Энергоблоки 250/300 МВт с котлами ΊΤΜΠ-344Α, оборудованными НРС
Моноблок 250/300 МВт состоит из котла ТГМП-344А и турбины Т-250/3-240 ПО ТМЗ. Котел ТГМП-344А состоит из топочной камеры и конвективной шахты, соединенных в верхней части горизонтальным газоходом. Паропроизводительность котла 277 кг/с. Он оборудован 16 газомазутными горелками, установленными встречно на фронтовой и задней стенах топочной камеры в два яруса. Питательная вода после РПК проходит экономайзер, ПСКШ и поступает в верхний коллектор. В этот же коллектор подается среда из отборов рециркуляции среды. Схема пароводяного тракта с НРС и с отборами ее на рециркуляцию приведена на рис. 3.17 Режим работы энергоблока на скользящем давлении производился при полностью открытых первых четырех регулирующих клапанах турбины.
Первоначально разгрузка энергоблока производилась на скользящем давлении среды в диапазоне нагрузок 30—70% номинального значения с включенными ПВД и 35—60% с отключенными ПВД на котле, не оборудованном НРС [165]. При разгрузке блока до 40% номинального значения с включенными ПВД существенных нарушений гидравлического и температурного режимов не отмечено. Наиболее опасными с точки зрения температурных разверок и абсолютных значений температур явилась СРЧ, однако температура среды в наиболее разверенных змеевиках не превышала 350°, а межпанельная температурная разверка составила 15° С. Со снижением нагрузки до 35% номинальной межпанельная температурная разверка в СРЧ увеличилась до 40° С, что свидетельствует о неблагоприятном гидравлическом режиме в этой поверхности [103, 165].
Рис. 3.17 Схема пароводяного тракта котла ТГМП-314А теплофикационного энергоблока 250/300 МВт с НРЧ:
1 — экономайзер; 2 — ПСКШ; 3 — НРЧ, I — ступень; 4 — НРЧ, II ступень; 5 — НРЧ, III -ступень; 6 — СРЧ, I- ступень; 7— СРЧ, II- ступень; 8— ВРЧ, I ступень; 9— ВРЧ, ступень; 10 -ЭКШ, II -ПЭ; 12—ШПГ1, I ступень; 13 — ШПП, II ступень; 14 — пароперегреватель, I ступень; 15 — пароперегреватель, II ступень; 16 - ПП, I ступень; 17 ПП, II ступень
Температура металла экранных труб НРЧ-1, II и СРЧ при нанесении возмущений, разбалансом вода — топливо, степени рециркуляции дымовых газов до 30% исходного значения, отключением отдельных горелок не превышала 460° С. В НРЧ-3 температура металла при этом достигала 540° С. Снятие возмущений приводило к восстановлению исходных значений температур.
В режимах с отключенными ПВД в наиболее тяжелые условия работы также попадает СРЧ. Гидравлический режим СРЧ при этом ухудшается в большей степени, чем при работе с включенными ПВД. Так, при нагрузке 40% номинальной температура среды на выходе из разверенных панелей СРЧ-2 повышается до 380—410° С, что превышает среднюю температуру в этой панели на 70—100° С [165]. При нагрузках меньше 40% номинальной среда в разверенных панелях СРЧ нагревается до температур, недопустимых по условиям работы сопряженных панелей. На основании анализа исследований энергоблока с котлом ТГМП-344А, не оборудованным НРС в режимах скользящего давления, рекомендована работа энергоблока с включенными ПВД в диапазоне нагрузок 40—70%, а без ПВД — 50—70% номинального значения [165]. Дальнейшее снижение нагрузки энергоблока возможно при улучшении гидродинамики радиационных поверхностей нагрева и, в частности, СРЧ.
Одним из таких способов является увеличение массовых скоростей в экранах. Установленный в дальнейшем на котле ТГМП-344А НРС позволил значительно увеличить массовые скорости в радиационных поверхностях нагрева котла при частичных нагрузках и тем самым расширить регулировочный диапазон нагрузок энергоблока. Повышение массовых скоростей в радиационных поверхностях нагрева котлов происходит путем увеличения циркуляции среды. Для определения циркуляции среды целесообразно использовать коэффициент кратности циркуляции среды К, который в общем виде можно записать так:
(3.3)
Для прямоточных котлов, например ТГМП-344А, коэффициент К можно определить также по изменению энтальпии среды в тракте:
где Doбщ. расход среды за смесителем; Dп.в. расход питатель ной воды; Dpeц. — расход среды в трубопроводе отбора на рециркуляцию. В диапазоне нагрузок энергоблока 30—80% номинальной при работе на постоянном давлении значения и характер разверок температур среды за панелями и змеевиками практически не зависят от того, работает котел с включенными НРС или без них.
