Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ проблем эксплуатации ПГУ в условиях переменных графиков нагрузки 10
1.1.Общее состояние внедрения ПГУ . 10
1.2. Анализ тепловых схем и методических материалов по расчету энергетических показателей теплофикационных ПГУ 13
1.3.Особенности режимов работы ПГУ в режимах регулирования нагрузки 16
1.4. Использование тренажерных моделей для исследования режимов работы ПГУ 25
Глава 2. Моделирование энергетических характеристик ПГУ-450Т на тренажере 30
2.1. Краткое описание объекта исследования 30
2.2. Краткое описание тренажера ПГУ-450 38
2.3. Проверка адекватности тренажера 43
2.4. Исследование показателей работы ПГУ на пониженных нагрузках на тренажерной модели 46
Глава 3. Исследование и расширение регулировочного диапазона ПГУ-450Т при работе ее в режиме регулирования электрической нагрузки с учетом температуры наружного воздуха 57
3.1. Анализ факторов, ограничивающих регулировочный диапазон ПГУ-450Т 57
3.2. Способы расширения регулировочного диапазона ПГУ и их сравнительная оценка по экономичности 72
Глава 4. Выбор оптимальных параметров и режимов работы оборудования ПГУ и ПГУ в целом в режиме регулирования электрической нагрузки 92
4.1. Исследование экономичности применения скользящего регулирования давления пара высокого давления при работе ПГУ на пониженных нагрузках 92
4.2. Выбор режима регулятора температуры газов на выходе из ГТ при работе ПГУ на пониженных нагрузках 95
4.3. Оптимальное распределение электрической нагрузки ГТУ ПГУ-450 между газовыми турбинами при работе ПГУ на пониженных нагрузках с полным составом оборудования 98
Глава 5. Выбор оптимальных технологии и алгоритма управления мощностью ПГУ при участии ее в нормированном первичном регулировании частоты в энергосистеме 107
5.1. Системные требования к энергоблокам ПГУ при участии их в первичном и нормированном первичном регулировании частоты энергосистемы 107
5.2. Исследование на тренажере особенностей участия ПГУ-450Т в НПРЧ 112
5.3. Экспериментальное исследование и выбор оптимальных условий участия ПГУ-450 в НПРЧ 118
Список использованной литературы
- Анализ тепловых схем и методических материалов по расчету энергетических показателей теплофикационных ПГУ
- Проверка адекватности тренажера
- Способы расширения регулировочного диапазона ПГУ и их сравнительная оценка по экономичности
- Выбор режима регулятора температуры газов на выходе из ГТ при работе ПГУ на пониженных нагрузках
Введение к работе
Актуальность работы. В процессе эксплуатации современных
парогазовых установок (ПГУ) выявились проблемы, характерные для
оборудования ПГУ на частичных нагрузках, — ограничение границы
регулировочного диапазона по условию надежной работы паровой турбины
(ПТ), значительное снижение экономичности работы газовых турбин (ГТ) и
ПГУ в целом, а также ряд других факторов. Вместе с тем, очевидно, что в
ближайшей перспективе ПГУ, наравне с другими ТЭС, будут вынужденно
привлекаться к регулированию мощности и частоты в энергосистеме.
Подтверждением этого является как выпущенный СО ЦДУ ЕЭС Стандарт
«Нормы участия парогазовых установок в общем и нормированном
первичном регулировании частоты и автоматическом вторичном
регулировании частоты и перетоков мощности», так и то, что ПГУ, работающие в составе ТЭЦ-21 и ТЭЦ-27 ОАО «Мосэнерго», с начала 2013 года впервые в ЕЭС России начали оказывать услуги по нормированному первичному регулированию частоты (НПРЧ).
В последние годы ряд организаций (ОАО «ВТИ», ОАО «Фирма ОРГРЭС» и др.) ведут интенсивные работы по исследованию работы ПГУ в переменных режимах, по расширению их регулировочного диапазона, повышению их маневренности, изучению проблем участия ПГУ в регулировании частоты и мощности в энергосистеме. Вместе с тем в этих исследованиях уделяется мало внимания исследованию и оптимизации режимов работы оборудования ПГУ на пониженных нагрузках с учетом температуры наружного воздуха, определению технической возможности и целесообразности привлечения ПГУ к регулированию нагрузки и частоты в энергосистеме с учетом технических, экономических и других ограничений.
