Пуск турбины с противодавлением по новой технологии

БАЛАБАНОВИЧ В. К., канд. техн. наук, КУЛЬКОВ Э. И., РАДАМАН В. В., ТАРАЩУК А. М., МИХАЙЛИН В. И., инженеры, Белэнергоремналадка — Белорусский политехнический институт

Применяемая до настоящего времени технология пуска турбин с противодавлением, согласно которой толчок, разворот ротора турбины и ее дальнейший прогрев на холостом ходу и под нагрузкой после включения генератора в сеть осуществляются при подаче в паровпуск турбины свежего пара с выхлопом его в коллектор противодавления, отличается большой продолжительностью и сложностью при низкой надежности и экономичности, способствует сокращению срока службы таких турбин. Пуск с использованием свежего пара характеризуется значительной разностью температур пара и металла в начале разворота турбины и, следовательно, возникновением больших температурных напряжений в ее элементах, сильным разогревом выхлопного патрубка и последних ступеней турбины из-за низких значений КПД и вращения рабочих лопаток в паре высокой плотности при недостаточном для охлаждения расходе, предельными значениями относительного удлинения ротора. Низкая интенсивность и неравномерность прогрева турбины свежим паром из-за малой парциальности и небольших коэффициентов теплоотдачи затягивает и усложняет пуск.
Наиболее продолжительным и сложным является пуск при исходной температуре низа цилиндра турбины до 50°С (холодное состояние). На начальном этапе такого пуска турбина обычно прогревается паром из коллектора противодавления, подаваемым со стороны выхлопа при вращении ротора валоповоротным устройством. Предварительный прогрев турбины лишь незначительно сокращает разности температур пара и металла, возникающие при толчке ротора, ,и не устраняет ни одного из названных недостатков традиционной технологии пуска, т. е. малоэффективен при пуске с использованием свежего пара.
Проблема надежности пусков особенно обостряется при реконструкции и переводе в режим противодавления турбин, отработавших свой ресурс и имеющих толстостенные цилиндры при отсутствии системы обогрева фланцев и шпилек и относительно высокие рабочие лопатки последних ступеней, которые и определяют значительное потребление мощности этими ступенями, перегрев выхлопной части в режиме холостого хода и малой нагрузки. Применение традиционной технологии пуска для таких турбин весьма затрудняет или даже делает невозможной реализацию главных целей реконструкции — продления срока службы и повышения экономичности оборудования.

В Белорусской энергосистеме в 1985—1986 гг. по проектам Харьковского филиала ЦКБ Энергоремонта реконструированы для работы с противодавлением две турбины: ПТ-25-90 Минской ТЭЦ-3 (после реконструкции ПР-25-90/12) и К-50-90 Светлогорской ТЭЦ (после реконструкции Р-25-90/10).
Опытные пуски реконструированных турбин по традиционной технологии подтвердили необходимость кардинального ее изменения для возможности дальнейшей надежной и экономичной эксплуатации. В наибольшей степени недостатки традиционной технологии проявились при пуске турбины Р-25-90/10 из-за большого противодавления.
Новая технология пуска турбин с противодавлением, предложенная еще на стадии проектирования (см. рисунок), используется при исходной температуре низа цилиндра до 250°С (холодное или неостывшее состояние).
Последовательность основных операций при пуске условно разделена на три этапа.
Первый этап — толчок и быстрое (за 10—15 мин.) повышение частоты вращения ротора до номинальной подачей в турбину пара давлением 8—13 кгс/см2 из общестанционного паропровода через специальное смесительное устройство, включенное в схему Белэнергоремналадки для пуска и ускоренного расхолаживания; синхронизация и включение турбогенератора в сеть. Для реализации данного этапа пусковая схемы турбины дополнена байпасом предохранительного клапана выхлопного трубопровода.

Применение низкопотенциального пара (вместо свежего) позволяет сократить продолжительность разворота турбины до частоты вращения холостого хода, снизить пусковые потери топлива, упростить пуск и повысить надежность подшипников благодаря кратковременной работе на пониженных оборотах. Кроме того, исключается возникновение термонапряжений, повышенной вибрации и предельных значений относительного удлинения ротора благодаря малой разности температур пара и металла и отсутствию перегрева выхлопной части турбины и ее последних ступеней.

