Лекции - word / Лекция 4

Лекция 4

Тема: Оптимизация технологии режимов работы

Работа оборудования на частичных нагрузках

При эксплуатации оборудования (энергоблоков) на частичных нагрузках, особую роль в выборе технологии режима играет конструктивное решение системы парораспределения турбины.

В настоящее время в теплоэнергетике на современных турбинах используется либо сопловое парораспределение, либо дроссельное.

При использовании соплового парораспределения могут быть реализованы следующие технологические способы (режимы) регулирования:

регулирование на номинальном давлении перед турбиной

Сопловое

парораспределение регулирование на скользящем давлении Р₀=var, t₀=const

комбинированное регулирование:

1 этап - Р₀= const; 2 этап - Р₀=var.

При наличии на турбине дроссельного парораспределения можно реализовать только два способа регулирования:

на номинальном давлении Р₀= const.

Дроссельное

парораспределение

на скользящем давлении Р₀=var.

При использовании указанных способов регулирования можно рассматривать их эффективность с нескольких точек зрения:

• тепловая экономичность режима;

• надежность длительной эксплуатации;

• простота и удобство реализации.

При работе на частичных нагрузках, расход пара на турбину снижается. При использовании соплового парораспределения и постоянного давления перед клапанами наибольшим нагрузкам подвергается регулирующая ступень. Особенность работы регулирующей ступени состоит в том, что при изменении расхода пара через нее изменяется и давление за ней (в камере регулирующей ступени) и перед ней (вследствие дросселирования пара в регулирующем клапане). При уменьшении расхода пара, давление за ступенью уменьшается пропорционально изменению расхода пара, а поскольку часть клапанов остается полностью открытой, то теплоперепад по этим потокам и расход пара через полностью открытые клапана возрастает. В результате уменьшение расхода пара при постоянном давлении перед регулирующими клапанами приведет к увеличению изгибающих напряжений в рабочих лопатках регулирующей ступени.

При сопловом парораспределении, при режимах с частичной нагрузкой КПД регулирующей ступени, ЦВД и всей турбины понижается, это связано с дросселированием пара в частично открытых клапанах и увеличением теплоперепада в регулирующей ступени, экономичность которой всегда ниже, чем последующих ступеней.

Кроме этого, при использовании режима с постоянным давлением вследствие дросселирования происходит понижение температуры пара, причем это снижение может быть довольно значительным. На рис 4.1. приведено изменение температуры пара в камере регулирующей ступени в процессе разгружения при постоянном, скользящем и комбинированном регулировании. Из рис 4.1 видно, при режиме постоянного давления и снижении нагрузки на 50% температура пара за регулирующей ступенью снизится почти на 70˚С. Систематическое изменение уровня нагрузки, при работе турбины в режиме регулирования графиков нагрузки, приводит к постоянным изменениям температуры металла ротора и корпуса турбины в зоне регулирующей ступени, что ведет к дополнительным термическим напряжениям и малоцикловой усталости металла, а значит и снижению надежности.

Использование скользящего давления возможно при блочной компоновке оборудования. В этом случае начальное давление понижается за счет уменьшения расхода питательной воды и регулирования его насосом. При этом начальная температура остается постоянной.

Процесс расширения пара в регулирующей ступени при дроссельном парораспределении и регулировании при постоянном и скользящем давлении представлен на рис. 4.2.

При этом процесс расширения при Р₀= const идет по линии ОСД, а при Р₀=var по линии ОС'Д'.

При Р₀=var начальная энтальпия даже возрастает, температурное состояние регулирующей ступени, всей проточной части и температура пара на выходе из ЦВД остается более высокой.

Рис. 4.1. Изменение температуры пара в камере регулирующей ступени турбины при регулировании нагрузки.

1-при постоянном начальном давлении; 2- при скользящем начальном давлении с нагрузки 60%; 3- при скользящем давлении после закрытия первой группы клапанов; 4- при скользящем давлении во всем диапазоне; 5- температура пара на входе в турбину.

Рис. 4.2. Процесс расширения пара в турбине при дроссельном регулировании.

Из рис. 4.1. видно, что температурное состояние регулирующей ступени практически не меняется во всем диапазоне изменения нагрузки, поэтому надежность этого режима для турбоагрегата выше.

На энергоблоках с промперегревом это приводит к тому, что более высокая температура пара остается за ЦВД в целом, что позволяет легче регулировать температуру пара промперегрева. При работе котла на сниженной нагрузке и скользящих параметрах происходит смещение зоны начала парообразования. В результате чего она может сместиться из конвективной зоны в нижнюю радиационную часть топочной камеры, что неблагоприятно сказывается на надежности работы поверхностей нагрева.

Значительный выигрыш в эффективности использования скользящего давления даст и снижение собственных нужд питательного насоса.

На рис. 4.3 приведена зависимость изменения мощности потребляемой питательным насосом блока мощностью 300 МВт при изменении нагрузки и работой с различными способами регулирования.

Как видно из рисунка использование скользящего давления позволяет снизить мощность привода питательного насоса при разгружении до 50% более чем на один МВт.