Именно поэтому работы по расширению регулировочного диапазона ПГУ, исследованию и оптимизации режимов ПГУ при ее участии в регулировании мощности и частоты в энергосистеме являются актуальными как с научной, так и с практической точек зрения.
Целью работы является разработка и исследование комплекса мероприятий по расширению регулировочного диапазона ПГУ-450 и выбору оптимальных алгоритмов управления ее мощностью, обеспечивающих участие ПГУ в регулировании мощности и частоты в энергосистеме.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
- обосновано применение тренажерной модели для проведения исследований режимов работы ПГУ-450 на пониженных нагрузках, проведено планирование и проведение на тренажере экспериментов и
получены на их основе регрессионные зависимости для расчета энергетических показателей оборудования ПГУ и ПГУ в целом;
проведено исследование известных и разработка новых предложений по расширению регулировочного диапазона ПГУ-450 при работе ее в режиме регулирования электрической нагрузки с учетом температуры наружного воздуха;
разработаны методика и алгоритм оптимального распределения требуемой энергосистемой величины дополнительного расширения регулировочного диапазона ПГУ между различными способами такого расширения и проведены оптимизационные расчеты применительно к ПГУ-450;
разработаны методика и алгоритм оптимального распределения нагрузки ПГУ между газовыми турбинами при работе ПГУ в режиме регулирования нагрузки с учетом технических и экономических ограничений;
на тренажерной модели определены динамические характеристики элементов ПГУ и ПГУ в целом при сбросах и наборах нагрузки и выбраны оптимальное техническое решение и разработан алгоритм управления мощностью ПГУ при участии ПГУ-450 в нормированном первичном регулировании частоты в энергосистеме.
Методы исследования. При проведении работы использовались методы теории автоматического управления и теории газотурбинных и парогазовых установок электростанций. Исследование экономических и маневренных показателей ПГУ при ее работе в режимах регулирования нагрузки проведено на тренажере блока ПГУ-450Т. При оптимизации режимов работы оборудования ПГУ использовались методы теории оптимального управления и математические методы оптимизации.
Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем:
1. Предложены новые способы расширения регулировочного диапазона
ПГУ-450 с определенной «базовой» мощности ПГУ путем сброса пара
высокого давления частично в линию подачи пара низкого давления в
паровую турбину и/или частично — в ЦНД;
2. Предложен новый показатель — характеристика относительного
прироста удельного расхода топлива на единицу мощности расширения
регулировочного диапазона и критерий — минимум суммарного прироста
удельного расхода, на основе которых разработана методика оптимального
распределения требуемой энергосистемой величины расширения
регулировочного диапазона между альтернативными способами расширения
регулировочного диапазона ПГУ;
3. Разработаны методика и алгоритм оптимального распределения
текущей нагрузки ГТУ между ГТ по критерию минимума удельного расхода
топлива при работе ПГУ в режиме регулирования частоты и мощности в
энергосистеме;
4. Разработан алгоритм управления мощностью ГТУ и ПТ, определены
оптимальные показатели процессов набора/сброса нагрузки ПГУ — порядок
воздействия на РКПТ и РТК, степень и скоростью их открытия/закрытия,
обеспечивающие условия Стандарта участия ПГУ-450 в НПРЧ.
Практическая значимость работы заключается в следующем:
в результате проведения опытов на тренажере энергоблока ПГУ-450, разработанного ОАО «Тренажеры для электростанций», получены регрессионные уравнения зависимостей основных показателей ГТУ, КУ, ПТ и ПГУ в целом от температуры наружного воздуха, расхода топлива и мощности ГТУ для различных режимов ГТУ и паровой турбины, в том числе — уравнения зависимости максимальной, минимальной нагрузок и регулировочного диапазона ПГУ от температуры наружного воздуха.
