ВВЕДЕНИЕ
Производство электроэнергии в России осуществляется на электростанциях. В состав электростанции входят турбогенераторы, котлы, котлы водогрейные, турбокомпрессоры.
Котлы вырабатывают пар, который вращает ротор турбин и генераторов, преобразуя пар в электрический ток.
Электростанции бывают: тепловыми (ТЭС), конденсационными (КЭС) и промышленные теплоцентрали (ТЭЦ). Электростанции использующие ядерное топливо называются атомными (АЭС).
Гидроэлектростанции используют в качестве рабочей среды природные ресурсы (воду) - реки, водохранилища.
Конденсационные электростанции вырабатывают только электрическую энергию.
Тепловые электростанции помимо энергии вырабатывают тепло.
Для нужд промышленности используют теплоэнергоцентрали, выработка электричества, отопления, дутья для технологических процессов.
В состав ТЭЦ входит следующие основные сооружения: главный корпус, центральная водоподготовительная установка, водогрейная котельная, склад промпродукта с трактами топливоподачи, система оборотного водоснабжения с башенными градильнями.
ТЭЦ-ЭВС-2 - теплоэлектроцентраль электровоздуходувная станция № 2, является структурным подразделением ПАО "Северсталь" и входит в состав управления главного энергетика дирекции по производству.
Строительство первой очереди тепловой электрической станции осуществлялось в пусковом комплексе первой очереди доменной печи № 5 по проекту, выполненному Ювэнергочерметом совместно с другими проектными организациями. Пуск 1-ой очереди ТЭЦ-ЭВС-2 осуществлен в 1986 году. Строительство ТЭЦ-ЭВС-2 определялось необходимостью:
обеспечения тепловых (в горячей воде и промышленном паре) и электрических нагрузок объектов комплекса ДП № 5, вводимых в связи со строительством ДП № 5, покрытия дефицита энергоресурсов как действующих потребителей, так и вводимых в перспективе объектов;
обеспечения третьего независимого и надежного источника питания электроэнергией для потребителей особой группы 1-ой категории надежности (электрокомпрессора доменного дутья для ДП № 5, доменные насосные станции водоснабжения, пульты управления и др.);
использования избытков вторичных топливных ресурсов (доменный и коксовый газы, промпродукт) действующих и вводимых в перспективе производств.
ТЭЦ-ЭВС-2 расположена на территории ПАО "Северсталь", г. Череповец, Вологодской области и входит в состав объектов теплосилового хозяйства.
На ТЭЦ-ЭВС-2 установлено следующее основное оборудование:
два энергетических котла типа ТПГЕ-431 производительностью по 500 т/час давлением 140 ата, температурой 560 ˚С каждый;
два водогрейных котла типа КВГМ-100 производительностью по 100 Гкал/час каждый;
две паровые турбины типа ПТ-80-130/13 с турбогенераторами типа ТВФ-110 и ТВФ-120 номинальной мощностью по 80 МВт каждый;
три электрокомпрессора фирмы "Зульцер", Швейцария типа АV-90(100)-14 + R125-4 производительностью 5500 нм3/час.
Установленная электрическая мощность составляет 160 МВт, тепловая: по пару - 370 т/час, по горячей воде - 360 Гкал/час.
Топливом для энергетических котлов ТЭЦ-ЭВС-2 являются доменный и коксовый газы и промпродукт, для водогрейных котлов - природный газ.
Основной задачей ТЭЦ-ЭВС-2 является выработка электроэнергии, пара, тепла с горячей водой и химочищенной воды для цехов ПАО "Северсталь" и сторонних потребителей, использование (утилизация) горючих отходов металлургического производства - доменного и коксового газов, промпродукта, а также обеспечение дутьем необходимых параметров доменной печи № 5.
Тепловая схема электростанции типовая, с поперечными связями. Режим работы агрегатов ТЭЦ-ЭВС-2 круглосуточный. Схема выработки электрической и тепловой энергии комбинированная. Все виды производимой продукции ТЭЦ-ЭВС-2 соответствуют ГОСТам, ТУ и другим требованиям для данных видов продукции.
