Стационарные, переменные и пусковые режимы энергоблоков ТЭС - Минимальные нагрузки энергоблоков 150 МВт с котлами ТГМ-94

МИНИМАЛЬНЫЕ НАГРУЗКИ ЭНЕРГОБЛОКОВ
150—200 МВт С БАРАБАННЫМИ КОТЛАМИ

Неравномерность графика электрических нагрузок при прочих равных условиях с ежесуточными глубокими разгрузками на ночь требовала определить минимальную нагрузку энергоблоков 150—200 МВт по условиям надежности работы оборудования. В процессе исследования энергоблоков с барабанными котлами в режимах минимальных нагрузок особое внимание уделялось изучению надежности циркуляции в экранной системе, температурному режиму барабана и пароперегревателей свежего пара и пара промежуточного перегрева, топочному режиму, надежности работы турбин, системы регенерации и вспомогательному оборудованию.

Энергоблоки 150 МВт с котлами ТГМ-94

Котел ТГМ-94 газомазутный производительностью 139 кг/с с давлением в барабане 15,5 МПа, температурой свежего пара и пара промежуточного перегрева 555° С, имеет П-образную компоновку. Горелки (28 шт.) расположены с фронта в четыре яруса по семь штук в каждом. Как правило, в эксплуатации находятся три яруса горелок. Первоначально согласно рекомендациям. завода-изготовителя минимальная нагрузка энергоблока 150 МВт с котлом ТГМ-94 по условиям циркуляции рабочей среды была задана 90 МВт на номинальном и 80 МВт на скользящем давлении среды [91, 102|.
Для исследования минимальных нагрузок котлов ТГМ-94 и энергоблоков на одном из них была смонтирована специальная схема циркуляционных измерений, включающая измерения скоростей циркуляции в 23 экранных трубах и 3 опускных трубах, а также температуры металла 11 экранных труб.

Рис. 3.1. Предельные значения скоростей циркуляции и температуры металла в обогреваемой зоне бокового экрана котла ТГМ-94 энергоблока 150 МВт в зависимости от давления среды в барабане р6.
I и 2 — максимальная и минимальная скорости циркуляции среды в экранных трубах соответственной № 56 и № 86; 3 и 4 — максимальная и минимальная температуры металла по вставкам соответственно экранной трубы № 16 и № 86

На рис. 3.1 представлены графики максимальных значений скоростей циркуляции и температуры металла по вставкам бокового экрана в зависимости от нагрузки при работе котла на мазуте (на номинальном давлении) При номинальной нагрузке максимальные и минимальные скорости циркуляции составляют примерно 1,4 и 1,2 м/с. Со снижением нагрузки до 50—60 МВт скорости уменьшаются незначительно (всего на 0,1— 0,2 м/с) и практически не зависят от давления в барабане. Дальнейшее снижение нагрузки больше сказывается на уменьшении скоростей. При нагрузке 30 МВт их максимальное и минимальное значения составляют 0,9 и 0,8 м/с. При снижении давления в барабане температура металла снижается с уменьшением температуры насыщения. При номинальной нагрузке максимальные и минимальные значения температур металла в обогреваемой зоне составляют 395 и 365° С.

Рис. 3.2. Изменение усредненной по экранным трубам массовой скорости (а) и кратности циркуляции (б) в центральной панели фронтового экрана котла ТГМ-94 в зависимости от нагрузки энергоблока при давлении в барабане;
1, 2 и 3 — соответственно 13 — 15, 10—12 и 7—8 МПа; 4 — фактическая кратность циркуляции для трубы № 55 с минимальной скоростью циркуляции при 13—15 МПа
Рис. 3.3. Скорости циркуляции и температурный режим по ширине заднего экрана котла ТГМ-94 энергоблока 150 МВт:
1 —температура металла и скорости циркуляции при нагрузке энергоблока 150 МВт и давлении в барабане 15 МПа; 2 — то же при 30 МВт и 13 МПа; 3 — то же при 30 МВт и 10 МПа; 4 — то же при 30 МВт и 7 МПа

Разница между максимальной и минимальной температурами металла 30° С с устойчивым движением среды и ее массовым паросодержанием меньше 40% (максимальная кратность циркуляции равна 3,2 — рис. 3.2, б) обусловлена только местными тепловыми нагрузками. Это объясняется тем, что при указанных условиях невозможно явление ухудшенного теплообмена от среды к стенке из-за перехода режима кипения от пузырькового к пленочному при всех реально возможных тепловых нагрузках.
При снижении нагрузки до 30 МВт температура металла по вставкам упомянутых труб уменьшается до 340 и 330° С. Снижение разницы температуры металла труб с максимальным и минимальным обогревами свидетельствует о выравнивании локальных тепловых нагрузок с уменьшением паропроизводительности котла. Пульсации температур отсутствовали. Изменение температуры металла по времени в течение 3—5 мин составляет не более 5° С. Пульсации расхода среды незначительны — амплитуда пульсации в трубах не превышает 0,1 м/с.
Для фронтового и заднего экранов котла ТГМ-94 характер зависимостей скорости циркуляции и температуры металла по вставкам от нагрузки аналогичен. Их максимальные и минимальные значения представлены в табл. 3.1.
В бывшей пароперегревательной панели фронтового экрана отмечен более высокий уровень скоростей (1,6—1,9 м/с при номинальной нагрузке), что объясняется более развитой опускной и пароотводящей системами труб этой панели. Сечение ее водоопускных труб составляет 99%, пароотводящих 69% по отношению к сечению экранных труб, вместо 45—55% для остальных панелей, кроме угловых панелей заднего экрана. Для последних сечение опускных и пароотводящих труб составляет соответственно 65 и 62%, и в них, несмотря на меньшее тепловосприятие, также наблюдаются более высокие скорости циркуляции (рис. 3.3). Наибольшая температура металла 410° С отмечена при номинальной нагрузке на фронтовом и заднем экранах по центру топки. Ей соответствуют температурный напор 70° С и максимальная локальная тепловая нагрузка 349—372 кВт/м2 (по расчету).
Таблица 3.1. Граничные скорости среды и температуры металла экранов котла ТГМ-94 энергоблока 150 МВт

Примечание. В числителе — максимальные значения, в знаменателе — минимальные.

