Живучесть паропроводов стареющих ТЭС - Совершенствование пусковой схемы и исследование условий эксплуатации дубль-блоков 300 МВт с котлами ТГМП—114

ПРИЛОЖЕНИЕ 5
Совершенствование пусковой схемы и исследование условий эксплуатации дубль-блоков 300 МВт с котлами ТГМП-114 по моноблочной технологии
Уже к 1975 г. осознание необходимости существенного увеличения маневренности дубль-блоков 300 МВт с котлами ТГМП-114 определило постановку и реализацию на Костромской ГРЭС крупного исследования, проведенного ее специалистами совместно с ВТИ и ОРГРЭС.

П5.1. Постановка проблемы

Проблема прохождения минимумов нагрузки в воскресные и праздничные дни за счет пуско-остановочных режимов была практически решена до 1975 г. только для моноблоков. Большой объем экспериментальных и расчетных работ позволил создать и освоить технологию их пуска с минимальными пусковыми потерями. Для дубль-блоков 300 МВт, составляющих 66% общего числа блоков этой мощности в 1975 г., фактические времена пусков в силу причин схемного порядка и технологического характера были значительно выше. Типовая инструкция по пуску дубль- блоков, введенная в действие в 1972 г., не отражала ряда важных достижений, полученных за предшествующее десятилетие в области повышения маневренности энергоблоков СКД. Вместе с тем, оказалось вполне реальным использовать эти достижения и в пусковых режимах дубль-блоков, если проводить эти пуски с одновременной растопкой обоих корпусов котла.
При положительных результатах отработки такой технологии для дубль-блоков появилась возможность и значительного упрощения пусковой схемы дубль-блоков за счет ее приближения к моноблочной схеме. Это, естественно, исключило возможность работы дубль-блоков в однокорпусном режиме.
Анализ работы дубль-блоков до 1975 г. свидетельствовал о резком улучшении надежности их работы на большинстве ТЭС. Удельное число неплановых остановов
дубль-блоков имело постоянную тенденцию к снижению. К 1977 г. этот показатель был равен 0,83/1000 ч работы (для моноблоков — 1,54/1000 ч). Продолжительность работы дубль-блоков при одном отключенном котле также снизилась. Если в 1975 г. она составляла 7,5% в целом по блокам 300 МВт, то в 1976 г. — 6,4%, а для Костромской ГРЭС — 0,4%. Четко прослеживается тенденция и к сокращению количества плановых остановов корпусов дубль-блоков 300 МВт в резерв. Если в 1974 г. их было 282, то в 1975 г. — только 123. По Литовской ГРЭС эти цифры составили, соответственно, 43 и 13, по Каширской ГРЭС — 17 и 6, по Криворожской ГРЭС — 37 и 4. Это свидетельствует о том, что для ряда ТЭС к 1975 г. появилась вполне реальная возможность отказа от использования работы дубль-блоков в однокорпусном режиме. Вместе с тем, их перевод на работу по моноблочной схеме позволяет использовать все преимущества моноблока в пусковых режимах и получить значительный экономический эффект, обусловленный:

1. повышением маневренности за счет сокращения времени пусков и существенного упрощения пусковой схемы, в частности, за счет удаления части арматуры сверхкритического и высокого давления (гл. 2, рис. 2.1 и 2.2);
2. повышением надежности прохождения минимумов нагрузки за счет упрощения пусковых операций;
3. повышением экономичности оборудования как в пусковых режимах (за счет сокращения пусковых потерь), так и в стационарных режимах (за счет повышения экономичности турбоустановки);
4. применением основных принципов автоматизации пусковых операций, отработанных для моноблоков с газомазутными котлами.

Перенос моноблочной технологии пусковых режимов на дубль-блоки в чистом виде невозможен в силу ряда проектных и конструктивных особенностей схемы и оборудования дубль-блоков. К их числу относится увеличенное количество ниток главных паропроводов, меньшая пропускная способность БРОУ, отсутствие пусковых впрысков на паропроводах вторичного перегретого пара, увеличенное количество оперативных исполнительных органов и ряд других. Реализация на дубль- блоках моноблочной технологии требует проверки ряда вопросов, обусловленных этими особенностями. К их числу относятся:

1. одновременный прогрев паропроводов свежего пара от котла до регулирующих клапанов турбины при пусках из различных тепловых состояний;
2. прогрев паровпускных органов высокого давления в процессе повышения частоты вращения роторов при параметрах пара и форсировках котла, получаемых при пуске дубль-блока;
3. проверка критериев и границ применения режимов пуска дубль-блока без прогрева (и с прогревом) тракта горячего промперегрева;
4. регулирование температуры вторично перегретого пара в связи с отсутствием пусковых впрысков.

Решению этих вопросов и посвящена данная часть исследования. Решение поставленной задачи потребовало дополнительно к штатной системе измерений выполнить значительный объем исследовательских измерений (рис. П5.1) в проточной части, корпусных деталях турбины, на перепускных трубах. Кроме того, проведены исследовательские измерения по котлу и трубопроводам.
Экспериментальные исследования проводились на блоке 3 Костромской ГРЭС в течение трех лет (1975-1977). Основные характеристики проведенных режимов сведены в табл. П5.1 и представлены на общеблочном графике (рис. П5.2). Наибольшее внимание уделялось режимам пусков после останова на выходные дни, сутки и ночь.