При пуске турбины по новой технологии из холодного состояния (температура низа цилиндра до 150°С) осуществляется обычный для пуска свежим паром, но более эффективный в данном случае предтолчковый прогрев турбины, стопорного и регулирующих клапанов, перепускных труб паром ,из коллектора противодавления, подаваемым со стороны выхлопа турбины при вращении ротора валоповоротным устройством. Продолжительность прогрева при давлении пара в коллекторе противодавления 8,0‘ кгс/см2 и температуре 260°С составляет 1 ч, температура цилиндра турбины в зоне регулирующей ступени повышается при этом до 1'50—160°С, оперативное вмешательство не требуется. Высокая эффективность предварительного прогрева при пуске по новой технологии объясняется значительным сокращением разности температур пара и металла, возникающей при толчке ротора, а также разделением операций прогрева турбины и повышения частоты вращения ее ротора до номинальной. Возможность разворота без выдержек на промежуточных оборотах, необходимых по традиционной технологии прогрева турбины, значительно упрощает пуск и повышает его надежность.

Второй этап — дальнейший прогрев турбины, органов паровпуска, перепускных труб и стопорного клапана при работе турбогенератора в моторном режиме с организацией противоточного пропуска пара из коллектора противодавления через прогреваемые элементы. Стопорный и регулирующий клапаны, а также задвижка на выхлопном трубопроводе турбины полностью открыты.
Прогрев происходит за счет теплоты трения и вентиляции, выделяемой в проточной части турбины благодаря вращению рабочих лопаток в паре высокой плотности при малом его расходе. Скорость прогрева регулируется прикрытием или открытием арматуры на дренажах перепускных труб, камеры регулирующей ступени и на системе обеепаривания стопорного клапана. Экспериментальная отработка режима позволила определить необходимое положение указанной арматуры, среднюю продолжительность прогрева турбины и других элементов при работе генератора в моторном режиме (примерно 3 ч) и оптимальную конечную для данного этапа температуру цилиндра турбины в зоне регулирую

Последовательность операций при пуске турбины с противодавлением по ноной технологии:
а — разворот турбины отборным паром и синхронизация генератора; б — противоточный прогрев при работе генератора в моторном режиме; в — переход на свежий пар и нагружение турбины
1 — свежий пар; 2 — главная паровая задвижка (ГПЗ); 3 — стопорный клапан; 4 — регулирующие клапаны; 5 — турбина; 6 — генератор; 7 — предохранительный клапан; 8 — байпас предохранительного клапана; 9 — выхлоп в атмосферу; 10 — коллектор противодавления; 11 — дренаж из камеры регулирующей ступени; 12 — дренаж из перепускных труб; 13 — обеспаривание стопорного клапана; 14 — смеситель; 15 — пар давлением 8—13 кгс/см2
> <1— открыто; ► ^ — закрыто
щей ступени (приблизительно 350°С). Прогрев происходит плавно и равномерно, что исключает необходимость тщательного контроля и какого-либо оперативного вмешательства.
Противоток позволяет устранить перегрев выхлопной части турбины, обычный для традиционной схемы пуска, осуществить равномерный прогрев указанных элементов, избежать в дальнейшем резких теплосмен и знакопеременных термических напряжений и получить благоприятное распределение температур вдоль проточной части турбины, близкое к распределению при номинальной нагрузке.
Использование моторного режима турбогенератора на данном этапе пуска дает системный экономический эффект благодаря разнице между удельными расходами пара на конденсационной турбине и турбине с противодавлением.
Третий этап — переход к использованию свежего пара открытием ГПЗ (после выравнивания давления до и после нее) и нагружение турбины со скоростью 3—5 МВт/мин до требуемого по диспетчерскому графику значения.
Новая технология пуска опробована и внедрена на обеих реконструированных турбинах (ПР-25-90/1,2 и Р-25-90/10) и является наиболее эффективной для последней из них. Основные параметры пуска турбины P-25-9Q/10 из холодного состояния по различным технологиям приведены далее:

Вывод
Новая технология пуска турбин с противодавлением позволяет исключить перегрев выхлопного патрубка и последних ступеней турбины, резкие теплосмены и знакопеременные термонапряжения в ее элементах; исключить предельные значения относительного удлинения ротора; сократить продолжительность пуска в среднем на 2,5 ч; упростить пусковые операции и облегчить условия труда оперативного персонала электростанции; широко внедрить реконструкцию турбин для работы с противодавлением, продлить срок их службы, повысить надежность и экономичность.