предложены новые способы расширения регулировочного диапазона ПГУ-450, а также проведены расчеты по определению показателей паровой турбины и ПГУ в целом при реализации указанных способов расширения регулировочного диапазона;
разработаны методики и алгоритмы по оптимальному распределению требуемой величины расширения регулировочного диапазона между альтернативными способами расширения регулировочного диапазона ПГУ и оптимального распределения общей нагрузки ПГУ между газовыми турбинами;
- разработан алгоритм управления мощностью ГТУ и ПТ на основе
полученных впервые оптимальных показателей процессов набора/сброса
нагрузки ПГУ, порядка воздействия на РКПТ и РТК, степенью и скоростью
их открытия/закрытия при условии соблюдения допустимой скорости
изменения нагрузки ГТ, обеспечивающие условия стандарта участия ПГУ в
НПРЧ.
Соответствие паспорту специальности. Указанная область
исследования соответствует паспорту специальности 05.13.06 —
«Автоматизация и управление технологическими процессами и
производствами (в энергетике)», а именно: пункту 4 — «Теоретические основы и методы математического моделирования организационно-технологических систем и комплексов, функциональных задач и объектов управления и их алгоритмизация»; пункту 6 — «Научные основы, модели и
методы идентификации производственных процессов, комплексов и интегрированных систем управления»; пункту 11 — «Методы планирования и оптимизации отладки, сопровождения, модификации и эксплуатации задач функциональных и обеспечивающих подсистем АСУТП, АСУП, АСТПП и др., включающие задачи управления качеством, финансами и персоналом»; пункту 13 — «Теоретические основы и прикладные методы анализа и повышения эффективности, надежности и живучести АСУ на этапах их разработки, внедрения и эксплуатации».
Апробация работы. Результаты научных исследований по теме
диссертации докладывались и обсуждались на 17-й, 18-й международной
научно-технической конференции студентов и аспирантов
«РАДИОЭЛЕКТРОНИКА, ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭНЕРГЕТИКА»,
(г. Москва, 2012-2013 гг.), на научном семинаре и заседании кафедры АСУТП «НИУ «МЭИ».
Внедрение результатов работы. Результаты работы используются в виде методических разработок при проведении практических занятий по дисциплине «Оптимизация режимов работы объектов энергетики», при курсовом и дипломном проектировании по специальности АСУТП «НИУ «МЭИ».
Достоверность результатов исследований основана на опытных данных, полученных на аналитическом полномасштабном тренажере ПГУ-450, подтверждена корректным использованием методов математического моделирования, применением современных методов оптимизации и оптимального управления.
Положения, выносимые на защиту:
результаты проведенных опытов на тренажере энергоблока ПГУ-450 и полученные на их основе регрессионные уравнения зависимостей основных показателей ГТУ, КУ, ПТ и ПГУ в целом от температуры наружного воздуха;
предложенные новые способы расширения регулировочного диапазона ПГУ- 450 и результаты проведенных расчетов по определению показателей паровой турбины и ПГУ в целом при реализации указанных способов расширения регулировочного диапазона;
методика и алгоритм оптимального распределения требуемой энергосистемой величины расширения регулировочного диапазона ПГУ-450 между возможными способами расширения регулировочного диапазона ПГУ;
методика оптимального распределения общей нагрузки ПГУ между газовыми турбинами с учетом технологических ограничений;
алгоритм управления мощностью ГТУ и ПТ и полученные впервые
оптимальные показатели процессов набора/сброса нагрузки ПГУ при условии соблюдения допустимой скорости изменения нагрузки ГТ, обеспечивающие условия Стандарта участия ПГУ-450 в НПРЧ.
Публикации. По результатам выполненных исследований
опубликовано 6 научных работ, отражающих основные результаты работы, в том числе три — в рецензируемых журналах перечня ВАК.
Лично автором проведены следующие этапы научного исследования:
проведен аналитический обзор современной научно-технической литературы, затрагивающий проблему оптимального управления режимами работы ПГУ при ее участии в регулировании мощности и частоты в энергосистеме;
проверена на адекватность модель тренажера ПГУ-450, проведены опыты на тренажере, получены регрессионные зависимости для расчета основных показателей оборудования;
разработаны и обоснованы новые способы расширения регулировочного диапазона ПГУ при работе ее в режимах регулирования нагрузки;
произведен выбор критерия и разработана на его основе методика оптимального применения предлагаемых способов расширения регулировочного диапазона ПГУ;
проведено экспериментальное исследование на тренажере и разработан алгоритм оптимального управления мощностью ГТ и ПТ при участии ПГУ в нормированном первичном регулировании частоты в энергосистеме.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из
введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 74 наименований.
