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.