12

Тема: Режимы работы теплофикационных турбин

У теплофикационных турбин различают два основных режима работы: а) по электрическому графику нагрузки б) по тепловому графику нагрузки. Возможен еще конденсационный режим работы, когда пар из регулируемых отборов турбины к тепловому потребителю (к сетевым подогревателям) закрыт и отборы используются только на регенерацию. В этом случае турбина становится аналогичной обычной конденсационной турбине, отпускающей потребителям только электроэнергию.

Рассмотрим первые два основных режима. Для этого рассмотрим схему регулирования турбины с двумя главными регулирующими органами: 1 – регулирующий дроссельный клапан на входе пара в ЦВД турбины (в частном случае здесь устанавливается группа регулирующих клапанов при сопловом парораспределении) и 2 – поворотная диафрагма, регулирующая перепуск пара через ЦНД в конденсатор турбины, чем поддерживается постоянство давления пара к тепловому потребителю (при двух совместно регулируемых отборах турбины поддерживается постоянство давления в верхнем регулируемом отборе).

При работе по электрическому графику нагрузки возможно произвольное сочетание электрической и тепловой нагрузки турбины: в этом случае диафрагма 2 открыта частично и степень ее открытия от режима к режиму изменяется:

если поддерживается N=const и если при этом Q_ò возрастает, тогда регулирующие клапана 1открываются, а регулирующие клапана 2прикрываются;

если же Q_ò уменьшается, тогда регулирующие клапана 1прикрываются, а регулирующие клапана 2открываются.

Если турбина работает по графику электрической нагрузки, сохраняя Q_ò=const надо одновременно увеличить N, тогда регулирующие клапана 1открываются и регулирующие клапана 2 тоже открываются;

если же надо уменьшить N, тогда регулирующие клапана 1прикрываются, и регулирующие клапана 2 тоже прикрываются.

Как видно, в первом случае (N=const, но изменяется Q_ò) регулирующие органы переставляются во взаимнопротивоположные стороны. Во втором случае (Q_ò=const, но изменяется N) регулирующие органы переставляются в одну и ту же сторону.

При работе по тепловому графику нагрузки электрическая мощность турбины N изменяется в зависимости от требуемой тепловой нагрузки Q_ò. В этом случае диафрагму 2 полностью закрывают (или приоткрывают минимально) только для пропуска вентиляционного потока через ЧНД в конденсатор (5% D_к^макс). В этом режиме, если Q_ò возрастает, тогда орган 1открывается, регулирующая диафрагма 2 остается в неизменном положении и тогда N возрастает, если же Q_ò снижается, тогда орган 1прикрывается, регулирующие клапана 2остаются в неизменном положении и тогда N снижается.

Чтобы упростить регулирование турбины при работе по тепловому графику нагрузки и одновременно обеспечить надежную работу турбины в этом режиме у турбин Т-250/300-240 время на перепускных трубах из ЦСД-2 в ЦНД установлены запорные органы (задвижки) и предусмотрен подвод предварительно охлажденного пара от другого источника – от верхнего регулируемого отбора. Вентиляционный расход пара через ЦНД для его охлаждения в количестве около 30 т/час (8,33 кг/с) теперь подается не через ресиверы, а из верхнего отопительного отбора по специальным трубопроводам.

Охлаждающее устройство предназначено для поддержания нормального температурного состояния ЦНД при работе турбины по тепловому графику нагрузки с закрытыми задвижками d_y=1600 на перепускных трубах из ЦСД-2 в ЦНД. Пар на охлаждение ЦНД берется из верхнего отопительного отбора и после двух ступеней охлаждения подается в паровпускную часть ЦНД. Пар из верхнего отопительного отбора по двум трубопроводам d_y-400 поступает в трубопровод d_y-600, где установлены две центробежные форсунки первой ступени охлаждения "A" (блок увлажнителей) (на схеме это не показано). Конденсат, впрыскивающий в блок увлажнителей, снижает перегрев пара и доводит его до состояния влажного пара. После сепаратора "B" (см. схему), где происходит отделение неиспарившейся влаги, особенно ее крупнодисперсной части, пар поступает в четыре параллельно включенных пароохладителя "C" второй ступени, где заканчивается приготовление охлаждающего пара требуемого качества. Пароохладители "C" второй ступени представляют собой расширяющиеся сопла, в наименьшем сечении которых установлены по три цилиндрических форсунки. Конденсат на впрыск подается после конденсатного насоса второго на подъеме КН-2. Охлаждающее устройство обеспечивает работу турбины Т-250/300-240 по тепловому графику в диапазоне следующих режимов: а) по расходу свежего пара от 600 т/час до максимального б) по давлению p_в в верхнем отборе от 0,06 до 0,2 МПа. Давление в конденсаторе p_к должно быть не выше 0,01 МПа (вакуум не хуже 90%), расход циркуляционной воды не менее 12000 м³/час, температура выхлопных патрубков ЦНД при нормальной работе охлаждающего устройства должна быть не выше 70-90 ^oC (максимально 100 ^oC). Аналогичная схема предусмотрена для турбины типа Т-175/210-130.

