Режимы мощных паротурбинных установок - Отключение ПВД как источник пиковой мощности

Отключение подогревателей высокого давления позволяет, направив высвобожденный пар в проточную часть турбины, выработать дополнительную пиковую мощность. Для этого необходимы минимальные капитальные затраты.
Перед первым отключением ПВД должна быть проверена возможность форсировки котла для компенсации недогрева питательной воды; если форсировка неосуществима, отключение регенерации из-за уменьшения к. п. д. турбоустановки приведет после кратковременного подъема к снижению мощности по сравнению с исходной. Временное отключение ПВД может быть также весьма эффективным, если требуется экстренное увеличение мощности турбины при ее участии в противоаварийном управлении энергосистемой [24]. В таком случае обычно требуется повышение мощности на короткое время перехода котла к новому режиму работы, измеряемое несколькими минутами, после чего подогреватели снова могут быть введены в работу. Теплоты, аккумулированной в котле, оказывается достаточно для работы с прежней паропроизводительностью в течение этого времени.
Отключение подогревателей высокого давления существенно влияет на все характеристики энергоблока. Это влияние оказывается различным в зависимости от параметров и тепловой схемы турбоустановки. Ниже приведены результаты анализа, выполненного в ЛПИ применительно к двум группам турбоагрегатов: без промперегрева пара (К-100-90 и другие агрегаты этого класса) и с промперегревом пара (К-200-130, К-300-240, К-800-240, К-1200-240 и другие агрегаты, входящие в состав мощных энергоблоков).
На рис. 3-6 приведены расчетные обобщенные характеристики турбоустановок этих двух классов, построенные в предположении последовательного отключения регенеративных отборов, начиная с первых по ходу пара. На этом графике обозначены: η и N — к. п. д. и мощность ПТУ, отнесенные к их номинальным значениям; GZ=GZ/G, причем G и Gz — расход пара соответственно при входе в турбину и выходе из нее в конденсатор; δq=(q—qном)/qном — относительное повышение удельного расхода теплоты, подведенной к пару; ∆iпв= ∆iпв/(iпв-iz')ном— относительный недогрев питательной воды при отключении регенеративных подогревателей.
Как следует из графика на рис. 3-6, а, построенного для ПТУ с промперегревом пара, мощность турбины увеличивается по мере возрастания числа отключенных регенеративных отборов, характеризуемого относительным недогревом питательной воды Δϊпв.  Однако относительный прирост мощности N неуклонно замедляется. Так, 10 %-ный недогрев питательной воды (Δίпв=0,1) начиная от номинального режима увеличивает мощность турбины сверхкритических параметров примерно на 5%, а такое же изменение недогрева от 0,5 до 0,6 повышает мощность лишь на 1,5 %. В зоне же отборов на ПНД такое же изменение недогрева уже не вызывает сколько-нибудь заметного прироста мощности.  Влияние отключения отборов определяется не только уменьшением работоспособности пара по мере перехода к отборам пара с более низким давлением, но и снижением к. п. д. цилиндра низкого давления при его перегрузке. Степень перегрузки и вызываемое ею снижение к. п. д. определяются относительным расходом пара конденсатором Gz.
Отключение регенеративных отборов сопровождается снижением экономичности энергоблока; одна из основных причин этого — падение средней температуры, при которой в цикле подводится теплота к рабочему телу.
Снижение экономичности энергоблока тем больше, чем большее число подогревателей отключено. Так, если для Δίпв= 0,1 в зоне верхних отборов перерасход топлива составляет 0,7 %, то в зоне нижних отборов равноценное по недогреву отключение регенерации вызывает перерасход топлива более чем на 2,5%. Если полагать, что при отключении подогревателей номинальная мощность вырабатывается с прежней экономичностью, а весь перерасход топлива отнести к дополнительной пиковой мощности, то можно определить к.п.д. производства этой дополнительной мощности. Существенное снижение тепловой экономичности блоков при отключении регенеративных подогревателей предопределяет низкий к. п. д. выработки пиковой мощности. Согласно данным ЦКТИ [25] при отключении двух ПВД для блоков К-300-240, К-800-240, К-1200-240 дополнительная пиковая мощность составляет 11—12% номинальной мощности, а к.п.д. ее выработки равен 29—30,5%; при отключении трех ПВД дополнительная мощность достигает 15—20 %, а к.п.д. ее производства снижается до 27—28,5%.