Работа содержит рисунков и таблиц. Общий объем диссертации — 146
страницы.
Анализ тепловых схем и методических материалов по расчету энергетических показателей теплофикационных ПГУ
В настоящее время энергетика России стоит на пороге очередного этапа – масштабного внедрения качественно новой техники: ГТУ и ПГУ различного типа (программой обновления российской энергетики предусмотрен ввод в период с 2002 по 2015 гг. 409 газовых турбин различных типоразмеров). В настоящее время доля ПГУ в общем составе оборудования электростанций России составляет около 11%. Обусловлено это рядом факторов, в том числе; - Современные парогазовые установки (ПГУ) отличаются высоким коэффициентом полезного действия по сравнению с традиционными паросиловыми энергоблоками, и меньшим содержанием вредных выбросов в уходящих газах [10]; Коэффициент полезного действия существующих паросиловых электростанций в среднем составляет 36%, наивысшие достигнутые показатели экономичности традиционных энергоблоков ТЭС не превышают 45%. Вместе с тем, к.п.д. современных бинарных парогазовых установок значительно превышает 50%.
Объединение в единой тепловой схеме блока газотурбинного и паросилового оборудования позволило одновременно с повышением экономичности обеспечить улучшенные характеристики маневренности по сравнению с традиционными паросиловыми энергоблоками ТЭС.
Первый парогазовый энергоблок большой мощности в России введен в эксплуатацию на Северо-Западной ТЭЦ в г. Санкт-Петербурге в декабре 2000 г. Данный энергоблок, установленной мощностью 450 МВт, включает две газотурбинных установки V94.2 (мощностью 160 МВт), два котла-утилизатора и одну паровую турбину Т-150-7.7. КПД данного энергоблока при работе его в конденсационном режиме составляет 51% [1,11]. Успешная реализация ПГУ-450 является серьезным прорывом российской энергетики в области парогазовых технологий.
Вместе с тем широкое внедрение высокоэкономичных ПГУ, проектируемые для работы в базовой части графиков электрической нагрузки, без должного внимания требованиям к маневренности парогазовых энергоблоков и без ввода в энергосистему маневренных электростанций, так же как в 60-70 годы прошлого века, приведет к тому, что проблемы маневренности для энергосистем станут серьезными, требующими принятия неотлагательных мер по приспосабливанию в том числе ПГУ к работе в переменных режимах.
При работе электростанций на оптовом рынке электроэнергии и мощности взаимоотношения между генерирующими компаниями и системным оператором ЕЭС формируются на основе Договоров на предоставление электроэнергии, мощности на оптовый рынок. В них оговариваются отдельные условия, выполнение которых строго обязательно. К ним относятся не только гарантированная максимальная мощность, которая должна быть обеспечена в любое время по требованию системного оператора, технико-экономические и экологические показатели, но особо жестко оговариваются характеристики маневренности оборудования, как определяющие режимы работы энергосистемы, причем независимо от его типа (конденсационное или теплофикационное). Невыполнение заявленных показателей штрафуется очень строго вплоть до отказа от оплаты поставленной на рынок мощности.
Нужно отметить, что проблема маневренности перед энергетикой стояла остро всегда. Впервые «Технические требования к маневренности энергетических блоков тепловых электрических станций с конденсационными турбинами» были разработаны и утверждены только в сентябре 1986 г. Выполнение этих Технических требований обеспечивало регулирование мощности энергоблоков в соответствии с требованиями энергосистем при нормальной эксплуатации в условиях, характеризуемых систематическими изменениями нагрузки в регулировочном диапазоне и ограниченным количеством остановов в резерв на нерабочие дни и ночное время с последующим пуском из неостывшего и горячего состояний. В этом документе так же были определены и условия работы энергоблоков в аварийных режимах [12].