У турбин Т-100-130 старых типов и Т-110/120-130-4 новых выпусков таких задвижек на перепускных трубах из ЦСД в ЦНД нет.

Между тем, при работе этих турбин с включенным в работу встроенным трубным пучком в конденсаторе, когда в качестве охлаждающей воды используется обратная сетевая вода, конденсирующая способность конденсатора ограничена. Это усугубляется еще тем, что для конденсации пара используется ограниченная поверхность теплофикационного пучка, а не всего конденсатора, а поступающая в качестве охлаждающей среды обратная сетевая вода имеет более высокую температуру, чем циркуляционная вода после градирен.

В этих режимах поворотная диафрагма должна быть полностью закрыта, а в ЦНД и в конденсатор поступает пар лишь в небольшом количестве, проходящем через диафрагму за счет ее неплотности (около 5% от максимального). В таком состоянии для турбины весьма опасно внезапное самопроизвольное открытие диафрагмы по какой-либо причине (например, при сбое работы регулирования). Это приведет к резкому значительному увеличению пропуска пара в конденсатор и к повышению давления в нем (снижения вакуума). Поэтому в режимах работы с пучком на сетевой воде должны быть предусмотрены меры против внезапного самопроизвольного открытия поворотной диафрагмы.

Для этой цели у турбин Т-100-130 в системе регулирования открывают выход масла на слив из-под золотника, управляющего диафрагмой. Этим предотвращается возможность самопроизвольного открытия диафрагмы. Кроме того, у турбин Т-100-130 предусматривается защита на отключение турбины по импульсу понижения вакуума сверх допустимого предела.

У теплофикационных турбин имеется ряд ограничений по режимам работы. Рассмотрим их на примере турбины типа Т-250/300-240-2(3). Ограничивается максимальный расход свежего пара в "голову" турбины величиной 980 т/час (27,2 кг/с). Ограничивается максимум тепловой нагрузки турбины величиной 330 Гкал/час (1382,7 ГДж/час) (384,4 МВт). У турбин Т-250/300-240 некоторых выпусков максимальная суммарная тепловая нагрузка теплофикационных отборов турбины составляет 340 Гкал/час (1424,6 ГДж/час) (396,04 МВт). Ограничиваются пределы регулирования давлений пара в теплофикационных отборах следующими значениями: у верхнего отбора 0,6-2,0 ата (0,06-0,2 МПа) у нижнего отбора 0,5-1,5 ата (0,05-0,15 МПа). Оговаривается максимальная температура подогрева сетевой воды: она составляет 120 ^oC при расходе сетевой воды максимально 7200 т/час.

Указывается, что при использовании для подогрева сетевой воды одновременно обоих теплофикационных отборов регулятор давления поддерживает постоянство давления в верхнем отопительном отборе. При использовании для подогрева сетевой воды только одного нижнего отопительного отбора регулятор давления поддерживает постоянство давления в нижнем отборе.

Одновременный пропуск подпиточной воды через встроенный пучок и циркуляционной воды через основные поверхности конденсатора допускаются только при разности температур подпиточной и циркуляционной воды не боле 20 ^oC. Предусматривается возможность работы турбоустановки по тепловому графику нагрузки с пропуском циркуляционной воды только через встроенный пучок конденсатора. В качестве охлаждающей воды для встроенного пучка допускается использование подпиточной воды.

Максимальная тепловая нагрузка верхнего теплофикационного отбора при работе с нижним теплофикационным отбором составляет 220 Гкал/час (921,8 ГДж/час) (256,3 МВт). Максимальная тепловая нагрузка при работе только нижнего теплофикационного отбора равна 340 Гкал/час (1424,6 ГДж/час) (396,04 МВт).

Расход пара в конденсатор на всех режимах работы не должен превышать 635 т/час (176 кг/с). Минимально-допустимый (вентиляционный) расход пара через ЦНД составляет 50 т/час (13,89 кг/с) или 50/980100=5,1% от максимального расхода пара в "голову" турбины (если система охлаждения отключена), 50/6357,9% от максимального расхода в конденсатор. Пропуск сетевой воды через сетевые подогреватели не должен превышать 8000 м³/час (2220 кг/с) при давлении в их водяном пространстве не более 0,8 МПа.

