Материал: Оценка эффективности работы на частичных нагрузках турбоустановки Т-180/210-130 энергоблока со скользящим давлением

Конденсационные электрические станции (КЭС), работающие на ор­ганическом топливе выгодно строить вблизи мест добычи топлива.По типу тепловой схемы тепловые электростанции подразделяются на блочные и неблочные.При блочной схеме все основное и вспомогательное обору­дование различных паротурбинных установок в составе стан­ции не имеет технологических связей между собой, и каждый котел питает паром свою турбину. Общими являются лишь вспомогательные трубопроводы, служащие для пусковых опе­раций, подвода добавочной воды и других целей.

На КЭС в СССР устанавливались моноблоки 150 и 200 МВт с параметрами пара перед турбиной 13 МПа, 540 °С; 300, 500 и 800 МВт с параметрами пара 24 МПа, 540 °С. Наиболее мощный в мире одновальный турбоагрегат 1200 МВт с параме­трами пара 24 МПа, 540 °С установлен в СССР (на Костром­ской ГРЭС).

На ТЭЦ работают теплофикационные турбины типа Т, ко­торые обычно имеют два (реже один) регулируемых отбора, где поддерживается заданное давление пара.

Турбина типа Т (рис. 1.6) спроектирована так, чтобы в период мак­симальной тепловой нагрузки она работала с более высоким, чем у конденсационных турбин, давлением в конденсаторе — на ухудшенном вакууме. В этих режимах ступени части низкого давления мощности не вырабатывают.

Рис. 1.6. - Теплофикационная турбина [33]

Очень важную функцию в схеме паротурбинной установки выполняет деаэратор (рис. 1.6). Для обеспечения деаэрации и нагрева воды в термических деаэраторах используется пар или перегретая вода.

Наибольшее значение для высокоэффективной работы электростанций имеют деаэраторы повышенного давления (есть еще вакуумные и атмосферные деаэраторы), входящие в состав тепловой схемы паротурбинной установки и выпол­няющие три основные функции:

- деаэрации конденсата, поступающего из ПНД;

- повышения температуры конденсата до температуры насыщения, соответствующей давлению в деаэраторе;

- создания запаса питательной воды для парогенераторов.

Рис. 1.7. - Деаэраторная установка на ТЭС [33]

Объектом проектной разработки в данной выпускной квалификационной работе является энергоблок №14 (Т-180/210-130) тепловой электростанции Филиала ОАО «ОГК-2» - Сургутская ГРЭС-1, г. Сургут, Ханты-Мансийский автономный округ-Югра, п. Кедровый, сданный в эксплуатацию в декабре 2014 года.

Рассматриваемый энергоблок включает в себя котлоагрегат типа ТПГЕ-215 паропроизводительностью 670 т/ч и турбоагрегат Т-180/210-130-1 с параметрами свежего пара Р₀=13 МПа, t₀=540 ⁰С, с промперегревом пара при Р_пп = 2,77 МПа до t_пп = 540 ⁰С.

Котлоагрегат рассчитан на следующие параметры (таблица 1.1).

Таблица 1.1 - Параметры котлоагрегата [19]

Основным топливом для котла является природный газ, резервное топливо - мазут.

Подача питательной воды на блок осуществляется двумя питательными насосами типа ПЭ-580-185-3. Питательная вода поступает из бака – аккумулятора деаэратора. Из насоса питательная вода под давлением 18,24 МПа, через ПВД, направляется в котёл.

Технические показатели насосного агрегата представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Параметры насосного агрегата [19]

Котёл работает в блоке с турбиной Т-180/210-130-1 ЛМЗ, предназначенной для комбинированной выработки тепловой и электрической энергии, и генератором  ТГВ-200-2 МУЗ.

Паровая турбина Т-180/210-130 представляет собой одновальный трехцилиндровый агрегат с промежуточным перегревом пара и двумя регулируемыми теплофикационными отборами (верхним и нижним) для ступенчатого подогрева сетевой воды и предназначено для непосредственного привода генератора типа ТГВ-200 МУЗ мощностью 200 МВт.

Турбина имеет 7 нерегулируемых отборов, предназначенных для подогрева питательной воды в подогревателях низкого давления, деаэраторе, подогревателях высокого давления.

Технические данные турбины представлены в таблице 1.3.

Таблица 1.3 - Технические данные турбины [19]

Отопительные отборы имеют следующие пределы регулирования избыточного давления: верхний - 0,4 ÷ 1,0 кгс/см², нижний - 0,5 ÷ 0,5.   Регулирование давления в отопительных отборах осуществляется регулятором:

- в верхнем -   при включенных двух отопительных отборах;

- в нижнем - при включенном одном отопительном отборе.

