Применение скользящего давления для турбин с сопловым парораспределением. Сделанный выше вывод о целесообразности проектирования турбин с дроссельным парораспределением специально для работы при скользящем давлении относится к новым агрегатам. Находящиеся же в эксплуатации и вводимые мощные паровые турбины в большинстве случаев имеют сопловое парораспределение. Именно эти турбины, составляющие большинство установленных и вводимых энергетических агрегатов, играют и будут играть в ближайшем будущем решающую роль в покрытии переменной части графиков нагрузки и в регулировании энергосистем. В таких условиях особо встает вопрос о повышении экономичности агрегатов рассматриваемого типа при частичных нагрузках.
Возможны различные способы перевода блоков с сопловым парораспределением на скользящее давление. Например, в МЭН [16] предложено начинать работу при скользящем давлении от номинального режима, сохраняя расчетное для этого режима открытие регулирующих клапанов турбины (при закрытом перегрузочном клапане). Характеристики такого блока представлены на рис. 3-16. Для сравнения на тех же графиках приведены характеристики блока при постоянном давлении с идеальным (кривая 5) и реальным сопловым парораспределением (кривая 1). Точки А и В соответствуют полному открытию клапанов, подводящих пар соответственно к трем и двум группам сопел регулирующей ступени.
Рис. 3-17. Относительное уменьшение удельного расхода теплоты δq блоками различного типа при комбинированном регулировании
Рис. 3-16. Характеристики тепловой экономичности блоков с сопловым парораспределением при постоянном и скользящем давлении
1 — постоянное давление; 2 — скользящее давление при подводе пара к трем группам сопел регулирующей ступени; 3 и 3' — скользящее давление при открытии перегрузочного клапана; 4 — комбинированное регулирование; 5 — идеальное сопловое парораспределение
Сравнение кривых 1 и 2 показывает, что, хотя внутренний относительный к.п.д. турбины при скользящем давлении выше, однако вследствие снижения термического к.п.д. цикла тепловая экономичность блока в довольно широком диапазоне больших нагрузок несколько ниже, чем при постоянном давлении. Этот результат подтверждается экспериментальными данными.
На ряде электростанций находит применение работа турбин, имеющих сопловое парораспределение, при скользящем давлении с полностью открытым перегрузочным клапаном. При этом номинальная мощность достигается при давлении, меньшем расчетного, вследствие чего уже при номинальной мощности термический к. п. д. цикла ниже, чем при номинальном давлении. Изменение внутреннего относительного к.п.д. турбины во многом определяется выбором расчетного режима регулирующей ступени. При открытом перегрузочном клапане ее изоэнтропийный перепад уменьшается, вследствие чего ступень работает с отношением и/С0, большим, чем при расчетном открытии клапанов, когда номинальная мощность обеспечивается при номинальном давлении. Если расчетному режиму соответствует оптимальное значение и/С0, при котором ступень имеет максимальный к.п.д., то открытие перегрузочного клапана приведет к снижению к.п.д. и при всех режимах турбина будет работать с уменьшенным внутренним к.п.д. Вследствие снижения и термического к. п. д. цикла, и внутреннего относительного к.п.д. турбины тепловая экономичность блока оказывается еще ниже, чем в предыдущем случае (кривая 3 на рис. 3-16).
Выводы о сравнительной экономичности работы при скользящем давлении блоков с сопловым парораспределением при открытом перегрузочном клапане могут измениться, если расчетный перепад энтальпии регулирующей ступени больше оптимального, что нередко применяется заводами для упрощения конструкции ЦВД. Расчетный режим ступени при этом соответствует значению и/С0, меньшему оптимального. Увеличение отношения и/С0 при открытии перегрузочного клапана в таком случае приведет к повышению внутреннего относительного к.п.д. регулирующей ступени и турбины в целом. В большинстве случаев это не компенсирует снижения термического к.п.д. цикла. Однако в отдельных случаях, когда расчетное значение и/С0 для регулирующей ступени выбрано слишком низким, повышение внутреннего относительного к.п.д. турбины и уменьшение затрат мощности на привод питательного насоса могут превысить снижение термического к.п.д. цикла [76], сделав работу при скользящем давлении с открытым перегрузочным клапаном более экономичной, чем при постоянном (кривая 3' на рис. 3-16).
