Стационарные, переменные и пусковые режимы энергоблоков ТЭС - Минимальные нагрузки энергоблоков 300 МВт с котлами ΤΓΜΠ-1Ι4

МИНИМАЛЬНЫЕ НАГРУЗКИ ЭНЕРГОБЛОКОВ 300 МВт С ПРЯМОТОЧНЫМИ КОТЛАМИ НА СКОЛЬЗЯЩЕМ
ДАВЛЕНИИ СРЕДЫ
Энергоблоки 300 МВт с котлами ТГМП-114

Дубль-блок 300 МВт состоит из газомазутного двухкорпусного котла ТГМП-114 и турбины К-300-240 ПО ЛМЗ. Котел ТГМП-114 прямоточный, рассчитан на сверхкритические параметры пара, производительностью 264 кг/с, предназначен для сжигания газа и мазута.
Пароводяной тракт корпуса котла выполнен двухниточным. Каждая нитка автономна. Смешение потоков не предусмотрено. Переброс потоков одинарный и осуществлен в районе СРЧ. Анализ расчетов показывает, что при работе на скользящем давлении на котлах ТГМП-114 не должно быть серьезных оснований ожидать опасных нарушений температурного и гидравлического режимов при снижении нагрузки вплоть до растопочного значения. Выполненные экспериментальные исследования полностью подтвердили анализ расчетов.
В стационарных режимах со скользящим давлением до нагрузки энергоблока 170 МВт температурная разверка в НРЧ, СРЧ, ВРЧ-1 практически не изменяется. При дальнейшем снижении нагрузки энергоблока, а следовательно, и давления среды по пароводяному тракту котла происходит смещение экономайзерных, испарительных и перегревательных зон. Статистические характеристики по температурам и давлению среды при разгрузке энергоблока приведены на рис. 3.7
Во всем диапазоне нагрузок энергоблока температура пара за котлом поддерживается номинальной, при этом температура среды по тракту котла снижается, например, при нагрузке 100 МВт по сравнению с номинальной за ВРЧ-1 на 40° С, за НРЧ и СРЧ на 60° С. Давление среды при указанной выше нагрузке соответственно составляет перед ВЗ 10,5 МПа, за НРЧ 11,1 МПа, питательной воды 12,3 МПа. Работа СРЧ в области докритического давления начинается с нагрузки энергоблока 220 МВт. Энтальпия питательной воды на входе в котел практически не изменяется в диапазоне нагрузок 100—240 МВт и составляет 964 кДж/кг, на выходе из экономайзера — 1215 кДж/кг/
С уменьшением нагрузки котла зона кипения среды перемещается в области НРЧ. При нагрузке 110 и 140 МВт кипение среды начинается соответственно на выходе из НРЧ и СРЧ, при нагрузке энергоблока 80 МВт — на входе в НРЧ, а при нагрузках ниже 80 МВт часть змеевиков подвесной системы попадает в область кипения.

Рис. 3.7 Изменение температуры и давления среды по тракту котла ΤΓΜΠ-ΙΙ4 в зависимости от нагрузки энергоблока 300 МВт:
1  — температура среды за ВРЧ-11, 2- то же за ВРЧ-1; 3- то же за СРЧ, 4 — то же за НРЧ; 5 — то же за экономайзером; 6 — давление питательной воды за РПК; 7 —  то же за НРЧ; 8 — то же до ВЗ (заштрихованная часть — область изменения температур)

