Значительная часть проблем, возникающих при разработке режимов пуска блоков, связана с температурным режимом органов паровпуска на начальном этапе — после подачи пара в турбину. Относительно низкая температура вторых перепускных труб и паропроводов горячего промперегрева приводит к резкому и глубокому охлаждению паровпусков ЦВД и ЦСД из-за остывания пара в этих паропроводах, а сами трубы при этом прогреваются с очень высокими скоростями, что требует специальных мер для предупреждения таких явлений. Соответствующие меры были разработаны при создании типовых инструкций по пуску дубль-блоков и в дальнейшем — моноблоков. Они сводятся, в основном, к установлению требуемого уровня начальной температуры свежего пара и пара горячего промперегрева для предупреждения захолаживания паровпуска цилиндров и к плавному увеличению расхода пара через турбину для исключения высоких температурных напряжений в перепускных трубах за регулирующими клапанами.
Технические решения, принятые за основу при разработке типовой инструкции для моноблоков, дают большие возможности для упрощения пусковой схемы путем отказа от байпасов ГПЗ и специальных средств прогрева паропроводов горячего промперегрева. Эта задача решается снижением давления свежего пара за счет прикрытия клапанов Др-3 перед подачей пара в турбину и применением технологии совмещенного прогрева ППГ собственным паром при частоте вращения п = 800 об/мин и закрытых отсечных клапанах. Принципиально такая технология должна быть приемлема и для пуска дубль-блоков, однако их некоторые особенности, отмеченные выше, требовали внимания и специальной проверки при отработке режимов.
При рассмотрении результатов, полученных при испытаниях дубль- блоков, в качестве критериев живучести принимались значения, обоснованные для моноблоков:
- снижение измеренной температуры пара в регулирующей ступени ЦВД и паровпуска ЦСД не более, чем на 35-40 °C по отношению к начальной температуре металла роторов в зоне паровпуска;
- максимальные температурные напряжения в стенке перепускной трубы не более (0,7-0,8)σ0,2.
Прогрев перепускных труб за регулирующими клапанами высокого давления
Нормативная технология подачи пара в турбину, созданная и освоенная для моноблоков, предлагает снижение давления свежего пара прикрытием клапанов Др-3 перед толчком ротора и последующую корректировку степени открытия клапанов Др-3, исходя из условия открытия всех регулирующих клапанов ЦВД турбины.
Первая из этих операций выполняется для предупреждения слишком быстрого прогрева перепускных труб за первыми регулирующими клапанами, вторая — для прогрева всех остальных труб перед выходом на холостой ход и включением в сеть. Проверка этой технологии при пусках дубль-блока показала, что за короткое время удается прогреть все трубы с относительно небольшими скоростями. Однако, снижение давления до 0,5-0,6 МПа вызывает на дубль-блоке дополнительные трудности из-за более высокого, чем на моноблоке, начального давления свежего пара (4,5-5,0 МПа при пусках из неостывшего состояния) и большего числа ниток. Для открытия при частоте вращения п = 800 об/мин всех регулирующих клапанов требуется еще более глубокое снижение давления (до 0,2-0,3 МПа), осложняющее процесс регулирования температуры свежего пара.
При новой технологии нагружения блока на четырех открытых регулирующих клапанах требование полного открытия всех регулирующих клапанов при частоте вращения п = 800 об/мин становится необязательным. При этой частоте вращения достаточно обеспечить частичное открытие регулирующих клапанов 1-4, что достигается, как можно видеть из обобщения результатов проведенных опытов, при давлении свежего пара р0 < 1,0 МПа и ухудшенном вакууме V = 500-550 мм рт. ст. Установив перед толчком ротора р0 — 1,0 4-1,5 МПа и имея ввиду естественное снижение этого давления после открытия регулирующих клапанов 1 и 2, можно быть уверенным в том, что клапана 3 и 4 откроются после достижения частоты вращения п — 800 об/мин.
Для оценки допустимости такого начального давления перед регулирующими клапанами была проведена серия расчетов термонапряженного состояния стенки трубы за клапаном в зависимости от расхода через него после его открытия. Расчеты показали, что для пусков после 30 и 55 ч простоя даже для начальной температуры стенки 100 °C допустимый расход пара G < 15 т/ч на одну трубу. В этих расчетах учитывалось снижение температуры пара из-за дросселирования в клапане и аккумуляции тепла на подъемном участке первой перепускной трубы, предварительно прогретом до температуры насыщения 260 °C, а также повышенное значение коэффициента теплоотдачи в трубе непосредственно за клапаном. Это условие при давлении ρ0 = 1,5 МПа будет безусловно выполнено, так как в этом случае весь расход пара через ПСБУ перед подачей пара в турбину не превышает 30-35 т/ч, и даже при полном открытии регулирующих клапанов расход пара через любую из перепускных труб будет меньше 15 т/ч.
