Прямоточный котел ТПП-312 паропроизводительностью 264 кг/с на сверхкритические параметры пара (р=25 МПа, т=545° С) с промежуточным перегревом выполнен однокорпусным с П-образной компоновкой. Котел работает в блоке с турбиной К-300-240-2 ПО ЛМЗ. Пароводяной тракт котла по ходу среды содержит следующие поверхности нагрева: экономайзер, ПСКШ, НРЧ-1, II, III и IV, СРЧ-1 и II, ВРЧ и отличается от пароводяного тракта котла ТГМП-314 системой подключения ПСКШ. Котел рассчитан на сжигание продуктов обогащения газовых углей (ГСШ) при жидком шлакоудалении.
При работе энергоблока на частичных нагрузках со скользящим и номинальным давлениями среды произведена сравнительная оценка надежности поверхностей нагрева, попадающих при снижении давления в экономайзерно-испарительную и испарительно-перегревательную зоны, и выявлены основные закономерности ее изменения.
Общий уровень температур металла и среды при работе на скользящем давлении и одинаковых нагрузках ниже, чем при работе на номинальном давлении, а разность температур увеличивается со снижением нагрузки. Так, например, при нагрузке энергоблока 200 МВт разность температур металла (сравнение режимов со скользящим и постоянным давлениями среды) составила от 10 до 40° С, а при нагрузке 150 МВт — 70—90° С. Со снижением нагрузки при работе энергоблока на скользящем давлении устанавливается заметная тенденция к понижению общего уровня температур металла труб НРЧ, в то время как при работе на номинальном давлении указанного понижения не отмечается.
Разверка температур по змеевикам внутри панелей НРЧ в стационарных режимах мало отличается друг от друга (при работе на номинальном и скользящем давлениях среды). Разверка температур между змеевиками СРЧ-1 в панелях значительно больше при работе на скользящем давлении, чем при работе на номинальном давлении,— наблюдается выход температур змеевиков, расположенных сверху по выходному коллектору, на перегрев от 20 до 90° в то время как основная масса змеевиков находится на насыщении. Последнее объясняется неравномерностью раздачи двухфазной среды, поступающей во входной коллектор СРЧ-1. Максимальные выбеги наблюдались в панелях фронтового и тылового экранов, однако они находились значительно ниже предельно допустимых температур по условиям длительной прочности и окалинообразования.
Разверка температур между змеевиками СРЧ-П увеличивается с 3—8° С при номинальном давлении до 7—15° С при скользящем. Отмеченные разверни можно считать допустимыми по условию надежности работы поверхностей нагрева. При снижении нагрузки энергоблока до 145 МВт на скользящем давлении обнаружены нарушения гидродинамики в боковых экранах НРЧ, выражавшиеся в значительном уменьшении расхода в панелях № 2 и 4, что сопровождалось увеличением расхода в остальных панелях. Установлено, что расход среды в панелях № 2 и 4 начинает снижаться при уменьшении давления на входе в НРЧ до 17 МПа и температуре среды, соответствующей температуре насыщения [108].
На рис. 3.14 приведены основные режимные данные котла ТПП-312 при нагрузке энергоблока около 150 МВт в нестационарных условиях. Как следует из графика, при уменьшении расхода питательной воды по одной нитке на 17% исходного значения в боковых экранах НРЧ отмечено нарушение гидродинамики, при этом расход среды в панели № 2 практически отсутствует. Нарушение гидродинамики возникало через 1—3 мин после нанесения возмущения, а нормальное движение в боковых экранах НРЧ восстанавливалось через 4—7 мин после снятия возмущения.
В режимах с отключенными ПВД нарушение гидродинамики отмечено при нагрузках ниже 160 МВт и нанесении возмущения снижением расхода питательной воды до 28% исходного значения. Анализ полученных результатов показал, что прекращение движения в отдельных панелях бокового экрана НРЧ связано с неоднородностью среды, поступающей в смеситель за подвесной системой, и неравномерностью ее раздачи в опускные подводящие трубопроводы НРЧ, имеющие высоту 43 м. За счет большой высоты столба возникает значительная разность нивелирных напоров, соизмеримая с гидравлическим сопротивлением контура, что может привести к прекращению движения в отдельных панелях с более горячей средой в подводящих трубах. Эти явления наблюдались во всех случаях, когда после уменьшения расхода питательной воды либо при глубокой разгрузке энергоблока на скользящем давлении среда на входе в НРЧ закипала. Нарушение гидродинамики в боковом экране НРЧ наблюдалось также при пуске энергоблока из горячего состояния во время предпусковой прокачки, что связано с нагревом и вскипанием среды в предвключенных поверхностях нагрева.
