книги из ГПНТБ / Усов С.В. Основы эксплуатации электрических станций конспект лекций

В выходной части пароперегревателя, куда направляется пар пз встроенного сепаратора, количество и параметры этого пара могут регулироваться в соответствии с требованиями пуска на скользящем режиме. После синхронизации генера­ тора пуско-сбросное устройство полностью закрывается и котел блока начинает работать по прямоточной схеме. Сепа­ раторная схема пуска блока выгодно отличается от прямоточ­ ной схемы с выносным сепаратором тем, что оиа позволяет пускать блок при любом тепловом состоянии котла и турби­ ны без опасности тепловых ударов, а также дает возможность удержания блока в работе при сбросе нагрузки до холостого хода или нагрузки собственных нужд.

Следует обратить внимание на особенности пуска неостыв­ шего блока, находящегося в состоянии расхолаживания после остановки.

Котел охлаждается быстрее турбины и через 8—10 часов может иметь температуру воды и металла около 100° С. В то же время корпус турбины, имеющий хорошую тепловую изоля­ цию и охлаждающийся обычно со скоростью 9 — 10° С в час, будет иметь еще достаточно высокую температуру (около

300— 400° С).

Вэтих условиях нельзя производить пуск неостывшего блока на скользящих параметрах пара, так как поступление холодного пара в горячую турбину вызовет в ней опасные тем­ пературные деформации и напряжения. Рекомендуется до по­ дачи пара в турбину предварительно поднять его температуру до значений, близких к температуре головных частей турбины (разность температуры пара и металла не должна при этом превышать указанных 50—80°С).

Необходимо также соблюдать осторожность при нагруже­ нии закритического блока, перед этим разгруженного до холо­ стого хода, так как при таком разгружении наблюдается рез­ кий скачок температуры в выхлопной ступени ЦВД (темпера­

тура выхлопной ступени повышается на 100— 120° С за 2— 3 мин) и последующий непрерывный рост этой температуры до 450—480° С (пар) и 410—420° С (металл), что сопровожда­ ется относительным удлинением ротора высокого давления. Скачок температуры на выхлопе ЦВД объясняется тем, что при быстром разгружении турбины перепад тепла на ЦВД уменьшается и срабатывается в основном в регулирующей сту­ пени. Через остальные ступенипар проходит, не меняя своего состояния, и поэтому температура пара в выхлопной камере сравнивается с температурой пара в регулирующей ступени. Дальнейший рост температуры происходит за счет потерь на

трение.

Для предотвращения неприятных последствий такого ре­ жима рекомендуется при переводе закритических блоков на

80

холостой ход или нагрузку собственных нужд снижать давле­ ние острого пара, пользуясь БРОУ, до 160 кгс/см2 с наивыс-

•шей скоростью, допускаемой котлом блока, а для того чтобы

•из-за повышенных потерь температура металла выхлопной ступени не превысила предельно допустимую 420° С, продол­ жительность работы турбины на холостом ходу ограничива­ ется 15 мин.

§ 23. Остановка и расхолаживание блока

При остановке парового котла дубль-блока в горячий ре­ зерв, т. е. при необходимости быстрого обратного включения его в работу, принимают меры к сохранению накопленного в нем тепла.

При остановке котла в холодный резерв его расхолажи­ вают, соблюдая все условия медленного охлаждения, безопас­ ного для агрегата. Продолжительность такого нормального расхолаживания составляет в зависимости от давления котла от 36 до 48 часов.

При остановке, вызванной необходимостью срочного ре­ монта (повреждение кипятильных, экранных или пароперегревательных труб, кладки и т. п.), прибегают к ускоренному расхолаживанию котла. В этом случае допускается пуск

.дымососов и вентиляторов уже через 8—10 часов после отклю­ чения котла от паропровода и усиление продувки и подпитки его с тем, чтобы понижение температуры воды до 70—80° С, лри которой ее можно спускать из котла, продолжалось

.18—24 часа.

Наиболее рациональным способом остановки котлов, ра-

•ботающих в блоке с турбиной, является остановка по сколь­ зящему режиму, так же как и при пуске, но при обратной по­ следовательности операций.

Скользящий режим остановки блока позволяет сократить

.продолжительность расхолаживания турбины за счет более равномерного охлаждения всех ее деталей.

Остановку турбины следует производить также с соблю­ дением всех условий нормального расхолаживания. Снятие нагрузки с нее должно производиться плавно и нормальным

•образом не менее получаса. Только в аварийных случаях раз­ решается внезапный сброс нагрузки.

После отключения от паропровода машина должна нахо­ диться -на свободном выбеге, причем при каждой остановке необходимо сравнивать выбег с эталонной кривой, построен­ ной для каждой турбины (рис. 58). Это сравнение дает воз­ можность сразу же обнаружить неисправности в машине в ■случае их появления.