Термодинамические основы комбинированного регулирования. Один из перспективных путей повышения экономичности блоков с сопловым парораспределением состоит в применении для них комбинированной программы регулирования, при которой в области больших нагрузок блок работает при постоянном давлении, а начиная от мощности, соответствующей точке В (рис. 3-16), переводится на скользящее давление с полностью открытыми регулирующими клапанами, управляющими подводом пара к двум группам сопел регулирующей ступени, и полностью закрытыми остальными клапанами. Как уже отмечалось, в этом диапазоне режимов реальное сопловое парораспределение при постоянном давлении превращается, по существу, в дроссельное. Перевод на скользящее давление, начиная от точки В, в рассматриваемом случае обеспечивает те же термодинамические преимущества, какие имеет скользящее давление перед работой блоков с дроссельным парораспределением при постоянном давлении. При этом повышается термический к.п.д. цикла ηб и к.п.д. брутто установки ηб (кривая 4 на рис. 3-16). Для более полного использования преимуществ комбинированного регулирования оно должно сочетаться с регулированием угловой скорости питательного насоса.
Выполненные в ЛПИ исследования показали, что комбинированное регулирование позволяет уменьшить удельный расход теплоты блоками 200 и 300 МВт при нагрузках, меньших 76 % номинальной (рис. 3-17). Выигрыш при половинной нагрузке составляет 0,6 % для блока 200 МВт. При этом в отличие от работы при чисто скользящем давлении, начиная от номинальной мощности (см. рис. 3-14), отсутствует зона режимов, где более экономичным было бы постоянное давление. Из приведенного графика 3-17 следует, что при мощностях, меньших 75 % номинальной, рассматриваемый блок с комбинированным регулированием экономичнее специально спроектированного блока с дроссельным парораспределением, работающего при скользящем давлении, начиная от номинальной нагрузки.
Перевод на комбинированное регулирование может быть полезен также для ПТУ меньшей мощности, которые в часы минимумов нагрузок работают с очень низкими мощностями. Согласно исследованиям ЛПИ (см. § 3-4) за счет этого тепловая экономичность турбоустановок К-100-90-2, К-100-90-6, К-50-90-2, К-50-90-3 при частичных нагрузках может быть повышена на 1-5-2 %.
Весьма эффективно комбинированное регулирование энергоблоков сверхкритического давления. Выполненные в ЛПИ исследования показали, что комбинированное регулирование блока 300 МВт с турбиной ЛМЗ позволяет уменьшить удельный расход теплоты при нагрузках, меньших 77 % номинальной. Выигрыш на частичных нагрузках достигает 1—1,5% (рис. 3-17). Для турбины К-800-240, где при постоянном давлении одновременно прикрываются клапаны, управляющие подводом пара к трем группам сопел регулирующей ступени, на скользящее давление целесообразно переходить при нагрузках, меньших 90 % номинальной, сочетая это с полным открытием регулирующих клапанов, управляющих тремя группами сопел. За счет этого при частичных расходах пара тепловая экономичность блока может быть повышена на 2—3 %.
Полученные результаты убедительно подтверждены экспериментальными исследованиями блоков 300 и 800 МВт, выполненными на Костромской, Киришской, Лукомльской, Углегорской и других ГРЭС Союзтехэнерго, Ленэнергоналадкой, ЛПИ, БПИ, Южтехэнерго, УралВТИ, коллективами электростанций и другими организациями [22, 23, 33, 38, 70, 76, 77].
При скользящем начальном давлении пара работает ряд мощных энергоблоков за рубежом, прежде всего в ФРГ и США. В нашей стране в 70-х годах на работу при скользящем давлении или комбинированной программе регулирования переведено большое число электростанций с блоками сверхкритических параметров единичной мощностью 300 МВт. В последнее время начато применение комбинированной программы регулирования для блоков 800 МВт. Специально для работы при скользящем давлении сконструирован блок 1200 МВт. В таком широком масштабе скользящее давление применено впервые в мировой практике. Базой этого явились теоретические и экспериментальные исследования, связанные с обоснованием этого прогрессивного способа регулирования, выполненные большим числом отечественных организаций.
