ вып. ХХХУ.- Москва. 1968.- С.7-34.

4. Берсенев A.n., Глускер Б.Н. Температурный режим экранов

котла ТПЯ1-204 моноблока 800 МВт Запорожской ГРЭС // Энергетик. -1978.- N в.- с.15-16.

5. Берсенев А.П., Глусхер В.Н., Никитин В.А., Конаков М.И. Температурные и гидравлические режимы экранов мощных современных котлов (по результатам испытаний котла ТПШ-204 моноблока 800 МВт) // Работы Совэтехэнерго по повышению надежности и экономичности энергооборудования: Докл. науч. конф. 14-17 сентября 1978 г.- Москва.1978.- С.282-285.

6. Берсенев А.П., Глускер В.Н. Исследование экранной системы котла ТГМП-204 моноблока 800 МВт Запорожской ГРЭС // Теплоэнергетика.- 1979.- N 12 - С. 7-9.

7. Глускер Б.Н., Берсенев А.П., Лысаковский В.Э., Никитин В.А., Носов В.Н. Исследование пусковых режимов моноблока мощностью 250 МВт при уменьшенных расходах питательной воды // Теплоэнергетика.- 1983.- N 12 - С. 5-8.

8. Батунов Г.К., Берсенев А.П., Калиничев В.М., Шварц

A.Л., Горланов Г.Г., Вихрева Т.В. Исследование и внедрение режимов скользящего давления на котле ТГМП-1202 энергоблока 1200 МВт // Теплоэнергетика.- 1985.- N 6 - С. 6-9.

9. Калиничев В.М.., Маркин Е.В., Берсенев А.П., Уютов

B.В., Шустров И.Д., Ватунов Г.К., Щептев В.А.. Отработка пуска котла моноблока 1200 МВт // Теплоэнергетика.- 1985.- N 8-С. 6-9.

10. Берсенев А.П., Бычков A.M. и др. Состояние тепловой изоляции и обмуровки котлов и станционных трубопроводов на тепловых электростанциях // Энергетическое строительство.- 1994.-N 11-С.12-16.

11. Берсенев А.П., Гусев В.В., Злепко В.Ф., Резинских

B.Ф., Федосеенко A.B., Швецова Т.А., Штромберг Ю.Ю. Дополнения и изменения к "Типовой инструкции по контролю и продлению срока службы металла основных элементов котлов, турбин и трубопроводов тепловых электростанций. РД 34.17.421-92"// Москва. 1994.

C. 6-187.

12. Берсенев А.П., и др. Тепломеханическое оборудование электростанций и сетей // Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей/ -Москва. 1989.- С.77-178.

13. Берсенев' A.n., и др. Тепломеханическое оборудование электростанций и сетей // Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей/ -Москва. 1995,- С.56-148.

14. A.c.1195130 СССР МКИЗ Г- 22В 33/18.Комбинированный пароводяной котел / Е.Ф.Бузников, A.A. Верес, А.П.Берсенев, А.И.

Федоров, А.К. Крылов и др. (СССР). - 14с.: ил.

15. Дьяков А.Ф.,Стенин В.А.»Берсенев А.П., Трофимов Ю.В., Косинов Ю.П. Проблемы сохранения эффективности энергоснабжения // Вестник МЭИ / - 1995. - N 4 - С. 5-8.

Подписано £ печати Л— //1/) ПЯ У

Псч. л. ./( /> Тираж /С'С' заказ

Типография МЭИ, Красноказарменная, 13.