Недогрев до кипения на входе в экономайзер при указанной выше нагрузке равен 419 кДж/кг, а на входе в ПСКШ 167 кДж/кг. При нагрузке энергоблока 100 МВт недогрев до кипения на входе в НРЧ составляет примерно 84 кДж/кг, а при нагрузке 120 МВт 150 кДж/кг Следует отметить, что кипение среды в отдельных змеевиках НРЧ отмечено и при нагрузках энергоблока 130—135 МВт.
Выход змеевиков на перегрев в диапазоне нагрузок энергоблока 100—160 МВт постоянно наблюдается в СРЧ.
При быстром открытии всех регулирующих клапанов турбины или за счет кратковременного отключения корпуса котла при неизменном положении клапанов и при нагрузках энергоблока 150—170 МВт давление пара за котлом в течение 3—5 мин снижается на 9,3 МПа (24,5—15,2 МПа) и 7,84 МПа (15,68— 7,84 МПа). Температурный режим экранных поверхностей нагрева вполне надежен: наблюдается закономерное при снижении давления уменьшение общего уровня температуры пара и металла без признаков увеличения температурной разверки. При проверке режима котла на сниженном давлении при аварийном отключении ПТН и включении по АВР питательного электронасоса в диапазоне нагрузок энергоблока до 120 МВт опасных нарушений температурного режима экранов не наблюдается. Максимальная температура металла наиболее разверенного змеевика СРЧ в момент перехода с ПТН на ПЭН не превышает 495° С.
В переходных режимах при глубоком (до 9,8 МПа) снижении давления и дополнительной генерации пара за счет использования аккумулирующей способности котла при неизменном режиме по расходам воды и топлива кратковременное снижение температуры пара не превышает 25° С и, следовательно, вполне может быть скомпенсировано при нормальном эксплуатационном запасе на впрысках [48]. Таким образом, котел ТГМП-114 дубль-блока 300 МВт обеспечивает высокую надежность работы до нагрузки 120 МВт как в стационарных, так и в аварийных режимах [48|.
Особый интерес представляет возможность дальнейшей разгрузки энергоблока (ниже 120 МВт). В связи с высоким уровнем массовых скоростей (ωγ) среды в экранах, а также умеренным приростом в них энтальпий с учетом горизонтальной навивки экранов представляется возможным дальнейшее снижение нагрузки энергоблока до 30% номинального значения и ниже. В радиационных поверхностях нагрева котла ТГМП-114 величина ωγ примерно в 1,5 раза больше, чем в указанных поверхностях котла ТГМП-314 энергоблока 300 МВт. Однако внедрение режимов работы энергоблока с нагрузкой ниже 120 МВт в промышленную эксплуатацию требовало тщательных проверок, так как нагрузка 120 МВт соответствует расходу питательной воды на корпус котла, равному 42 —43 кг/с, т. е. является растопочным расходом. Снижение нагрузки энергоблока ниже 120 МВт связано с разгрузкой котла по расходу питательной воды ниже растопочного значения. В табл. 3.3 приведены основные параметры котла при разгрузке энергоблока до 100 МВт.
С уменьшением нагрузки до 100 МВт и соответственно давления в НРЧ до 12 МПа наблюдается, как отмечалось выше, выход части змеевиков СРЧ на перегрев. При нанесении возмущения часть змеевиков НРЧ также выходит на перегрев. Температура металла змеевиков НРЧ и СРЧ с уменьшением нагрузки снижается. Максимальная температура металла змеевиков НРЧ и СРЧ в обогреваемтж зоне при нагрузке 100 МВт не превышает 380° С. Температура металла змеевиков ВРЧ-1 и
ВРЧ-11 несколько выше температуры змеевиков НРЧ, однако находится ниже температур указанных змеевиков при номинальной нагрузке и не превышает 500° С (при нанесении возмущения).
Экспериментальные исследования по разгрузке энергоблока ниже 120 МВт, вплоть до 80 МВт, в стационарных условиях свидетельствуют о надежности работы поверхностей нагрева [96].

Таблица 3.3. Основные параметры котла ТГМП-М4 энергоблока 300 МВт
при скользящем давлении среды

График разгрузки энергоблока от 240 до 100 МВт и ниже при нанесении возмущений на отдельных этапах приведен на рис. 3.8. Как видно из графика, часть змеевиков СРЧ выходит на перегрев до температуры 400° С при нагрузке блока 150 МВт. Со снижением нагрузки энергоблока до 120 МВт и нанесении возмущения открытием регулирующих клапанов турбины и снижением давления среды в тракте котла змеевики СРЧ полностью выходят на перегрев до температуры 450—470° С. Глубокое снижение давления приводит к тому, что некоторые змеевики НРЧ также выходят на перегрев до температуры 400—430° С.
В стационарных режимах и при нагрузке энергоблока 100 МВт выход змеевиков НРЧ на перегрев не отмечен, так же как и при нагрузке энергоблока 120 МВт. Со снижением нагрузки энергоблока до 90 МВт и ниже наблюдались выбеги температур на перегрев до 400—430° С отдельных змеевиков НРЧ также в стационарных режимах. Причем с уменьшением нагрузки энергоблока увеличивалось количество змеевиков с выбегом температур на перегрев. В стационарных, переходных режимах, а также при нанесении возмущения пульсаций расхода среды в экранах не отмечено, как не отмечено и перераспределения среды между отдельными панелями, потоками или змеевиками в панелях экранов. На рис. 3.9 в качестве примера приведена копия записи во времени регистратора расхода среды через экранную трубу № 7 НРЧ при нагрузке энергоблока 100 МВт. Как видно из графика, изменение режима работы приводит к закономерному изменению расхода среды через экранную трубу.

