Конспект лекций от Ильина Е.Т. (2008) / Тема_перемен_ режимы

Переменные режимы работы.

Включение и выключение большого количества потребителей, происходящее одновременно, вызывает колебание перетоков мощности. Поэтому реальные графики нагрузки выглядят на плавными кривыми, а колебаниями с большей или меньшей частотой и амплитудой с широким спектром диапазона.

Все эти колебания влияют на экономичность работы оборудования, в основном это сказывается на котлоагрегате, где происходят изменения стабилизированных процессов горения в топке и теплообмена в поверхностях нагрева.

В результате этого происходит снижение экономичности работы оборудования (), которое не учитывается в нормативных характеристиках, получаемых для стационарных условий работы.

Анализ динамики переходных процессов при привлечении оборудования к регулированию графика показал, что в общем случае режимные затраты зависят от множества факторов:

• начальное тепловое состояние;

• начальная и конечная мощности;

• КПД котла перед началом возмущающего воздействия;

• скорость изменения нагрузки;

• способ регулирования и др.

Изменение суммарных затрат топлива, связанных с нестационарностью процессов определяются, в основном:

• изменением потерь теплоты с уходящими газами из-за изменения (повышения) избытков воздуха и температуры уходящих газов;

• потерь теплоты в окружающую среду через обмуровку нагретых элементов;

• выделяемого или поглощаемого количества тепла, аккумулированного в конструкциях;

• от самого переходного процесса – разгружение или нагружение.

В этом случае необходимо рассматривать оптимизацию режимов работы каждого из этапов графика нагрузки.

В целом все этапы можно условно разделить на 3 категории:

I – разгружение – этап связан с переходным процессом;

II – работа но стационарной нагрузке (провал нагрузки);

III – нагружение, этап связан с переходным процессом;

В этом случае, например при оценке оптимального режима прохождения графика нагрузки производится выбор состава оборудования и выбор режимов работы.

В этом случае необходимо рассматривать и проводить оптимизацию за определенный период – график нагрузки разбивается на оптимальные зоны. В состав такой зоны входят переходные процессы и режим работы на стационарной нагрузке, до начала нового переходного режима, одного и тоге же типа (например, от разгружения до начала нового разгружения). На рис. 1 эта зона начинается в 0:00 часов и заканчивается в 12:00, она включает в себя: разгружение – провал нагрузки – нагружение – работа на максимальной нагрузке.

В этом случае экономичность работы должна рассчитываться для всей зоны в целом. Например, суммарные затраты топлива для всего переменного режима составят:

Разгружение: , где:.

Провал: .

Нагружение: .

Этапы нагружения и разгружения, это переходные тапы и наряду со стационарными составляющими в них входят нестационарные, связанные с переходным процессом. Экономичность таких режимов зависит от амплитуды изменения нагрузки, скорости изменения, вида топлива, способа разгружения и в целом от способности и возможности на всем этапе удерживать изменяющиеся в переходном процессе параметры на уровне, соответствующем оптимальному значению в каждый момент переходного периода.

В этом случае с учётом дополнительных затрат на переходный процесс () суммарные затраты топлива можно определить по выражению:

.

Изменение затрат топлива на этапе разгружения и нагружения.

Рассмотрим более подробно, с чем связаны дополнительные затраты топлива, связанные с переходным процессом. Эти затраты определяются отклонением параметров от оптимальных параметров при переходном процессе, а также особенностями самого процесс. В первую очередь это связано с:

1. изменением температуры уходящих газов (изменение может отклоняться и в плюс и в минус, то есть температура уходящих газов может возрастать и снижаться);

2. изменение коэффициента избытка воздуха (в значительной степени эта величина зависит от способа регулирования: ручное регулирования или автоматическое; принципы работы регулятора: регулирование с опережением по начальному сигналу или регулирование без опережения);

3. потерями тепла в окружающую среду;

4. использованием (или возвращением) тепла, аккумулируемого в металле и обмуровке элементов котла, трубопроводах металла турбины и т.д.

Х арактер изменения суммарных режимных затрат топлива от времени, скорости и глубины возмущения определяется соотношением между собой следующих составляющих – потерь теплоты с уходящими газами из-за повышенных коэффициентов избытка воздуха и температуры уходящих газов; потерь теплоты в окружающую среду; выделяемого или поглощаемого количества аккумулированной теплоты – соответственно, при разгружении и нагружении блока. Первая из указанных составляющих зависит в основном от способа регулирования соотношения «топливо – воздух» при в озмущениях нагрузки – ручное или автоматическое, опережающее или с задержкой и т.д.

На рис. 2.2 и 2.3 приведены графики изменения коэффициента избытка воздуха в зависимости от скорости и глубины изменения нагрузки на этапах разгружения (рис. 2.2) и нагружения (рис. 2.3) для блока мощность 200 МВт. А на рисунках 2.4 и 2.5 приведены относительные изменения температуры уходящих газов при разгружении (рис. 2.4) и нагружении (рис. 2.5) для блока 300 МВт.

Приведенные графики показывают значительное влияние скорости и глубины изменения нагрузки на динамику изменения коэффициента избытка воздуха и температуры уходящих газов как по амплитуде, так и по длительности процесса стабилизации этих параметров. При малых скоростях изменения нагрузки абсолютное значение немного превышает его «теоретическое» значение, однако при этом длительность этого превышения значительнее. При больших скоростях изменения нагрузки увеличивается и уменьшается длительность перехода на стабилизированное значение. При нагружении энергоблока при больших скоростях наблюдается колебание , что обусловлено быстротечностью процесса изменения параметров, при которых оперативный персонал не успевает следить за соотношением «топливо – воздух». Опыты, проведенные на блоках 300 МВт, показали, что характер изменения коэффициента избытка воздуха остается аналогичным ручному регулированию с несколько уменьшенными абсолютными значениями и колебаниями.

