книги из ГПНТБ / Андрющенко А.И. Оптимизация тепловых циклов и процессов ТЭС учеб. пособие

зера в зону более высоких температур газов может привести к замене двухступенчатой компоновки хвостовых поверхностей нагрева одно­ ступенчатой; перераспределение тепловосприятия между ступенями нагрева промежуточных перегревателей в схеме с параллельными газо­ ходами—к отказу от использования основного экономайзера.и полной замене его байпасным экономайзером; перемещение отдельных пакетов пароперегревателя по газовому тракту—к замене одних марок стали другими и т. п.

Частичную оптимизацию парогенератора можно проводить уже на стадии эскизного проектирования, когда осуществляется распре­ деление тепловосприятия по поверхностям нагрева, выбирается после­ довательность расположения отдельных пакетов (или целых групп па­ кетов) по газовому тракту и определяются сечения газоходов. На ос­ новании технических ограничений обычно известны ориентировочные значения температуры газов на выходе из топки (перед ширмами), на входе в конвективную часть (за ширмами), за промежуточными паро­ перегревателями (перед экономайзером), уходящих газов и горячего воздуха. Зная температурые зоны размещения отдельных пакетов, можно определить для них оптимальные значения скоростей газов (с учетом унификации сечений газоходов), воздуха и пара (с учетом тре­ бований надежного охлаждения металла), а также произвести опти­ мальное распределение тепловосприятия по пакетам отдельных групп поверхностей нагрева (например, вторичных пароперегревателей, хво­ стовых поверхностей и т. п.). Как уже было отмечено выше, оптималь­ ные скорости газов, воздуха и пара можно выбирать в довольно широком диапазоне, поэтому при комплексной оптимизации парогенератора на стадии технического проектирования, как правило, не требуется их последующего уточнения. Конструктивные характеристики поверхно­ стей нагрева также выбираются заранее с учетом приведенных в [22] соображений.

Таким образом, на стадии технического проектирования комплекс­ ная оптимизация сводится к совместному определению оптимальных температур уходящих газов и горячего воздуха. При этом достигается экономически наивыгоднейшее размещение экономайзера и воздухо­ подогревателя. Качество размещения поверхностей нагрева в более высоких температурных зонах не оказывает практического влияния на выбор оптимальных температур уходящих газов и горячего воздуха. Как показали наши расчеты, если тепловосприятие экономайзера и воздухоподогревателя превышает 25% от теплопроизводительности парогенератора, то при совместной оптимизации температур уходящих газов и горячего воздуха достаточно учитывать изменение только хво­ стовых поверхностей нагрева.

Условие оптимума функции 3 = f(tух, ^г. в ) ;

(5-121)

191

В соответствии с материалами § 5-1 и 5-4 для парогенераторов с по­ следовательным размещением поверхностей нагрева промежуточных перегревателей и одноступенчатой компоновкой экономайзера и воз­ духоподогревателя формулы (5-121) в развернутом виде можно пред­ ставить следующим образом:

Совместное решение уравнений (5-122) позволяет определить опти­ мальные значения температур уходящих газов ty™и горячего воздуха

C L а также установить зависимость оптимальной температуры ухо­ дящих газов'от стоимости топлива, температуры питательной воды и других факторов. В тех случаях, когда одна из температур (^г, в или tyx) является заданной, оптимизация сводится к решению одной из част­ ных задач, рассмотренных выше в § 5-1 и 5-4. Например, если во избе­ жание опасности низкотемпературной коррозии и чрезмерного загряз-

192

Кривые показывают также, что повышение температуры питатель­ ной воды приводит к увеличению оптимальной температуры уходя­ щих газов. В данном случае справедливо равенство

Л^ухТ- (0,42 -у 0,58) Л/П.в,

причем каждой /°х’г соответствует своя оптимальная температура подо­ грева воздуха.

,опт

140

130

по

но

100

Цт-Тэ,(!пыс.ру5/?п.у.т)(ч/гад)

Рис. 5-14

Аналогичные расчеты для определения оптимальных температур уходящих газов и горячего воздуха были проведены также для одного

ный подогрев воздуха до 50° С отборным паром.