П5.2. Анализ организации режимов пуска блока и их исследование

В основу организации пусковых режимов закладывались главные положения «Типовой инструкции по пуску из различных тепловых состояний и останову моноблока 300 МВт с турбиной К-300-240 ЛМЗ». Для выявления возможностей оборудования и пусковой схемы дубль-блока, а также разработки технологии пусков с одновременной растопкой обоих корпусов из различных тепловых состояний на дубль-блоке 3 Костромской ГРЭС с котлом ТГМП-114 и турбиной К-300-240 ЛМЗ были проведены испытания, основными целями которых были:

1. проверка возможности сборки схемы по тракту свежего пара до регулирующих клапанов ЦВД при пусках блока из неостывшего состояния;
2. определение условий стартовых форсировок котла при пусках блока из различных тепловых состояний;
3. отработка технологии совмещенного прогрева вторых перепускных труб ЦВД и системы промперегрева;
4. определение границы проведения пусков без предварительного прогрева системы промперегрева;
5. проверка возможности регулирования температуры вторичного пара перед ЦВД паровыми байпасами до номинальной нагрузки;
6. определение верхнего предела нагружения блока через байпасы встроенных задвижек (при четырех открытых регулирующих клапанах ЦВД).

Ниже излагаются результаты опытных пусков дубль-блока из различных тепловых состояний.

Рис. П5.1. Схема измерений в наиболее опасных зонах ответственных элементов турбины и паропроводов, необходимая для исследования термопрочности и ресурса при модернизации проектной пусковой схемы дубль-блока 300 МВт (реализованная на блоке 3 Костромской ГРЭС): СК — стопорный клапан; РК — регулирующий клапан; трехзначные цифры — номера термопар
Таблица П5.1. Основные технологические характеристики

Примечания:

1. Исходная температура паропровода свежего пара до ГПЗ составила 100 °C 24.05.76 и 220 °C 21.06.76.
2. Температура свежего пара за пусковым впрыском (перед толчком турбины) составила 420 °C 14.02.77 и 440 °C 28.03.77.

П5.2.1. Режимы остывания блока

При проведении испытаний на дубль-блоке 3 Костромской ГРЭС велись наблюдения за остыванием блока после плановых остановов.

1N = 240 МВт.
2Отключалось ВПУ.
3Отключение от сети при N = 180 МВт.
4До N = 185 МВт.
5Низкий WK, до N = 100 МВт.

Как показали наблюдения, при обеспаривании через БРОУ, без дополнительного обжатия арматуры по месту, пусковых режимов дубль-блока 300 МВт наблюдалось расхолаживание главных паропроводов из-за выбросов влаги из линии впрысков. Причина захолаживания паропроводов — отсутствие дренажей на линии впрысков и, как следствие, невозможность дренирования этих линий.
Характеристики естественного остывания паропроводов свежего пара дубль- блока 3 представлены на рис. 2.7. Как видно из графика, на начальном этапе остывания температура паропроводов свежего пара значительно отличалась от температуры стопорных клапанов турбины, и после 3 ч простоя разность температур достигала ~ 100 °C. Это связано, в первую очередь, с тем, что пар выпускали через БРОУ из всего пароводяного тракта котла (по принятой на Костромской ГРЭС технологии), что вызывало искусственное захолаживание паропроводов.
При выпуске пара только из перегревательного тракта минимальная температура паропроводов после 8 ч простоя была на уровне 380-390 °C и практически не отличалась от температуры стопорных клапанов. После суточного и двухсуточного простоев разность температур стопорных клапанов турбины и паропроводов достигла ~ 30 °C.
Полученные данные позволили прогревать главные паропроводы при пусках блока из любых тепловых состояний сразу до температуры регулирующих клапанов турбины (РК) со сбросом пара через БРОУ, дренажи паропроводов и первых перепускных труб.
Характерной особенностью остывания элементов моно- и дубль-блоков Костромской ГРЭС мощностью 300 МВт с турбиной К-300-240 ЛМЗ являлось то, что стопорные клапаны и пароперепускные трубы остывают значительно быстрее ЦВД турбины. После 55 ч простоя блока разность температур паровпуска ЦВД и пароперепускных труб составляла 240 °C (рис. 2.9). Полученные характеристики остывания дубль-блока определили необходимость предтолчковых прогревов паропроводов свежего пара и стопорных клапанов (СК).
При рассмотрении естественного остывания паропроводов горячего промперегрева необходимо отметить, что на начальном этапе испытаний была некачественная изоляция. Испытания теплоизоляции паропроводов горячего промперегрева на дубль-блоке 3 показали, что тепловые потери через теплоизоляцию в 2 раза превышали норму. При такой теплоизоляции ППГ (0426 х 17 мм) за 30 ч простоя остывали до ~ 100 °C по всей длине паропровода.
Как видно из графиков естественного охлаждения ППГ, остывание средних участков проходило медленнее, чем концевых. Минимальная температура средних участков ППГ после 2 сут. простоя составляла ~ 150 °C, а концевых ~ 70 °C (рис. 2.8).
Сравнение характеристик естественного охлаждения моноблока 5 и дубль- блока 3 Костромской ГРЭС (рис. 2.9) показало, что основная часть трассы паропроводов горячего промперегрева и концевые участки перед турбиной дубль-блока остывают быстрее. После 30 и 55 ч простоя блока разность температур металла верха паровпусков ЦСД и основной трассы паропроводов достигла 80 °C, концевые участки ППГ имели, соответственно, температуру 110 и 70 °C. Такой характер остывания ППГ дубль-блока определил границу проведения пусков без предварительного прогрева системы промперегрева. Эти граничные условия обеспечивались при длительности простоя блока ~ 30 ч.