При неисправностях в проточной части (лопаточный аппа­

рат, направляющий сопловой аппарат) увеличатся вентиля­ ционные потерн и кривая выбега отклонится от эталонной (см. рис. 58). При неисправностях в подшипниках, задеваниях в уплотнениях и т. п. увеличиваются механические потери и выбег пойдет по кривой 2.

Если по какой-либо причине окажется необходимым уско­ рить остановку турбины, следует сорвать вакуум, отключив эжекторы и подняв атмосферный клапан на крышке конден­ сатора, а также включить возбуждение генератора. Однако

п

Рис. 59

к таким мерам прибегают лишь в самых крайних случаях, так как, не имея сравнения с эталонным выбегом, нельзя будет судить о характере неисправностей, возникших в машине..

Эталонная кривая выбега может служить для определе­ ния времени прогрева и развертывания малых турбин сред­ них параметров при их пуске. При этом исходят из предполо­ жения, что тепловые деформации деталей машины при выбеге имеют характер, обратный характеру деформаций при пуске, т. е., что детали, расширявшиеся при прогреве турбины,

82

стремятся принять в процессе выбега свои первоначальные размеры.

На рис. 59 приведены кривые пуска, построенные на осно­ вании кривых выбега.

§ 24. Регулировочный диапазон паровой турбины

Пределы изменения нагрузки паровой турбины от техниче­ ского минимума до максимальной называют регулировочным диапазоном турбины.

Технический минимум нагрузки конденсационных турбин определяется вентиляционным расходом пара (надежность) и минимальным расходом пара, при котором еще возможна ра­ бота регенеративных подогревателей (экономичность).

Более высокий из этих двух расходов пара и определяет минимально допустимую нагрузку конденсационной турбины. Для большинства типов турбин она составляет от 20 до 30% номинальной мощности.

Технический минимум нагрузки конденсационной турбины, работающей в блочной схеме, определяется минимально допу­ стимой нагрузкой парового котла блока. В случае дубль-блока обычно минимум определяется турбиной, так как возможна остановка одного из котлов дубля.

При частичном сбросе нагрузки и аварийном повышении частоты блок должен уменьшать нагрузку в соответствии с<5 статизмом регуляторов турбин и с минимальной инерцион­ ностью. Максимальная допустимая инерционность определя­ ется требованием, чтобы сброс мощности любой величины не мог привести в действие системы автоматики, выводящие турбину из нормальной работы. После быстрого, в течение не­ скольких секунд, снижения мощности до величины, лежащей

впределах полного регулировочного диапазона, блок должен иметь возможность работать с этой мощностью в течение не­ ограниченного времени без отключения оборудования. Для режимов быстрого снижения нагрузки генераторов до величи­ ны, выходящей за пределы регулировочного диапазона, вплоть до нагрузки собственных нужд блоки должны обеспе­ чивать работу как минимум в течение 10—60 секунд в зависи­ мости от глубины разгрузки. Это необходимо для обеспечения нормального действия автоматов повторного включения и си­ стем автоматики поддержания устойчивости синхронного ре­ жима. В других случаях при необходимости обеспечить мест­ ное электроснабжение, а также для ускорения мобилизации мощности в системе и после аварий требуется удержать блок

вработе в течение 15 мин на нагрузках ниже регулировочного диапазона вплоть до холостого хода. В этом режиме турбин­ ные заводы для блоков с закритическими параметрами предъ-

являют дополнительное требование: снизить давление свежего пара до 160 кгс/см2 во избежание чрезмерного охлаждения пара при дросселировании в регулирующих клапанах.

Это требование объясняется тем, что при разгружении тур­ бины до холостого хода наблюдается резкий скачок темпера­ туры пара на выхлопе из ЦВД (100—120° С за 2—3 мин) и последующий непрерывный рост этой температуры с несколько меньшей скоростыо. В результате на выхлопе ЦВД темпера­ тура пара достигает 450—480° С, а металла — 420° С, что со­ провождается относительным удлинением ротора высокого давления. Этот фактор влияет на относительное положение ротора высокого давления в большей мере, чем уменьшение температуры пара в паровпускной части турбины. При после­ дующем наборе нагрузки температура пара на выхлопе из ЦВД резко падает. При быстром разгружении турбины пере­ пад тепла на цилиндр высокого давления уменьшается и сра­ батывается в основном на регулирующей ступени. Через остальные ступени пар проходит, практически не изменяя своего состояния, что и является причиной скачка темпера­ туры на выхлопе из ЦВД до температуры в камере регули­ рующей ступени. Дальнейший рост температуры пара проис­ ходит за счет потерь на трение.

Таким образом, снижение давления острого пара до 160 кгс/см2, даже если оно происходит в течение нескольких минут, положительно сказывается на режиме работы турбины при сбросе нагрузки до холостого хода. Исходя из того что температура металла на выхлопе из ЦВД не должна быть выше 420° С, продолжительность работы турбины на холостом ходу не должна превышать 15 мин.

