5. Автоматизация оборудования турбинного цеха электростанции

5-1. АВТОМАТИЗАЦИЯ РЕГЕНЕРАТИВНОГО ПОДОГРЕВА ПИТАТЕЛЬНОЙ ВОДЫ

Оборудование турбинного цеха электростанции состоит из ряда участков регулирования, автоматизация которых повышает надежность и экономичность его работы и в то же время позволяет уменьшить численность дежурного персонала, обслуживающего турбину. Особенно большое значение имеет автоматизация для работы установок блочного типа, имеющих сложную технологическую схему.

Рис. 3-7. Схема регенеративного подогрева питательной воды блочной-энергетической установки.

основной конденсат;

конденсат греющего пара;

пар из отборов турбины.

Одна из задач автоматизации оборудования турбинного цеха заключается в переводе на автоматическое управление аппаратов и механизмов, осуществляющих цикл регенеративного подогрева питательной воды. Кроме того, решается ряд самостоятельных задач: автоматизация подачи пара на концевые уплотнения валов турбины, автоматическое регулирование испарительной установки, редукционно-охладительных установок разного назначения, теплофикационных подогревателей и др.

На рис. 3-7 показана схема регенеративного подогрева питательной воды блочной установки, примерно одинаково выполняемая для блоков мощностью 150, 200 и 300 Мвт.

Конденсат отработанного тара турбины откачивается из конденсатора насосами КН и, пройдя через охладители эжекторов, поступает в подогреватель низкого давления ПНД-1, куда подается пар VII отбора турбины, имеющего наиболее низкое давление. Этот подогреватель расположен в корпусе конденсатора турбины и не имеет регулируемого уровня, так как весь конденсат греющего пара из него свободно переливается в конденсатор. Подогретый в ПНД-1 конденсат проходит в охладитель пара из уплотнений турбины. Конденсат этого пара скапливается в корпусе охладителя до заданного при настройке уровня, поддерживаемого автоматическим регулятором РУ охл, клапан которого установлен на линии, соединяющей охладитель с конденсатором турбины. После охладителя уплотнений конденсат турбины проходит через клапан КРУК регулятора уровня воды в конденсатосборнике турбины, а затем поступает в ПНД-2, получающий греющий пар из VI отбора тур­бины. Далее конденсат турбины последовательно проходит через подогреватели низкого давления ПНД-3 и ПНД-4 и поступает в деаэраторы. ПНД-3 и ПНД-4 получают греющий пар соответственно от IV и V отборов турбины. Конденсат греющего пара, скапливающийся в корпусе ПНД-4, поддерживается на заданном уровне регулятором РУ ПНД-4, перепускающим конденсат в корпус ПНД-3, работающий при более низком давле­нии. Регулятор уровня ПНД-3 управляет перепуском конденсата греющего пара в корпус ПНД-2, находяще­гося под еще более низким давлением.

Таким образом, в ПНД-2 скапливается весь конденсат греющего пара из группы работающих последовательно подогревателей низкого давления. Из ПНД-2 конденсат греющего пара при нормальной работе перекачивается сливными насосами СН в линию основ­ного конденсата между ПНД-2 и ПНД-3. Уровень ПНД-2 поддерживается регулятором 1РУ ПНД-2, управляющим клапаном 1К на линии за сливными насосами. ПНД-2 оборудован вторым (аварийным) регулятором уровня 2РУ ПНД-2, управляющим сбросом конденсата греющего пара в конденсатор турбины. Этот регулятор настроен на поддержание более высокого уровня, чем первый, поэтому при нормальной работе его клапан 2К полностью закрыт. При аварийном повышении уровня в ПНД-2 регулятор 2РУ вступает в работу и открывает путь конденсату помимо сливных насосов в конденсатор турбины.

Деаэрированная вода откачивается питательными насосами ПН и нагнетается в хотел, проходя последовательно через подогреватели высокого давления ПВД-5, ПВД-6 и ПВД-7, получающие греющий пар соответственно от отборов III, II и I. Конденсат греющего пара из ПВД-7, через авторегулятор РУ ПВД-7 перепускается в ПВД-6, откуда через регулятор РУ ПВД-6 переходит в ПВД-5.

Регулятор уровня РУ ПВД-5 управляет перепуском конденсата греющего пара всей группы подогревателей высокого давления в деаэратор.

