Магистратура 2 сем ТЭС / girshfeld_v_ya_rezhimy_raboty_i_ekspluataciya_tes

В. Я. ГИРШФЕЛЬД А. М. КНЯЗЕВ В. Е. КУЛИКОВ

РЕЖИМЫ РАБОТЫ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ТЭС

Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебника для студентов вузов, обучающихся по специальности «Тепловые электрические станции».

МОСКВА «ЭНЕРГИЯ» 1980

ПРЕДИСЛОВИЕ

Книга предназначается в качестве учебника по курсу «Режимы работы и эксплуатация ТЭС» для специальности «Тепловые электрические станции». Этот курс является завершающим в цикле теплоэнергетических дисциплин. Учебник написан на основе курса лекций, читавшегося в течение ряда лет авторами в Московском энергетическом институте, и не претендует на охват всех аспектов столь широкой темы, как режимы работы и эксплуатация ТЭС. В соответствии с утвержденной программой курса авторы стремились изложить основы подхода к анализу некоторых режимных вопросов, связанных с эксплуатацией ТЭС. Для этой цели в учебнике рассматриваются как аналитические, так и статистические методы при анализе переходных процессов, а также при построении экспериментальных многофакторных характеристик оборудования.

При написании всех разделов учебника использован опыт отечественных электростанций и энергосистем, наладочных организаций и научноисследовательских институтов, а также результаты исследований авторов. В тексте даны ссылки на литературу, что позволит читателю более детально познакомиться с тем или иным вопросом, затронутым в книге.

Участие в составлении учебника распределилось между авторами следующим образом: В. Я. Гиршфельдом написаны введение, гл. 1, 3, 5, а

также § 2-1,2-3, 4-1, 4-2, 4-7,4-9; В. Е. Куликовым - § 2-4,2-8; А. М. Князевым

- § 4-3,4-6. Авторы выражают благодарность рецензентам доктору техн, наук, проф. Г. Б. Левенталю и коллективу кафедры тепловых электростанций Минского политехнического института за ценные замечания, сделанные при рецензировании рукописи.

Авторы с благодарностью примут замечания и пожелания по учебнику, направленные по адресу: 113114, Москва, Шлюзовая наб., 10, изд-во «Энергия».

Авторы.

ВВ Е Д Е Н И Е

Всоответствии с решениями XXV съезда КПСС десятая пятилетка является пятилеткой качества и эффективности, это находит свое отражение

ив работе энергетики как отрасли. Эффективность энергосистем и электростанций характеризуется их технико-экономическими показателями, производительностью труда, безаварийностью.

Достижение запланированных технико-экономических показателей, обеспечение безаварийной работы становятся возможными благодаря четкой работе квалифицированного и дисциплинированного персонала. Качество труда на электростанциях определяется безаварийностью, что требует от персонала отличного знания оборудования и инструкций, регламентирующих его обслуживание, глубокого понимания режимов работы тепловых электростанций и их отдельных элементов.

В энергетике успешно внедряется система условий работы посредством управления трудом каждого работника, включающая подготовку персонала и повышение его квалификации; создание специальных условий, обеспечивающих работу без дефектов и брака; аттестацию труда работающих; технический прогресс, научную организацию труда; совершенствование ремонтного и эксплуатационного обслуживания.

Годовая выработка электроэнергии на электростанциях СССР растет с каждым годом и в 1975г. превысила триллион киловатт-часов, составив 1038 млрд. кВт ч; отпуск тепла от ТЭЦ за 1975г. составил 3840 ГДж (915 млн. Гкал). На конец десятой пятилетки выработка электроэнергии и тепла составит соответственно 1380 млрд. кВт ч и 4750 млн. ГДж (1130 млн. Гкал). Производство электроэнергии в 1980г. по плану распределится следующим образом: на ТЭС 80%, на ГЭС 14%, на АЭС 6%. В 1976-1980г. намечено ввести 70 млн. кВт, причем 38,2% на КЭС, 23% на ТЭЦ, 19,8% на АЭС, 19% на ГЭС [1-1 - 1-3].