Для ПТУ с промперегревом и без него в случае докритических параметров пара отключение регенеративных подогревателей дает результаты, похожие качественно, но несколько отличающиеся количественно (рис. 3-6, а и б).
Подогреватели высокого давления, в которые направляется до 30 % общего количества отбираемого пара, дают при своем отключении около 70 % дополнительной мощности (см. рис. 3-6). Снижение экономичности ПТУ для выработки этой части мощности еще относительно невелико (удельный расход теплоты всей паротурбинной установкой повышается до 5%), а технические мероприятия, связанные с ее реализацией, не слишком сложны, так как необходимый догрев питательной воды относительно невелик. Отключение остальных подогревателей, давая существенно меньший эффект, создает значительно большие затруднения при его реализации. Поэтому представляется целесообразным при получении дополнительной пиковой мощности ограничиваться отключением подогревателей высокого давления. При этом не изменяются условия деаэрации питательной воды, что во многом определяет надежность работы энергоблока.
К.п.д. пиковой мощности, получаемой при отключении ПВД, находится на уровне к. п. д. современных пиковых ГТУ, а капитальные затраты существенно меньше при отключении
ПВД. Однако не следует противопоставлять оба способа получения пиковой мощности, тем более, что, как было показано в гл. 1, наибольший эффект дает сочетание их.
Осуществимость режимов с отключением ПВД подтверждена натурными испытаниями и первым опытом эксплуатации блоков 300 МВт в таком режиме на различных электростанциях [25, 28]. При этом было выявлено, что по крайней мере некоторые находящиеся в эксплуатации котлы, не проектировавшиеся для работы с отключенными ПВД, способны работать в новых условиях. Отключение ПВД реализовано при проектировании турбоустановки К-1200-240, где за счет этого получена дополнительная пиковая мощность, составляющая 200 МВт [67].
Учитывая сравнительную простоту получения пиковой мощности от энергоблоков с отключенными ПВД при сохранении высокой экономической эффективности, следует критически переосмыслить методы проектирования тепловых схем для новых установок. Оптимальные параметры этих схем должны выбираться с учетом возможности работы при отключенных ПВД в часы пиковых нагрузок (до 500—1000 ч в год). С этой точки зрения необходимо внести соответствующие коррективы и в методику экономического обоснования проектируемых энергоблоков. В зарубежном паротурбостроении имеются примеры значительно более высокого подогрева питательной воды в системе РППВ. Так, в энергоблоке фирмы «Дженерал Электрик» на сверхкритические параметры пара (24,2 МПа, 811/811 К) мощностью 900 МВт (электростанция «Булл Ран») температура подогрева питательной воды равна 561 К, что выше температуры, применяемой в отечественных энергоблоках этого класса, на 15—20 К. В этой установке использован отбор пара в один из ПВД от приводной турбины питательного насоса. Последняя получает пар из ЦВД, т. е. до промперегрева, что увеличивает количество отбираемого пара. Отмеченные обстоятельства обусловливают увеличение дополнительной мощности при отключении ПВД. Расчеты, выполненные применительно к этому энергоблоку, показали, что при отключении ПВД для агрегатов такого типа может быть получена пиковая мощность, примерно вдвое большая, чем для турбоустановки К-800-240.
Важность задачи изыскания источников пиковой мощности требует интенсификации исследований в этом направлении и быстрейшей реализации их результатов в возможно более широких масштабах.