СОДЕРЖАНИЕ
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЧАСТИЧНЫХ НАГРУЗОК 6
1.1. Основные направления повышения экономичности ТЭС.. 6
1.2. Анализ применения технологии частичных нагрузок. 12
1.3. Описание оборудования энергоблока рассматриваемой ТЭС.. 21
2.3.4. Определение параметров и разработка схемы маслоустановки ПЭН.. 64
ГЛАВА 3. ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЕДЛАГАЕМОГО ПРОЕКТА.. 71
3.2. Анализ экологичности и безопасности проекта. 75
3.2.1. Вредные производственные факторы.. 75
3.2.2. Мероприятия по достижению безопасных условий работы.. 78
3.2.3. Расчет освещения рабочего места. 81
Актуальность выпускной квалификационной работы связана с тем, что при частичных нагрузках экономичность оборудования, в том числе энергоблока, значительно снижается, что определяется в основном особенностями работы турбинных установок и связано с увеличением потерь на дросселирование пара в органах парораспределения турбины, а также снижением внутреннего относительного КПД проточной части, прежде всего, регулирующей и последних ступеней. Учитывая это, актуальной задачей становится поиск повышения эффективности и экономичности работы оборудования на частичных нагрузках.
Для повышения эффективности действующих тепловых электростанций практически не пригодны такие традиционные пути, как повышение начальных параметров и увеличение ступеней перегрева пара, увеличение единичной мощности агрегатов и т. п. В качестве основного направления работ по повышению эффективности ТЭС принято совершенствование тепловых схем и режимов работы оборудования.
Степень разработанности темы исследования достаточно высока при принятых при выполнении работы условиях. В области повышения эффективности энергостанций рассмотрены труды следующих авторов: Аминов Р.З., Аракелян Э.К., Бажанов К.В., Бойко Е.А., Гнуни Т.С., Доверман Г.И., Кузнецов М.С., Ларионов В.С., Оганесян А.О., Пикина Г.А., Прокопенко А.Г., Рыжкин В.Я., Сахаров В.К., Суворов Д. М., Турхний А.Д., Хуршудян С.Р., Щегляев А.В.
Объектом проектной разработки в данной выпускной квалификационной работе является энергоблок №14 (Т-180/210-130) тепловой электростанции.
Предметом работы является мероприятия по увеличению эффективности работы энергоблока ТЭС.
Целью выпускной квалификационной работы является технико-экономическая оценка эффективности работы на частичных нагрузках турбоустановки Т-180/210-130 энергоблока со скользящим давлением в деаэраторе, разработка предложения по установке питательного насоса «дополнительного резерва».
В выпускной квалификационной работе были поставлены следующие задачи:
1. теоретический анализ направлений повышения эффективности и экономичности тепловых электростанций;
2. исследование и сравнительный анализ эффективности работы энергоблока с турбиной Т-180/210-130 на частичных нагрузках;
3. повышение эффективности работы ТЭС методом выбора дополнительного питательного насоса;
4. обоснование экономической и экологической эффективности предлагаемого проекта.
Теоретическая и научная новизна выпускной квалификационной работы заключается в том, что определены методические основы выбора оптимальных параметров технологической схемы и режимов работы конкретного энергоблока ТЭС при частичных нагрузках. Теоретическая значимость работы состоит в сформулированных основах повышения эффективности работы энергоблока ТЭС; в предложенных методиках определения оптимального режима работы энергоблока, основанных на математических моделях и алгоритмах расчета параметров и критериев эффективности работы установок.Практическая значимость работы определяется разработкой системыпитательного насоса «дополнительного резерва» с применением методик определения эффективности.
Теоретической основой данной работы являются труды отечественных и зарубежных ученных в области теплоэнергетики, физики и химии горения, инженерии теплоэлектростанций.
Методология и методы исследования, применяемые в выпускной квалификационной работе, включают в себя общенаучные теоретические методы исследования, в том числе: анализ, синтез, абстрагирование, моделирование, системный анализ.
В структуре данной работы можно выделить:
введение, три главы основного содержания, заключение, список литературы и
приложения. К работе приложен ряд графических материалов на двух листах.