Установленная мощность всех электростанций составит в 1980г. 288 млн. кВт, а число часов использования ее в году - 4790, т. е. практически то же, что и в 1975г., что объясняется разуплотнением графика потребления электрической энергии.

Как известно, энергосистема производит столько электроэнергии, сколько требуют в данный момент потребители (плюс расход на собственные нужды и потери). Этим определяется и характер работы электростанций, график электрической нагрузки которых определяется условиями работы энергосистемы и распределением нагрузки.

Суточные графики нагрузки электростанций видоизменяются в зависимости от времени года, от дней недели (рабочий и нерабочий день), от снабжения различными видами топлива, от метеорологических факторов. Все это определяет многообразие режимов работы оборудования тепловых электростанций. Основная задача электростанции - выполнение

диспетчерского графика электрической нагрузки, а для теплоэлектроцентралей - в первую очередь графика тепловой нагрузки. При покрытии суточного графика электрической нагрузки электростанции основные трудности связаны с обеспечением максимума нагрузки и необходимой скорости набора нагрузки в часы утреннего максимума, а также необходимой разгрузки в часы провала электрической нагрузки. Выполнение диспетчерского графика электрической и тепловой нагрузки должно сочетаться с обеспечением достаточно высоких техникоэкономических показателей, важнейшим из которых является удельный расход топлива на один отпущенный киловатт-час электроэнергии.

В результате успешной работы персонала электростанций, введения в

эксплуатацию более совершенного оборудования, развития теплофикации и внедрения на каждой электростанции большого комплекса мероприятий средний годовой удельный расход условного топлива по всем ТЭС СССР

систематически снижается. Так, в девятой пятилетке было осуществлено снижение удельного расхода условного топлива с 366 до 340 г / ( к В т ч ) , что обеспечило экономию 60 млн. руб. В десятой пятилетке запланировано дальнейшее снижение среднего удельного расхода условного топлива до 325 - 328 г/(кВт ч).

Снижение удельных расходов топлива на ТЭС идет параллельно с повышением готовности оборудования.

Проиллюстрируем это данными о динамике показателей работы блоков 300 МВт на Костромской ГРЭС [1-4]:

На Кармановской ГРЭС в результате комплексного усовершенствования энергоблоков 300 МВт в 1975г. был достигнут средний удельный расход

показатели ТЭС, в частности, удельный расход топлива, в процессе эксплуатации необходимо прежде всего рассчитывать их, используя показания многочисленных приборов, затем сопоставлять их с нормативными, анализировать результаты, находить источники и причины

потерь топлива или износа и повреждаемости оборудования и осуществлять мероприятия по их устранению.

С учетом сказанного эксплуатация тепловых электрических станций включает в себя:

1)управление оперативным персоналом режимами работы оборудования,

атакже преодоление возникающих аварийных ситуаций. Сюда же следует отнести исследование, оптимизацию, наладку и отработку режимов работы оборудования (например, пусковых режимов, работы блоков со скользящим давлением и т. п.), которые ведутся как персоналом ТЭС, служб и предприятий энергосистемы, так и ПО Союзтехэнерго (бывший трест ОРГРЭС) , научно-исследовательскими институтами (ВТИ, ЦКТИ, ЭНИН) и учебными институтами. Результаты этих работ доводятся до сведения оперативного персонала в виде инструктивных и нормативных материалов,

атакже публикаций в технических журналах;

2)планирование, нормирование, расчет и анализ технико-экономических показателей. В этой работе также помимо персонала ТЭС участвуют службы эксплуатации теплового оборудования энергосистем и другие организации;

3)планирование, организация и проведение ремонтов оборудования, включая также работы по его модернизации и реконструкции.

Прогнозирование ремонтов требует систематического сбора информации об отказах оборудования, повреждаемости и износа его узлов. Статистическая обработка этих данных позволяет получить оценки целесообразных сроков и объемов ремонтов.

Внастоящее время ведутся разработка и внедрение систем автоматического управления электростанциями (АСУЭ), суть которых состоит в максимального привлечении ЭВМ к решению задач, перечисленных выше [1-6].

