Стартовая >> Архив >> Генерация >> Режимы мощных паротурбинных установок

Выбор типа парораспределения - Режимы мощных паротурбинных установок

Оглавление
Режимы мощных паротурбинных установок
Переход к блочной компоновке электростанций
Особенности тепловых схем мощных энергоблоков
Характерные особенности предстоящего этапа энергетики
Особенности АЭС
Режимы работы современных энергосистем
Паротурбинный блок как единый энергетический агрегат
Требования к маневренности паротурбинных установок
Расчеты тепловых схем
Характеристики турбинных отсеков
Дроссельное парораспределение
Идеальное сопловое парораспределение
Реальное сопловое парораспределение
Обводное парораспределение
Турбообводное парораспределение
Компрессорно-обводное парораспределение
Выбор типа парораспределения
Работа системы регенеративного подогрева питательной воды
Отключение ПВД как источник пиковой мощности
Скользящее начальное давление пара
Тепловая экономичность работы энергоблоков при скользящем давлении
Комбинированное регулирование
Полиблочный принцип регулирования
Влияние паро-парового промперегрева на к.п.д. турбоустановки
Программы регулирования влажнопаровых турбоустановок
Скользящее давление
Работа турбоустановок при продлении рабочей кампании энергоблока
Эрозионная надежность лопаточного аппарата последних ступеней при работе турбины в переменных режимах
Графики тепловых нагрузок теплофикационных турбоустановок
Диаграмма режимов теплофикационных турбоустановок
Основные типы характерных режимов теплофикационных турбоустановок
Скользящее начальное давление пара для теплофикационных ПТУ
Теплофикационные полиблоки с параллельным соединением турбоагрегатов
Полиблочный принцип регулирования тепловой нагрузки
Влажнопаровые теплофикационные турбоустановки
Пути повышения маневренности теплофикационных турбоустановок при больших тепловых нагрузках
Уменьшение мощности турбины с частичной передачей тепловой нагрузки на ПВК
Скользящее противодавление
Список литературы