Оборудование высокоманевренных (полупиковых и пиковых) энергоблоков, в том числе предназначенных для замещения демонтируемого устаревшего оборудования, должно было разрабатываться по специальным техническим требованиям. «Технические требования к маневренности энергетических парогазовых установок блочных тепловых электростанций» [14] были разработаны и утверждены департаментом науки и техники РАО «ЕЭС России» 23/III 1995 г. Выполнение этих Технических требований для полупикового режима использования обеспечит регулирование мощности ПГУ в соответствии с требованиями энергосистемы при еженедельных остановах в резерв на нерабочие дни и ежесуточных остановах на ночное время с последующими пусками из неостывшего и горячего состояний. Как известно, наиболее значимыми эксплуатационными характеристиками, определяющими экономичность, маневренность ПГУ, являются продолжительность пусков, остановов, скорость изменения нагрузки при работе блоков в пределах регулировочного диапазона нагрузок и величина регулировочного диапазона.
Каждый такой процесс представляет не только потенциальную угрозу долговечности элементов блока, но и связан со значительными потерями тепла и энергии. Протекание неустановившихся процессов ограничено главным образом уровнем напряжений в толстостенных элементах оборудования энергоблока, таких как барабаны котлов, выходные коллекторы пароперегревателей, паропроводы, корпусы стопорных клапанов высокого давления и роторы паровых турбин. Периодические изменения нагрузок при выполнении диспетчерского графика в сочетании с изменениями давления пара и его температуры или остановы блоков на ночное время в период минимума нагрузок вызывают циклическую усталость материала элементов энергоблока. Исчерпание долговечности материалов, в особенности работающих при высоких температурах, будет приводить к появлению усталостных трещин в элементах оборудования и тем быстрее, чем большее количество изменений нагрузки, пусков и остановов будет испытывать материал. Наибольший усталостный износ наступает в так называемых "критических элементах" оборудования энергоблока, к которым следует отнести перечисленные выше элементы -барабаны котлов, выходные коллекторы пароперегревателей, паропроводы, корпусы стопорных клапанов высокого давления и роторы паровых турбин, и т.п. [20].
Проверка адекватности тренажера
Кроме этого, для проверки адекватности тренажерной модели при работе ПГУ на пониженных нагрузках мощность паровой турбины для нескольких нагрузок ПГУ рассчитывалась также по общепринятой методике, при этом при построении процессов расширения пара в цилиндрах турбины воспользовались значениями относительных КПД цилиндров, полученных при проведении опытов на тренажере. Проведенные расчеты показали, что расхождение между значениями мощности паровой турбины, полученные на тренажере и
Парогазовая установка ПГУ-450Т, представляющая собой один из первых образцов ПГУ большой мощности в российской энергетике, достаточно хорошо исследована при ее работе на максимальной или близкой к ней мощностях [15], и мало исследована при работе ее на пониженных нагрузках. Недостаточное внимание уделено вопросам влияния температуры наружного воздуха на величину регулировочного диапазона ПГУ, способам расширения регулировочного диапазона, таким режимам, как порядок разгружения газовых турбин (равномерное или неравномерное) при сбросе нагрузки ПГУ, оптимальное распределение суммарной нагрузки ГТУ между газовыми турбинами, перераспределение нагрузок между ГТУ и ПТ на частичных нагрузках; при разных температурах наружного воздуха.
Практически не исследованы вопросы экономичности работы ГТУ и ПГУ в целом при их привлечении к регулированию частоты и мощности в энергосистеме. Необходимость решения указанных задач обусловлено необходимостью подготовки информации для оценки целесообразности привлечения ПГУ к регулированию мощности и частоты в энергосистеме.
