РЕЖИМЫ ПУСКА ЭНЕРГОБЛОКОВ С ПОНИЖЕННЫМ (НИЖЕ 30% НОМИНАЛЬНОГО ЗНАЧЕНИЯ) РАСХОДОМ
ПИТАТЕЛЬНОЙ ВОДЫ
Прямоточные котлы сверхкритического давления без насосов рециркуляции среды проектируются, как правило, на работу в пусковых режимах с растопочным расходом питательной воды 30% номинального значения. Снижение растопочного расхода питательной воды ниже 30% номинального значения возможно только на некоторых типах котлов после проведения специальных исследований по определению надежности работы оборудования.
На энергоблоке 300 МВт с котлом ТГМП 114 пуски из различных тепловых состояний осуществлялись при расходе пита тельной воды на нитку 14 или 28 кг/с на корпус, что на 33% ниже принятого растопочного расхода воды на котел — 83 кг/с.
В пусковых режимах при сниженном растопочном расходе питательной воды работа турбины и генератора замечаний не вызывает, все критерии надежности находятся в допустимых пределах.
Элементом энергоблока, требующим дополнительных исследований, является котел, в связи с чем главное внимание при пусках с пониженным растопочным расходом питательной воды необходимо уделять надежности работы поверхностей нагрева котла и допустимым скоростям прогрева металла толстостенных элементов энергоблока. Главными критериями, обеспечивающими возможность снижения расхода воды на котел ниже общепринятого растопочного значения 30% номинального, являются достаточно высокая массовая скорость в радиационных поверхностях нагрева и умеренное их тепловосприятие. Расчеты показывают, что при уменьшении растопочного расхода питательной воды до 20% номинального значения надежность работы металла этих поверхностей не ухудшается.
Основным из факторов, влияющим на достаточную надежность работы котлов ТГМП-114, являются высокие массовые скорости в радиационных поверхностях нагрева, которые почти в 1,5 раза выше скоростей в таких котлах, как ТГМП-314, ТПП-210, ТГМП-204 и др.
В режимах пусков как с 30%-ным растопочным расходом питательной воды, так и при сниженном растопочном расходе, определяющем необходимость выполнения той или иной операции при пуске котлов, является температура среды перед ВЗ.
Скорость получения необходимой температуры перед ВЗ зависит от стартового расхода топлива, так как расход воды в экранах остается постоянным до выхода котла на прямоточный режим и закрытия сброса среды в РР Изменение энтальпии среды перед ВЗ в зависимости от расхода топлива можно определить по формуле
(5.1)
где Оп.в — расход питательной воды на котел; Вп — расход мазута на котел; Qр.н. — низшая теплота сгорания топлива; hпв энтальпия питательной воды; к — экспериментальный коэффициент, характеризующий долю теплоты, воспринятой экранами котла до ВЗ.
По данным экспериментальных исследований при пуске энергоблока 300 МВт с котлом ТГМП-П4 при сниженном растопочном расходе питательной воды до 20% номинального значения к— 0,62 -0,65, что практически соответствует указанному коэффициенту для котлов ТГМП-204 блока 800 МВт [77]. Выбор необходимого стартового расхода топлива при пуске блока является важным, так как от него зависит продолжительность последующих операций и время пуска энергоблока.
Рис. 5.7 Поправки на изменение энтальпии среды (а) и температуры ее (б) перед ВЗ в зависимости от отклонения растопочного расхода питательной воды при пуске энергоблока 300 МВт с пониженным до 20% номинального значения растопочным расходом питательной воды:
I — отклонение растопочного расхода питательной воды на 2,8 кг/с; 2 — то же на 5,6 кг/с; 3 — то же на 8.4 кг/с; 4 — то же на 11,2 кг/с
На рис. 5.7 приведены номограммы поправок на изменение энтальпии (а) и температуры (б) среды перед встроенной задвижкой в зависимости от отклонения расхода питательной воды и топлива при пуске блока 300 МВт с котлом ТГМП-114 с пониженным до 20% номинального значения расходом питательной воды. Номограммы построены для теплотворной способности мазута, сжигаемого в топке, Qпн = 40 430 кДж/кг. Как видно из номограмм, при отклонении расхода питательной воды, например, на 5,5 кг/с для поддержания ее температуры перед ВЗ на уровне 410° С необходимо изменить расход топлива на 0,5 кг/с.
Как известно, перед толчком ротора турбины независимо от значения растопочного расхода питательной воды должна быть достигнута определенная паропроизводительность котла, например для энергоблоков 300 МВт при пусках из неостывшего состояния— 16,5 кг/с [152]. Это количество пара достигается в результате дросселирования среды на клапанах Д-1 с последующей ее сепарацией во ВС при определенной температуре среды до ВЗ и давлении во ВС. Количество пара, получаемого в процессе дросселирования среды, можно определить так:
(5.2)
где Wn в — расход питательной воды; hвз энтальпия среды перед ВЗ; h' — энтальпия кипящей воды на линии насыщения при давлении в ВС; r—скрытая теплота парообразования при давлении в ВС.