Давление пара в камере регулирующей ступени турбины является важным ограничителем режимов работы турбины: оно не должно превышать 191 кгс/см² (19,1 МПа). При работе блока с отключенным ПВД, когда расход пара на входе в турбину составляет 815 т/час (226 кг/с), давление пара в камере регулирующей ступени не должно превышать 159 кгс/см² (15,9 МПа). Максимальное давление пара за 6-й ступенью ЦВД составляет (по инструкции) 106 кгс/см²=10,6 МПа. Это давление за двухстенной частью корпуса ЦВД (на реверсе потока пара).

Сброс в конденсатор пара при пусковых операциях на блоке и при сбросах на грузки может осуществляется при охлаждении основных и встроенных пучков конденсатора или только основных пучков циркуляционной воды при ее расходе не менее 12000 м³/час (3340 кг/с).

Пар принимают два коллектора в конденсаторе максимально в количестве 450 т/час (125 кг/с) с учетом увлажнения этого пара впрыском конденсата в БРОУ. Пар поступает также из растопочного расширителя Р-20.

Параметры сбрасываемого пара на входе в коллекторы конденсатора не должны превышать p=0,7 МПа и t=200 ^oC. При аварийных сбросах нагрузки блока расход пара через БРОУ в сбросные устройства в конденсаторе кратковременно (продолжительностью в течение 1,5-2,5 минут) может быть увеличен до 620 т/час (173 кг/с) с учетом увлажнения этого сброса впрыском конденсата в БРОУ.

При этом, абсолютное давление и температура пара на входе в коллекторы не должны превышать 10 ата (1 МПа) и 200 ^oC. Для дополнительного охлаждения пара, поступающего в конденсатор, к каждому коллектору подводится конденсат от напорной линии конденсатных насосов второго подъема (КН2). Для снижения температуры выхлопных патрубков турбины при режимах с малым пропуском пара в конденсатор имеется пароохладитель.

В пароохладитель сброса в конденсатор встроен коллектор с форсунками для ввода конденсата от напорной линии КН в количестве до 50 т/час (13,9 кг/с), температура которого должна на 8-10 ^oC превышать температуру насыщения в конденсаторе. Для обеспечения нормальной работы форсунок давление конденсата (или химочищенной воды) должно быть 0,4-0,5 МПа. Превышение давления сверх этого не допускается.

Диаграммы режимов турбин с регулируемыми отборами пара

Ранее в первой части курса мы рассматривали зависимость расхода пара в "голову" турбины от мощности, на рис 1 представлена упрощеннная спрямленная диаграмма режимов.

Рис.1. Спрямленная диаграмма режимов для конденсационной турбины.

N_э – экономическая нагрузка Для области NN_э расход пара в турбину D=D_х+rN, (1) где D_х – расход пара на холостой ход N_x – мощность потерь холостого хода x=D_х/D_э – коэффициент холостого хода (x=0,03-0,07) r=(D_э-D_х)/N_э – относительный (удельный) прирост расхода пара. Для области N>N_э D=D_х+r'N-(r'-r)N_э=D_х+rN+(r'-r)(N-N_э) , (2) где r'=(D_ò-D_э)/(N_ò-N_э) – относительный (удельный) прирост для области N>N_э. Относительный расход пара при экономическом режиме минимален d_н=D_э/N_э. Удельный расход пара при нагрузке N<N_э d=d_н(x/f+1-x) , (3) где f=N/N_э – коэффициент нагрузки. Зависимость d=f₁(f) гиперболическая: при f0 d. Для области N>N_э d=r'-D'_х/N (здесь D'_x<0!). Зависимость также гиперболическая, но с перевернутой гиперболой:

Диаграммы режимов турбин с регулируемыми отборами пара

Диаграмма режимов в графической форме выражает зависимость между расходами пара, электрической мощностью , тепловой нагрузкой турбоагрегата и другими параметрами, определяющими режим работы турбины и ее экономичность.

Количество параметров, определяющих тепловую экономичность теплофикационного агрегата, довольно велико. Кроме расхода пара и тепловой нагрузки и электрической мощности, ими являются: давление в регулируемых отборах, расход сетевой воды, температура прямой и обратной воды, недогрев воды в СП, давление в конденсаторе, начальные температура и давление пара и т.д.

