Содержание к диссертации
Введение
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 10
2. АНАЛИЗ РАБОТЫ КОТЛОАГРЕГАТА TTMI-204 ...21
2.1. Основные характеристики котлоагрегата и вспомогательного оборудования 22
2.2. Топочное устройство .27
2.2.1. Исследование процесса горения в проектном исполнений топочно-гррелочного устройства 33
2.2.2. Исследование и внедрение мероприятий по переводу котла на предельно-малые избытки воздуха и определение их влияния на полноту выгорания
и вредные выбросы 36
3. ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛООБМЕНА В ТОПКЕ КОТЛА 54
3.1. Основные результаты исследований теплообмена 57
3.2. Обобщение опытных данных по теплообмену 62
4. ВЛИЯНИЕ ИЗБЫТКА ВОЗДУХА И ОРГАНИЧЕСКИХ ПРИСАДОК НА НИЗКОТЕШЕРАТУРНЛО КОРРОЗИЮ 66
5. НАДЕЖНОСТЬ ЭКРАНОВ КОТЛА 73
5.1. Анализ гидравлики и температурного режима экранов ...73
5.2. Влияние водно-химического режима на надежность экранов 81
6. АНАЛИЗ РАБОТЫ И ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЕРІ
ВЫСОКОГО И НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ 88
6.1. Оценка тепловой работы пароперегревателя высокого давления ." .88
6.2. Повышение надежности ППВД в пусковых режимах 93
6.3. Анализ работы пароперегревателя низкого давления 94
7. ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ КОТЛА ТЇЇШ-204 ПОД НАДЦУВОМ .99
7.1. Конструктивные особенности элементов, обеспечивающих газоплотность котлоагрегата 99
7.2. Организация компенсации перемещений элементов котла .103
7.3. Совершенствование узлов уплотнения 106
7.4. Оценка газоплотности котла и ее стабильности в процессе эксплуатации ...ПО
7.5. Сравнительная оценка экономичности энергоблока при работе котла на уравновешенной тяге и под наддувом .117
8. АНАЛИЗ РАБОТЫ ТУРБОУСТАНОВКИ К-800-240-3, ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ
НАДЕШОСТИ И ЭКОНОМИЧНОСТИ 124
8.1. Анализ работы проточной части турбины, повышение ее надежности и экономичности 124
8.2. Освоение и совершенствование системы регулирования, парораспределения и защиты турбины ..133
8.3. Оптимизация тепловых перемещений опорных элементов турбины, работы валопровода и подшипников. Пути повышения порога низкочастотной вибрации ...136
8.4. Конструктивные особенности и совершенствование в процессе освоения вакуумной системы турбины 140
8.5. Конструктивные особенности и недостатки вспомогательного оборудования турбоустановки, методы их устранения 141
9. ИССЛЕДОВАНИЕ И ПОВЫШЕНИЕ НАДЕШОСТИ И ЭКОНОМИЧНОСТИ РЕГЕ
НЕРАТИВНОЙ УСТАНОВКИ ТУРБОАГРЕГАТА 145
9.1. Краткое описание и характеристика регенеративной установки .145
9.2. Система регенерации низкого давления ...148
9.3. Система регенерации высокого давления 150
9.4. Исследование влияния внезапного отключения ПВД на режим работы блока и пути повышения надежности 154
9.5. Исследование условий работы фланцевого разъема ПВД
и оценка эффективности внедренных мероприятий .159
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПУСКОВОЙ СХЕМЫ И ПУСКОВЫХ РЕЖИМОВ
БЛОКА В ПРОЦЕССЕ ОСВОЕНИЯ 168
10.1. Особенности пусковой схемы и результаты ее освоения 168
10.2. Основные критерии надежности пусковых режимов блока из различных тепловых состояний 171
10.3. Повышение эффективности работы блока при частичных нагрузках внедрением режима скользящего давления в тракте 177
АНАЛИЗ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ
ЭФФЕКТИВНОСТЬ .180
ВЫВОДЫ 187
ЛИТЕРАТУРА 192
ПРИЛОЖЕНИЯ: I. Сводная таблица результатов испытаний котла ТШП-204 ст.№ 6 Запорожской ГРЭС при работе на уравновешенной тяге и под наддувом 202
2. Основные мероприятия по повышению экономической эффективности оборудования 214
- СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
- Основные характеристики котлоагрегата и вспомогательного оборудования
- Основные результаты исследований теплообмена
- ВЛИЯНИЕ ИЗБЫТКА ВОЗДУХА И ОРГАНИЧЕСКИХ ПРИСАДОК НА НИЗКОТЕШЕРАТУРНЛО КОРРОЗИЮ
- Анализ гидравлики и температурного режима экранов
Введение к работе
Решением ХХУІ съезда КПСС предусматривается ускоренное строительство тепловых электростанций мощностью 4-6 млн.киловатт с установкой крупных энергетических блоков единичной мощностью 500 и 800 МВт, использующих дешевое твердое топливо Экибастуз-ского и Канско-Ачинского бассейнов, а также природный и попутный газ в Западной Сибири /I/.