Рис. 5.8. Номограмма для определения расхода пара из РР энергоблока 300 МВт в зависимости от температуры и давления среды при растопочном расходе питательной воды 30% номинального значения
Номограмма для определения расхода пара из растопочного расширителя энергоблока 300 МВт приведена на рис. 5.8. В качестве примера пользования номограммой определим расход пара из расширителя в режиме синхронизации и включения генератора в сеть. При температуре среды перед ВЗ, равной 380° С, и давлении в сепараторе 4,5 МПа давление среды в расширителе равно I МПа, а количество образуемого из воды пара со степенью сухости 0,21 в расширителе равно 9,2 кг/с.
Рис. 5.9. Изменение паропроизводительности ВС котла ТГМП-114 энергоблока 300 МВт от температуры среды перед ВЗ при ее давлении 25 МПа, расходе питательной воды 30% (а) и 20% (б) номинального значения, и давлении среды во ВС р
На рис. 5.9 приведены графики определения расхода пара из встроенного сепаратора в зависимости от температуры среды перед ВС. Как видно из графиков, одинаковое количество пара при 30%- и 20%-ном растопочном расходе питательной воды можно получить при под держании перед ВЗ различных температур среды, причем в первом случае необходимо поддерживать перед ВЗ более низкую температуру.
При пусках энергоблока с пониженным растопочным расходом питательной воды, как и при пусках с расходом воды 30% номинального значения, в наиболее тяжелые условия попадают конвективные поверхности нагрева. Однако с учетом меньшего начального расхода топлива работа их при пуске энергоблока о- пониженным растопочным расходом воды улучшается. Так, при пуске из неостывшего состояния перед толчком ротора турбины температура газов в поворотной камере снижается по сравнению с температурой при пуске с 30%-ным растопочным расходом воды на 50—70° С, что в последующий период пуска энергоблока улучшает условия регулирования температуры перегрева пара.
Экспериментально установлено, что в начальный период пропуска пара через пароперегреватель обеспечиваются допустимые скорости расхолаживания труб ШПП, прогрева толстостенных элементов тракта котла и главных паропроводов. Снижение растопочного расхода питательной воды на эффективность работы ВС практически не влияет. Продолжительность подключения пароперегревателя лимитируется в основном скоростями прогрева выходных камер котла и при пуске со сниженным расходом питательной воды остается неизменной.
Рис. 5.10. График пуска энергоблока 300 МВт с котлом ТГМП-М4 с расходом питательной воды 20% номинального значения, после простоя 7 ч 20 мин: 1,2— температура газов в поворотной камере соответственно справа и слева; 3,4 — температура пара на выходе из котла корпуса Б; 5, 6 — температура металла выходных камер КПП ВД (низ); 7 8 — температура пара на выходе из котла корпуса А; 9 — температура среды перед ВЗ; 10 температура питательной воды на входе в котел; 11 — вакуум в конденсаторе; 12 — расход питательной воды на одну нитку корпуса котла; 13 — количество мазутных форсунок в работе; 14 — частота вращения ротора турбогенератора; 15 — давление пара за котлом; 16 электрическая нагрузка энергоблока; 17 — давление пара промежуточного перегрева; XXIII толчок ротора турбины (остальные обозначения см. на рис. 5.5)
В последующий период пуска (после включения генератора в сеть) основной особенностью является более быстрый выход котла на прямоточный режим. При пуске энергоблока из горячего состояния с пониженным расходом воды переход на прямоточный режим производится сразу же после включения генератора в сеть и набора первоначальной нагрузки. Более глубокое снижение растопочного расхода питательной воды обеспечит перевод котла на прямоточный режим до момента толчка ротора турбины.
Анализ температурного режима радиационных и конвективных поверхностей нагрева при пусках энергоблока с пониженным растопочным расходом питательной воды из различного теплового состояния свидетельствует о надежности их работы. Температура металла не превышает предельно допустимых значений по условию окалинообразования. Например, при пуске энергоблока из холодного состояния в момент включения генератора в сеть максимальное значение температур металла НРЧ, СРЧ, ВРЧ-1 и ВРЧ-П в обогреваемой зоне не превышало 440° С. С набором электрической нагрузки несколько возрастает и температура металла поверхностей нагрева. В целях повышения надежности работы оборудования котлов и энергоблоков в целом при сниженном растопочном расходе питательной воды необходимо дополнительно установить контрольно-измерительные приборы, рассчитанные на работу с малыми расходами питательной воды и топлива, а также обеспечить устойчивую работу части регуляторов.