Q = f ( t_о , P_о , D_о ,D_пп, t_пп, P_к , P_т ,N, Q_т , t_пр , t_ос ).

Учитывая, что влияние отдельных параметров не очень велико, при построении диаграмм режимов к ней дополнительно прикладывают несколько отдельных графиков в виде поправок. В результате количество взаимосвязанных величин, рассматриваемых в диаграмме режимов, существенно сокращается и тогда Q_о = f ( N_э , Q_т ,P_т ,D_к ) При этом начальные параметры t_о , P_о фиксируются.

Диаграмма режимов строится для конкретных температурного графика теплосети, расхода сетевой воды и D_к . В этом случае Q_т и P_т т.е. тепловая нагрузка и давление в регулируемом отборе связаны между собой через G_cв , t_пр и t_ос и Q_т .

Без искажений можно на плоскости диаграммы представить только функционал имеющий не более трех членов. Поэтому при представлении диаграммы часть действительных зависимостей между параметрами может быть заменена на приближенные зависимости.

Для построения диаграммы режимов всю турбину условно делят на предотборную часть и послеотборную. В этом случае часть низкого давления рассматривается как конденсационная турбина с фиксированным расходом пара в конденсатор и заданным Р_к . (Иногда расход пара в конденсатор рассчитывают для каждого уровня давления в регулируемом отборе перед диафрагмой, в соответствии с расходной характеристикой диафрагмы, но такие расчеты более сложны и, как правило, менее точны, так как погрешность определения расхода пара в конденсатор достаточно велика).

Тогда, зная Р , Q_т и _OI ЦВД и ЧНД можно определить

N_э = D_о ( h_о - h_т ) + (D_о - D_отб ) (h_т - h_к )

Отсюда можно найти D_O и строят диаграмму режимов.

Начнем с рассмотрения простейшего случая: турбина с одним регулируемым отбором пара. Рассмотрим диаграмму режимов со спрямленными характеристиками. Диаграмма режимов устанавливает взаимосвязь трех величин: D=D_отб, N и D_ò.

Рис 2. Диаграмма режимов с одним регулируемым отбором.

Эта диаграмма режимов ограничивается линиями: D=D_н – горизонтальная линия максимального расхода пара в "голову" турбины; N_м=const – вертикальная линия максимально-длительной мощности; D_кн – наклонная линия – линия максимального расхода пара через ЧНД в конденсатор; D_к=0 – наклонная линия нулевого расхода пара через ЧНД в конденсатор; D_к.мин – наклонная линия минимального (вентиляционного) расхода пара через ЧНД в конденсатор; N_н – номинальная мощность турбины; N_м^кртк – максимально-кратковременная мощность; N_э – экономическая мощность; a) линии постоянных отборов D_п=const b) линии постоянных расходов пара через ЧНД в конденсатор D_k=const На практике режим D_k=0 недопустим: чтобы не перегревалась ЧНД, необходим пропуск через ЧНД вентиляционного расхода пара. Обычно D_к^мин5-10% D_к^макс.

Конденсационный режим D_ò=0 (D=D_k) предусматривает полное открытие регулирующей диафрагмы 1: он ограничивается максимально допустимым по условиям регулируемого отбора давлением перед ЧНД. Значения N_н (или N_м) и D_макс определяются заданием на проектирование турбины, условиями безопасной работы (предельно-допустимым осевым усилием, прочностью рабочих лопаток и др.) или возможностями другого оборудования энергоблока (например, предельной мощностью электрического генератора).

Конфигурация левой верхней части диаграммы режимов зависит от условий, на которые запроектирована заводом турбина. Все зависит от того, достигается ли максимальная мощность при работе с противодавлением, или предельная мощность при работе с противодавлением меньше максимальной и ограничивается наибольшим пропуском пара через турбину. а) В первом случае верхняя часть диаграммы режимов заканчивается острым углом, образуемым линиями D_к=0 (D_к^мин=0) и N_м=const. б) Во втором случае верхняя часть диаграммы режимов ограничена отрезком горизонтальной прямой между линиями D_к=0 и N_м.

в) Если турбина предназначена для длительной работы с регулируемым отбором, тогда нижней границей в правой части диаграммы режимов служит линия D_к^макс, параллельная линии D_к=0, проходящая выше точки пересечения линии D_к^макс и N_м. Используя полную пропускную способность ЧНД D_макс и максимальную пропускную способность ЧНД D_к^макс, можно получить максимально кратковременную (перегрузочную) мощность N_м^кртк. Согласно ГОСТ N_м^кртк=1,2 N_м.