Рис. 3.18. Кратность циркуляции среды в экранах котла ТГМП-344А теплофикационного энергоблока 250/300 МВт в зависимости от расхода питательном воды на котел (Д,в) и на привод гидротурбины (D т)·
I — D= 60 кг/с, топливо — газ, ПВД включены; 2-D= I20 кг/с. топливо газ, ПВД отключены; 3— Dne=97 кг/с, топливо мазут. МВД включены; 4 расход воды на гидромуфту 28 кг/с, ПВД отключены. 5 то же, ПВД включены
В обоих режимах разверки минимальны (5—12° С). Со снижением нагрузки ниже 30% разверки уменьшаются при работе с НРС и становятся практически равными нулю при расходе питательной воды на котел 55 кг/с, т. е. 20% номинального значения. Это можно объяснить тем, что НРЧ и СРЧ находятся в зоне максимальных теплоемкостей.
При работе котла без НРС разность температур среды на выходе змеевиков стыкуемых ходов НРЧ I и НРЧ-П составляет 30° С и имеет тенденцию к росту по мере снижения нагрузки котла, однако эта разница не превышает допустимого значения. С включением НРС разность температур уменьшается. Так, при нагрузке котла 30% номинальной разность температур составляет 5—10° С и приближается к нулю при его разгрузке по расходу питательной воды до 55 кг/с, при этом температура металла труб НРЧ-3 и СРЧ-I практически не изменяется.
При расходе питательной воды 55 кг/с температура металла труб НРЧ-I и НРЧ-П составила 400° С а НРЧ-2 и СРЧ-1 390 С. Повышение температур металла труб при включении НРС происходит за счет роста общего уровня температур за поверхностями вследствие увеличения кратности циркуляции среды. Главной особенностью НРС с гидротурбинным приводом является возможность регулирования производительности котла с изменением кратности циркуляции среды. Пределы изменения кратности циркуляции достаточно широки. В диапазоне изменения загрузки гидротурбины от 28 до 19 кг/с при нагрузке котла 55 кг/с . При нагрузке 120 кг/с с отключенными ПВД К= 1,9-1,55.
На рис. 3.18 приведен график изменения кратности циркуляции среды в экранах котла от расхода воды на привод гидротурбины. Определив K исходя из наперед заданных критериев оценки надежности поверхностей нагрева (разверки и разности температур среды, температуры металла труб), можно выбирать оптимальную кратность циркуляции среды при различных режимах работы котла. Там же приведено изменение кратности циркуляции среды в экранах котла ТГМП-344А от его нагрузки при расходе силовой воды на гидротурбину 28 кг/с.
Как следует из графика, К=1,2 — 2,2 в диапазоне нагрузок 200—70 кг/с.
Следует отметить, что для котлов с НРС, так же как и для котлов без них, представляет интерес надежность работы котлов при нанесении различного рода возмущений. Установлено, что надежность работы поверхностей нагрева с включением НРС в диапазоне нагрузок до 30% номинального значения достаточно высокая как при постоянном, так и при скользящем давлении.
При расходе питательной воды 100 кг/с в режиме скользящего давления все поверхности котла ТГМП-344А до ВЗ работают с пароводяной смесью на входе. Разверки температур среды за панелями НРЧ-1 и СРЧ-1 составляют 3—5° С, а за панелями НРЧ-Π,Ι II и СРЧ-П практически отсутствуют. Разверки температур среды в змеевиках панелей НРЧ и СРЧ не превышают 5—10° С. Температура металла труб в обогреваемой зоне составляет: НРЧ-1 345, НРЧ-2 и НРЧ-3- 355, СРЧ-1 - 360° С.
Приведенные выше значения критериев оценки надежности поверхностей нагрева практически не изменялись в режимах изменения соотношения вода — топливо до 20%, НРС в режимах с пароводяной смесью на входе работают также устойчиво и надежно. Снижение расхода силовой воды на гидротурбину, например, с 28 кг/с до 22 кг/с при 30%-ной нагрузке энергоблока практически не вызывает изменения температурного режима экранов НРЧ и СРЧ. Снижение расхода силовой воды до 16,5 кг/с вызывает незначительную (до 15° С) разверку температур среды по змеевикам СРЧ II, а при снижении силовой воды до II кг/с рециркуляция среды прекращается, что подтверждается также снижением температуры среды в смесителе до ее температуры за ПСКШ.
Прекращение рециркуляции среды в поверхностях нагрева котла при 30% номинального значения нагрузки энергоблока вызывает повышение температуры среды за панелями СРЧ в среднем на 20—40° С, а при определенных условиях эти значения могут быть существенно выше. Разверка температур среды за змеевиками панелей СРЧ-1 и СРЧ-П увеличивается до 25— 35° С. При нагружении гидротурбины НРС до расхода силовой воды на нее 28 кг/с температурный режим поверхностей нагрева котла восстанавливается. Таким образом, в диапазоне нагрузок 30—70% номинального значения работа котла ТГМП-344А и энергоблока в целом обеспечена при включенных НРС на минимальных нагрузках, что позволяет расширить диапазон нагрузок энергоблока.
Снижение нагрузки энергоблока при работе на скользящем давлении возможно также при модернизации раздающей системы СРЧ по типу «паук» и повышении массовых скоростей с использованием, например, эффекта естественной рециркуляции среды без НРС [165].