Вопрос о выборе рационального типа парораспределения является, по существу, предметом дискуссии с начала паротурбостроения до наших дней. Он неразрывно связан с решением вопроса о назначении турбины и предполагаемых режимах ее работы. Дроссельное парораспределение позволяет обеспечить наибольшую экономичность при расчетном режиме. Как показали расчеты, выполненные ЛПИ совместно с ЛМЗ, дроссельное парораспределение для турбины К-200-130 вместо соплового с заменой регулирующей ступени тремя ступенями давления снижает удельный расход теплоты по машинному залу электростанции при номинальном режиме примерно на 0,3%, а для турбины К-300-240— на 0,4 %. Такое повышение экономичности равносильно увеличению к.п.д. регулирующей ступени на 2%. Если турбина проектируется как базовая, рационально дроссельное парораспределение. Однако при этом следует иметь в виду, что в нормальных условиях эксплуатации срок службы агрегатов весьма продолжителен и, как правило, превышает тридцать лет. По мере развития энергосистемы агрегаты, считавшиеся в момент проектирования мощными и высокоэкономичными и проектировавшиеся для базовой нагрузки, быстро становятся рядовыми машинами средней мощности и начинают широко использоваться в переменной части графика нагрузок и для регулирования энергосистем. Это обстоятельство приводило к редкому применению дроссельного парораспределения, главный недостаток которого состоит в значительном снижении экономичности на частичных нагрузках вследствие дросселирования всего потока пара.
Сопловое парораспределение, уступая дроссельному в экономичности на расчетном режиме, превосходит его при частичных нагрузках. Это преимущество имеет определяющее значение для турбин сравнительно небольшой мощности, установленных на электростанциях неблочного типа с поперечными связями по пару между агрегатами. Именно на такие турбины, обладавшие умеренной экономичностью, до недавнего времени ложилась основная тяжесть в покрытии переменной части графиков нагрузки.
Вместе с тем сопловому парораспределению присущи и определенные недостатки, влияющие на тепловую экономичность, надежность и маневренные свойства турбины. Они в основном связаны с парциальным впуском пара, в том числе при номинальном режиме. Снижение тепловой экономичности обусловлено вентиляционными потерями и потерями «на выколачивание пара» по краям сопловых сегментов, а также выбором для регулирующих ступеней значений и/С0, меньших оптимального. Определенные потери вызываются дросселированием пара ввиду необходимости перекрытия клапанов. Кроме того, в процессе эксплуатации иногда имеются дополнительные потери от дросселирования пара в регулирующих клапанах. Главная часть этих потерь происходит не как следствие выбранного способа парораспределения, а в результате нерационального распределения нагрузок между агрегатами с сопловым парораспределением. Причина этого состоит в распространенном способе распределения нагрузок исходя из равенства относительных приростов удельных расходов теплоты, для определения которых широко используются спрямленные энергетические характеристики агрегатов, построенные без учета снижения экономичности из-за дросселирования пара в частично открытых клапанах и предполагающие монотонное изменение экономичности турбин с сопловым парораспределением. Использование таких характеристик приводит к одинаковым загрузкам однотипных агрегатов. При этом при некоторых режимах имеется дросселирование пара в одном из клапанов у всех турбин, и все турбины имеют минимум экономичности (точка С на рис. 2-15). Перераспределение нагрузок путем полного открытия третьего клапана у одних турбин и прикрытия его у других (переход к точкам А и В) позволяет, устранив полностью или частично дросселирование в клапанах, повысить экономичность работы турбоустановок до 0,4 % [67].
Один из существенных недостатков соплового парораспределения при высоких параметрах пара заключается в том, что вследствие различного дросселирования в регулирующих клапанах при их неодинаковом открытии температуры потоков пара, идущих через эти клапаны, могут существенно различаться. Так, например, при начальных параметрах 40 МПа, 923 К температура пара за клапаном, открытым на 10%, оказывается на 180 К ниже температуры за полностью открытыми клапанами. Такая неоднородность потока и связанный с нею неравномерный нагрев статора турбины могут быть причиной значительных температурных напряжений и коробления корпуса, существенно ухудшая маневренные качества турбины. Для устранения неравномерности параметров перед различными сегментами сопел применяется одновременный впуск пара в несколько групп сопел. При этом сопловое парораспределение приближается к дроссельному и разница в экономичности частичных режимов между ними сокращается. Справедливости ради следует заметить, что при двухпоточных конструкциях ЦВД мощных паровых турбин принципиально возможно реализовать сопловое парораспределение при сохранении полного подвода пара к каждой половине цилиндра. Для этого необходимо разделить эти потоки и применить для каждого из них самостоятельные регулирующие клапаны, открываемые последовательно. Аналогичная идея применена французской фирмой «Альстом» для турбины 600 МВт с однопоточным ЦВД. Там использована двухпоточная регулирующая ступень. Пар одного из потоков после поворота при петлевой конструкции ЦВД поступает в камеру, откуда, смешавшись с другим потоком пара, вышедшим из второй части, поступает в ступени давления. Однако принципиальный недостаток такого решения — работа части регулирующей ступени или цилиндра в беспаровом режиме с потреблением мощности при нагрузках, когда закрыт регулирующий клапан перед ними. Поэтому, как правило, все же сопловое парораспределение связано с парциальным впуском пара.
В то же время мощности регулирующих ступеней крупнейших паровых турбин достигли необычайного уровня (около 50 МВт у турбины К-800-240 ЛМЗ). Проектирование рабочих лопаток таких ступеней, подверженных (ввиду нестационарности потока, обусловленной парциальным подводом пара) большим переменным усилиям, вызывающим колебания значительной амплитуды, становится крайне затруднительным. С ростом единичной мощности турбин конструкторы оказываются вынужденными увеличивать ширину лопаток, что вследствие уменьшения относительной высоты лопаток регулирующих ступеней безусловно снижает их к.п.д. Наконец, сопловое парораспределение с парциальным подводом пара представляет одну из причин низкочастотной вибрации роторов высокого давления мощных паровых турбин.
Отмеченные причины, главная из которых — сложность обеспечения надежности регулирующей ступени, обусловили переход к дроссельному парораспределению практически для всех турбин мощностью выше 1000 МВт. С дроссельным парораспределением в современных условиях выполняются и многие турбины меньшей мощности, в особенности влажнопаровые турбины для АЭС, рассчитанные на большие объемные расходы пара (500 МВт и выше). Переход для мощных турбин к дроссельному парораспределению поставил задачу изыскания путей повышения экономичности турбин при частичных нагрузках. Один из таких путей — скользящее давление (см. гл. 3 и 4).
Область применения обводного парораспределения ограничивается в настоящее время в основном турбинами малой и средней мощности, где оно используется с целью перегрузки их сверх номинальной мощности или расхода пара, большего номинального. В частности, парораспределение с внутренним обводом в сочетании с сопловым применено ЛМЗ для теплофикационных турбин ПТ-60-130 и ПТ-80-130.
Некоторые заводы, например КТЗ, применяют обводное парораспределение в сочетании с дроссельным для приводных турбин питательных насосов мощных энергетических блоков. Объемные расходы пара этими турбинами, получающими пар переменных параметров из камер нерегулируемых отборов главной турбины, в ряде режимов возрастают при снижении нагрузки блока. Применение обводных клапанов, закрытых на номинальном режиме и открывающихся по мере уменьшения мощности блока, позволяет, устранив дросселирование в регулирующих клапанах приводной турбины, повысить тепловую экономичность блока при больших нагрузках.
В мощных турбинах, рассчитанных на высокие начальные параметры пара, обводное парораспределение в настоящее время практически не применяется. Главная причина этого — усложнение конструкции турбины и ухудшение ее маневренных свойств, что связано с температурными напряжениями и деформациями, возникающими при открытии обводного клапана, когда свежий пар подводится в зону, находившуюся ранее под воздействием пара умеренной температуры.