Параметры и расход пара из отборов турбины 200 Мвт при нормальной работе с номинальной нагрузкой приведены в следующей таблице:

Подогреватели	Источник пара, отборы	Параметры пара		Часовой расход пара
		Давление, МПа.	Температура, С
ПНД – 1	VII	0,025	-	-
ПНД – 2	VI	0,122	200	23,0
ПНД – 3	V	0,268	290	12,3
ПНД – 4	IV	0,603	388	24,4
ПНД – 5	III	1,104	477	17,2
ПНД – 6	II	2,50	345	37,2
ПНД – 7	I	3,69	395	33,6

Регуляторы уровня конденсата всех подогревателей включены по одинаковой схемы (рис. 3-8).

Рис. 3-8. Схема регулирования уровня в регенеративном подогревателе.

Уровень измеряется по разности давлений в трубках, одна из которых (плюсовая) соединена с сосудом 1. Другая линия (минусовая) подключена непосредственно к водяному пространству подогревателя. Для поддержания постоянного уровня в сосудах 1 подогревателей, работающих под вакуумом, выполняется подпитка сосуда конденсатом от постороннего источника (обычно из напорной линии конденсатных насосов).

Датчик уровня подает командный сигнал в измерительный блок ИБ электронного регулирующего прибора ЭП, управляющего клапаном РК. Участок регулирования не обладает свойством самовыравнивания. В связи с этим для улучшения качества регулирования процесса к измерительному блоку регулятора подводится дополнительный сигнал от датчика положения исполнительного механизма ЯМ. Этот сигнал зависит от открытия регулирующего клапана, т. е. характеризует расход воды из подогревателя. При такой схеме регулятор поддерживает заданное соотношение между уровнем и величиной расхода. Каждому расходу соответствует свое положение уровня, т.е. регулятор работает с неравномерностью, что вполне допустимо по условиям эксплуатации подогревателей. При увеличении нагрузки турбины, а следовательно, и подачи греющего пара в подогреватель уровень в нем поддерживается повышенным.

5-2. АВТОМАТИЗАЦИЯ КОНДЕНСАТОРОВ ТУРБИН

При работе турбины в конденсаторе поддерживается давление примерно 0,04—0,05 МПа (вакуум 95—96%).Известно, что чем ниже давление в конце процесса расширения пара в турбине, тем больше тепловой энергии пара превращается в механическую энергию, идущую на выработку электроэнергии в генераторе. Глубокий вакуум в конденсаторе достигается за счет термодинамического свойства водяного пара, заключающегося в том, что давление насыщенного и влажного пара однозначно связано с температурой и глубокому вакууму, поддерживаемому в конденсаторе, соответствует температура пара примерно 30° С, которой можно достичь путем охлаждения водой, нагнетаемой в конденсатор циркуля­ционными насосами из водохранилища или сборника градирни.

Охлаждающая вода проходит по системе трубок, заполняющих внутренний объем конденсатора. Образующийся при этом конденсат скапливается в сборнике, откуда его откачивают конденсатными насосами. Одновременно в конденсаторе скапливается воздух и другие газообразные вещества, приносимые с паром и проникающие в полости турбины, находящиеся под вакуумом, через различные неплотности.

Для удаления газов служат эжекторы, откачиваю­щие их вместе с некоторым количеством пара из верхнего, холодного объема конденсатора. Откачка газов происходит постоянно и не требует автоматического регулирования.

Для обеспечения оптимального режима работы конденсатора, уровень в нем должен поддерживаться в заданных пределах при всех режимах работы турбины. Снижение уровня может вызвать попадание в насосы вместе с конденсатом пара, что вызовет быстрый износ их рабочих колес. Величина уровня зависит от количества конденсата, откачиваемого конденсатными насосами. Количество конденсата регулируется с. помощью клапана КРУК (рис. 3-7) на линии конденсата перед ПНД-2.