Указанные основные задачи эксплуатации ГЭС взаимосвязанны и должны рассматриваться комплексно. Так, выбор того или иного режима работы блока следует вести с учетом его технико-экономических показателей в годовом разрезе и с учетом надежности. Такой же комплексный подход необходим уже на стадии разработки оборудования и проектирования ТЭС, когда нужно учитывать все многообразие режимов, которое имеет место в процессе эксплуатации.

Ведение эксплуатации электрических станций регламентировано в «Правилах технической эксплуатации электрических станций и сетей» [1- 7], а также эксплуатационными инструкциями, в которых даются как общие установки, так и конкретные указания для различных типов оборудования. Остановимся на некоторых особенностях эксплуатации ТЭС, имеющих общий характер.

1. Непрерывность работы. Эта особенность определяется непрерывностью потребления электроэнергии. В соответствии с графиком потребления электроэнергии в принципе возможна остановка отдельных электростанций на нерабочий день, однако это не практикуется, так как

последующий пуск электростанций связан с рядом трудностей. Кроме того, на старых ТЭС обычно имеются потребители на генераторном напряжении. Остановка всех агрегатов электростанции случается вследствие наложения отказов оборудования.

Так, например, полный сброс нагрузки неблочной части одной электростанции из-за аварийного отключения линии электропередачи привел к ее остановке. Поскольку эжекторные установки оставшихся в работе трех блоков получали пар от неблочной части, блоки были остановлены защитой из-за срыва вакуума.

2. Работа ТЭС по диспетчерскому графику нагрузки. Это же обязательно и для других типов электростанций, разница лишь в характере суточного графика нагрузки. Выше уже подчеркивалось, что это важнейшая особенность ТЭС, которые, с одной стороны, не могут «выдавать продукцию на склад» и, с другой стороны, не терпят перерыва в топливоснабжении и поэтому должны иметь запас топлива на складе.

Покрытие переменного графика нагрузки создает значительные трудности в эксплуатации ТЭС, требует высокой маневренности оборудования и высокой квалификации персонала. Эффективность работы ТЭС должна оцениваться в первую очередь не по валу, а по выполнению графиков нагрузки и по уровню удельных показателей.

Успешное покрытие суточного графика невозможно без высокой готовности оборудования. Весьма отрицательное явление - частичные отказы, при которых оборудование работает, но не дает установленной мощности. При работе блоков частичный отказ какого-либо последовательного звена приводит к снижению максимальной рабочей мощности блока. Ограничения мощности часто принимают хронический характер, и службы режимов энергосистемы вынуждены учитывать их при распределении электрической нагрузки между ТЭС.

3. Участие ТЭС в регулировании частоты в электрической сети.

Непрерывное изменение потребления электроэнергии сопровождается соответствующими колебаниями частоты и нагрузки ТЭС. Это предопределяет некоторую незначительную пульсацию параметров оборудования. При системных авариях возможны толчки частоты,

реализуя при этом вращающийся резерв по клапанам цилиндра высокого давления (ЦВД). Подхват электрической нагрузки на ТЭС вместе с автоматической разгрузкой по частоте позволяет предотвратить возможное развитие крупных системных аварий, которые при потере управления могут заканчиваться развалом энергосистемы.

4. Зависимость режимов работы и достижимых показателей от метеорологических факторов. Метеорологические факторы влияют на уровни максимальной электрической и тепловой нагрузок, температуры охлаждающей воды, холодного воздуха, обратной сетевой воды.

Низкие наружные температуры воздуха существенно затрудняют топливоснабжение, создают перегрузки систем теплоснабжения.

5. Приоритет надежности оборудования перед другими показателями.

Обеспечению надежности ТЭС (при высокой экономичности), т. е. безотказной работе оборудования, всегда придавалось первостепенное значение! Количественно надежность характеризуется рядом показателей, к которым относится поток отказов, время наработки до отказа, коэффициент готовности, коэффициент технического использования. На ТЭС и в энергосистемах ведется тщательный учет отказов оборудования и их причин, времени восстановления.

Статистическая обработка накапливаемого материала по отказам позволяет получить статистические оценки показателей надежности, которые затем используются при планировании ремонтов, при планировании режимов работы ТЭС, при сопоставлении различных технических решений на стадии проектирования. Обеспечение высоких показателей надежности тесно связано с организацией и проведением всех видов ремонтов оборудования ТЭС.