В течение длительного времени принципиальная структура тепловой схемы паротурбинной установки как в нашей стране, так и за рубежом изменялась несущественно. В последний период обозначилось стремление использовать все возможности для существенного повышения экономичности энергоблоков, что привело к изменениям и тепловой схемы. На угольных энергоблоках мощностью 550 МВт на немецких ТЭС Штаудлентер и 750 МВт ТЭС Бексбах-II КПД нетто составляет соответственно 43 и 46,3%. На ТЭС Бексбах I, построенной в 80-х годах, он был равен 39 % [12].
Наименее затратным, и потому наиболее приемлемым путем повышения экономичности ТЭС и ТЭЦ России, является переход на эксплуатацию турбоустановок с учетом особенностей их состояния и условий работы. Для реализации такого подхода необходимо разработать новые правила эксплуатации турбоустановок, учитывающие реальное состояние и условия работы конкретной турбоустановки.
Анализ [9] показывает, что увеличение КПД достигнуто благодаря проведению следующих мероприятий:
- повышению параметров пара до 25 МПа и 575/595 °С (примерно на 2 %);
- увеличению температуры питательной воды до 300 °С (на 0,7 %);
- снижению давления в конденсаторе в результате совершенствования конструкции и поддержанию его в чистоте (на 0,7 %);
- использованию тепла дымовых газов (на 0,6 %);
- совершенствованию турбины, вспомогательного оборудования и тепловой схемы (на 2,4 %).
В связи с совершенствованием тепловой схемы расчетная доля повышения КПД составляет 1,2 – 1,3 %. Это обусловлено увеличением числа ступеней подогрева питательной воды до 9 – 10 и числа сливных насосов до 2 – 3, повышением давления в деаэраторе до 1 МПа, а на одной из электростанций даже до 2,2 МПа, снижением недогрева воды в регенеративных подогревателях ПНД и ПВД до 1 – 2 °С и уменьшением гидравлического сопротивления паропроводов отборного пара до 1 – 2 % давления в отборе.
Каждая турбоустановка в зависимости от ее технического состояния, электрической (и тепловой для ТЭЦ) нагрузки и температуры охлаждающей воды имеет максимальную эффективность при вполне определенных значениях параметров свежего и вторичного пара и при определенном расходе охлаждающей воды на конденсатор. Чтобы обеспечить максимальную экономичность турбоустановки в реальных условиях эксплуатации, каждый из этих параметров должен поддерживаться на оптимальном уровне. Для этого, прежде всего, необходимо определять действительные значения основных режимных параметров турбоустановки с высокой точностью, что резко повышает требования к классу точности измерительных приборов и к правильности установки измерительных средств. Поэтому одной из первоочередных задач является оснащение действующих турбоустановок современными измерительными средствами [10].
Принцип, применяемый в настоящее время при эксплуатации паротурбинных установок как на ТЭС, так и на ТЭЦ состоит в следующем - чем выше параметры свежего пара и промежуточного перегрева и чем ниже давление в конденсаторе, тем лучше. Такой подход является общепринятым при эксплуатации как конденсационных, так и теплофикационных турбоустановок. При эксплуатации конденсационных турбин, поддержание температуры промежуточного перегрева на максимально допустимом уровне в основном связывают с необходимостью недопущения увеличения влажности отработавшего пара из-за опасности эрозионного разрушения рабочих лопаток последних ступеней турбины. Имеется целый ряд работ[14,c.82], в которых показано, что интенсивность эрозионного износа последних ступеней турбин определяется в основном концентрацией крупнодисперсной влаги в паровом потоке и режимом работы турбины [38,c.7] и мало зависит от суммарной влажности пара [25,c.20].
Эти мероприятия в той или иной степени могут быть использованы и в отечественной энергетике после соответствующих технико-экономических обоснований с учетом конкретных условий. Неперспективной представляется только тенденция повышения давления в деаэраторе из-за усложнения схемы и практической невозможности создания абсолютно надежной защиты от переполнения и подпрессовки деаэратора, а значит возникновения потенциальной опасности крупномасштабной аварии. Реализация же расчетного повышения экономичности на 0,1 – 0,2 % весьма проблематична.
