3. Мінімальні навантаження енергоблоків 300 мВт з прямотечійними котлами на ковзному тиску середовища

3.1. Енергоблоки 300 мВт з котлами тгмп-114

Дубль-блок 300 МВт складається з газомазутного двохкорпусного котла ТГМП-114 і турбіни К-300-240 ВО ЛМЗ. Котел ТГМП-114 прямотечійний, розрахований на надкритичні параметри пари, продуктивністю 264 кг/с, призначений для спалювання газу і мазуту.

П ароводяний тракт корпусу котла виконаний двохнитковим. Кожна нитка автономна. Змішування потоків не передбачено. Перекидання потоків одинарне і здійснюється в районі СРЧ. Аналіз розрахунків показує, що при роботі на ковзному тиску на котлах ТГМП-114 не повинно бути серйозних підстав очікувати небезпечних порушень температурного і гідравлічного режимів при зниженні навантаження аж до розпалювального значення. Виконані експериментальні дослідження повністю підтвердили аналіз розрахунків.

У стаціонарних режимах з ковзним тиском до навантаження енергоблоку 170 МВт температурна нерівномірність в НРЧ, СРЧ, ВРЧ-I практично не змінюється. При подальшому зниженні навантаження енергоблоку, а отже, і тиску середовища по пароводяному тракту котла відбувається зсув економайзерних, випарних і перегрівних зон. Статистичні характеристики по температурах і тиску середовища при розвантаженні енергоблоку приведені на рис.65.

У всьому діапазоні навантажень енергоблоку температура пари за котлом підтримується номінальною, при цьому температура середовища по тракту котла знижується, наприклад, при навантаженні 100 МВт в порівнянні з номінальною за ВРЧ-I на 40°С, за НРЧ і СРЧ на 60°С. Тиск середовища при вказаному вище навантаженні відповідно складає перед ВЗ 10,5 МПа, за НРЧ 11,1 МПа, живильної води 12,3 МПа. Робота СРЧ в області докритичного тиску починається з навантаження енергоблоку 220 МВт. Ентальпія живильної води на вході в котел практично не змінюється в діапазоні навантажень 100-240 МВт і складає 964 кДж/кг, на виході з економайзера-1215 кДж/кг.

Із зменшенням навантаження котла зона кипіння середовища переміщається в область НРЧ. При навантаженні 110 і 140 МВт кипіння середовища починається відповідно на виході з НРЧ і СРЧ, при навантаженні енергоблоку 80 МВт - на вході в НРЧ, а при навантаженнях нижче 80 МВт частина змійовиків підвісної системи потрапляє в область кипіння. Недогрів до кипіння на вході в економайзер при вказаному вище навантаженні рівний 419 кДж/кг, а на вході в підвісну систему конвективної шахти 167 кДж/кг. При навантаженні енергоблоку 100 МВт недогрів до кипіння на вході в НРЧ складає приблизно 84 кДж/кг, а при навантаженні 120 МВт 150 кДж/кг. Слід зазначити, що кипіння середовища в окремих змійовиках НРЧ спостерігається і при навантаженнях енергоблоку 130-135 МВт.

Вихід змійовиків на перегрів в діапазоні навантажень енергоблоку 100-160 МВт постійно спостерігається в СРЧ.

При швидкому відкритті всіх регулюючих клапанів турбіни або за рахунок короткочасного відключення корпусу котла при незмінному положенні клапанів і при навантаженнях енергоблоку 150 - 170 МВт тиск пари за котлом протягом 3-5 хв знижується на 9,3 МПа (24,5-15,2 МПа) і 7,84 МПа (15,68- 7,84 МПа). Температурний режим екранних поверхонь нагріву цілком надійний: спостерігається закономірне при зниженні тиску зменшення загального рівня температури пари і металу без ознак збільшення температурної нерівномірності. При перевірці режиму котла на пониженому тиску при аварійному відключенні ЖТП і включенні по АВР живильної електропомпи в діапазоні навантажень енергоблоку до 120 МВт небезпечних порушень температурного режиму екранів не спостерігається. Максимальна температура металу змійовика з найбільшою нерівномірністю в СРЧ у момент переходу з ЖТП на ЖЕП не перевищує 495°С.

