Стационарные, переменные и пусковые режимы энергоблоков ТЭС - Минимальные нагрузки энергоблоков 300 МВт с котлами ТГМП-314

Моноблок 300 МВт состоит из котла ТГМП-314 и турбины К-300-240 ПО Л М3. Прямоточный котел ТГМП-314 на сверхкритические параметры с промежуточным перегревом пара производительностью 264 кг/с рассчитан на сжигание газа и мазута. Пароводяной тракт разделен на два потока, занимающих левую и правую половины топки. Регулирование расходов воды и топлива — раздельное по потокам. Размещение поверхностей нагрева пo тракту котла показано на рис. 3.10.
Первоначальный перевод энергоблоков 300 МВт с котлами ТГМП-314 в режим скользящего давления сопровождался нарушениями теплового и гидравлического режимов экранов котла [98].  К указанным нарушениям следует отнести температурную разверну между змеевиками НРЧ, тепловую и гидравлическую разверну между подпотоками НРЧ, а также меж подпоточную пульсацию расходов и температур в НРЧ.

Рис. 3.10. Схема пароводяного тракта котла ТГМП-314 энергоблока 300 МВт после реконструкции НРЧ:
1  —  экономайзер; 2 — НРЧ; 3 — ПСКШ; 4 — СРЧ, 5-ВРЧ, 6-ФПЭ; 7-ЭПК; 8- ШПП I ступени, 9- ШПП  II ступени; 10- пароперегреватель; 11  —  ПП 1 ступени;
12 — ПП II ступени; 13- гидродинамическая перемычка за I ходом НРЧ, 14 -подпорные шайбы на входе в НРЧ

С уменьшением нагрузки энергоблока до 135 МВт и при организованных изменениях расхода воды или топлива до 20—25% исходного значения наблюдались выбеги температур отдельных змеевиков III и IV ходов НРЧ на перегрев до 40° С. В СРЧ при давлении ниже 19 МПа возникала межзмеевиковая температурная разверка, которая со снижением нагрузки увеличивалась, однако температура металла наиболее разверенных змеевиков при этом не превышала 490° С и была ниже, чем при работе на сверхкритическом давлении. Опасные температурные разверни возникали, главным образом, при нарушении гидродинамики котла и, в частности, в режиме с включенными ПВД при появлении меж подпоточной пульсации расходов, без ПВД при появлении межподпоточной теплогидравлической разверки.
При нагрузках энергоблока 135 МВт и ниже в режимах с включенными ПВД и нанесении возмущения расходом воды, топлива, изменением степени рециркуляции газов или состава горелочных устройств возникали периодические колебания по температурам и расходам в параллельных подпотоках НРЧ, т. е. появлялась межподпоточная пульсация. После снятия возмущений пульсация прекращалась. С понижением нагрузки до 120 МВт пульсация возникала в стабильных режимах без возмущений [98].

Рис. 3.11. Характер межподпоточной пульсации в НРЧ котла ТГМП-314 энергоблока 300 МВт до реконструкции НРЧ (а) и после реконструкции (б)
1 и 2 — температура среды за НРЧ (тыл. фронт), 3 и 4- то же за I ходом НРЧ, 5 -давление среды за НРЧ; 6-электрическая нагрузка энергоблока; 7- расход питательной воды; 8 — расход мазута; / и // — уменьшение и восстановление расхода питательной воды соответственно

Изменение расхода воды в пульсационных режимах между полупотоками составляет  2. Амплитуда колебаний давления среды 0,5 МПа. Как известно, указанные пульсации по расходам и температурам представляют опасность, в первую очередь, с точки зрения появления усталостных повреждений труб НРЧ.
Графики межподпоточной пульсации по расходу и температурам котла ТГМП-314 изображены на рис. 3.11, а. С увеличением нагрузки энергоблока до 150 МВт и выше межподпоточная пульсация в НРЧ- не возникает как в стационарных условиях, так и в режимах значительных возмущений. Диапазон разрешенных нагрузок в режиме скользящего давления с включенными ПВД составил 90 МВт (с 240 до 150 МВт).
При работе энергоблока с отключенными ПВД в режиме скользящего докритического давления при нагрузках ниже 170 МВт постоянно наблюдалась разверка по температуре и тепловосприятию между параллельными подпотоками НРЧ.