От уровня надежности оборудования ТЭС зависит надежность электроснабжения, обеспечиваемого энергосистемой.

Возникновение аварийных ситуаций на ТЭС часто имеет внешние причины, связанные с неправильным переключением и неполадками в распределительных устройствах, авариями на линиях электропередачи.

При отказе защит и неправильных действиях персонала авария развивается. Так, в распредустройстве одной ГРЭС произошло отключение шин, что привело к сбросу нагрузки на трех блоках. Сработала защита на остановку блоков, а питание их собственных нужд было переведено на резервный трансформатор. После остановки еще трех блоков из-за несрабатывания автоматической разгрузки по частоте авария в системе развивалась и произошло ее разделение. Часть энергосистемы вместе с ГРЭС, на которой были остановлены три блока, оказалась в условиях дефицита мощности с пониженной частотой. Из-за снижения частоты сработала защита на отключение еще одного блока, собственные нужды которого также перешли на питание от резервного трансформатора.

Последний перегрузился, и из-за снижения напряжения защита отключила мазутные насосы, что привело к срабатыванию защиты на остановку еще трех блоков, работавших на мазуте. В результате из девяти блоков в работе сохранились лишь два, работавших на газе.

6. Непрерывное повышение квалификации оперативного персонала. От оперативного персонала требуется широкий круг знаний, опыт самостоятельной работы, добросовестное отношение к работе. Особенно важны умелые действия при возникновении аварийных ситуаций.

Для повышения квалификации персонала проводится техническая учеба, периодическая проверка знаний, противоаварийные тренировки.

Система подготовки и повышения квалификации оперативного персонала ТЭС является важным элементом эксплуатации.

7. Автоматизация управления ТЭС. Работа современных ТЭС без автоматизации управления технологическим процессом, без автоматических защит и блокировки практически невозможна. Объем автоматизации все время увеличивается, что не только позволяет сократить численность оперативного персонала и облегчить работу, но и повышает надежность ТЭС. Создаются автоматизированные системы технологического и экономического управления (АСТУ и АСЭУ).

8. Наличие высокотемпературных процессов. Наличие высоких

температур теплоносителей и металла, который соприкасается с ними, требует осуществления контроля за состоянием металла, за температурным режимом котлов, паропроводов, турбин, за перекосами температур в параллельных элементах. Все элементы, имеющие высокие температуры, испытывают температурные удлинения, которые компенсируются за счет их гибкой конфигурации. Ведется контроль за температурными удлинениями трубопроводов, элементов турбин и котлов, который особенно важен при их пуске и нагружении. При пуске оборудования его температурный режим меняется, так как осуществляется прогрев барабанов и коллекторов, паропроводов, турбин. При этом необходим контроль за скоростью повышения температуры, за разностью температур по толщине стенки (барабана котла, фланцев), которая приводит к появлению дополнительных термических напряжений в металле.

9. Необходимость наличия собственных нужд ТЭС. Часть электроэнергии и тепла, выработанных ТЭС, идет на покрытие собственного потребления, основными из которых являются привод электродвигателей, вспомогательного оборудования, освещение, отопление, вентиляция и пр.

Для электропривода вспомогательного оборудования требуется надежная система электропитания, обеспечивающая и в аварийных условиях номинальный уровень напряжения и частоты электрического тока.

Собственные нужды блока обеспечиваются трансформатором собственных нужд, связанным с генератором блока. В процессе пуска, в аварийных ситуациях собственные нужды блока получают электропитание от резервного трансформатора ТЭС.

10. Необходимость систематического контроля за состоянием оборудования. Для контроля за состоянием действующего оборудования используется большой объем измерений параметров. Оперативный персонал наблюдает за отклонениями параметров от номинальных значений, которые автоматически даются им световым табло. Необходим также контроль за элементами оборудования, находящимися в состоянии готовности. Это относится к клапанам, блокировкам, защитным устройствам, резервному вспомогательному оборудованию. При проведении пуска оборудования необходимо предварительное опробование отдельных элементов: защит, блокировок, вспомогательного оборудования, маслосистем.