При достаточно высоких нагрузках обычный авторегулятор уровня, получающий командный сигнал по положению уровня в конденсатосборнике, и дополнительный - по положению клапана (т. е. по расходу конденсата), обеспечивает условия эксплуатации регулируемого участка. Однако при снижении нагрузки регулятор уже не может поддерживать уровень в заданных пределах, а кроме того, расход конденсата через охладители эжекторов становится недостаточным, что может быть причиной срыва вакуума в конденсаторе. Поэтому прибегают к возврату некоторого количества конденсата, откачанного насосами, обратно в конденсатор (рециркуляции). Регуляторы уровня и рециркуляции в конденсатор могут быть раздельными, но в большинстве случаев обе операции выполняются одним регулятором, как показано на схеме рис. 3-7. С этой целью применяются сдвоенные клапаны, управляющие расходом конденсата от насосов и рециркуляцией воды из напорной линии в конденсатор. На рис. 3-9 показана одна из конструкций сдвоенного клапана.

Верхний клапан 1 управляет расходом воды, откачиваемой насосами из конденсатора. По мере подъема его расход воды увеличивается. Выведенный наружу шток 2 этого клапана соединен с исполнительным механизмом регулятора.

Нижний клапан 3 регулирует возврат воды в конденсатор и открывается при движении штока 4 вниз. Нормально между штоками 2 и 4 имеется зазор, меняющийся при движении верхнего клапана. Нижний клапан при этом прижат пружиной 5 к седлам и находится в закрытом положении.

Двигаясь вниз по мере снижения уровня, клапан регулятора, при определенном поло­жении открытия, т. е. расходе воды, коснется своим штоком 2 головки штока 4 нижнего клапана. При дальнейшем движении вниз клапан регулятора уровня будет открывать клапан рециркуляции, уменьшая вместе с тем расход воды от насосов на регенерацию.

5-3. АВТОМАТИЗАЦИЯ ДЕАЭРАТОРИЫХ УСТАНОВОК

Деаэраторная установка служит для удаления из питательной воды растворенных в ней газов, в частности кислорода и углекислоты, присутствие которых в питательной воде недопустимо, так как вызывает ржавление (коррозию) внутренних поверхностей кипятильных трубок и барабанов котла. Деаэрация питательной воды на тепловых электростанциях происходит в термических деаэраторах, действие которых основано на том, что количество растворенных в воде газов при повышении температуры уменьшается. При нагреве воды до температуры кипения все растворенные в ней газы выделяются в виде пузырьков и могут быть удалены. Деаэрация с равным успехом происходит при любом давлении, необходимо лишь выполнить условие нагрева воды до температуры кипения. На электростанциях чаще всего применяются деаэраторы, работающие при постоянном давлении 0,12—0,125 МПа (атмосферные) или 0,6—0,7 МПа (высокого давления). Существуют также деаэраторы вакуумного типа, работающие при давлении ниже атмосферного.

Нагрев воды происходит в деаэрационной колонке, где вода, поданная сверху и разделенная на струи, сливается вниз по дырчатым лоткам. В нижнюю часть деаэрационной колонки подается греющий пар от одного из отборов турбины или из другого источника. Скопившиеся в верхней части объема деаэратора газы удаляются вместе с небольшим количеством пара через охладитель в атмосферу. В охладителе пар конденсируется, отдавая свое тепло на подогрев охлаждающей воды. Конденсат пара возвращается в деаэратор. Деаэрационная колонка устанавливается на баке - аккумуляторе, из которого обработанная вода подается к питательным насосам. Условия надежности работы насосов требуют, чтобы вода поступала к насосу под некоторым избыточ­ным давлением. С этой целью применяются деаэраторы высокого давления, устанавливаемые на верхних отметках здания электростанции, значительно выше насосов.

Рис. 3-9. Сдвоенный клапан автоматического регулятора уровня и рециркуляции в конденсаторе турбины.

Уровень воды в баках деаэраторов служит показа­телем баланса между расходом питательной воды котлами и приходом конденсата от турбины. Этот уровень поддерживается постоянным путем подачи в основной шток конденсата турбины химически обработанной или дистиллированной воды, компенсирующей потери воды и пара по всему энергетическому циклу электростанции. На чисто конденсационных электростанциях эта добавка обычно не превышает 1-2% общего расхода, но на ТЭЦ, особенно работающих с отдачей пара на производство, может иметь значительно большую величину. Добавочную воду обычно подают непосредственно в колонку деаэратора или в конденсатор, откуда она проходит весь путь регенеративного подогрева вместе с основным конденсатом турбины. В последнем случае предварительная деаэрация добавочной воды происходит в конденсаторе турбины.