Рис. 3.15. Номограмма определения минимально допустимой нагрузки энергоблока 300 МВт с котлом ТПП-312 при переводе его в режим скользящего давления в зависимости от кратковременного уменьшения расхода питательной воды К,
томные точки с нарушением гидродинамики в экранах НРЧ котла; светлые без нарушения гидродинамики
Рис 3.14. Основные режимные данные котла ТПП-312 энергоблока 300 МВт в нестационарных режимах:
1 — температура металла панелей НРЧ бокового экрана, А фронтового полупотока; 2—4 расход среди в панелях НРЧ соответственно и трубах № 1—3 бокового экрана, нитка А фронтового полупотока (перепад на расходомерной трубке), 5 температура металла подводящих труб к НРЧ. 6 и 7 давление среды соответственно до и за НРЧ; 8,9 и 10 — температура среды соответственно за ВРЧ, СРЧ и НРЧ; 11 — температура питательной воды; 12 и 13 давление среды соответственно за РПК котла и перед ВЗ; 14 расход питательной воды на нитку: 15 — электрическая мощность энергоблока: 1 — уменьшение расхода питательной воды на 17% по сравнению с исходным значением; 2 - восстановление режима
Из сказанного следует, что основным фактором, определяющим надежность гидродинамики в боковых экранах НРЧ котлов ТПП-312, является входная энтальпия среды. Выполненные специальные расчеты для котлов ТПП-312 другой модификации, характеризующейся отсутствием подвесной системы ширм, показали, что энтальпия среды на входе в НРЧ, как и приращение энтальпии в поверхностях нагрева предвключенных НРЧ, практически не отличается для котлов различной модификации.
Поскольку основным фактором, снижающим надежность котла, является нарушение гидродинамики, для выбора нижнего
предела регулировочного диапазона принята надежность гидродинамики при резком 30-процентном уменьшении расхода питательной воды.
На рис. 3.15 представлена номограмма для определения минимальной нагрузки котла ТПП-312 энергоблока 300 МВт при работе на скользящем давлении в зависимости от значения уменьшения расхода воды по нитке. Как видно из графика, минимальной нагрузкой для энергоблока следует считать 180 МВт, что соответствует расходу пара 157 кг/с, давлению среды до НРЧ, равному 20 МПа, за котлом 18 МПа. В режимах с отключенными ПВД минимальной нагрузкой следует считать 160—165 МВт, при этом расход пара на турбину равен 137 кг/с, давление среды до НРЧ 17 МПа, за котлом 15,5 МПа.
В общем случае минимальная нагрузка энергоблока 300 МВт с котлами ТПП-312 и ТПП-312А в режиме скользящего давления определится, исходя из условий сохранения устойчивости гидродинамики котла по входной энтальпии среды в НРЧ:
(3.1)
где hвх — энтальпия среды на входе в НРЧ; hBX — энтальпия среды в точке начала кипения при исходном давлении перед НРЧ в стационарном режиме; Ah = hx — hlвх— увеличение энтальпии среды на входе в НРЧ за счет нанесения возмущения; для 30%-ного уменьшения расхода питательной воды Δh = 120 кДж/кг; уменьшение энтальпии в точке начала кипения за счет снижения давления при 30%-ном возмущении расходом воды. Учитывая, что в рабочем диапазоне давлений меняется почти линейно, h принимается равной 60 кДж/кг; 20 — запас энтальпий, кДж/кг.
Тогда зависимость (3.1) можно записать
(3-2)
Следовательно, для обеспечения надежной работы котлов ТПП-312 и ТПП-312А в режиме скользящего давления запас энтальпии среды в точке на входе в НРЧ до температуры кипения должен быть не менее 200 кДж/кг.
Для повышения устойчивости гидродинамики НРЧ указанных котлов при снижении нагрузки энергоблока ниже 180 МВт с включенными и 160 МВт с отключенными ПВД необходимо выполнить реконструктивные мероприятия [97, 183]. Одним из вариантов может быть изменение схемы включения подвесной системы (по типу котла ТПУШ-314) с установкой гидродинамических перемычек между коллекторами за первым ходом НРЧ и подпорных шайб сопротивлением 0,28 МПа в подводящих трубах НРЧ. Такая реконструкция по предварительным расчетам позволит снизить минимальную нагрузку энергоблока на скользящем давлении примерно на 50 МВт и тем самым повысить его экономичность и маневренность.
Следует отметить, что решением Главтехуправления Минэнерго СССР разрешена работа энергоблоков 300 МВт с котлами ТПП-312 и ТПП-312А на скользящем давлении в диапазоне нагрузок 250—190 МВт с включенными ПВД и 270 —210 МВт без ПВД по условию обеспечения нижнего регулировочного предела пылеугольных котлов (до реконструкции).