Основные результаты совместного определения оптимальных тем­ ператур уходящих газов и горячего воздуха для данного парогенера­ тора представлены на рис. 5-14. Как можно видеть, с увеличением

194

расчетной стоимости топлива Цти числа часов использования установ­ ленной мощности тэ оптимальные температуры уходящих газов ^°"т и горячего воздуха ^°.Пв уменьшаются. Принятое в проекте парогене­

растут годовые расчетные затраты при отклонении температуры уходя­ щих газов от оптимального значения. Результаты расчетов по опре­ делению Д3 = /(Д^ух) для парогенератора блока 1200 МВт, представ­ ленные на рис. 5-15, свидетельствуют о том, что чем дешевле топливо, тем больше допустимое отклонение температуры уходящих газов от оптимальной. В данном случае возрастание годовых расчетных затрат

—20 руб./т. у. т.

§5-6. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ

ПАРОГЕНЕРАТОРА

Приведенные выше методические положения оптимизации основных характеристик парогенераторов предусматривают заданными мощ­ ность и тепловую схему блока, вид и способ сжигания топлива, тип и профиль парогенератора, способы регулирования температуры про­ межуточного перегрева пара, конструктивные характеристики поверх­ ностей нагрева и др. Эти методические положения позволяют провес­ ти оптимизацию внутри каждого варианта, т. е. поставить этот ва­ риант в оптимальные для него условия.

Однако варианты парогенератора одного и того же блока при рабо­ те на одном и том же топливе могут иметь существенные различия, со­ стоящие в числе корпусов (одноили двухкорпусная компоновка), в расположении газоходов (последовательное или параллельное), в ор­ ганизации газовоздушного тракта (под наддувом или с уравновешенной тягой), в способах регулирования температуры промежуточного пе­ регрева пара и др. Поэтому завершающий этап оптимизации парогене­ ратора состоит в выборе из оптимальных вариантов наивыгоднейшего, который обеспечивал бы по сравнению с другими минимальные расчет­ ные затраты и удовлетворял бы техническим требованиям. Причем, как уже было отмечено, обязательным условием сопоставления различ­ ных вариантов является обеспечение заданного отпуска электроэнергии и тепла потребителям, т. е. приведение вариантов к одинаковому энергетическому эффекту.

В качестве примеров рассмотрим результаты сравнения вариантов парогенератора, отличающихся способами регулирования температуры промежуточного перегрева пара.

Парогенераторы с двукратным промежуточным перегревом. В этих парогенераторах должно быть не менее двух способов регулирования температуры промежуточного перегрева пара. В соответствии с иссле­ дованиями [31] можно выделить для сравнительной оценки наиболее перспективные варианты (табл. 5-4).

Сравнительная оценка проводилась применительно к вариантам

генератора приняты: П —образная компоновка, одинаковые размеры топки, теплонапряжения ее объема и сечения. Во всех вариантах при­ нят также неизменным воздухоподогреватель. Размещение поверхнос­ тей нагрева промежуточных перегревателей в вариантах I—III соответ­ ствует рис. 5-5. Та же последовательность расположения указанных поверхностей нагрева предусмотрена и в варианте IV. Разница состоит в том, что после поворотной камеры часть газов ответвляется и прохо­ дит через байпасный газоход, в котором расположен экономайзер, вклю­ ченный по воде параллельно основному [31].

Так как каждый сравниваемый вариант должен быть поставлен в оптимальные для него условия, то предварительно была про­ ведена оптимизация скоростей газов и пара, выбраны рацио­ нальные марки сталей, диаметры и шаги труб в пакетах, а также наивыгоднейшим образом распределено тепловосприятие по отдельным ступеням нагрева.

Сравнение вариантов производилось по данным тепломеханических расчетов на основном топливе — сернистом мазуте — при одинаковой полезной мощности блока. Было принято, что парогенератор работает с нагрузками 100, 70 и 50% от номинальной, при этом продолжитель­ ность работы с этими нагрузками варьировалась. При номинальной нагрузке парогенератора во всех вариантах принимались одинаковыми температуры уходящих газов и примерно одинаковыми температуры газов перед вторым промежуточным перегревателем.

Исходя из приведенных выше положений, подсчитанные годовые

196

Годовое изменение расхода топлива в каждом варианте по срав­ нению с вариантом I определялось по формуле

АБ= 123- 10-в 15100 -г 5,„ ^ т501 т<& (5-123)

где Bwо, 5 ,0, В60 — расходы натурального топлива в варианте I при

суммарные относительные изменения расхода топлива в каждом ва­ рианте по сравнению с вариантом I соответственно при нагрузках 100,

70 и 50% от номинальной, %; т100, т70, т60—относительная длительность работы парогенератора с нагрузками соответственно 100, 70 и 50% от номинальной; т — число часов работы парогенератора в течение

года, ч/'год; Q„ — низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг.

