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

Работа системы регенеративного подогрева питательной воды - 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

ГЛАВА ТРЕТЬЯ
ПЕРЕМЕННЫЕ РЕЖИМЫ
КОНДЕНСАЦИОННЫХ ТУРБОУСТАНОВОК ПЕРЕГРЕТОГО ПАРА

1. РАБОТА СИСТЕМЫ РЕГЕНЕРАТИВНОГО ПОДОГРЕВА ПИТАТЕЛЬНОЙ ВОДЫ ПРИ ПЕРЕМЕННЫХ РЕЖИМАХ
Влияние режима работы системы регенерации на тепловую экономичность турбоустановки. 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.
Влияние системы РППВ на тепловую экономичность турбоустановки при любом режиме, как следует из формул (2-28) и (2-37), характеризуется коэффициентом регенерации kp, значение которого определяется для турбоустановок без промперегрева пара и с ним соотношениями (2-30) и (2-32). Последние соотношения могут быть преобразованы к следующему виду:
kp = (l-Np)/(l-qp), (3-1)
где Νρ=Σβixi=Σ∆Νi/Ν*;  qP=qP/qн.в; Σ∆Νi=ΣGihi — мощность, недовыработанная в турбине паром, отобранным для РППВ; Ν* — мощность, которая была бы выработана турбиной, если бы весь поступивший в нее пар прошел все ее ступени; qп.в — количество теплоты, подведенной в цикле к 1 кг рабочего тела; qр— количество теплоты, подведенной к 1 кг рабочего тела в системе РППВ, причем для ПТУ без промперегрева пара qп.в = i0—iz;
qp=iп.в—iz, а для ПТУ с промперегревом пара qп.в=i0—iz+ iп—i1, qп.в= i0—iz + (1—β)(iп—i1); остальные обозначения сохранены теми же, что в формулах (2-30) и (2-32).

Рис. 3-1. Изменение коэффициента _регенерации kp и его составляющих Np и qp в зависимости от относительной мощности ПТУ


Величина Np в формуле (3-1) представляет собой относительную мощность, недовыработанную в турбине паром, отобранным для РППВ. Величину qp в той же формуле будем называть степенью регенерации. Она показывает, какая доля общего количества теплоты, подводимой к 1 кг рабочего тела в цикле, подводится к нему в системе РППВ. С учетом этого коэффициент регенерации приобретает четкий физический смысл. Величины Np и qp всегда меньше единицы; меньшими единицами являются и числитель, и знаменатель в (3-1), но результирующий коэффициент регенерации kp всегда больше единицы.
При номинальном режиме значение kp для различных турбоустановок в зависимости от температуры подогрева питательной воды достигает 1,12—1,16, т. е. регенеративный подогрев повышает тепловую экономичность ПТУ на 12—16%. 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 qp (рис. 3-1). 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 энтальпии от камер отбора до выхлопного патрубка. Совокупность отмеченных факторов приводит к тому, что при снижении нагрузки уменьшается доля мощности, недовыработанной паром регенеративных отборов, характеризуемая величиной Np в формуле (3-1). Одновременное уменьшение значений Np и qp при нелинейных взаимосвязях параметров состояния воды и водяного пара обусловливает неопределенность в направлении изменения kp. Однако, несмотря на возможность некоторого повышения kp в достаточно узких диапазонах режимов, преобладающая тенденция состоит в уменьшении коэффициента регенерации kp при снижении нагрузки (рис. 3-1), чем обусловлено общее снижение эффективности системы РППВ при разгрузке турбины.

Рис. 3-2. Схема переключения ПВД от одной камеры отбора к другой (а) и схема с дополнительным ПВД (б)
1—линия дополнительного отбора; 2 —линия первого отбора; 3 — обратные клапаны; 4 —задвижки с приводом; 5 — ПВД

Это явление, обусловленное понижением температуры подогрева питательной воды, можно смягчить, организовав на частичных нагрузках дополнительный отбор пара повышенного давления, например из камеры регулирующей ступени или пространства между наружным и внутренним цилиндрами припетлевой конструкции ЦВД [21, 67]. Возможны различные пути использования этого отбора. Простейший путь: при понижении нагрузки турбины до уровня, при котором давление в дополнительном отборе понизится до значения, какое было при номинальном режиме в камере первого по ходу пара основного отбора, переключить последний из основных ПВД на камеру дополнительного отбора (рис. 3-2,а). При таком переключении температура подогрева питательной воды, снизившаяся по сравнению с номинальной при разгрузке до режима переключения, возвращается примерно к номинальному уровню. Дальнейшая разгрузка производится с подачей пара в этот подогреватель из дополнительной камеры отбора, что обеспечивает повышение температуры подогрева питательной воды по сравнению с ее значением без подобного переключения ПВД и повышает эффективность системы РППВ. Иллюстрацией этого может служить представленное на рис. 3-3 относительное приращение коэффициента регенерации δkp, примерно равное, как следует из формулы (2-37), относительному приращению к.п.д. турбоустановки. Из приведенного графика следует, что при постоянном начальном давлении пара путем переключения ПВД удельный расход теплоты турбоустановкой в довольно широком диапазоне режимов может быть снижен более чем на 0,5 % для турбоустановки К-1200-240 и более чем на 1 % для турбоустановки К-100-90. Более сильное влияние переключения ПВД для турбоустановки К-100-90 может быть объяснено менее развитой у нее системой РППВ.