ТЭЦ-ЭВС-2 обеспечивает технологические нужды ПАО "Северсталь" тепло- и электроэнергией и другими энергоресурсами, позволяет избежать глубоких ограничений в электроэнергии от системы, которые постоянно имеют место, возможность ввода новых объектов, развитие, реконструкцию и расширение действующих производств.
Продукция ТЭЦ-ЭВС-2 имеет высокое качество и поэтому дополнительных затрат на корректировку, преобразование и стабилизацию параметров при использовании не требуется.
Технологическая схема ТЭЦ-ЭВС-2 представляет собой сложный процесс. В главном корпусе установлено 2 паровых котла и 2 паровые турбины.
Котлы работают на совместном и раздельном сжигании доменного, коксового газов и промпродукте. Резервным топливом является природный газ.
Топливоподача с системой конвейеров и перегрузочных узлов предназначена для подачи промпродукта на котлы.
Для системы гидрозолоудаления котлов используется осветленная вода с золошламонакопителя, а отвод жидких производственных отходов станции осуществляется через багерную насосную станцию на золошламонакопитель.
Для отпуска тепла с горячей водой в зимнее время в пиковой водогрейной котельной установлено 2 водогрейных котла типа КВГМ-100. Для охлаждения конденсаторов турбин и промежуточных холодильников компрессоров ЭВС принята оборотная система водоснабжения.
Для восполнения потерь пара предназначена
центральная водоподготовительная установка станции, в состав которой входит
обессоливающая установка с предочисткой и деаэраторной установкой, установка
подпитки теплосети и установка конденсатоочистки.
. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ
ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЫ
Паровая турбина - это установка, преобразующая тепловую энергию в движение ротора.
Турбина представляет собой одновальный одноцилиндровый агрегат, который имеет сопловое парораспределение, регулирующие клапана, расположенные в паровых коробках, цилиндр высокого давления литой конструкции жаропрочной стали.
Для работы турбины необходимы следующие параметры:
давление свежего пара;
температура свежего пара;
расход охлаждающей воды;
расход острого пара;
мощность турбины;
давление и расход отборов пара.
Под надежностью паровых турбин понимают ее особенность к выработке предусмотренной мощности при заданных условиях и режимах эксплуатации. Компрессор необходим для подачи дутья на доменное производство для обеспечения технологического процесса горения.
Давление подающей смеси осуществляется за счет нагружения турбоагрегата.
К компрессорам предъявляются следующие требования:
устойчивая работа;
высокий КПД на всех рабочих режимах;
равномерность потока на входе и на выходе из компрессора;
простота и надежность.
Осецентробежный компрессор одновальный, двухцилиндровый с промежуточным охладителем и электродвигателем типа WX14L-056 фирмы «ВВС» предназначен для сжатия воздуха с объемной долей кислорода в дутье до 40 %, необходимого доменному цеху.
Компрессор приводится в движение паровой турбиной (далее по тексту главный двигатель). Соединение вала компрессора с валом главного двигателя осуществляется с помощью муфтового соединения. Смазка подшипников компрессора, главного двигателя и возбудителя осуществляется принудительной циркуляционной масляной системой, состоящей из установки смазочного масла и системы смазки высокого давления, используемой для подъема вала при пуске. В качестве рабочей среды для привода отсечной и регулирующей арматуры используется сухой азот давлением 3 бар, а для привода серводвигателей - силовое масло с давление 120 бар. Силовое масло подается от специальной установки силового масла. Сухой азот подается от автономной установки осушки азота (далее по тексту УОА).
Компрессор оснащен системой автоматического управления и регулирования Freelance 2000, обеспечивающей автоматический пуск и останов воздуходувки (далее по тексту ЭВД), поддержание заданного давления дутья или расхода и содержания кислорода в дутье, а также отражение состояния технологического оборудования и сигнализацию об отклонениях в его работе.