Технология пусков энергоблоков с пониженным растопочным расходом воды осуществляется на сепараторном режиме с отсеченным пароперегревателем в начальной стадии пуска по унифицированной технологии. В качестве примера на рис. 5.10 приведен график режима пуска энергоблока 300 МВт с котлом ΤΓΜΠ-1Ι4 из горячего состояния после останова на 7 ч 20 мин. На рис. 5.11 показаны кривые изменения температуры металла поверхностей нагрева котла при указанном пуске энергоблока. Исходное тепловое состояние перед пуском энергоблока было следующее: температура металла выходных камер КИП ВД составляла 250-304° С, температура металла паровпуска ЦВД соответственно верха и низа 444 и 432° С, температура металла паровпуска ЦСД соответственно верха и низа 450 и 405° С.
Технологический режим растопки с пониженным расходом питательной воды аналогичным режиму пуска с расходом воды 30% номинального значения. Промывка тракта до ВЗ, как и при пусках энергоблоков из неостывшего состояния, не выделялась в отдельную операцию, а совмещалась с началом растопки котла. После заполнения бустерными насосами котла водой через 25 мин был включен ПЭН, а еще через 10 мин был установлен растопочный расход питательной воды 14 кг/с на нитку. Включение горелок № 2 и № 5 по обоим корпусам котла произведено одновременно, и установлен растопочный расход топлива на уровне 14—16% номинального значения, что примерно на 2—3% ниже расхода топлива при пуске энергоблока с 30%-ным расходом питательной воды и несколько выше требуемого. Это привело к некоторой перефорсировке котла и позволило уже через 40 мин после розжига форсунок получить толчковые параметры. После достижения температуры перегретого пара 520° С произведен толчок ротора турбины.
Рис. 5.11. Температурный режим поверхностей нагрева котла ТГМП-114 энергоблока 300 МВт при пуске с пониженным до 20% номинального значения расходом питательной воды после простоя 7 ч 20 мин:
1,2 — максимальное и минимальное значения температуры металла ВРЧ-II и обогреваемой зоне; 3, 4 — то же ВРЧ-1; 5, в то же СРЧ; 7, 8 — то же НРЧ, 9, 10— то же выходных змеевиков ВРЧ-П в необогреваемой зоне; 11, 12 то же ВРЧ-1; 13, 14 — то же СРЧ, 15, 16 то же НРЧ
Температура газов в поворотной камере достигла 580° С. Выход котла на прямоточный режим осуществлен при нагрузке 50 МВт. Последующим увеличением расхода топлива и питательной воды нагрузка энергоблока была увеличена до 150 МВт, после чего был произведен переход с ПЭН на ПТН.
Температура металла радиационных и конвективных поверхностей нагрева котла находилась в допустимых пределах.
Рис. 5.12. График-задание пуска энергоблока 300 МВт из горячего состояния (температура паровпуска ЦВД-400°С, температура паровпуска ЦСД-420°С, продолжительность простоя 2—8 ч) при растопочном расходе питательной воды, равном 20% номинального значения:
XXIV отключение пусковых впрысков в главные паропроводы; XXV отключение паровых байпасов и аварийных впрысков промежуточного пароперегревателя; ВΚ1 и ВК2 — соответственно расход топлива на первый и второй корпуса котла (остальные обозначения см. на рис. 5.5)
С увеличением нагрузки энергоблока, естественно, температура увеличивалась, при этом до момента толчка ротора турбины температура металла змеевиков ВРЧ-11 и ВРЧ-1 в обогреваемой зоне не превышала 400° С, змеевиков СРЧ 380° С, а температура металла змеевиков НРЧ находилась в пределах от 300 до 400° С.
Максимальные значения температуры металла в ВРЧ-2 и ВРЧ-1 достигались после выхода котла на прямоточный режим при нагрузке энергоблока примерно 140 МВт, которые не превышали 500° С. Однако указанный кратковременный рост температур металла вызван некоторым несоответствием в расходе топлива и питательной воды и не является характерным для пусков (см. рис. 5.8). Анализ выполненных пусков из холодного и неостывшего состояний и горячего резерва при сниженном до 20% номинального значения расходе питательной воды свидетельствует также о достаточной надежности работы как радиационных, так и конвективных поверхностей нагрева.
На рис. 5.12 и 5.13 приведены наиболее характерные графики- задания пусков энергоблоков 300 МВт с котлом ТГМП-114 из горячего и неостывшего состояний при растопочном расходе питательной воды 20% номинального значения.
Рис. 5.13. График-задание пуска энергоблока 300 МВт из неостывшего состояния (температура паровпуска ЦВД 340—280° С. температура паровпуска ЦСД 300—320° С, продолжительность простоя 32—55 ч) при растопочном расходе питательной воды, равном 20% номинального значения:
V, V' — прогрев паропроводов промперегрева и вторых перепускных труб ЦВД турбины; 7- открытие стопорных клапанов ЦСД и закрытие сбросных клапанов (остальные обозначения см. на рис. 5.12)
Графики-задания пусков энергоблоков из горячего и неостывшего состояний, как и другие графики-задания из холодного и неостывшего состояний и горячего резерва построены на основании анализа пусковых режимов энергоблоков 300 МВт с котлом ТГМП-114 при сниженном растопочном расходе питательной воды.