Сложность решения указанных задач во многом обусловлена отсутствием экспериментальных данных и сложностью моделирования и расчета показателей ГТ, КУ и ПТ на частичных нагрузках аналитическим путем. С целью получения таких данных в рамках диссертационной работы на тренажере энергоблока проведены эксперименты для оценки изменения основных показателей и технологических параметров энергоблока при разных нагрузках и температуре наружного воздуха с целью решения следующих основных задач: - получения зависимости основных технологических параметров ГТ, КУ, ПТ и ПГУ в целом от температуры наружного воздуха и нагрузки ПГУ; - получения зависимости энергетических показателей ПГУ от нагрузки при заданной температуре наружного воздуха; -определения соотношений мощностей ГТУ и ПТ при разных нагрузках ПГУ; -получения границы и величины регулировочного диапазона ПГУ в зависимости от температуры наружного воздуха, режима работы газовой турбины по температуре выхлопных газов; - анализа способов расширения регулировочного диапазона ПГУ и их сопоставительный анализ; - оптимального распределения общей нагрузки ГТУ между газовыми турбинами; - выбора оптимального порядка разгружения/нагружения газовых турбин при переходе с одной нагрузки на другую; - выбора оптимального алгоритма управления мощностью газовых и паровых турбин при участии ПГУ в НПРЧ и др. Анализ ранее проведенных исследований [15,18] показал, что основными параметрами, влияющими на энергетическую эффективность и маневренность оборудования ПГУ, являются: - параметры наружного воздуха (температура, атмосферное давление, влажность); - режим работы ПГУ – конденсационный, теплофикационный; - состав работающего оборудования – полное (2ГТ+2КУ+ПТ) и неполное (1ГТ+1КУ+ПТ). - режим регулирования температуры газов на выходе из газовой турбины в пределах действия ВНА – регулятор включен и выключен; - способ регулирования давления пара высокого и низкого давлений – постоянное и скользящее; - способ распределения общей нагрузки ГТУ между газовыми турбинами при работе ПГУ на частичных нагрузках – равномерное и неравномерное; В диссертационной работе приняты следующие условия для исследований на тренажере: - учитывая требование системного оператора энергосистемы о необходимости рассмотрения регулировочного диапазона энергоблоков, привлекаемых к системным услугам при полном составе оборудования, основное внимание в работе уделено режимам работы ПГУ с полным составом оборудования; - рассматривается конденсационный режим работы энергоблока, как наиболее целесообразный режим для участия в регулировании частоты и мощности в энергосистеме, так как при работе ПГУ в теплофикационном режиме ее возможности регулирования мощности сильно ограничены; - из климатических параметров учитывается только температура наружного воздуха (предварительные расчеты показали, что влияние колебания атмосферного давления и влажности воздуха на характеристики ГТ незначительно – в пределах до 1,5-2%, тогда как влияние отклонения температуры воздуха в ту и другую от «базового» значения (150С ) может достигнуть до 7-9%); - режимы работы конденсатора паровой турбины рассматриваются при постоянном расходе и температуре охлаждающей воды, т.е. давление в конденсаторе рассматривается как функция от расхода пара. Планирование экспериментов на тренажере для решения выше поставленных задач проводилось таким образом, чтобы охватить возможные режимы работы оборудования ПГУ в пределах регулировочного диапазона. В табл. 2.5 приведены некоторые сведения об основных опытах, проведенных на тренажере.
Способы расширения регулировочного диапазона ПГУ и их сравнительная оценка по экономичности
3. Способ регулирования нагрузки паровой турбины с применением обводного парораспределения путем сброса части пара высокого давления в линию подачи пара низкого давления, предварительно снизив давление пара в РОУ и его температуру в пароводяном теплообменнике ТО до соответствующих параметров пара в паропроводе низкого давления (рис. 3.6 ). В качестве охладителя в пароводяном ТО используется основной конденсат с конденсатора турбины. Расход пара высокого давления, подаваемого в турбину по линии пара низкого давления, можно постепенно увеличить, пока общий расход пара низкого давления станет равным максимально допустимому расходу – 150т/ч (41,67кг/с). Остальная часть пара высокого давления подается по штатной схеме в ЦВД турбины. Такой способ дает небольшое изменение мощности ПТ – при допустимом максимальном сбросе пара в линию подачи пара низкого давления – около 5МВт.
При необходимости большего разгружения турбины можно задействовать линию сброса пара высокого давления в ЦНД, предварительно снизив давление и температуру пара до необходимых величин. Такой режим можно использовать до момента, когда расход пара высокого давления, подаваемого по штатной схеме в ЦВД, достигнет минимально допустимой величины – 50т/ч. Такой способ может быть применен в пределах снижения мощности ПТ на 35-36МВт по отношению к «базовой» мощности ПТ.