В соответствии с технологическим процессом деаэрационная установка оборудуется двумя автоматическими регуляторами подачи греющего пара и добавочной воды.

Подачу греющего пара в деаэратор регулируют, поддерживая постоянным давление в деаэрационной головке. Возможность ведения режима деаэрации воды по давлению, а не по температуре вызвана тем, что в го­ловке деаэратора находится смесь воды и пара, нагретых до температуры насыщения. В этом случае давление среды в головке деаэратора однозначно определяет се температуру. Преимущество такого способа регулирования заключается в значительно меньшей инерционности измерения давления по сравнению с измерением температуры. Кроме того, представляет затруднение выбор представительной точки измерения температуры в деаэраторе. В то же время давление во всех точках парового пространства деаэратора одинаково.

Регулятор уровня может работать с неравномерностью, так как поддерживать строго постоянный уровень при разных нагрузках в установившихся состояниях не требуется.

Установку, состоящую из нескольких деаэраторов, работающих параллельно, оснащают общими для всех деаэраторов авторегуляторами давления и уровня. При оборудовании каждого из деаэраторов самостоятельными регуляторами регулирование происходит неустойчиво, с перекосами по уровню и давлению, что приводит к ухудшению качества деаэрации. Применение общих авторегуляторов требует, чтобы баки всех деаэраторов группы были соединены между собой в области водяно­го и парового пространства перемычками из труб большого сечения. На станциях с поперечными связями, имеющих большое число деаэраторов, применяется разделение питательно-деаэрационных установок на две или больше групп, работающих самостоятельно и не связанных между собой.

На рис. 3-10 показана принципиальная схема автоматизации установки, имеющей три деаэратора, соединен­ных в одну группу. Установка состоит из баков 1, соединенных между собой водяной 2 и паровой 3 перемычками. На группу деаэраторов установлен один общий регулятор уровня 4, управляющий подачей добавочной химически обработанной воды в деаэрирующие колонки всех баков. Перед каждой колонкой на подводе добавочной воды установлены дроссельные диафрагмы 5, с помощью которых при наладке выравнивают поступление воды во все баки.

Рис 3-10. Принципиальная схема автоматизации установки, состоящей из трех параллельно действующих деаэраторов, одинакового давления.

Подача греющего пара в деаэрирующие колонки управляется общим регулятором давления 6, клапан которого установлен на перемычке между сборной линией 7 греющего пара и паровым коллектором 3 деаэраторов. Дроссельные диафрагмы 8 служат для выравнивания потоков пара при настройке.

Для автоматизации деаэраторных установок небольшой пропускной способности применяют автоматические регуляторы прямого действия или гидравлические регуляторы, работающие водой, отведенной из регулируемого потока.

Рис. 3-11. Схема автоматизации питательно-деаэраторной установки блока 200 тыс. квт.

конденсат

греющий пар

На рис. 3-11 показана деаэраторная установка блока 200 Мвт, схема регенеративного подогрева питательной воды для которой изображена на рис. 3-7. Установка состоит из двух деаэраторов высокого давления (0,6 МПа) и деаэратора атмосферного типа (0,12 МПа), обслуживающе­го испарители добавочной воды. Конденсат от ПНД-4 поступает в колонки обоих деаэраторов, равномерно распределяясь между ними. Пройдя деаэраторы, вода попадает во всасывающий коллектор питательных насосов и через подогреватели высокого давления нагнетается в котел.

При нормальной работе греющий пар подается в деаэраторы из III отбора турбины. При падении давления в III отборе по блокировке от контактного манометра закрывается задвижка 1 на линии подачи пара от III отбора и от ее концевого выключателя открывается задвижка 2 на подводе пара второго отбора. При восстановлении давления в III отборе схема автоматически возвращается в исходное состояние. Давление в деаэраторах поддерживается общим для обоих баков автома­тическим регулятором РД—Д6, воздействующим при нормальном режиме на клапан 1КРД-Д6, на линии греющего пара. При растопке питание деаэраторов паром переводится на магистраль 6 ат, получающую пар от посторонних (для данного блока) источников.