В расчетах стоимость топлива варьировалась Цт= 5-^25 руб/т. у. т. Умножая каждую величину Цт на вычисленные по (5-123) значе­ ния АВ, получаем разницу в годовых расчетных затратах на топливо в каждом варианте по сравнению с вариантом I. Суммируя найденные значения ЦТАВ с разницей в годовых отчислениях от капиталовложе­ ний, получаем зависимость приращений суммарных годовых расчет­ ных затрат в каждом варианте (по сравнению с вариантом I) АЗ от стоимости топлива Z|T.

Как показали расчеты, наименьшие суммарные годовые расчетные затраты имеет вариант II, в котором дополнительное регулирование температуры первого промежуточного перегрева осуществляется впрыском питательной воды (до 2% от расхода пара) из промежуточной ступени питательного насоса. Этот вариант и следует рассматривать как наиболее перспективный для мощных газомазутных парогенера­ торов с двукратным промежуточным перегревом пара.

Парогенераторы с однократным промежуточным перегревом. Срав­ нительная оценка различных способов регулировки температуры одно­ кратного промежуточного перегрева пара, приведенная в [30],показала, что наиболее перспективным оказывается вариант парогенератора с рециркуляцией газов в топку. Однако, возлагая на рециркуляцию функцию основного регулятора температуры промежуточного перегре­ ва и фактора, способствующего снижению локальных тепловых пото­ ков в нижней радиационной части (НРЧ), необходимо предусмотреть дополнительное средство регулирования температуры промежуточно­ го перегрева пара. Эта необходимость обусловлена минимальной вели­ чиной гр (около 15%) по условиям защиты НРЧ при номинальной на­ грузке и, с другой стороны, максимальной величиной (около 45%) при сниженных нагрузках по условиям работы топки без значительных потерь тепла от химической неполноты сгорания. Сопоставлялись следующие дополнительные способы регулирования температуры промежуточного перегрева пара: а) перераспределение расхода газов по параллельным газоходам; б) изменение расхода пара через регулиро­ вочный пакет промежуточного перегревателя; в) постоянный не­

197

Г Л А В А VI

ОПТИМИЗАЦИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ТУРБОУСТАНОВОК

§ 6-1. ВЫБОР ДАВЛЕНИЙ ПАРА В СИСТЕМЕ РЕГЕНЕРАЦИИ

Одной из основных задач оптимизации паротурбинных установок является определение термодинамически наивыгоднейшей температуры питательной воды на выходе из последнего регенеративного подогре­ вателя.

Рассмотрим аналитическое решение этой задачи для современной тепловой схемы паротурбинной установки с двукратным промежуточ­ ным перегревом пара и турбоприводом питательного насоса, показан­ ной на рис. 6-1. Оптимальное значение конечной температуры питатель­

ватель ПЗ. При фиксированных давлениях обоих промежуточных пе­ регревов в цикле р 2 и р 3 и увеличении tn_Bнеобходимо учитывать из­ менение расхода тепла и полезной работы в цикле, повышение темпе­ ратуры воды в подогревателе П 1, соединенном по греющему пару с ли­ нией второго промежуточного перегрева, а также зависимость темпе­ ратуры уходящих из парогенератора газов от температуры пита­ тельной воды [7].

В соответствии с перечисленными особенностями и обозначениями на схеме внутренний к. п. д. паротурбинной установкки г), представим в следующем виде:

где /0 — удельная полезная работа 1 кг пара в турбоустановке без учета регенеративных отборов, кДж/кг; /in, h2, hK и hT— теплоперепады, недоиспользуемые в процессе расширения соответствующими потоками отбираемого пара dn, d2, dx и (е?д + dT), кДж/кг; q2, qs — удельные расходы тепла на первый и второй промежуточные перегре­ вы, кДж/кг; qух — потери тепла с уходящими газами, кДж/кг; Д/к — уменьшение работы расширения вследствие отборов пара на подогре­ ватели низкого давления (ПНД), кДж/кг.

Поскольку параметры регенеративного подогрева в ПНД не зависят от ^п-в, расходы пара на все ПНД и величина Д/к изменяются пропор­ ционально расходу пара в конденсатор dK.

199