Разновидностью этих способов является совместное их применение. Расчеты для оценки показателей ПТ и ПГУ при применении обводного парораспределения проведены при следующих условиях: - исходное параметры ПТ и ПГУ соответствует вышеприведенным параметрам способа 2; - показатели ПТ определены на основе расчета проточной части ПТ с учетом изменения КПД ЦВД паровой турбины при неизменном КПД ЦНД и давления в конденсаторе; - при сбросе пара высокого давления в линию подачи пара низкого давления через пароводяной теплообменник подогрев основного конденсата в теплообменнике учитывалось снижением отбора пара низкого давления с соответствующим увеличением мощности ПТ; - влияние впрыска основного конденсата на линии сброса пара высокого давления в ЦНД учитывалось соответствующим увеличением расхода пара через ЦНД. Ниже приводятся описание и результаты расчетов некоторых режимов обводного парораспределения.
Сброс части пара высокого давления через РОУ и пароводяной теплообменник (рис. 3.6) в линию подачи пара низкого давления в максимально допустимом количестве - 20,05 кг/с, при этом расход пара низкого давления равняется максимально допустимому расходу – 41,67кг/с (150 т/ч); остальной расход пара высокого давления в количестве 53,27 кг/с (191,8т/ч) поступает в ЦВД по штатной схеме. Расчеты показали, что при этом мощность паровой турбины снижается на 4,9 МВт. Таким образом, этот способ можно применить для расширения регулировочного диапазона ПГУ в пределах от 0 до 4,9-5,0 МВт.
Режим 3.2. Часть пара высокого давления в количестве 20,4кг/с сбрасывается через РОУ в ЦНД, при этом он предварительно охлаждается до температуры пара на входе в ЦНД путем впрыска основного конденсата из конденсатора. Остальная часть пара высокого давления в количестве 53,28 кг/с поступает в ЦВД по штатной схеме. Мощность ПТ снизилось на 9,2 МВт. При сбросе пара высокого давления по этой схеме в максимальном количестве (59,78кг/с) при подаче пара высокого давления по штатной схеме в ЦВД в минимально допустимом количестве – 13,89 кг/с (50т/ч) снижение мощности ПТ составило 36,4 МВт. Таким образом, снижение мощности ПГУ таким способом возможно в пределах от 0 до 36,4 МВт. совместное параллельное применение для определения максимальной величины разгружения ПГУ при совместном применении режимов 3.1 и 3.2, В пределе подача пара высокого давления в ЦВД по штатной схеме в ЦВД может быть снижена до допустимой величины – 13,89 кг/с (50т/ч), сброс пара высокого давления в линию пара низкого давления может быть увеличен до максимальной величины, как в режиме 3.1, т.е. до 20,05кг/с, остальная часть пара высокого давления - сброс в ЦНД - 39,38 кг/с. Мощность паровой турбины снижается до 62,1 МВт, мощность ПГУ составляет 186,5 МВт и таким образом, регулировочный диапазон мощности ПГУ увеличивается на 23,5 МВт. Оптимальное распределение сбрасываемого пара высокого давления по потокам в промежуточных режимах рассматривается ниже.
В таблице 3.5 приведены результаты расчетов показателей паровой турбины и ПГУ в целом для указанных режимов работы ПТ по приведенной технологии разгружения турбины при различных соотношениях расходов пара высокого давления, сбрасываемого в линию подачи пара низкого давления и в ЦНД. Для сравнения в табл. 3.5 приведены также соответствующие данные для режимов с включенной системой антиобледенения (САО) и МПР (при температуре наружного воздуха 150С ). Приведенные расчеты показывают, что при вышеприведенных исходных условиях работы ПГУ при мощности 210 МВт совместное использование приведенных способов расширения регулировочного диапазона ПГУ позволяет значительно уменьшить нижнюю границу регулировочного диапазона и регулировать нагрузку ПГУ в достаточно широких пределах при ее работе в полном составе оборудования с обеспечением требуемых эксплуатационных условий по экологии и надежности.