Н

а рисунке 2.6 приведены характерные графики изменения потерь теплоты от разных составляющих в зависимости от скорости изменения нагрузки в процессе разгружения. Как видно из графика потери теплоты с уходящими газами (1) и потери тепла в окружающую среду (4) имеют максимальное значение, соответствующее максимальному значению коэффициента избытка воздуха в процессе разгружения (1) и максимальной разности между окружающей средой и обмуровкой для потерь в окружающую среду (4). На этом же рисунке приведены кривые, показывающие как меняется в процессе разгружения выделение теплоты из металла и воды, находящихся в котле (2) и из обмуровки (3).

Следующая составляющая перерасхода топлива связана со стабилизацией режима работы оборудования после переходного процесса. Фактически эта величина не зависит от направления процесса, а определяется системой регулирования, глубиной изменения нагрузки, типом котлоагрегата и топлива. Рассмотрим эту составляющую более подробно. Анализ имеющихся экспериментальных данных позволяет сделать вывод о том, что эта составляющая, например при пусках блока, для газомазутных составляет 12 – 14 % от всех пусковых потерь, а для пылеугольных достигает 22 – 24 % и практически не зависит от мощности энергоблока.

Пренебрегать такой величиной нельзя. В зависимости от амплитуды изменения нагрузки, потери на стабилизацию плавно возрастают от 0 до , подчиняясь параболическому закону.

Следует учитывать, что величина зависит также от состояния, в которое переводится блок (режим разгружения, МР или останов – при 2^-х последних ) или – при нагружении – из которого переводится. Так, например, при стабилизации из МР потери на стабилизацию на 15 – 20 % меньше, чем при пуске.

На рисунке 2.7 и 2.8 представлены режимные составляющие дополнительных затрат топлива, связанных с переходными процессами при разгружении и нагружении. Анализ этих результатов показывает, что основное влияние на величину потерь

топлива имеет скорость разгружения или нагружения и амплитуда изменения мощности. Из анализа рис. 2.7 следует, что при разгружении составляющая дополнительных затрат топлива имеет знак «-», а процессе нагружения знак «+». Объясняется это тем, что при разгружении тепло, которое аккумулируют поверхности нагрева и корпус котла может быть использовано и при этом затраты топлива на сам процесс разгружения уменьшаются.

З

а)

ато при нагружении происходит перерасход топлива из-за аккумуляции части тепла поверхностями нагрева котла, трубопроводами и корпусом турбины. В результате анализа данных, представленных на рис. 2.7 и 2.8 можно сделать вывод о том, что для каждой относительной амплитуды изменения мощности () существует определённая оптимальная скорость изменения нагрузки, обеспечивающая минимум дополнительных потерь топлива при нагружении и максимальную экономию при разгружении.

На рис. 2.9 приведены зоны оптимальных скоростей для различных энергоблоков как в процессе разгружения, так и в процессе нагружения.

Проведенный большой объем экспериментальных исследований показал, что учесть теоретически и рассчитать влияние всех составляющих, с учетом индивидуальных особенностей каждого отдельного агрегата невозможно.

А нализ этих исследований показал, что основными факторами, определяющими дополнительные затраты топлива, связанные с нестационарностью процесса и стабилизацией режима, являются амплитуда изменения нагрузки и скорость.

На основе анализа экспериментальных денных с использованием методов планирования эксперимента для регулировочного диапазона нагрузки была получена обобщающая зависимость вида:

, где:

– коэффициенты регрессии, определяются типом блока, его мощностью, видом топлива;

– амплитуда изменения нагрузки;

– скорость изменения нагрузки, (% / мин).

Границы изменения каждого из факторов определялись условиями эксплуатации и ограничениями, устанавливаемыми заводами-производителями.

В табл.3.1 представлены границы по использованию данной формулы для оценки перерасхода топлива.

Таблица3.1 Диапазон изменения основных параметров.

Мощность, N МВт	МВт	МВт/мин	%	%
150	20 – 80	1,0 – 9,0	13,0 – 53,3	0,67 – 6,0
200	20 – 120	1,0 – 9,0	10,0 – 60,0	0,5 – 4,05
300	40 – 130	1,0 – 7,0	13,3 – 43,3	0,33 – 2,3

В таблице 3.2 приведены значения коэффициентов регрессии для энергоблоков различных типов.

Таблица 3.2. Сводная таблица коэффициентов регрессионного уравнения.

Тип энергоблока и топлива	Процесс	Регрессионные коэффициенты
Дубль–блок 150 МВт, газ	Разгружение	-2,31	15,83	-1,30	-14,49	0,104	0,69
	Нагружение	10,56	-23,13	0,794	22,60	0,67	-20,85
Блок К–200–130, газ	Разгружение	-2,68	10,96	-2,08	-7,92	0,26	1,024
	Нагружение	2,68	-1,61	-0,62	-0,96	0,118	0,1932
Моноблок К–300–240, котёл ТГМП–314, газ	Разгружение	0,556	-6,336	-0,340	-0,0988	-0,556	0,1504
	Нагружение	0,165	7,1623	-1,413	1,864	3,385	0,5263
Дубль–блок К–300–240, котёл ПК–41, мазут	Разгружение	0,055	1,617	-0,7035	-4,32	0,356	-1,50
	Нагружение	0,936	-2,961	-0,7725	4,04	0,356	0,750