Рис. 3-3. Относительное изменение коэффициента регенерации δkρ турбоустановок К-1200-240 и К-100-90 при переключении ПВД,
последнего из основных по ходу питательной воды. (Сплошные линии — постоянное начальное давление пара, штриховые — скользящее давление).

Переключение ПВД может быть выполнено автоматически. Согласно предложению В. М. Боровкова и Я. Д. Берковича (ЛПИ) такое переключение производится при понижении давления в дополнительной камере отбора до значения его в камере основного отбора при номинальном режиме по импульсу от электро- контактного манометра ЭКМ1 (рис. 3-2,а). Этот импульс поступает на реле включения электропривода задвижек, установленных на линиях основного и дополнительного отборов. При наборе нагрузки производится обратное переключение. При реализации схем с переключением ПВД должна быть предусмотрена дополнительная защита от повышения давления в подогревателе сверх его значения при номинальном режиме, на которое рассчитан подогреватель. Причиной внезапного повышения давления в камере дополнительного отбора может быть быстрый набор мощности, например, по сигналу противоаварийной автоматики энергосистемы. В приведенном на рис. 3-2,а примере защита ПВД от повышения давления осуществляется с помощью электроконтактного манометра ЭКМ2, воздействующего на обратные клапаны регенеративных отборов или специальные отсечные клапаны.
Более полно возможности повышения тепловой экономичности ПТУ при использовании дополнительной камеры отбора могут быть реализованы в случае установки дополнительных ПВД. На рис. 3-2,б приведена схема с переключением дополнительного ПВД (предложение В. М. Боровкова и Я. Д. Берковича). При высоких нагрузках этот подогреватель работает параллельно с последним по ходу питательной воды основным ПВД, а на более низких нагрузках переключается к камере дополнительного отбора. Переключение рационально производить при давлении в камере дополнительного отбора, равном давлению в переключаемом ПВД при номинальном режиме. Варианты автоматического переключения и защиты дополнительного ПВД (рис. 3-2,б) не отличаются от рассмотренной выше схемы. Рассматриваемая схема, сохраняя те же преимущества в тепловой экономичности при низких нагрузках, что и предыдущая схема (рис. 3-2,а), вместе с тем обеспечивает некоторое повышение тепловой экономичности ПТУ при больших нагрузках, в том числе при номинальном режиме. Причина этого — увеличение поверхности теплообмена при параллельном подключении дополнительного ПВД и уменьшение вследствие этого недогрева питательной воды, а также уменьшение гидравлического сопротивления при параллельном включении подогревателей.
Другой вариант включения дополнительного ПВД предложен в работе [67]. Подогреватель постоянно подключен к линии дополнительного отбора. Подводом пара к подогревателю управляет установленный на линии отбора специальный регулирующий клапан, на который воздействует регулятор давления в подогревателе или регулятор температуры подогрева питательной воды. Регулятор настроен на поддержание давления в подогревателе или температуры питательной воды за ним на том же уровне, что при номинальном режиме. При работе турбины при номинальном режиме питательная вода проходит через дополнительный подогреватель без подогрева в нем. При частичных нагрузках регулятор, воздействуя на регулирующий клапан линии отбора, поддерживает неизменным то же давление в ПВД и соответственно ту же температуру подогрева, что были при номинальном режиме. Диапазон действия регулятора ограничен той минимальной нагрузкой, при которой давление в камере дополнительного отбора становится равным давлению в последнем основном ПВД на номинальном режиме. Для турбоустановки К-1200-240 такой режим, если дополнительный отбор производить после четвертой ступени ЦВД, соответствует нагрузке 60 % номинальной. При более низких нагрузках отбор становится нерегулируемым и процесс протекает так же, как в рассмотренных выше случаях. Данная схема несколько уступает по экономичности предыдущим при номинальном режиме из-за увеличения общего гидравлического сопротивления пароводяного тракта, вносимого дополнительным ПВД. Но это перекрывается повышением тепловой экономичности ПТУ при режимах, лишь немногим отличающихся от номинального и более низких, обусловленным неизменной температурой подогрева питательной воды. Ввод дополнительного ПВД повышает тепловую экономичность блока 1200 МВт при нагрузке 80 % номинальной примерно на 0,3 %, а при нагрузке 60% номинальной — на 0,6%. Схема с переключением подогревателей реализована ЛМЗ в турбоустановках К-1200-240 [67], а также ЛПИ при модернизации турбоустановок мощностью 50 и 100 МВт.
При проектировании ПТУ, 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 [60]. 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 ПТУ.
схемы включения деаэраторов питательной воды
Рис. 3-4. Принципиальные схемы включения деаэраторов питательной воды в тепловую схему ПТУ; а — в качестве самостоятельной ступени РППВ; б — в качестве предвключенного подогревателя: 1 — ПВД; 2 — турбина; 3 — регулирующий клапан; 4 — конденсатор; 5 — ПНД; 6 — деаэратор; 7 — питательный насос