У перехідних режимах при глибокому (до 9,8 МПа) зниженні тиску і додатковій генерації пари за рахунок використання акумулюючої здатності котла при незмінному режимі по витратах води і палива короткочасне зниження температури пари не перевищує 25°С і, отже, цілком може компенсуватися при нормальному експлуатаційному запасі на впорскуваннях. Таким чином, котел ТГМП-114 дубль-блоку 300 МВт забезпечує високу надійність роботи до навантаження 120 МВт як в стаціонарних, так і в аварійних режимах.

Особливий інтерес представляє можливість подальшого розвантаження енергоблоку (нижче 120 МВт). У зв'язку з високим рівнем масових швидкостей (ωγ) середовища в екранах, а також помірним приростом в них ентальпій з врахуванням горизонтального навиття екранів представляється можливим подальше зниження навантаження енергоблоку до 30% номінального значення і нижче. У радіаційних поверхнях нагріву котла ТГМП-114 величина ωγ приблизно в 1,5 рази більше, ніж у вказаних поверхнях котла ТГМП-314 енергоблоку 300 МВт. Проте впровадження режимів роботи енергоблоку з навантаженням нижче 120 МВт в промислову експлуатацію вимагало ретельних перевірок, оскільки навантаження 120 МВт відповідає витраті живильної води на корпус котла, рівній 42-43 кг/с, тобто є розпалювальною витратою. Зниження навантаження енергоблоку нижче 120 МВт пов'язано з розвантаженням котла по витраті живильної води нижче за розпалювальне значення. У табл. 6 приведені основні параметри котла при розвантаженні енергоблоку до 100 МВт.

Основні параметри котла ТГМП-114 енергоблоку 300 МВт при ковзному тиску середовища

Таблиця 6

Параметр	Навантаження енергоблоку, МВт
	150	120		100
Тиск пари за котлом, МПа	15,0	12,5		10,0
Температура пари за котлом, °С	545	545		545
Температура пари промперегріву, °С	535	535		535
Витрата води на корпус, кг/с	55	42		36
Температура живильної води перед котлом, °С	240	228		220
Тиск живильної води за ЖТП, МПа	19,5	18,5		18,5
Частота обертання ротора ЖТП, с-1	64	63		63
Витрата води на перше впорскування, кг/с	0	0-1,4		1,4-2,8
Тиск пари в Д-7, МПа	0,4	0,34		0,2
Витрата мазуту на корпус котла, кг/с	4,7	3,9		3,47
Кількість працюючих пальників, шт.	6	6	6

Із зменшенням навантаження до 100 МВт і відповідно тиску в НРЧ до 12 МПа спостерігається, як наголошувалося вище, вихід частини змійовиків СРЧ на перегрів. При нанесенні збурення частина змійовиків НРЧ також виходить на перегрів. Температура металу змійовиків НРЧ і СРЧ із зменшенням навантаження знижується. Максимальна температура металу змійовиків НРЧ і СРЧ в зоні, що обігрівається, при навантаженні 100 МВт не перевищує 380° С. Температура металу змійовиків ВРЧ-I і ВРЧ-П дещо вища за температуру змійовиків НРЧ, проте знаходиться нижче температури вказаних змійовиків при номінальному навантаженні і не перевищує 500° С (при нанесенні збурення).

Експериментальні дослідження по розвантаженню енергоблоку нижче 120 МВт, аж до 80 МВт, в стаціонарних умовах свідчать про надійність роботи поверхонь нагріву.

Графік розвантаження енергоблоку від 240 до 100 МВт і нижче при нанесенні збурень на окремих етапах приведений на рис. 66. Як видно з графіка, частина змійовиків СРЧ виходить на перегрів до температури 400°С при навантаженні блоку 150 МВт. Із зниженням навантаження енергоблоку до 120 МВт і нанесенні збурення відкриттям регулюючих клапанів турбіни і зниженням тиску середовища в тракті котла змійовики СРЧ повністю виходять на перегрів до температури 450-470°С. Глибоке зниження тиску призводить до того, що деякі змійовики НРЧ також виходять на перегрів до температури 400-430° С.