11. Необходимость строжайшего соблюдения техники безопасности и охраны труда. Наличие оборудования, находящегося под электрическим напряжением, под высоким внутренним давлением, вращающихся частей, горячих поверхностей, грузоподъемных механизмов создает ситуацию повышенной опасности для персонала. Поэтому требуется неукоснительное соблюдение правил безопасности. Осуществляется систематическая проверка знаний правил техники безопасности (ПТБ) персоналом. При проведении ремонтов и ревизий оборудования осуществляется система допусков на проведение работ.

Некоторые из перечисленных особенностей присущи и другим видам

производства, но их совокупность отражает специфику эксплуатации ТЭС. XXV съезд КПСС указал, что «Главная задача пятилетки состоит в

последовательном осуществлении курса Коммунистической партии на подъем материального и культурного уровня жизни народа на основе динамичного и пропорционального развития общественного производства и повышения его эффективности, ускорения научно-технического прогресса, роста производительности труда, всемерного улучшения качества работы во всех звеньях народного хозяйства» [1-1].

Роль энергетики в решении этой главной задачи чрезвычайно велика. Для успешного претворения в жизнь плана десятой пятилетки прежде всего необходимо обеспечить топливоснабжение электростанций. Ставится задача увеличения использования углей. Повышение эффективности, улучшение качества работы для ТЭС означает достижение лучших технико-экономиче- ских показателей, доведение их до уровня передовых ТЭС. Для этого необходимо повышать квалификацию персонала, находить, изучать, внедрять оптимальные режимы работы оборудования, автоматические системы управления, повышать маневренность оборудования, одновременно обеспечивая его высокую надежность.

ГЛАВА ПЕРВАЯ

РЕЖИМЫ РАБОТЫ БЛОЧНЫХ КОНДЕНСАЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ (КЭС)

1-1. ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ БЛОЧНЫХ КЭС

С 1955-1960 гг. все вновь вводимые КЭС большой мощности имеют блочную структуру. Исторически блочная схема заменила схему с поперечными связями, для которой применение промежуточного резерва пара не только усложняет систему паропроводов, но и делает неуправляемыми потоки пара после цилиндра высокого давления (ЦВД) и перед цилиндром среднего давления (ЦСД).

Наиболее полно идея блочной схемы реализуется в моноблоке. Дубльблоки, в состав которых входят два одинаковых котла, представляют собой отступление от чисто блочной схемы. Преимуществом дубль-блока является то, что при отказе одного из котлов блок сохраняется в работе и несет половину номинальной нагрузки. Однако необходимость вывода одного из котлов в ремонт приводит к увеличению числа запорной арматуры на главных паропроводах, а следовательно, к усложнению и удорожанию системы паропроводов и к снижению ее надежности.

Рассмотрим особенности эксплуатации блоков [1-6 - 1-11].

1.Централизация управления энергоблоком. Энергетический блок представляет собой органическое целое и требует управления из единого центра — блочного щита управления (БЩУ), куда поступает вся информация

осостоянии оборудования, где принимаются решения о проведении тех или иных режимов работы и откуда поступают команды на их выполнение. Благодаря отсутствию поперечных связей блочная схема создает благоприятные условия для применения автоматического регулирования процессами, автоматических защит и блокировок.

2.Удобство контроля за технико-экономическими показателями энергоблока. Блочная схема создает благоприятные условия для расчета технико-экономических показателей по каждому блоку отдельно. Отсутствие перетоков пара и воды между соседними блоками сокращает объем необходимых измерений, позволяет рассчитывать показатели тепловой экономичности блока в целом и отдельных его звеньев как прямым, так и обратным балансом.

3.Условия проведения ремонтов и контроля за готовностью оборудования. Готовность блока равняется произведению готовностей последовательных его элементов и по значению ниже готовности каждого из них. Отказ любого из последовательных звеньев приводит к отказу блока. Потеря мощности при отказах блоков должна компенсироваться аварийным резервом энергосистемы.

Капитальный ремонт блока ведется одновременно для всего оборудования. При проведении аварийного ремонта одного из звеньев