Применяют два способа включения деаэратора в тепловую схему ПТУ [60]. В первом случае (рис. 3-4, а) деаэратор является самостоятельной ступенью подогрева питательной воды, во втором (рис. 3-4, б) — предвключенной составной частью обобщенного подогревателя высокого давления. 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. 3-4,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. 3-4, 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. 3-4,б, где деаэратор, присоединенный через дроссельный регулирующий клапан 3 к 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. 3-4,б) требует дополнительного (по сравнению со схемой на рис. 3-4, 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. 3-4,а, это сопровождается уменьшением потерь энергии, а для схемы на рис. 3-4,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. 3-4,а и б) при этом полностью открыт. В схеме на рис. 3-4,6 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. Так, согласно данным работы [67], питание деаэратора турбоустановки К-1200-240. работающего при постоянном давлении 0,7 МПа, приходится в номинальном режиме производить паром из камеры отбора с давлением 1,8 МПа. Потери энергии от дросселирования пара в регулирующем клапане деаэратора при его включении по схеме 3-4, а снижают тепловую экономичность блока в целом при номинальном режиме на 0,23 %. Эти потери могут быть сокращены двухступенчатым переключением: сначала на питание деаэратора паром регенеративного отбора с более высоким давлением, а при более низких нагрузках — на питание высокопотенциальным паром постороннего источника или свежим паром. Однако это мероприятие, связанное с существенным усложнением тепловой схемы ПТУ и условий ее эксплуатации, все же не устраняет значительных потерь энергии. Так, если производить двукратное переключение деаэратора турбоустановки К-1200-240 при нагрузках соответственно 0,73 Whom и 0,46 Af„ом, то при номинальном режиме снижение экономичности блока составит 0,11 %.
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. 3-4, 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. 3-4,б при режимах после переключения деаэратора на питание паром более высокого потенциала.
На основании изложенного можно сделать вывод, что общее уменьшение эффективности регенерации при снижении нагрузки ПТУ (см. рис. 3-1) определяется двумя факторами: уменьшением степени регенерации qp, связанным со снижением температуры подогрева питательной воды, и отклонением от оптимального распределения подогревов питательной воды между отдельными подогревателями, усиливающимся вследствие поддержания постоянного давления в деаэраторе. Влияние первого из этих факторов может быть ослаблено переключением последнего из основных ПВД.
Скользящее давление в деаэраторе. Эффективный путь устранения отмеченных выше недостатков—отказ от постоянного давления в деаэраторе и перевод его на работу с переменным (скользящим) давлением [45, 64, 67]. При этом могут быть устранены дросселирование пара в регулирующем клапане деаэратора и связанные с ним потери энергии. Как показано в работе [67], достигаемое при этом в номинальном режиме повышение тепловой экономичности турбоустановки К-1200-240 в схемах с одноступенчатым и двухступенчатым переключением деаэратора составляет соответственно 0,23 и 0,11 %. Такой же эффект был бы получен при введении в тепловую схему ПТУ соответственно двух и одной дополнительных ступеней регенеративного подогрева. Распределение подогревов между отдельными подогревателями на частичных нагрузках блока при скользящем давлении в деаэраторе отличается от принятого на номинальном режиме в значительно меньшей мере, чем при постоянном давлении. Вследствие приближения к оптимальному распределению подогревов на частичных нагрузках возрастает коэффициент регенерации kp и соответственно тепловая экономичность блока. В приведенном на рис. 3-5 примере [45] скользящее давление в деаэраторе позволяет повысить тепловую экономичность турбоустановки К-300-240 ХТЗ в широком диапазоне режимов более чем на 1 %.
Исследованиями, выполненными различными организациями, установлено, что в широком диапазоне давлений и гидравлических нагрузок при достаточном выпаре деаэрирующая способность применяемых конструкций деаэраторов стабильна и не вызывает опасений. Надлежащим выбором разности высот установки деаэратора и группы питательных и бустерных насосов, а также сопротивлений соединяющих их трубопроводов может быть предотвращено вскипание питательной воды во всасывающих патрубках насосов и обусловленный этим срыв их работы [45, 64]. При наиболее глубоких сбросах нагрузки, когда происходит переключение деаэратора на питание паром от высокопотенциального источника, на время переключения прерывается подача пара в деаэратор, но и в этих режимах не наблюдается срыва насосов.
Высокая экономичность и надежность работы турбоустановок как при стационарных, так и при переходных режимах подтверждены опытом эксплуатации ряда энергоблоков 300 МВт с турбинами ЛМЗ при скользящем давлении в деаэраторе [64].

Рис. 3-6. Обобщенные характеристики конденсационных ПТУ:    а —
с промперегревом пара (сплошные линии — 23,5 МПа, 813/813 К; штриховые—12,7 МПа, 838/838 К); б — без промперегрева пара (8,8 МПа, 808 К)


Рис. 3-5. Относительное изменение коэффициента регенерации δkp при работе со скользящим давлением в деаэраторе



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