Лекція №18 часткові навантаження устатковання тес

1. Загальні положення.

1. Надійність устатковання при часткових навантаженнях енергоблоків.

2. Шляхи підвищення надійності котлів при часткових навантаженнях енергоблоків.

1. Загальні положення

Можливість зниження навантаження обладнання ТЕС до необхідного значення є важл ивою складовою частиною маневреності ТЕС в цілому, В залежності від конструкції котлів, виду спалюваного палива і способу шлаковидалення, маневрених можливостей турбіни та допоміжного обладнання мінімальне навантаження для різних агрегатів ТЕС є різним. Межа мінімального навантаження агрегатів ТЕС в основному обмежується надійною роботою котлів і турбін. Аналіз досліджень, виконаних в цій галузі, показує, що обмеження по надійній роботі котлів можна розділити на дві основні частини:

• стійкість топкового процесу і підтримання розрахункових параметрів пари із забезпеченням надійного шлаковидалення;

• надійність гідравлічного і температурного режимів роботи екранів котлів.

При виникненні обмежень по топковому режимі і шлаковидаленню можливість зниження нижньої межі навантаження агрегатів слід шукати у вдосконаленні топково-пальникових пристроїв, переведенні котла на інший вид палива чи спільному спалюванні двох видів палива, тобто вугілля – газ (мазут), в організації ефективного спалювання палива з забезпеченням надійного шлаковидалення.

Надійність гідравлічного та температурного режимів роботи котлів закладається ще на стадії розробки гідравлічних схем котлів, при цьому, якщо мінімальне навантаження за умовами топкового режиму і надійного шлаковидалення не залежить від режиму роботи енергоблоку (на ковзних чи номінальних параметрах пари), надійність екранів котлів в першу чергу залежить від режиму роботи енергоблоку.

Як правило, усі енергоблоки за умовами гідродинаміки і температурного режиму екранів розраховані на мінімальне навантаження, рівне 30% номінального значення при підтриманні номінальних чи близьких до них параметрів пари. У випадку переведення блоку в режим ковзного чи комбінованого тиску мінімальне навантаження може обмежуватись стійкістю гідродинаміки і температурним режимом екранів котла, причому для різних типів котлів мінімальне навантаження може бути різним.

Переведення енергоблоків з одного режиму роботи на інший приводить не тільки до зміни умов роботи і експлуатації але і до зміни їх економічності. Так, наприклад, при часткових навантаженнях більш економічним режимом є режим із ковзним тиском середовища а при номінальному і близькому до нього – з номінальним тиском пари. Саме тому для визначення режиму роботи енергоблоку і, зокрема, котлів проводяться спеціальні дослідження для виявлення критеріїв, що обмежують мінімальне навантаження, та умов роботи обладнання на мінімальних навантаженнях. При цьому обов’язково враховують також зміни економічності роботи обладнання і маневреності.

2 Надійність устатковання при часткових навантаженнях енергоблоків

Багаторічний досвід експлуатації устатковання ТЕС показав, що найбільш ефективним способом роботи енергоблоків на часткових навантаженнях є спосіб із застосуванням ковзного тиску середовища у всьому тракті.

Робота при ковзному тиску середовища сприятливо впливає на надійність та економічність турбіни, паропроводів, знижує витрату енергії на власні потреби енергоблоку. В той же час розвантаження енергоблоків і впровадження ковзного тиску середовища на барабанних і прямоточних котлах зіштовхується з певними труднощами, що полягають у порушенні температурного і гідравлічного режимів роботи поверхонь нагріву.

Оцінка роботи екранів барабанних котлів визначається наступними показниками: відсутністю застою циркуляції середовища, вихрових воронок над опускними трубами, знесення пари в опускних трубах з барабану, розшарування пароводяної суміші в пароутворюючих трубах, надійністю роботи барабанів, кратністю циркуляції циркуляційних контурів.

Порушення температурного і гідравлічного режимів в барабанних котлах носить дещо інший характер, ніж у прямотечійних. Головною особливістю барабанних котлів є те, що вони проектуються на тиск пари нижче критичного значення, а погіршення роботи котла викликано, в першу чергу, зміною температурного режиму екранів.

Причинами порушення температурного режиму екранів барабанних котлів може бути швидке збільшення навантаження котла, що викликає інтенсивне збільшення пароутворення в барабані котла та закидування води в пароперегрівник, різка зміна витрати палива, тобто теплосприйняття екранів, і, відповідно, температури металу і пари, порушення роботи регуляторів чи щільності арматури пароохолоджувачів.

Для барабанних котлів з природною циркуляцією можлива поява порушення гідродинаміки у вигляді розшарування пароводяної суміші, низька швидкість циркуляції, а відповідно, погіршення гідродинаміки в циркуляційних трубах, застій і перекидування її при різких змінах тиску середовища.

Відсутність застою циркуляції визначається для котлів з природною циркуляцією за швидкістю середовища в екранних трубах.

Так, в стаціонарних режимах роботи котлів розрахункові значення швидкостей середовища, м/с, складають для екранів, що введені в барабан, 0,5-1,5, екранів з верхніми колекторами 0,2–1,0, двосвітних екранів 0,5–2, екранів котлів малої потужності 0,2–0,8.