Кроме того, обводное парораспределение в турбинах, имеющих одновенечные регулирующие ступени с малыми перепадами энтальпии в номинальном режиме, дает незначительный эффект ввиду повышения давления в камере регулирующей ступени при открытии обводного клапана. Наконец, опыт эксплуатации турбин с обводным парораспределением показал, что достаточно трудно добиться плотности закрытия обводных клапанов, размеры которых при небольших перепадах давления на них оказываются значительными. Пропуск пара обводными клапанами снижает экономичность ПТУ при режимах, где обводное парораспределение не используется, в том числе и при номинальном.
Вместе с тем не следует торопиться считать обводное парораспределение бесперспективным. Широкое применение для мощных турбин дроссельного парораспределения в сочетании с их работой при скользящем начальном давлении пара резко обострило проблему хотя бы частичной ликвидации ограничений на пропускную способность ЦВД. При сопловом парораспределении она решалась с помощью специального перегрузочного клапана, полностью закрытого при номинальном режиме и потому не влиявшего на экономичность ПТУ при этом режиме. Аналогичное решение той же задачи при дроссельном парораспределении неполным прикрытием регулирующих клапанов из-за дросселирования в них на номинальном режиме привело бы к существенному снижению тепловой экономичности ПТУ. Наряду с этим в последнее время стали выявляться новые эксплуатационные задачи, для решения которых в турбоустановке необходим больший расход пара, чем максимальный расход ЦВД. Такие задачи возникают, в частности, в периоды продления рабочей кампании энергоблоков АЭС с водо-водяными реакторами (см. гл. 4) за счет применения скользящего давления во втором контуре, чтобы предотвратить или по возможности уменьшить снижение мощности, обусловленное уменьшением пропускной способности регулирующих клапанов турбины по мере снижения давления пара [49], а также при необходимости разгрузки турбоустановок ТЭЦ для участия в суточном и недельном регулировании энергосистем в периоды больших тепловых нагрузок, когда необходимый для уменьшенной электрической мощности расход пара оказывается значительно меньшим требуемого для выработки заданного количества теплоты [55], и в ряде других случаев.
В отмеченных случаях может оказаться эффективным обводное парораспределение. При этом обводные линии могут быть подсоединены не к корпусу турбины, а — при многоцилиндровых конструкциях — к перепускным трубам между цилиндрами, к трубопроводам, соединяющим камеры регенеративных или теплофикационных отборов с подогревателями, и к другим элементам, что упрощает конструктивные решения и облегчает эксплуатацию.

В периоды, когда работа ПТУ обеспечивается основными регулирующими клапанами, обводные линии могут быть отсечены стопорными клапанами или задвижками, обладающими в отличие от регулирующих обводных клапанов необходимой плотностью и благодаря этому устраняющими при таких режимах потери от протечек по обводным линиям. Для повышения тепловой экономичности ПТУ с обводным парораспределением могут оказаться эффективными схемы с турбообводным или компрессорно-обводным парораспределением.



 
« Режим системы охлаждения генераторов на теплофикационных энергоблоках 250 МВт   Результаты внедрения разработок по повышению эффективности золоулавливания »
электрические сети