В стаціонарних режимах і при навантаженні енергоблоку 100 МВт вихід змійовиків НРЧ на перегрів не спостерігається, так само як і при навантаженні енергоблоку 120 МВт.

Із зниженням навантаження енергоблоку до 90 МВт і нижче спостерігався вибіг температур на перегрів перегрів до 400-430° С окремих змійовиків НРЧ також в стаціонарних режимах. Причому із зменшенням навантаження енергоблоку збільшувалася кількість змійовиків з вибігом температур на перегрів. У стаціонарних, перехідних режимах, а також при нанесенні збурення пульсації витрати середовища в екранах не спостерігаються, як не відмічено і перерозподілу середовища між окремими панелями, потоками або змійовиками в панелях екранів.

Одним з найбільш небезпечних режимів при роботі енергоблоку на мінімальних навантаженнях, як було відмічено вище, є перехід з ЖТП на ЖЕП або відключення корпусу котла. Вказані режими додатково посилюються на мінімальних навантаженнях у зв'язку з витратою живильної води нижче 30% номінального значення. Швидке розвантаження енергоблоку до 120 МВт без стабілізації режиму і далі до 100 МВт із здійсненням переходу з ЖТП на ЖЕП показало надійність його роботи. Температура металу ВРЧ-П в зоні, що обігрівається, не перевищувала 500° С, НРЧ - 380°С. Спостерігався вибіг окремих змійовиків СРЧ на перегрів до 390°С. У зв'язку з переходом котла на роботу з ЖЕП тиск живильної води збільшився від 22 до 30 МПа. У вказаному режимі порушення гідродинаміки котла не виявлено. Через 10 хв після переходу енергоблоку на роботу з ЖЕП був відключений корпус Б. Аварійне відключення корпусу Б при навантаженні енергоблоку 100 МВт призвело до деякого розбалансу по паливу і воді, а отже, до зміни температур середовища по тракту котла, при цьому нерівномірність температур середовища за НРЧ між нитками А і Б склала біля 40° С. Тиск середовища перед ВЗ короткочасно знизився до 9 МПа, а витрата живильної води протягом 2-3 хв була збільшена на 16,5 кг/с, мазуту - приблизно на 1,4 кг/с. Аналіз результатів свідчить, що надійність роботи котельного устатковання і енергоблоку при вказаних аварійних ситуаціях на навантаженні 100 МВт забезпечена.

Режими роботи котла з відключеними ПВТ в досліджуваному діапазоні навантажень на ковзному тиску аж до навантаження енергоблоку 100 МВт також достатньо надійні. У діапазоні навантажень 110-200 МВт і зміні тиску живильної води від 11,8 до 21,8 МПа, пари від 11,6 до 20 МПа гідравлічний режим радіаційних поверхонь надійний. У всьому діапазоні навантажень температура свіжої пари підтримується на розрахунковому рівні – 545 °С. Температура середовища перед ВЗ при нанесенні збурень змінювалася в межах від 400 до 510°С, за ВРЧ-П - від 360 до 490°С, за ВРЧ-І - від 330 до 395°С.

Не дивлячись на істотні коливання температур середовища в поверхнях нагріву, порушення гідродинаміки в них не спостерігалось. Температура середовища за НРЧ і СРЧ при навантаженні 110-112 МВт склала 300-320°С. Починаючи з навантаження енергоблоку 200 МВт частина змійовиків СРЧ виходить на перегрів до температури 390°С. При навантаженні енергоблоку 110 МВт вибігів температур змійовиків НРЧ на перегрів не відмічено.

Як з включеними, так і з відключеними ПВТ надійність конвективних поверхонь нагріву задовільна. Температура металу КПП ВТ, КПП НТ, ШПП не перевищувала гранично допустимих значень.

Таким чином, розвантаження енергоблоку на ковзному тиску до навантаження 100 МВт, що відповідає витраті живильної води на котел 26% номінального значення, можлива. При подальшому розвантаженні енергоблоку спостерігається вихід температури змійовиків НРЧ на перегрів, зсув зони кипіння на вхід НРЧ і відсутність запасу по недогріву середовища до кипіння на вході в НРЧ.