В проведенных испытаниях циркуляции центральной панели фронтового экрана при работе на газе локальные тепловые потоки были менее 233 кВт/м2 в том же районе. Сравнительно низкие локальные теплонапряжения даже при работе на мазуте можно объяснить, по-видимому, большим числом горелок малой производительности. На скользящем давлении среды в диапазоне нагрузок 50—150 МВт уменьшение давления в барабане от 15 до 8 МПа практически не сказывается на изменении скорости циркуляции. Только при нагрузке 30—40 МВт и ниже наблюдается их некоторое уменьшение (на 0,5—0,1 м/с), что находится в пределах точности измерения (см. рис. 3.1 и 3.3)
Если в расчет брать массовую скорость или пропорциональную ей кратность циркуляции, то их значения возрастают со снижением давления при всех нагрузках. Проведенный расчет циркуляции средней панели бокового экрана при нагрузке 60 МВт и давлении 13, 10 и 7,5 МПа показал хорошую сходимость с результатами опытов. Расчетные скорости циркуляции при этих давлениях составляют соответственно 1,19; 1,23 и 1,28 м/с.
Анализ экспериментальных исследований показывает (см. рис. 3.2), что, несмотря на уменьшение массовой скорости, кратность циркуляции в центральной панели фронтового экрана, так же как и в других экранах, растет от 5 при номинальной нагрузке до 19—22 при нагрузке 30 МВт. Кроме того, определена фактическая зависимость кратности циркуляции от нагрузки для трубы с наименьшей скоростью циркуляции (труба № 55, рис. 3.2, б, кривая 4) по тепловосприятию соответствующей трубы конструктивно идентичной соседней панели радиационного пароперегревателя с учетом возможной разверки расхода пара. Кратности циркуляции при этом получаются более низкими как за счет меньших скоростей в упомянутой трубе по сравнению с их средними значениями, так и за счет большей действительной паропроизводительности по сравнению с паропроизводительностью по тепловому расчету. Их значения увеличиваются с 3,2 до 13 с уменьшением нагрузки от номинальной до 30 МВт. Массовое паросодержание среды при номинальной нагрузке, равное 31% и соответствующее фактической минимальной кратности циркуляции трубы, также обеспечивает невозможность кризисного кипения, что и подтверждается надежным ее температурным режимом. Поскольку с учетом запаса по максимально допустимому массовому паросодержанию среды предпочтительная кратность циркуляции не менее четырех, а также в связи с наличием наклонных участков труб в районе разводки у горелок и возможностью перегрузки энергоблока до 160 МВт рекомендуется для центральной панели фронтового экрана увеличить число пароотводящих труб с двух до трех.
Экспериментальные исследования со снижением и подъемом нагрузки в диапазоне 30 -150 МВт со скоростями до 3 МВт/мин, в том числе опыты с наиболее тяжелым режимом одновременного подъема нагрузки и давления со скоростью подъема температуры насыщения до 1° С/мин также показали, что циркуляция в экранах устойчива, а температурный режим металла труб надежен. Во время снижения (подъема) нагрузки происходит плавное уменьшение (увеличение) скоростей циркуляции и температуры металла труб (см. рис. 3.1). Скорости циркуляции не снижались менее 0,7 м/с (минимальная скорость при 30 МВт), а температура металла не превышала 410° С (максимальная температура при нагрузке 150 МВт).
Во время пуска энергоблока циркуляция и температурный режим экранов также надежны. В результате исследований была рекомендована минимальная нагрузка 60 МВт [91].
В целях дальнейшего расширения диапазона нагрузок и повышения маневренности энергоблока была выполнена модернизация оборудования, т. е. проведены следующие мероприятия:
уменьшение количества горелок с 28 до 6 шт.;
изменение схемы ввода газов рециркуляции в’ топку: вместо подачи газов рециркуляции через шлицы заднего экрана они подаются в воздушные каналы горелок;
упрощение компоновки газовоздушного тракта: установлен один РВП-98 вместо трех ΡΒΓΙ-54, один дымосос ДОД-31,5 вместо двух Д-25 X 2, один дутьевой вентилятор ВДН-32Х6 вместо двух ВДН-23Х2; установление мембранного ширмового пароперегревателя;
уменьшение количества газовых отверстий горелок в целях повышения сопротивления газовых насадок горелок и повышения давления природного газа перед горелками при низких нагрузках.
Выполненная реконструкция оборудования блока 150 МВт с котлом ТГМ-94 позволила рекомендовать минимальную нагрузку 45 МВт. Снижение нагрузки ниже 45 МВт сопровождается неустойчивой работой автоматики питания котла, отсутствием контроля по расходам воды, пара, топлива, увеличением перепада давления среды на РПК до недопустимого значения и т. д. Следовательно, снижение нагрузки котла и блока ниже 45 МВт возможно после проведения дополнительных мероприятий, направленных на повышение надежности эксплуатации котлов и блоков на минимальных нагрузках.