Цилиндр низкого давления (далее по тексту ЦНД).
ЦНД - четырнадцатиступенчатый осевой компрессор. Каждая ступень ЦНД состоит из ряда рабочих лопаток, расположенных по окружности ротора, и ряда поворотных направляющих лопаток, собранных на статоре. Ротор ЦНД состоит из полностью кованого цилиндра постоянного диаметра с собранными на нем четырнадцатью рядами рабочих лопаток. В торцах вала расположены откованные заодно с ним поршни для уравновешивания осевых усилий. Кольцевая камера за разгрузочным поршнем со стороны всасывания сообщена выравнивающим трубопроводом с диффузором ЦНД, а кольцевая камера за поршнем со стороны нагнетания сообщена выравнивающим трубопроводом с входом ЦНД. Ротор покоится на двух выносных опорных подшипниках скольжения со смазкой, подаваемой под давлением.
Цилиндрические регулируемые вкладыши подшипников установлены на колодках (подушках), которые прикреплены к вкладышу винтами и служат для установки под них стальных прокладок при необходимости смещения вкладыша и изменения радиальной установки ротора. Наружные поверхности колодок обработаны концентрично с расточками корпусов и установлены с натягом. Для предотвращения проворачивания вкладыши стопорятся в корпусах штифтами.
В одном корпусе с опорным подшипником со стороны нагнетания расположен упорный подшипник балансирного типа. Упорные сегменты с баббитовой заливкой, расположенные с обеих сторон упорного диска вала, упираются в два ряда уравнительных сегментов, установленных в виде замкнутой цепи по окружности и заключенных в обоймы.
Осевой разбег в подшипнике может регулироваться за счет изменения толщины установочных колец.
Для предотвращения утечек масла из камеры упорного подшипника служат 2 кольцевые выточки в обоймах со вставленными в них уплотнительными кольцами.
На смазку опорных и упорного подшипников подается масло из системы смазки давлением 1,5 бар через дроссельные шайбы
Через специальные штуцеры в корпусе опорных подшипников в их нижние половины подается масло высокого давления до 600 бар для подъема вала компрессора во время пуска. Отработанное масло сливается в картер и далее через маслоотводящую трубу в бак смазочного масла
Для замера температуры подшипников используются специальные гибкие термопары.
Концевые уплотнения по валу - лабиринтовые. Уплотнительные гребни зачеканены проволокой в канавках, выточенных на валу. В корпусе лабиринтовых уплотнений имеются 3 кольцевых камеры для подпора и отсоса газа, служащие для предотвращения утечек дутья и попадания масла в проточную часть компрессора
Во внешнюю камеру подпора IV со стороны всасывания и нагнетания подается сухой азот давлением 0,2 бар, поддерживающим с помощью пневматического регулятора "после себя". Камеры подпора II сообщаются трубопроводом с камерами отсоса II концевых уплотнений цилиндра высокого давления (далее по тексту ЦВД). Удаление газовой смеси в атмосферу производится из средних камер III. Перепад давлений на уплотнениях:
азот - атмосфера - 20 - 30 мбар;
дутьё - атмосфера - 50 - 70 мбар.
Статор компрессора представляет собой обойму переменного диаметра с собранными на ней пятнадцатью рядами направляющих поворотных лопаток. Статор имеет горизонтальный разъем и вставлен в соответствующие расточки корпуса. Точность взаимного расположения двух половин статора обеспечивается коническими штифтами. Оси поворотных лопаток вставлены во втулки обоймы с угольными подшипниками. С внешней стороны обоймы на оси лопаток насажены рычаги с ползунами. Снаружи обоймы статора концентрично расположены приводной цилиндр направляющего аппарата с расположенными по ее длине (на его внутренней стороне) кольцами, в пазы которых вставлены ползуны рычагов направляющих лопаток.