Допускается нагрев сетевой воды в одном ПСГ-1.Подогрев сетевой воды только в ПСГ-2, при отключенном ПСГ-1 не допускается.Расход сетевой воды через ПСГ-1 и ПСГ-2 должен быть одинаков. Температура сетевой воды на входе в ПСГ-1 не должна быть ниже 30⁰С и выше 70 ⁰С, но должна быть не ниже температуры воды, охлаждающей конденсатор.

Нагрев сетевой воды в сетевых подогревателях не должен превышать 50 ⁰С, во избежание нарушения вальцовки трубок в трубных досках ПСГ.

Максимальная тепловая нагрузка верхнего теплофикационного отбора составляет 147 Гкал/час (расход пара 260 т/час), при этом избыточное давление в отборе равно - 0,2 кгс/см².

На режимах работы турбины с одним нижним теплофикационным отбором максимальная тепловая нагрузка ПСГ-1 составляет 245 Гкал/ч (расход пара 450 т/час), при этом избыточное давление в отборе равно 0 кгс/см².

Номинальная суммарная тепловая нагрузка отопительных отборов равная 260 Гкал\час обеспечивается при номинальных параметрах свежего пара, расходе охлаждающей воды через конденсатор с ее расчетной температурой на входе в количестве не менее 11000 м³/час, полностью включенной регенерации, количестве питательной воды, подогреваемой в подогревателях высокого давления, равном 100% расхода пара на турбину, работе турбоустановки по схеме предприятия-изготовителя со ступенчатым подогревом сетевой воды в сетевых подогревателях при полном использовании пропускной способности турбины и минимальном пропуске пара в конденсатор.

Мощность турбины при этом зависит от температуры подогрева сетевой воды и составляет:

- 185 МВт при подогреве от 41 до 85⁰С;

- 180 МВт при подогреве от 51 до 95⁰С;

- 177 МВт при подогреве от 61 до 105⁰С.

Максимальная расчетная температура сетевой воды при расходе свежего пара 670 т/час, на выходе из подогревателя сетевой воды верхнего отопительного отбора (ПСГ-2) составляет примерно 118⁰С.

При частичных отопительных нагрузках, в зависимости от ее величины, максимальная мощность турбины составляет от 180 до 210 МВт.

При отключении подогревателей высокого давления, номинальных параметрах пара, расход пара на турбину снижается на 100 т/ч. При этом мощность при номинальных условиях теплофикационного режима не должна превышать 170 МВт и при конденсационном режиме 200 МВт. Избыточное давление в камере регулирующей ступени при теплофикационном и конденсационном режимах не должна быть более 80 кгс/см².

При отключении подогревателей низкого давления мощность на конденсационном режиме при номинальных условиях не должна превышать 195 МВт, на теплофикационном режиме - 165 МВт. Избыточное давление в камере регулирующей ступени при теплофикационном и конденсационном режимах не должна быть более 86 кгс/см².

При полностью отключенной регенерации мощность турбины при номинальных условиях не должна превышать 185 МВт, на теплофикационном режиме - 155 МВт. Избыточное давление в камере регулирующей ступени при теплофикационном и конденсационном режимах не должна быть более 72 кгс/см².

Насосная группа теплофикационной установки состоит из 6-ти сетевых насосов СЭ-1250-70 и СЭ-5000-70 первого подъема и 9-ти насосов СЭ-2500-180 и СЭ-1250-140 второго подъема, 4-х перекачивающих насоса СЭ-2500-70 и подпиточных насосов типа Д800-57.

1.4. Особенности работы энергоблока на частичных нагрузках при переводе деаэратора с постоянного на скользящее давление

При проектировании энергоблока,  как  правило,  удается добиться близкого   к   оптимальному   распределения   общего   подогрева питательной воды между подогревателями при номинальном ре­жиме. При этом подогревы оказываются распределенными бо­лее или менее равномерно. При частичных нагрузках проис­ходит перераспределение между подогревателями подвода теп­лоты к питательной воде. Это определяется, с одной стороны,  понижением давлений пара по проточной части турбины при ее разгрузке,  а с другой – особой  ролью деаэратора  в тепловой  схеме паротурбинной установки (ПТУ).

Применяют два способа включения деаэратора в тепловую схему ПТУ. В первом случае (рис. 1.7, а) деаэратор является самостоятельной ступенью подогрева питательной воды, во втором (рис. 1.8, б) - предвключенной составной частью обобщенного подогревателя высокого давления.

Рис. 1.8. - Принципиальные схемы включения деаэраторов питательной воды в тепловую схему ПТУ; а) - в качестве самостоятельной ступени РППВ; б) - в качестве предвключенного подогревателя

Пояснения: 1 - ПВД;  2 - турбина;   3 - регулирующий   клапан;  4 - конденсатор;   5 - ПНД;  6 - деаэратор; 7 - питательный  насос.