Относительное укорочение ротора высокого давления не лимитирует продолжительность работы турбины на холостом ходу.

Снижение давления острого пара до 160 кгс/см2 при этом должно производиться в наиболее быстром темпе, допускае­

мом котлом блока [8].

Технический минимум теплофикационной турбины, имею­ щей конденсатор, определяется минимальной загрузкой регу­ лируемых отборов и вентиляционным расходом пара. Однако, учитывая вынужденность тепловой нагрузки турбины, следует относить этот минимум к тепловой, а не к электрической на­ грузке.

Теплофикационная турбина, работающая на конденсацион­ ном режиме, имеет такой же минимум нагрузки, как и конден­ сационная турбина соответствующей мощности.

Перегрузка паровых турбин не рекомендуется, так как уве­ личение нагрузки сверх номинальной можно получить только за счет аварийного повышения параметров пара, давления и

84

температуры перегрева. Углубление вакуума обычно невоз­ можно практически, а если в некоторых случаях и появляется возможность увеличения кратности циркуляции, то возраста­ ние расхода электрической энергии на циркуляционные на­ сосы лишает смысла повышение мощности турбины за этот счет.

Таким образом, как правило, максимальная допустимая мощность паровой турбины равна ее номинальному значению. Исключение составляют теплофикационные турбины типа КО и КОО, которые за счет частичной разгрузки регулируемых от­ боров и полной загрузки проточной части низкого давления (после отборов) могут повысить нагрузку на 20% сверх номи­ нальной, если позволяет генератор.

§ 25. Регулировочные характеристики паровой турбины

Скорость и величина изменения нагрузки паровой турбины ограничиваются температурным режимом отдельных ступеней, а у турбин с промежуточным перегревом пара — еще так на­ зываемым динамическим забросом оборотов.

Как известно, при из­ менении нагрузки паро­ вой турбины меняется распределение давления и температуры пара по ступеням. Температура пара в камере регулирую­ щей ступени изменяется примерно пропорциональ­ но расходу пара, т. е. про­ порционально и нагрузке. Температура пара в вы­ хлопной камере цилиндра высокого давления тур­ бины сравнительно круто падает от максимального значения при холостом ходе до минимума при нагрузке в 30 — 50% но­ минальной, затем снова поднимается вверх до

значения при номинальной нагрузке, лежащего между этими крайними точками (рис. 60).

В связи с этим при внезапных изменениях нагрузки в соот­ ветствии с изменениями процесса расширения пара в отдель­

85

ных ступенях турбины возникают резкие изменения темпера­ туры пара, вызывающие дополнительные тепловые напряже­ ния в металле турбины. Эти напряжения особенно опасны для турбин высокого давления, у которых головная часть выпол­ няется из сталей аустенитного класса, имеющих склонность к образованию тонких волосяных трещин. При частых измене­ ниях нагрузки такой турбины на величину, соответствующую изменениям температуры в 50—100° С, в металле турбины будут возникать циклически изменяющиеся знакопеременные температурные напряжения, которые в результате усталости

Рис. 61

материала приведут в конце концов к нарушению прочности и появлению трещин.

Нижние кривые рис. 60 иллюстрируют температурные раз­ ности при внезапной разгрузке и нагружении турбины. Как видно, наибольшая разность появляется при внезапной раз­ грузке турбины до холостого хода.

На рис. 61 указаны допустимые внезапные изменения на­ грузки, при которых температурные -разности не достигнут опасных значений. Как можно видеть, в области малых нагру­ зок основные ограничения вносятся температурным режимом выхлопной ступени ЦВД, а в области средних и максимальных нагрузок определяющим является тепловой режим регулирую­ щей ступени. При проведении пограничных кривых было принято, что изменение температуры на 40—50° С еще не вы­ зывает опасных температурных напряжений.

Штрихованной линией на диаграмме рис. 61 ограничены сбросы нагрузки, при которых еще не возникнет динамиче­ ского заброса оборотов.

86

Под динамическим забросом оборотов понимают повыше­ ние скорости вращения турбины с промежуточным перегревом пара, возникающее под воздействием объема пара, находяще­ гося в момент сброса нагрузки в проточной части турбины и в системе вторичного пароперегревателя. Очевидно, что регули­ рование турбины на этот процесс повышения скорости никак реагировать не сможет.

На рис. 62 показано сравнение забросов оборотов турби­ ны, не имеющей вторичного перегрева пара (кривая 1), и тур­ бины с вторичным перегревом (кривая 2).

Таким образом, в некоторых случаях, в особенности у тур­ бин с многократным вторичным перегревом пара, сбросы на­ грузки ограничиваются не только температурными изменениями, но и дина­ мическим забросом обо­ ротов.