Рис. 3.8. Температура металла поверхностей нагрева котла ТГМП-114 в стационарных режимах и при нанесении возмущений в зависимости от нагрузки энергоблока 300 МВт:
1 - максимальное и минимальное значения температуры металла змеевиком ВРЧ-П в обогреваемой зоне по температурным вставкам; 2 — то же СРЧ, 3 — то же НРЧ, 4 максимальное и минимальное значения температуры металла змеевиков ВРЧ в необогреваемой зоне (нитка А), 5 — то же СРЧ (нитка Л); 6 — то же НРЧ (нитка А), 7 и 8 расход мазута соответственно на корпуса А и Б; 9 — электрическая мощность энергоблока; 1 и 2 кратковременное открытие в течение 10 мин всех регулирующих клапанов турбины; III — изменение рециркуляции дымовых газов на 45% по указателю положения от исходного значения

Одним из наиболее опасных режимов при работе энергоблока минимальных нагрузках, как было отмечено выше, является переход с ПТН на ПЭН или отключение корпуса котла. Указанные режимы дополнительно усугубляются на минимальных нагрузках в связи с расходом питательной воды ниже 30% номинального значения. Быстрое разгружение энергоблока до 120 МВт без стабилизации режима и далее до 100 МВт с осуществлением перехода с ПТН на ПЭН показало надежность его работы. Температура металла ВРЧ в обогреваемой зоне не превышала 500° С, НРЧ — 380° С. Отмечен выбег отдельных змеевиков СРЧ на перегрев до 390° С. В связи с переходом котла на работу с ПЭН давление питательной воды увеличилось от 22 до 30 МПа. В указанном режиме нарушения гидродинамики котла не обнаружено. Через 10 мин после перехода энергоблока на работу с ПЭН был отключен корпус Б. Аварийное отключение корпуса Б при нагрузке энергоблока 100 МВт привело к некоторому разбалансу по топливу и воде, а следовательно, к изменению температур среды по тракту котла, при этом разверка температур среды за НРЧ между нитками А и Б составила около 40° С. Давление среды перед ВЗ кратковременно снизилось до 9 МПа, а расход питательной воды в течение 2—3 мин был увеличен на 16,5 кг/с, мазута — примерно на 1,4 кг/с. Анализ результатов свидетельствует, что надежность работы котельного оборудования и энергоблока при указанных аварийных ситуациях на нагрузке 100 МВт обеспечена [48].

Рис. 3.9. Изменение во времени расхода среды через экранную трубу НРЧ котла ТГМП- 114 при нагрузке энергоблока 100 МВт в стационарных режимах и нанесении возмущения:
I — уменьшение расхода питательной воды по нитке на 4,2 кг/с (20%), 2 — восстановление режима

Режимы работы котла с отключенными ПВД в исследуемом диапазоне нагрузок на скользящем давлении вплоть до нагрузки энергоблока 100 МВт также достаточно надежны. В диапазоне нагрузок 110—200 МВт и изменении давления питательной воды от 11,8 до 21,8 МПа, пара от 11,6 до 20 МПа гидравлический режим радиационных поверхностей надежный. Во всем диапазоне нагрузок температура свежего пара поддерживается на расчетном уровне — 545° С. Температура среды перед ВЗ при нанесении возмущений изменялась в пределах от 400 до 510° С, за ВРЧ-2 —от 360 до 490° С, за ВРЧ-1 —от 330 до 395° С.
Несмотря на существенные колебания температур среды в поверхностях нагрева, нарушения гидродинамики в них не обнаружено. Температура среды за НРЧ и СРЧ при нагрузке 110—112 МВт составила 300—320° С. Начиная с нагрузки энергоблока 200 МВт часть змеевиков СРЧ выходит на перегрев до температуры 390° С. При нагрузке энергоблока 110 МВт выбегов температур змеевиков НРЧ на перегрев не отмечено.
Как с включенными, так и с отключенными ПВД надежность конвективных поверхностей нагрева удовлетворительная. Температура металла КПП ВД, КПП НД, ШПП не превышала предельно допустимых значений.
Таким образом, разгрузка энергоблока на скользящем давлении до нагрузки 100 МВт, что соответствует расходу питательной воды на котел 26% номинального значения, возможна. При дальнейшей разгрузке энергоблока наблюдается выход температуры змеевиков НРЧ на перегрев, смещение зоны кипения на вход НРЧ и отсутствие запаса по недогреву среды до кипения на входе в НРЧ.