 Для большинства находящихся в эксплуатации и проектируемых ПТУ давление в деаэраторе при всех режимах поддерживают постоянным, ис­пользуя для этого установленный на линии подвода пара регу­лирующий клапан 3(рис. 1.8, а и б), которым управляет регу­лятор давления в деаэраторе. Это предопределяет подключение деаэратора к линии отбора, давление в которой при номиналь­ном режиме выше давления в деаэраторе, и дросселирование пара при этом режиме в частично прикрытом регулирующем клапане. Если деаэратор включен по схеме, приведенной на рис. 1.7, а, то при номинальном режиме и режимах больших нагрузок дросселирование пара в регулирующем клапане деаэратора приводит к энергетическим потерям.

Включение де­аэратора по схеме, приведенной на рис. 1.8, б, где деаэратор, присоединенный через дроссельный регулирующий клапан 3к линии отбора, питающей паром следующий подогреватель, образует совместно с ним единую ступень РППВ (обобщенный подогреватель высокого давления), позволяет избежать энерге­тических потерь, несмотря на дросселирование пара в регули­рующем клапане. При этом суммарный подогрев питательной: воды в деаэраторе и последующем подогревателе выбирают та­ким же, каким по экономическим соображениям он был бы вы­бран, если бы вместо них был применен только один подогре­ватель. В связи с этим применение такой схемы (рис. 1.8, б) требует дополнительного (по сравнению со схемой на рис. 1.8, а) теплообменного аппарата, работающего при высоком давлении питательной воды, что существенно усложняет теп­ловую схему ПТУ и увеличивает капитальные затраты.

При разгрузке турбины снижается давление в линии отбора, к которой присоединен деаэратор. При этом регулятор, поддер­живающий давление в деаэраторе, открывает регулирующий клапан, уменьшая дросселирование в нем. Для схемы, приве­денной на рис. 1.8, а, это сопровождается уменьшением потерь энергии, а для схемы на рис. 1.8, б приводит к перераспреде­лению подогрева воды в рамках обобщенного подогревателя, увеличивая долю деаэратора и соответственно сокращая долю последующего подогревателя. При снижении мощности турбины до определенного уровня давление в линии отбора пара к де­аэратору окажется равным тому значению, которое поддержи­вает регулятор давления в деаэраторе. Регулирующий клапан 3(рис. 1.8, а и б) при этом полностью открыт. В схеме на рис. 1.8, б весь подогрев питательной воды в обобщенной сту­пени РППВ при этом режиме происходит в деаэраторе; сле­дующий подогреватель питательная вода проходит без подо­грева в нем, и начиная от этого режима обе схемы становятся практически равноценными.

Для поддержания заданного давления в деаэраторе при дальнейшей разгрузке турбины необходимо переключение его на линию с более высоким давлением. Дросселирование пара в регулирующем клапане до давления в деаэраторе при таких режимах сопровождается значительными потерями энергии. Для того чтобы обеспечить работу деаэратора до его переклю­чения на питание высокопотенциальным паром в достаточно широком диапазоне режимов, приходится выбирать давление в линии отбора к деаэратору при номинальном режиме значи­тельно выше давления в самом деаэраторе.

Вследствие снижения давлений в линиях отборов пара при разгрузке турбины уменьшается подогрев конденсата в подогре­вателях низкого давления, и конденсат при входе в деаэратор имеет более низкую температуру, чем при номинальном режиме. Если давление и температура насыщенной воды в деаэраторе поддерживаются неизменными, подогрев в деаэраторе возрастает по мере снижения мощности турбины. Подогревы же пи­тательной воды в подогревателях высокого давления при этом уменьшаются из-за понижения давлений пара в камерах отбо­ров к ним. В режиме, при котором давление в деаэраторе ока­жется равным давлению в первом по ходу питательной воды ПВД, прекратится подогрев воды в этом подогревателе. При дальнейшем снижении мощности последовательно будет пре­кращаться подогрев воды в остальных ПВД.

Таким образом, при включении деаэратора по схеме, соот­ветствующей рис. 1.8 а, с уменьшением мощности турбины со­кращается подвод теплоты к питательной воде в подогревате­лях высокого и низкого давления и увеличивается подогрев питательной воды в деаэраторе. Распределение подогревов воды между подогревателями по мере разгрузки турбины все более отличается от исходного оптимального. Многоступенчатый подо­грев питательной воды при этом, по существу, приближается к одноступенчатому, что заметно снижает эффективность реге­нерации. Отмеченное относится и к схеме включения деаэра­тора согласно рис.1.8, б при режимах после переключения де­аэратора на питание паром более высокого потенциала.