Динамические характеристики парогазовой установки ПГУ-450Т Северо-Западной ТЭЦ Санкт-Петербурга

Парогазовые установки бинарного типа пред­ ставляют собой для отечественной энергетики новый тип энергетических установок, характеристи­ ки которых значительно отличаются от характери­ стик паросилового оборудования. Характерной их особенностью является активная роль ГТУ и пас­ сивная роль паросиловой части при регулирова­ нии электрической и тепловой нагрузок ПГУ, а также скользящие параметры пара и отсутствие регулирования температуры пара перед паровой турбиной.

Отсутствие отечественного опыта эксплуата­ ции бинарных ПГУ при создании ПГУ-450Т Севе-

Уходящие

ãàçû

Ãàçû îò ÃÒ

Рис. 1. Принципиальная схема котла ПГУ-450Т:

1 – пароперегреватель высокого давления; 2 – испаритель высокого давления; 3 – экономайзер высокого давления; 4 – паро­ перегреватель низкого давления; 5 – испаритель низкого дав­ ления; 6 – газовый подогреватель конденсата; ÃÏÇ – главная паровая задвижка; ÁÐÎÓ ÂÄ – быстродействующая редукци­ онно-охладительная установка высокого давления; ÐÓ ÍÄ – редукционное устройство низкого давления; ÏÍ ÂÄ è ÏÍ ÍÄ

– питательные насосы высокого и низкого давления соответст­ венно; ÖÍ ÂÄ è ÖÍ ÍÄ – циркуляционные насосы высокого и низкого давления; ÐÖÍ – рециркуляционные насосы

ро-Западной ТЭЦ г. Санкт-Петербурга потребова­ ло выполнения широкого спектра работ для изучения ее характеристик с целью разработки оп­ тимальной технологии эксплуатации во всем диа­ пазоне нагрузок при всех возможных режимах работы [1, 2].

Для изучения динамических свойств ПГУ-450Т и отработки технологии изменения нагрузки, пус­ ков и остановов, а также для изучения поведения ПГУ в аварийных режимах разработана управляе­ мая математическая модель динамики блока, по­ зволяющая в режиме реального времени изучать и фиксировать реакции элементов ПГУ на воздейст­ вия регулирующих и защитных органов управле­ ния. Математическая модель специально не осна­ щена системами автоматического управления, кроме тех, без которых невозможна ее работа (на­ пример, регулирование уровня воды в паровых ба­ рабанах котлов-утилизаторов). Это позволяет по­ лучать характеристики динамических свойств эле­ ментов, которые могут использоваться для разра­ ботки систем автоматического управления. Мате­ матические модели ПГУ (котлов-утилизаторов, паротурбинной установки) разработаны на базе методов, апробированных ВТИ при исследованиях динамики паросилового оборудования.

Сервисная оболочка математической модели позволяет проводить математические эксперименты в реальном масштабе времени с полным конт­ ролем изменения характерных параметров, фикси­ ровать их изменение, вмешиваться в ход экспери­ мента, изменяя положение регулирующих и от­ ключающих органов.

При исследованиях динамики главное внима­ ние уделялось котлам-утилизаторам, которые, яв­ ляясь связующими звеньями между ГТУ и паро­ вой турбиной, определяют маневренные характе­ ристики блока. Принципиальная схема котла-ути­

лизатора представлена на ðèñ. 1.

Регулирование нагрузки ПГУ. Штатное регу­ лирование нагрузки ПГУ осуществляется посред­ ством изменения нагрузки газотурбинных устано­ вок. Изменение мощности ГТУ типа V94.2 фирмы Сименс, которые входят в состав ÏÃÓ-450Ò, в диа­ пазоне 100 – 60% номинальной при текущей тем­ пературе наружного воздуха осуществляется наи­ более экономичным образом – изменением расхо­ да воздуха с помощью входного направляющего аппарата (ВНА) компрессора с соответствующим

изменением расхода топлива, а в диапазоне 100 – 110% и ниже примерно 60% – только с помо­ щью изменения расхода топлива.

При наличии в составе ПГУ двух ГТУ, как это имеет место в ПГУ-450Т, возможны две техноло­ гии изменения нагрузки ПГУ – посредством изме­ нения нагрузки обеих ГТУ одновременно и по­ средством изменения нагрузки только одной ГТУ.

В диапазоне нагрузки ПГУ 100 – 40% номина­ льной более экономичной является первая техно­ логия, так как в большей части диапазона исполь­ зуются ВНА компрессоров ГТУ. Если предполага­ ется глубокая разгрузка ПГУ (ниже 40%), то более экономичным способом разгрузки является вторая технология разгрузки блока с отключением одной ГТУ [2].

Изменение параметров в паросиловой части блока в математическом эксперименте при скачко­ образном возмущении одновременно на две ГТУ без использования пускосбросных устройств высокого и низкого давления (БРОУ ВД и БРУ НД) представлено на ðèñ. 2.

Целью эксперимента являлось определение влияния разгружения и нагружения двух ГТУ на параметры пара перед паровой турбиной. Исход­ ное состояние – номинальный режим ПГУ при ра­ боте двух ГТУ.

Цифрами в кружках обозначены режимы после возмущений: 0 – номинальный (мощность ГТУ-2 166,1 МВт); 1 – обе ГТУ разгружены до 99,1 МВт каждая закрытием входных направляющих аппа­ ратов; 2 – обе ГТУ разгружены до 89,1 МВт каж­ дая уменьшением подачи топлива; 3 – разгрузка каждой ГТУ до 50 МВт; 4 – разгрузка каждой ГТУ от 16,6 МВт; 5 – нагружение каждой ГТУ до 45,1 МВт восстановлением номинальной началь­ ной температуры газов; 6 – нагружение каждой ГТУ до 166,1 МВт открытием входных направля­ ющих аппаратов.

После первого возмущения мощность паровой турбины снизилась с 163,5 до 117 МВт (ðèñ. 2, â ), переходный процесс продолжался около 5 мин, максимальная скорость разгружения составила 9,9 МВт мин, температура пара ВД и НД перед турбиной при этом изменилась незначительно:

ницы. Однако в пассивном котле при этом обнару­ живаются нежелательные эффекты. При сбросе нагрузки ГТУ и снижении давления пара за активным котлом в пассивном котле наблюдается выброс пара из испарителей, при набросе нагрузки – аккумуляция пара. Хотя при этом температура пара не изменяется, большой выброс пара из испа­ рителей может привести к забросу воды в перегре­ ватели.

Постепенное разгружение и последующий останов одной ГТУ без отключения ее котла от па­ ровой турбины и без открытия пуско-сбросных устройств, при условии идеального перемешивания пара обоих котлов, приводит к снижению средней температуры пара ВД перед турбиной

примерно на 30°С и, хотя температура пара за разгруженным котлом снижается до 350°С, условия работы последних ступеней ЦНД не ухудшаются, так как при этом давление пара снижается до 5,3 МПа (рабочий процесс сдвигается вправо). Не­ значительное снижение средней температуры пара ВД перед паровой турбиной объясняется значительным снижением паропроизводительности раз­

гружаемого котла.

Пусковые режимы. При штатном пуске первый этап нагружения ГТУ выполняется при пол­ ностью прикрытом ВНА за счет повышения нача­ льной температуры газов, второй этап нагружения осуществляется посредством открытия ВНА по-