Рис. 3.12. Характер тепловых разверок между подпотоками НРЧ котла ТГМП-314 энергоблока 300 МВт до реконструкции НРЧ (а) и после реконструкции (б) при отключенных ПВД:
1 и 2 — температура среды за   ходом НРЧ (фронт, тыл); 3 — давление среды за НРЧ; 4 — электрическая нагрузка энергоблока, 5 - расход питательной воды; 6 — расход мазута. 1  —  переключение форсунок; II- включение форсунки № I при отключенной № 9 и отключение форсунки № 10, 3- включение форсунки № 9 и 10

Изменения расхода питательной воды, топлива, рециркуляции дымовых газов, переключение горелок, снижение давления в тракте котла вызывают увеличение разверки между горячими и холодными подпотоками НРЧ до кризисных значений.
График тепловой разверки между подпотоками НРЧ при переключении горелок с сохранением неизменного расхода топлива на котел показан на рис. 3.12, а. Температура металла змеевиков III хода НРЧ при этом достигает 600° С. Увеличение нагрузки энергоблока и включение горелок приводят к восстановлению нормального температурного, а следовательно, и гидравлического режима НРЧ котла. Таким образом, указанные пульсации существенно ограничили диапазон нагрузок энергоблока 300 МВт в режиме скользящего давления с отключенными ПВД. С учетом того что диапазон надежной работы энергоблока при скользящем давлении с отключенными ПВД мал, эти режимы не были рекомендованы в промышленную эксплуатацию.
Для повышения устойчивости гидравлики котлов ТГМП-314, а следовательно, и дальнейшего расширения регулировочного диапазона нагрузок в режиме скользящего давления разработаны схемы по реконструкции экранов НРЧ, которые заключаются в установке гидродинамических перемычек между полупотоками НРЧ (за I или II ходом) условным диаметром I59X 18 или 133X 16 мм, а также в подводящие трубы к I ходу НРЧ подпорных шайб диаметром 44 мм и сопротивлением 0,28 МПа при номинальной нагрузке котла (5, 97, 108) Предложенные схемы реконструкции позволяют снизить минимальную нагрузку энергоблока при включенных ПВД до 120 МВт и при отключенных до 180 и 150 МВт при установке гидродинамических перемычек соответственно за I и II ходами НРЧ.
Рассмотрим результаты исследований котла ТГМП-314 после реконструкции НРЧ с установкой гидродинамических перемычек за I ходом НРЧ (см. рис. 3.10). Общая длина гидродинамической перемычки составляет около 12 м.
Статические характеристики по температуре и давлению, а также энтальпии среды по ходам НРЧ в режимах с включенными ПВД котла ТГМП-314 после реконструкции показаны на рис. 3.13.

Рис. 3.13. Статические характеристики котла ТГМП-314 в зависимости от нагрузки энергоблока 300 МВт:
а по температурам и давлениям; 1—6 — температура среды соответственно перед 1 впрыском, за ВРЧ, за СРЧ, за НРЧ, за 1 ходом НРЧ и на входе в НРЧ, 7 -темпера тура питательной воды; 8 — давление среды перед ВЗ, 9 — то же за НРЧ; б -энтальпии среды: I недогрев до кипения на входе в НРЧ; 2- недогрев до кипения за I ходом НРЧ; 3 насыщения; 4, 5 -соответственно за 1 ходом и на входе в НРЧ