Недостатком использования скользящего давления является снижение мобильности блока. В этом случае мобильность блока целиком определяется мобильностью котла, инерция которого весьма значительна и измеряется минутами. Поэтому энергоблоки, которые эксплуатируются на скользящем давлении не могут участвовать в регулировании частоты сети, когда изменение мощности требуется в течение нескольких секунд.

Сопловое парораспределение

Его имеет большинство турбин. Рассмотрим классическую схему.

В классическом случае все РК открываются по очереди. В реальных системах парораспределения, во многих случаях, вначале открывается одновременно сразу несколько клапанов, поэтому у многих типов турбин до нагрузки f=0,6-0,8 парораспределение фактически дроссельное. Очередность подачи пара в сопловые коробки принимается такая, чтобы по возможности избежать одностороннего давления пара на рабочие лопатки. При этом пар подводится одновременно с диаметрально противоположных сторон диска регулирующей ступени.

При сопловом парораспределении потери от дросселирования относятся только на ту часть потока, которая проходит через частично открытый клапан. Поэтому экономичность турбины при частичных нагрузках выше, чем при дроссельном парораспределении (если Р₀= const).

В этом случае процесс работы пара в регулирующей ступени турбины можно условно (приближенно) изобразить так:

Здесь различают два потока пара:

а) идущий через полностью открытые клапаны;

б) идущий через частично открытый клапан.

Первый поток (а) дросселированию не подвергается. Второй поток дросселируется в зависимости от степени открытия клапана. В камере регулирующей ступени оба потока перемешиваются, параметры потока выравниваются и становятся равны параметрам смешения (точка смешения h₅).

Регулирующая ступень имеет переменную парциальность. У остальных ступеней степень парциальности равна единице.

Итоговая работа пара в регулирующей ступени определяется теплоперепадом

Н_рс=h₀-h_крс, кДж/кг

Строить процесс по работающим потокам пара затруднительно. Подробно эта методика описывается в специальной литературе, например, в книге: Самойлович Г.С., Трояновский Б.М. «Переменные и переходные режимы в паровых турбинах». Энергоиздат.1982 г.

Для расчетов тепловых схем ПТУ, в процессе эксплуатации, важен условный итоговый процесс 1-5, который можно построить по некоторому условному КПД регулирующей ступени:

Заводы-изготовители дают зависимость . Она имеет следующий вид (для различных типов турбин разный).

Рассмотрим теперь распределение давлений пара по клапанам, в зависимости от относительного расхода пара:

Давление в крс определяет величину пропуска пара в турбину: оно связано с расходом D формулой Стодола-Флюгеля:

(*)

Здесь D – расход пара через группу ступеней в рассматриваемом режиме, кг/с;

D_н – то же в номинальном (или в другом известном заранее) режиме;

Р₁ – давление пара перед группой ступеней в рассматриваемом режиме;

Р₂ - давление пара за группой ступеней в рассматриваемом режиме;

Р_1,н, Р_2,н - то же в номинальном (или в другом известном заранее) режиме;

Т₁ – абсолютная температура (К) перед группой ступерей в рассматриваемом режиме;

Т_1,н - то же в номинальном (или в другом известном заранее) режиме;

Поскольку от режима к режиму Т₁ изменяется мало, температурной поправкой можно пренебречь.

Если Р₁<<Р₂, вторым членом под первым корнем пренебрегаем. Если рассматривать всю турбину, тогда Р₂= Р_к и поскольку Р_крс>> Р_к, формулу (*) можно упростить:

,

получили приблизительно линейную зависимость, что и было показано на рисунке.

Рассмотрим распределение относительных расходов пара по клапанам, в зависимости от относительного расхода пара на турбину.

Зависимость расхода пара на турбину типа К от электрической нагрузки при сопловом парораспределении волно-образная. Каждая волна – область регулирования нагрузки очередным клапаном.

Разгружение оборудования по условиям изменения начальных параметров может происходить:

• на постоянном давлении рабочей среды;

• на скользящем давлении;

• на комбинированном режиме.

Работа на частичных нагрузках при постоянном давлении может быть использована как для дроссельного, так и для соплового парораспределения.

Под комбинированным способом регулирования понимается работа при постоянном начальном давлении до момента полного прикрытия, чаще всего, одной из групп клапанов и переход на скользящее давление при дальнейшем понижении нагрузки. Этот способ обладая высокой экономичностью, обеспечивает лишь небольшие колебания температур в регулирующей ступени. Изменение КПД регулирующей ступени приведено на рис.

Рис. Зависимость изменения термического КПД цикла ПТУ от относительного расхода пара и способа регулирования.

1 – Дроссельное парораспределение (регулирование);

2 – Скользящее парораспределение (регулирование);

3 – Сопловое реальное распределение (регулирование);

4 – Комбинированное регулирование

5 – Идеальное сопловое регулирование

Рис. 4.3. Зависимость мощности турбопривода питательного насоса от мощности турбогенератора:

1 – располагаемая мощность турбопривода при питании деаэратора от IV отбора турбины; 2 – то же при питании деаэратора от III отбора турбины; 3 – то же при питании деаэратора от постороннего источника пара; 4 – требуемая мощность турбопривода при работе блока на двух корпусах котла при номинальном давлении свежего пара; 5 – то же при скользящем давлении свежего пара.