Низька швидкість циркуляції може мати місце не лише у всьому контурі, а також в окремих змійовиках. Причинами зміни циркуляції середовища можуть бути значні теплові нерівномірності, нерівномірності теплосприйняття труб, невдала з точки зору конструкції компоновка екранів. Для надійної роботи екранів котлів з природною циркуляцією середнє значення кратності циркуляції повинно знаходитись в межах К=5–8 і 6–14 для котлів продуктивністю від 200 до 650 т/год і тиском свіжої пари 14–18,5 МПа і котлів продуктивністю від 80 до 250 т/год і тиском свіжої пари 3,5–8 МПа відповідно.

Для барабанних котлів граничними випадками зниження кратності циркуляції є застій та перекидування. Застоєм циркуляції називають повільний рух в обігрівних трубах води вверх або вниз, а пари вверх, при якому можливим є застій окремих парових пухирців в сприятливих для цього ділянках труби. Застій пухирців може з'являтись і в трубах з примусовою циркуляцією потоку. При застої і наступному перекидуванні потоку відбувається запарювання труб. Це явище з’являється як наслідок скупчення в трубі значної кількості пари і неможливості подолання нею кінетичної енергії потоку води, що рухається вниз. Такий режим, як правило призводить до перегріву екранних труб і до їх пошкодження. Для забезпечення нормального температурного режиму обігрівних труб слід розраховувати умови можливої появи в них погіршеного теплообміну.

Вільний рівень в трубах, які з’єднані з паровим простором барабану, з'являється при припиненні руху води у зв’язку з неможливістю підняття її рівня. В таких випадках на відмітці вище рівня в трубі знаходиться насичена чи перегріта пара. Порушення гідродинаміки в барабанних котлах можливе також при різкому зниженні тиску середовища, що призводить до самовипаровування частини води в обігрівних трубах чи навіть і в не обігрівних трубах. Надалі при дослідженні надійності роботи барабанних котлів енергоблоків буде показана складність вирішення поставленої задачі при переведенні енергоблоків з барабанними котлами на мінімальні навантаження.

В прямотечійних котлах основними елементами є панелі, які представляють собою систему труб, що з’єднані за допомогою колекторів, роздатчиків, з’єднувальних труб в єдиний тракт, тому оцінка роботи екранів прямотечійних котлів визначається дещо іншими показниками, такими як коефіцієнт температурної, теплової і гідравлічної нерівномірностей, максимально допустима за умовами окалиноутворення температура металу екранів, відсутність загальнокотлової, міжпотокової, міжпанельної, міжвиткової пульсацій масових швидкостей в екранах і т. д.

При переведенні прямотечійних котлів надкритичного тиску в режим ковзного тиску рух киплячої рідини супроводжується безперервною зміною структури потоку, що характеризується збільшенням парової та зменшенням рідинної фаз.

Розподіл робочого тіла по трубах панелей прямотечійного котла є досить різноманітним, і ентальпія робочого тіла на виході з окремих труб відрізняється від середнього значення, при цьому нерівномірність теплосприйняття викликається неоднаковими характеристиками паралельно включених труб, а гідравлічна нерівномірність–їх неоднаковими гідравлічними характеристиками.

З усіх причин, що викликають гідравлічну нерівномірність і, відповідно, теплову розглянемо вплив нестабільності гідравлічної характеристики і пульсації потоків. Гідравлічна характеристика, тобто залежність Δр=f(ω,ρ) прямотечійних елементів з пароутворюючими ділянками багатозначна, коли одному перепаду тисків Δр відповідає декілька значень витрати D. Багатозначність характеристики є наслідком різної закономірності гідравлічного опору в економайзерній і пароутворюючій ділянках. Гідравлічна нестабільність при вимушеному русі робочого тіла може бути лише в парогенеруюючих трубах, що мають економайзерну ділянку.

При нестійкій гідравлічній характеристиці одному перепаду тисків відповідають різні витрати пароводяної суміші з різним паровмістом на виході із змійовиків. Оскільки режими течії потоку при цьому нестійкі, витрата через трубу може змінюватись з періодичною видачею пароводяної суміші, що різко відрізняється за паровмістом. Такі умови роботи призводять зазвичай до пошкодження пароутворюючих труб. Так як основною причиною нестабільності характеристики є значна різниця питомих об’ємів пари і води, то з підвищенням тиску характеристика стає більш стійкою. Підвищенню стійкості гідравлічної характеристики сприяють підвищення ентальпії води на вході в змійовики та збільшення опору економайзерної ділянки. При нестійкій гідравлічній характеристиці під дією збурень може виникати пульсуюча витрата робочого тіла через пароутвоюючі труби, при цьому періодичне збільшення витрати води через одні труби пов'язано з періодичним зниженням її через інші при збереженні загального перепаду тисків між колекторами. Це явище, що отримало назву міжвиткової пульсації, спостерігається навіть при постійній загальній витраті на виході з паралельно працюючих труб.