Снижение температуры вторых перепускных труб на этапе предварительного прогрева тракта свежего пара при закрытых регулирующих клапанах, неоднократно наблюдавшееся на турбинах других типов, вызвано конденсацией влаги в паровых коробках регулирующих клапанов при их прогреве «насыщением» и продавливанием этой влаги через неплотности клапанов. Это явление, существенно сказывающееся на надежности перепускных труб, усугубляется на дубль-блоках повышенным давлением при предварительном прогреве паропроводов и стопорных клапанов, что увеличивает количество конденсирующейся влаги и протечку воды через неплотности. Для исключения конденсации пара в регулирующих клапанах при пусках из горячего и неостывшего состояний необходимо улучшением изоляции (или иными средствами) добиться, чтобы при остывании в течение 2 сут. температура корпуса клапана не снижалась ниже температуры насыщения при давлении предварительного прогрева (4,0-5,0 МПа). На одном из блоков Литовской ГРЭС такая задача успешно решена.
Охлаждение паровпуска ЦВД при подаче пара в турбину
При испытаниях дубль-блока, как и на моноблоках мощностью 300 МВт, наблюдались характерные снижения показаний термопары, измерявшей температуру пара в камере регулирующей ступени tкрс в период подачи пара в турбину при пусках из горячего и неостывшего состояний. Это явление связано с дросселированием пара в регулирующих клапанах, охлаждением его в относительно холодных перепускных трубах, срабатыванием теплоперепада в регулирующей ступени. Оно учитывается при установлении начальной температуры свежего пара перед толчком ротора t0 = tцвд + 80-100 °C, а также при определении уровня предварительного прогрева паропроводов и стопорного клапана tпп > tцвд> tск > tцвд — 50 °C. При пусках из неостывшего состояния после 25-55 ч простоя, проведенных с соблюдением этих условий, снижение температуры пара регулирующей ступени по отношению к начальной температуре паровпуска ЦВД не превышало 30-40 °C. При пуске из горячего состояния после 8 ч простоя это снижение было еще меньше (~ 10 °C).
Глубина охлаждения ЦВД при подаче пара в турбину зависит от числа регулирующих клапанов, открывающихся на этом этапе, и минимальна, если пар проходит только через два первых клапана. Открытие четырех клапанов увеличивает количество прогреваемых перепускных труб при 800 об/мин тем же расходом пара, что дополнительно снижает температуру пара в камере регулирующей ступени, так как расход пара при п = 800 об/мин остается таким же, как и при двух открытых клапанах. Наиболее глубокое снижение tцвд наблюдалось при режимах с наиболее низким давлением свежего пара, когда открывались все семь регулирующих клапанов. Это обстоятельство является еще одним (кроме необходимости глубокого снижения р0) аргументом против открытия всех клапанов при п = 800 об/мин, если при последующем нагружении после включения турбогенератора в сеть открываются не все, а только четыре регулирующих клапана.
Снижение показаний термопары, измерявшей температуру пара в камере регулирующей ступени, в проведенных опытах наблюдалось еще до подачи пара в турбину, в процессе предварительного прогрева тракта свежего пара при закрытых регулирующих клапанов. Вероятно, это явление вызвано той же причиной, что и при захолаживании вторых перепускных труб на этом этапе: конденсацией пара в регулирующих клапанах.
Поскольку прогрев корпуса клапана идет в темпе роста температуры насыщения при давлении в паровой коробке клапана, количество влаги, конденсирующейся в единицу времени, определено скоростью роста давления свежего пара.
При плавном повышении давления до р0=5,0-6,0 МПа количество влаги, проникающей в единицу времени через неплотности клапанов и частично испаряющейся при соответствующем давлении за клапаном, небольшое, и влажность пара, поступающего в ЦВД, относительно невелика, так как его влияние «чувствует» лишь тонкостенная паровая гильза в камере регулирующей ступени. Температура внутреннего корпуса снижается незначительно, а наружного — практически сохраняет темп, характерный для естественного остывания. Можно полагать, что снижения температуры ротора при этом также почти не происходит, и выбор начальной температуры свежего пара не должен измениться.
Значительно более глубокие изменения показаний t наблюдались в опытах, при которых предварительный прогрев проводился с повышением давления в тракте до 10 МПа и выше путем частичного прикрытия ПСБУ. В этих случаях даже стенки внутреннего корпуса ЦВД охлаждались за 1 ч на 30-40 °C. Это должно неблагоприятно сказаться на температурном режиме деталей паровпуска при последующем прогреве в процессе пуска. Можно сделать вывод, что операция частичного прикрытия ПСБУ для интенсификации предварительного прогрева стопорных клапанов и первых перепускных труб не только малоэффективна, но и вредна.
При исследовании пусковых режимов моноблока снижение tкрс в процессе предварительного прогрева не наблюдалось. Такое различие объясняется более низким (2-3 МПа), чем на дубль-блоке, давлением свежего пара на этом этапе. В проведенных на дубль-блоке опытах снижение /крс начиналось лишь по достижении давления свежего пара перед клапанами р0= 2-3 МПа. В последующих опытах давление, после достижения которого начинается снижение tкрс, уменьшилось до 1,0-1,5 МПа. Вероятно, это было связано со снижением плотности регулирующих клапанов в процессе длительной эксплуатации.