При номинальной нагрузке энергоблока и температуре питательной воды 269° С температура воды на входе в НРЧ составляет 295° С, на выходе - 390° С, что соответствует тепло- восприятию НРЧ 796 кДж/кг Температура и энтальпия на входе и за I ходом НРЧ при разгрузке котла практически не изменяются. Недогрев до кипения за 2 ходом НРЧ исчезает при нагрузке энергоблока около 150 МВт, за 1 ходом НРЧ — 100 МВт. В режимах с отключенными ПВД при нагрузке 150 МВт кипение начинается в III ходе НРЧ, а IV ход НРЧ, подвесные трубы конвективной шахты, СРЧ и ВРЧ находятся в испарительной зоне. Температура и энтальпия на входе и за I и II ходами НРЧ остаются практически неизменными, так как указанные поверхности нагрева находятся в экономайзерной зоне.
Температура пара до ВЗ во всех режимах не превышает 370—390° С. Паросодержание на выходе из НРЧ при нагрузках энергоблока 150—160 МВт равно 25%. В режиме с включенными ПВД в диапазоне нагрузок 100—150 МВт кипение начинается во II ходе НРЧ. Температура среды за НРЧ, подвесными трубами конвективной шахты и СРЧ соответствует температуре насыщения при соответствующих давлениях. Выход на перегретый пар происходит в ВРЧ, температура среды до ВЗ при этом 380—400° С. Паросодержание среды за НРЧ при нагрузке 120 МВт равно 45%. Указанные статистические характеристики котла ТГМП-314 энергоблока 300 МВт после его реконструкции соответствуют характеристикам котлов до их реконструкции.
Исследование пульсационной устойчивости подпотоков НРЧ котла после его реконструкции показывает значительное повышение пульсационной устойчивости. Практически пульсационная устойчивость обеспечивается вплоть до 30% расхода питательной воды. При расходе питательной воды ниже растопочного наблюдается пульсационная неустойчивость между подпотоками НРЧ в режимах с включенными ПВД. Период пульсаций составляет примерно 3 мин. Однако указанные пульсации не передаются по тракту котла и не сопровождаются пульсациями среды в змеевиках, перепускных трубах между поверхностями нагрева, а также пульсациями температур металла в указанных элементах, т. е. являются неопасными по условиям надежности работы котла.
Выполненные расчеты на ЭЦВМ-1030 показали, что граница пульсационной устойчивости лежит ниже нагрузки энергоблока 100 МВт с включенными ПВД, что соответствует весовой скорости в трубах I хода НРЧ 250—300 кг/(м-с) и расходу питательной воды 20—23 кг/с [98].  В режимах с отключенными ПВД граница пульсационной устойчивости лежит ниже нагрузки энергоблока 130 МВт.

Таблица 3.4. Коэффициенты гидравлической рг и тепловой р, разверки НРЧ до и после реконструкции котла ТГМП-314

В режиме с включенными ПВД и уменьшенным расходом питательной воды вплоть до 30% номиналного пульсации не обнаруживаются при отключении части горелок и резком изменении степени рециркуляции газов. Следует отметить, что одним из наиболее неблагоприятных режимов по надежности работы котла является режим с изменением расхода питательной воды при неизменном расходе топлива.
На рис. 3.11,6 изображены графики межподпоточной пульсации в НРЧ котла ТГМП-314 после его реконструкции при разгрузке энергоблока от 150 до 80 МВт и нанесении возмущений по расходу питательной воды. Пульсации по расходам среды и температурам металла поверхностей нагрева отсутствуют. В режимах с отключенными ПВД тепловая разверка между подпотоками, имевшаяся до реконструкции котла, также значительно снизилась.
В табл. 3.4 приведены коэффициенты гидравлической рг и тепловой разверки pq НРЧ до и после реконструкции котла в стационарных режимах и при нанесении возмущения. Как следует из табл. 3.4, в стационарных режимах при нагрузке энергоблока 139 МВт рг = 0,75, р?=1,53, т. е. скорость и расход воды в подводящих трубах к I ходу НРЧ между подпотоками различаются в 1,5 раза, а тепловосприятие— более чем в 2 раза. После реконструкции котла рг и рq существенно уменьшились.
Уменьшилась практически в 2 раза теплогидравлическая разверка между подпотоками НРЧ.
При нанесении возмущения теплогидравлическая разверка увеличивается, однако после снятия возмущения уменьшается до прежнего значения.
В режимах с отключенными ПВД также имеется значительное снижение теплогидравлических разверок (см. рис. 3.12,6). Из графика видно, что значительные тепловые разверки, ранее имевшие место [98], практически отсутствуют.
Таким образом, после реконструкции котла существенно улучшились гидравлические характеристики котла при достаточной надежности работы радиационных и конвективных поверхностей нагрева и расширился диапазон нагрузок на скользящем давлении в режимах с включенными и отключенными ПВД. Минимальная нагрузка с включенными ПВД в режиме скользящего давления составляет 120 МВт, при отключенных ПВД — 180 МВт.