Скорость набора на­ грузки при первом нагру­ жении турбины во время пуска диктуется синхрон­ ностью удлинения ротора и статора турбины. Ско­ рость повышения темпе­ ратуры в этом случае ми­ нимальна и составляет

для крупных машин около 0,8° в минуту. Это соответствует скорости повышения нагрузки 250—300 кВт/мин.

При изменении нагрузки прогретой загруженной машины допускаются значительно большие скорости изменения темпе­ ратуры, доходящие до 2—3° в минуту, что приводит к правилу «МВт/мин». Это правило относится к изменению нагрузки в широком диапазоне от холостого хода до полной нагрузки.

К процессу нагружения блока в аварийных условиях предъявляются особенно жесткие требования: увеличивать мощность на имеющийся резерв (вплоть до 25 — 30% номи­ нальной мощности) в течение 5 — 10 секунд. Такое быстрое нагружение блока возможно только при использовании акку­ мулирующей способности котлов и максимальной форсировке топки, исключающей снижение мощности после исчерпания аккумулированного в котле тепла.

Практически в пределах изменения нагрузки ±15% (на­ пример, в диапазоне 70—100%) допускают мгновенные сбро­ сы — набросы нагрузки при условии, что колебания темпера­ туры не выйдут при этом за пределы ±20—25° С, а заброс

•оборотов машин с промежуточным перегревом пара не превы­ сит 3%.

87

Для поддержания устойчивости требуется в некоторых случаях скорость снижения нагрузки турбины 250—500% но­ минальной мощности в секунду. При этом уменьшение мощ­ ности до 50% номинальной должно происходить со скоростью? не менее 500% в секунду. Средняя скорость последующего-, увеличения мощности должна быть доведена до 100—250%. номинальной в секунду.

Скорость повышения нагрузки блока можно оценить инте­ гральным критерием

который характеризует долю выполнения команды на измене­ ние мощности блока за время т после возмущения.

Исследования маневренности блоков при помощи этого> критерия при различных схемах регулирования показывают,, что эти жесткие требования энергосистем существующими блоками пока не выполнимы [8]. Эти же исследования пока­ зали, что приемистость блоков сильно зависит от состояния: котла: приемистость блока 300 МВт падает в 2—5 раз при зашлаковании поверхностей нагрева.

У машин с промежуточным перегревом пара возникает не­ обходимость компенсации запаздывающего действия проме­ жуточного пароперегревателя, чтобы стабилизировать на­ грузку турбины. Так как постоянная времени вторичного1 перегревателя составляет обычно 8—12 секунд, повышение на­ грузки турбины до заданной затягивается на 20—30 секунд: (см. рис. 45).

Для компенсации этого запаздывания предложены три: способа.

1. Перерегулирование подачи пара. При этом способе при­ меняют максимальное открытие паровпускных клапанов неза­ висимо от заданного увеличения нагрузки. Возникающий при этом «заброс» расхода пара вызывает повышение давления в- промежуточном пароперегревателе и ускорение повышения на­ грузки турбины (рис. 63).

Уменьшение эквивалентной постоянной времени вторич­ ного пароперегревателя при этом пропорционально отноше­ нию

где Т'пп — эквивалентная постоянная времени вторичного па­

роперегревателя; Гпп— постоянная времени вторичного пере­ гревателя при пропорциональном увеличении расхода пара; D0— расход пара при начальной нагрузке турбины; Z), — не-

88

обходимый расход пара при новой нагрузке; DMai<c-—макси­ мально возможный расход пара при полном открытии паро­ впускных клапанов.

Характер изменения давления во вторичном пароперегре­ вателе при различных отношениях DMai<c/D0 показан на.

рис. 64.

В реальных условиях регулирования этот способ большого выигрыша в скорости набора нагрузки ЦВД не дает, так как резерв пропускной способности проточной части цилиндра высокого давления невелик (7—8%) и, кроме того, параметры

Риг 64

пара перед турбиной при резком увеличении его расхода па­ дают. В результате расход пара оказывается ниже теоретиче­ ского и скорость набора нагрузки почти не увеличивается. На рис. 65 показан ход реального процесса при перерегулирова­ нии подачи пара, ограниченном проходным сечением проточ­ ной части ЦВД.

2. Отключение подогревателей низкого давления. Схема установки для ограничения отборов низкого давления приве­ дена на рис. 66. При необходимости повышения нагрузки ЦВД останавливается насос 5 и отключаются отборы / и 2. Конденсат при этом собирается во вспомогательном баке 3, а питание котла на время повышенной нагрузки осуществля­ ется за счет запаса питательной воды в баке деаэратора 4.

Пар отборов поступает теперь в конденсатор и повышает мощность турбины. Как можно видеть на рис. 67, время, не-

S9