При частичных нагрузках экономичность энергоблоков снижается из-за уменьшения абсолютного электрического КПД турбинной установки. Во всем регулировочном диапазоне нагрузок КПД котлоагрегатов меняется незначительно (в пределах одного процента) и лишь в небольшой степени сказывается на экономичности энергоблока. Причины снижения КПД турбоустановки - рост потерь на дросселирование пара в прикрытых регулирующих клапанах турбины; снижение относительного внутреннего КПД регулирующей ступени ЧВД и последних ступеней турбины [31].
Применение скользящего начального давления (СНД) является основным способом повышения экономичности блоков при малых нагрузках. Метод основан на пропорциональной зависимости расхода пара через турбину с открытыми клапанами от начального давления пара. В.Д. Кирпичников предложил этот метод в 30-е годы, как возможный способ регулирования нагрузки. Как известно, ТЭС с установками с промежуточным перегревом пара имеют блочную компоновку, что также благоприятно с точки зрения применения СНД. Для неблочных станций, когда котлоагрегаты работают на общую магистраль, СНД может применяться как в случаи выделения отдельных блоков турбина-генератор, так и в целом для всей станции. В последнем случае появляется возможность отключения части питательных насосов и снижения расхода энергии на собственные нужды. Повышение экономичности работы турбинных установок при СНД происходит за счет увеличения внутреннего относительного КПД. Это обусловлено отсутствием потерь на дросселирование в регулирующих клапанах. Также при СНД пара достигается уменьшение затрат на привод питательного насоса.
Продолжаются работы [21] по совершенствованию вспомогательного оборудования. Так, в целях повышения тепловой экономичности ТЭС получают применение наряду с поверхностными контактные подогреватели низкого давления, испарительные установки мгновенного вскипания, новые типы деаэраторов, применяется турбопривод не только питательных насосов, но и воздуходувок. Больше внимания уделяется выбору и расчету пароводяных магистралей, являющихся основными связующими элементами ТЭС /4/. Расчет тепловой схемы, включающий в себя и расчет системы регенерации, позволяет установить показатели тепловой экономичности станции и отдельных установок, а также расходы пара и воды. По данным этого расчета уточняют технические характеристики оборудования.
При расчете тепловой схемы следует руководствоваться принципом сокращения необратимых потерь во всех элементах. Критерием оптимизации во всех случаях является минимум приведенных затрат.
Не остается без внимания совершенствование режимов работы ПТУ ТЭС [30]. Особое влияние на тепловую экономичность турбоустановки оказывает режим работы системы регенерации. Регенеративные подогреватели подключены к камерам нерегулируемых отборов пара из турбины, давление в которых меняется при изменении режима работы турбины. Этим фактором, а также изменением расхода проходящей через подогреватели питательной воды определяются изменения условий работы системы регенеративного подогрева питательной воды (РППВ) и ее влияние на характеристики турбоустановки в целом. С уменьшением мощности турбины давление в камерах регенеративных отборов понижается. Соответственно этому уменьшается температура подогрева питательной воды и доля теплоты, подведенной к рабочему телу в системе РППВ. Одновременное уменьшение расхода питательной воды и общего подогрева ее в системе РППВ приводит к тому, что доля пара, отбираемого в регенеративные подогреватели, сокращается. В то же время в связи со снижением давления в разных точках проточной части турбины уменьшаются недоиспользованные перепады энтальпий от камер отбора до выхлопного патрубка. Совокупность отмеченных факторов приводит к тому, что при снижении нагрузки уменьшается доля мощности, недовыработанной паром регенеративных отборов.
Для смягчения этого явления, обусловленное понижением температуры подогрева питательной воды, организовывают на частичных нагрузках дополнительный отбор пара повышенного давления, а так же изменение режима работы деаэратора.
Рассмотрим отечественные и зарубежные патентные решения по данной теме.Патентный поиск направлен на определение технического уровня и тенденции развития частичных режимов работы оборудования, в том числе энергоблоков ТЭС.
В качестве информационной базы были использованы патентные информационные базы следующих электронных ресурсов: www1.fips.ru [41] и www.freepatent.ru [40].
Результаты патентного поиска показали, что в отдельных работах предложены некоторые способы повышения экономичности режимов работы теплофикационных энергоблоков, направленные на частичную загруженность путем изменения режима работы систем регенерации и нагрева сетевой воды, а также на совершенствование способов регулирования режима работы питательных насосов.