Выбор режима регулятора температуры газов на выходе из ГТ при работе ПГУ на пониженных нагрузках
Для экспериментального исследования на тренажере участия энергоблока ПГУ-450 в НПРЧ выбран режим работы ПГУ на исходной нагрузке 405 МВт, что позволяет энергоблоку регулировать частоту с возможностью изменения нагрузки ПГУ на 45МВт, т.е. 10% от ее номинальной мощности (при температуре наружного воздуха 15 градусов) как в большую, так и в меньшую стороны. При проведении опытов максимально выдерживались требования СО-ЦДУ при проверке соответствия ПГУ для участия в НПРЧ [69] (см. приложение 1). По многочисленным опытам на тренажере энергоблока ПГУ-450, как было показано выше, удалось установить, что оптимального режима для регулирования частоты в системе, удовлетворяющего принятым стандартам 118 НПРЧ, возможно добиться путем совместного воздействия на РТК и РКПТ, для чего ПТ должна работать в режиме с постоянным давлением пара высокого давления. При этом при заданной скорости изменения нагрузки на ГТУ (11МВт/мин) основными критериями выбора оптимального режима становятся: - исходное состояние (степень открытия) РКПТ при исходной нагрузке 405 МВт; - порядок (последовательность) подачи управляющего воздействия на РТК и РКПТ; - изменение степени открытия/закрытия РКПТ при наборе/сбросе нагрузки ПГУ; - время, в течение которого происходит изменение степени открытия РКПТ, т.е скорость открытия/закрытия РКПТ.
При выборе исходного состояния РКТП на исходной нагрузке ПГУ 405МВт исходили из полученных выше результатов по различию инерционности системы (КУ + ПТ) в процессах набора и сброса нагрузки, а именно то, что в процессе нагружения инерционность системы больше, чем при сбросе нагрузки.
На основании многочисленных опытов установлено, что начальный уровень регулирующего клапана должен быть равен 40% (т.е. клапан открыт на 60%). Это означает, что в процессе набора нагрузки мы можем использовать возможность дальнейшего открытия РКПТ до 100%, а в процессе сброса нагрузки – закрыть до уровня, необходимого для пропуска пара, соответствующего нагрузке ПГУ 360МВт.
Кроме того, экспериментами было установлено, что при скачкообразном открытии РКТ с указанного выше состояния мощность ПТ возрастает на 38-40 МВт с последующим ее снижением. Это означает, что если с началом нагружения ГТ одновременно скачком открыть РКПТ, произойдет скачкообразное возрастание мощности ПГУ со скоростью, значительно превышающей допустимую скорость изменения нагрузки. Аналогичная картина наблюдается при сбросе нагрузки. Это определило пути дальнейших исследований – найти экспериментальным путем такие изменения уровня регулирующего клапана при наборе и сбросе и времени, в
Скачки мощности ПГУ на графиках рис. 5.7 а и б обусловлены следующим: при быстром открытии РКПТ мощность паровой турбины с инерционностью в 10-15 сек. резко возрастает на 40-45МВт, при этом скорость набора нагрузки ПГУ выходит за пределы допустимой скорости изменения мощности. При включенном регуляторе мощности ПГУ срабатывает регулятор скорости с воздействием на РТК, что приводит к разгружению газовых турбин. После прекращения роста нагрузки ПТ скорость изменения нагрузки снижается и ГТ продолжают дальнейший набор нагрузки. Опыты показали, и это видно из приведенных графиков, увеличение времени открытия РКПТ приводит к уменьшению величины скачка мощности ПГУ из-за снижения темпа роста мощности ПТ и полностью исчезают при времени открытия РКПТ более 50 сек.
При времени полного открытия РКПТ 70 сек. график роста мощности ПГУ удовлетворяет всем требованиям стандарта. На рис. 5.8 приведены графики изменения мощности ПГУ, ПТ и ПГУ при принятом в качестве рекомендуемого времени открытия РКПТ - 70 сек., из которых видно соотношение мощностей ПГУ и ПТ при наборе нагрузки ПГУ. Из графика на рис.5.9 видно, что при полном открытии РКПТ прирост расхода пара высокого давления составляет около 140 т/ч в течение первых 25-26 сек, что и приводит к быстрому набору нагрузки на ПТ.