Приводной цилиндр со стороны всасывания и нагнетания имеет по паре (слева - справа) направляющих штанг, движущихся в направляющих, закрепленных на четырех приливных плоскостях нижней части корпуса. Направляющие штанги слева по ходу воздуха перемещаются в осевом направлении, а направляющие штанги справа имеют возможность осевого и поперечного перемещения. Поступательное движение приводного цилиндра посредством рычагов преобразовывается во вращательное движение направляющих лопаток.
Корпус ЦНД литой (материал - серый чугун) состоит из двух половин с горизонтальным разъемом между ними. Верхняя и нижняя половины корпуса имеют фланцы, которые стягиваются болтами. Точность взаимного расположения половин корпуса обеспечивается 4 коническими штифтами с гайками, плотно поставленными в обе половины корпуса.
Нижняя часть корпуса крепится к фундаментной раме с помощью 6 опор:
а) 2 фиксирующих опоры со стороны нагнетания;
б) 2 опоры со стороны всасывания, по которым осуществляется перемещение корпуса от теплового расширения;
в) 2 промежуточные опоры, предотвращающие прогиб корпуса.
За прямолинейным безлопаточным участком проточной части ЦНД расположен криволинейный диффузор. Со стороны нагнетания в приливах корпуса для соединения с рамой вставлены две прямоугольные шпонки, уложенные в шпоночных канавках, которые допускают температурные расширения корпуса в направлении, перпендикулярном оси компрессора. Входной и выходной патрубки ЦНД направлены вниз и отлиты заодно с соответствующими частями нижней половины корпуса. Осевое перемещение корпуса ЦНД и фиксирование взаимного осевого положения корпуса ЦНД и подшипников осуществляется с помощью двух шпоночных соединений, расположенных в торцевых плоскостях корпуса по оси ЦНД.
Для привода поворотных направляющих лопаток имеется 2 гидравлических серводвигателя .
Серводвигатели крепятся к нижней части корпуса ЦНД с двух сторон с помощью цапф.
Движение поршня серводвигателя на приводной цилиндр направляющего аппарата передается через приводную штангу с шаровидной деталью на конце, которая с помощью двух резьбовых втулок и гаек соединяется с толкателем приводного цилиндра.
ЦВД - четырехступенчатый радиальный компрессор одностороннего всасывания.
Всасывающий и нагнетательный патрубки расположены в нижней части корпуса.
Корпус ЦВД литой с горизонтальным разъемом. Внутренняя расточка корпуса, по которой осуществляется радиальная посадка диафрагм и диффузоров, выполнена одним диаметром.
Неподвижная опора корпуса находится со стороны ЦНД.
Корпусы опорных подшипников являются съемными и крепятся к корпусу ЦВД при помощи шпилек.
В нижней части корпуса ЦВД имеется прилив для перепускного трубопровода из задуммисной камеры I в нагнетательную линию ЦНД.
Вал ЦВД опирается на два опорных подшипника скольжения со смазкой под давлением, конструкция которых аналогична конструкции опорных подшипников ЦНД. Диффузоры ЦВД - безлопаточные, обратные направляющие аппараты - лопаточные. После диффузора четвертой ступени расположена улитка, отлитая заодно с корпусом. Компрессор снабжен внутренними (по покрывающим дискам, думмису и валу) лабиринтовыми уплотнениями и концевыми уплотнениями. В корпусах концевых уплотнений имеются 3 кольцевых камеры для создания газового затвора. Воздух протечек из внутренних камер II ЦВД отсасывается в камеру II подпора концевых уплотнений ЦНД.
Ротор состоит из кованого вала, четырех запрессованных в горячем состоянии рабочих колес и думмиса. Колеса застопорены на валу штифтами. Центробежные колеса: два диаметром 1400 мм и два диаметром 1250 мм состоят из втулок, основных и покрывных дисков и приварных пространственных лопаток, загнутых назад. Приварка лопаток осуществляется автоматической сваркой.