Деаэраторная установка 6 ат оборудована общим для обоих баков регулятором уровня РУ-Д6, воздействующим последовательно на два регулирующих клапана или дву­мя регуляторами, каждый из которых управляет одним из этих регулирующих органов. Уровень регулируется изменением расхода подпиточной воды, получаемой из цеха химводоочистки. Предусматривается возможность подачи химически очищенной или химически обработанной воды через испарительную установку или непосредственно в конденсатор турбины.

5-4. АВТОМАТИЗАЦИЯ ИСПАРИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Испарительные установки применяются для получения чистой добавочной воды, лишенной растворенных солей, путем испарения деаэрированной и химически очищенной воды в теплообменниках — испарителях, с последующей конденсацией в охладителях. Греющий пар поступает к испарителям от последних отборов турбины. Отданное им тепло возвращается в цикл конденсату турбины, пропущенному через охладитель в качестве охлаждающей воды. При этом потери тепла на дистилляцию добавочной воды незначительны и их допускают в эксплуатации.

На рис. 3-12 показана схема испарительной установки блока 200 Мвт (дополняющая схемы рис. 3-7 и 3-11). Установка состоит из деаэратора 0,12 МПа (рис. 3-12) и двух ступеней испарителей. Исходная химически обработанная вода поступает к обоим испарителям параллельно. Корпус 1-й ступени получает греющий пар от V отбора, а корпус 2-й ступени – от VI отбора турбины. Образующийся в испарителях пар поступает в охладители, где скапливается дистиллят, перекачиваемый насосами в деаэраторную установку 0,6 МПа.

Испарители каждой ступени оборудованы тремя авторегуляторами уровня: химически обработанной воды РУИ-хов, конденсата греющего пара РУИ-к в копилке испарителя и уровня в охладителе — дистилляторе РУИ-д. Регулятор уровня дистиллята 1-й ступени воздействует на клапан, установленный на линии перепуска в охладитель 2-й ступени, находящийся под более низким давлением VI отбора. Регулятор уровня дистиллята 2-й ступени управляет производительностью дистиллятных насосов, воздействуя на клапан, установленный на линии между насосами и деаэраторами 0,6МПа .

Регулятор уровня конденсата РУИ-к каждого испарителя управляет клапаном сброса на линии в подогреватели низкого давления. Подача греющего пара и охлаждающей воды к испарителям не регулируется. Все три авторегулятора уровня включаются по одинаковой схеме: основной командный сигнал они получают от датчика, измеряющего положение уровня, и дополнительный - по величине расхода регулируемого вещества, косвенно измеряемый по положению исполнительного механизма регулирующего органа. При подпитке цикла дистиллятом испарительной установки регулятор уровня РУ-Д6 деаэраторов 0,6 МПа воздействует на клапан 1КРУ-Д6 (рис. 3-12), сбрасывающий излишек воды в деаэратор 0,12 МПа, а следовательно, снова на вход в испарители. По мере прикрытия клапана 1КРУ-Д6 поступление добавочной воды в деаэраторы 0,6 МПа увеличивается и при закрытии клапана весь дистиллят, выработанный испарительной установкой, поступает на подпитку.

При увеличении потерь пара и воды в цикле количество дистиллята может оказаться недостаточным для поддержания баланса. В этом случае уровень в деаэраторах 0,б МПа будет понижаться и в действие вступит автоматический регулятор подачи химически обработанной воды в конденсатор турбины, воздействующий на клапан 2КРУ-Д6 (рис. 3-7). Так как уровень измеряется и регулируется в деаэраторе, а регулируемый поток воды подается в конденсатор турбины, участок регулирования обладает значительным транспортным запаздыванием, отрицательно влияющим на качество регулирования процесса. Обычно этот регулятор выполняется с жесткой обратной связью по положению регулирующего клапана 2КРУ-Д6.

Деаэратор 0,12 МПа оборудован регуляторами уровня и давления. Регулятор уровня воздействует на подачу химически обработанной воды через клапан КРУ-Д1.2 (рис. 3-11). Греющий пар подается из выпара охладителя дренажей и от V отбора турбины. Предусматривается установка клапана регулятора на паропроводе после соединения линий от обоих источников. V отбор подключается вручную только при недостатке пара от охладителей дренажей.

Рис. 3-12. Схема автоматизации испарительной установки блока 200 тыс. квт.

5-5. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПОДАЧИ ПАРА НА КОНЦЕВЫЕ