Важное значение придается газо-мазутным котлам для маневренных установок и теплофикационных энергоблоков крупных городов, особенно в районах добычи нефти и газа /2/. В связи с этим перед энергомашиностроителями и энергетиками была заблаговременно поставлена задача создать серийное оборудование, отвечающее современным требованиям в части надежности, экономичности, маневренности и минимального загрязнения окружающей среды.
Постановлением ГКНТ № 430 от 26 ноября 1976 года намечалось решение проблемы "Освоить головной энергоблок мощностью 800 МВт с одновальной турбиной на париметры пара 240 ата, 540С/540С с однокорпусным котлом под наддувом (топливо мазут) на Запорожской ГРЭС, ст.№ 5", включающей этапы: провести испытания и исследования основного и вспомогательного оборудования, довести показатели работы блока до проектных; выдать рекомендации заводам-изготовителям оборудования для учета их при серийном производстве оборудования. Поэтому решение узловых вопросов повышения надежности и экономичности для достижения проектных технико-экономических показателей и обобщение материалов по исследованию и доводке блока 800 МВт, излагаемых в диссертации, представляется весьма актуальным для использования их в проектах нового оборудования и при эксплуатации, установленных на электростанциях блоков.
Первая очередь Запорожской ГРЭС мощностью 1200 МВт состоит из четырех блоков по 300 МВт с однокорпусными пылеугольными котлами производительностью по 950 т/ч. Сооружение станции осуществлялось поточно-скоростным методом. Строительство начато в июне 1970 года, а в мае 1973 года первая очередь электростанции была введена в эксплуатацию. Пятый энергоблок мощностью 800МВт с газомазутным котлом ПМП-204, предназначенным для работы под наддувом, был введен в эксплуатацию в декабре 1975 года, шестой - в сентябре 1976 г, С вводом энергоблока № 7 в 1977 году Запорожская ГРЭС достигла проектной мощности 3600 МВт и стала одной из крупнейших электростанций в Европе.
Задача состояла не только в наращивании мощностей блоками 800 МВт, но и в проверке правильности технических решений, заложенных в уникальное основное и вспомогательное оборудование головного энергоблока и быстрейшем выявлении узких мест в процессе эксплуатации.
Под руководством и при непосредственном участии автора, совместно с головными наладочными организациями Минэнерго (Юж-техэнерго) и Минэнергомаша (НПО ЦКТИ) было уделено особое внимание использованию на стадии рабочего проектирования блока 800МВт как собственного опыта скоростного освоения блоков 300 МВт, так и опыта освоения блоков 800 МВт Славянской ГРЭС, а также газоплотных котлов ТЗЖ-324 Киришской ГРЭС. Кроме того, уделялось большое внимание организации контроля качества оборудования в процессе изготовления на заводах, широкому участию ремонтного и эксплуатационного персонала в монтаже и предмонтажной ревизии, обеспечению тщательного контроля качества монтажа. В результате этого энергоблок № 5 на 4-м месяце эксплуатации достиг номинальной мощности 800 МВт /78/.
Для ускорения проверки новых технических и конструкторских
8 решений и своевременной выдачи результатов исследований заводам-изготовителям для их учета при организации серийного производства, автором была проведена большая работа по обеспечению охвата всех узлов основного и вспомогательного оборудования наладочными и исследовательскими работами с рассмотрением и уточнением программ и задач по исследованиям, анализом результатов и, при необходимости, корректировкой объемов и направлений исследования на всех этапах освоения энергоблока.
В процессе первого периода эксплуатации и предварительных исследований выявлены недостатки, препятствующие длительной работе блока с номинальной мощностью. Первым этапом доводки блока явилась выдача в сжатые сроки совместно с исследовательскими организациями технических мероприятий, направленных на повышение надежности и экономичности оборудования, внедрение которых на блоке 15 в период среднего ремонта позволили не только длительно и устойчиво нести номинальную мощность, но и выйти в конце первого года эксплуатации на проектные значения удельных расходов топлива.
Оперативное решение технических проблем дало возможность ликвидировать узкие места на блоке В 6 в процессе его монтажа и на первом месяце эксплуатации выйти на проектную мощность. Еще меньшим, всего 12 дней, был срок выхода на проектную мощность последнего блока А 7.
В 1978 году, на 12 месяцев раньше нормативных сроков, станция превзошла проектные технико-экономические показатели в целом по второй очереди, достигнув 323,55г/кВтч при проектном значении 325г/кВтч. Минимальная величина среднемесячного удельного расхода условного топлива по блокам В 5 и № 7 составила 318,4 и 318,8г/кВтч при среднемесячной нагрузке 749 и 769 МВт соответственно.
Проведение всего объема работ при комплексном исследовании и доводке блока до нормальной эксплуатации, а также расчетно-аналитические исследования, выполненные на основании экспериментальных данных, и выработка рекомендаций по отдельным видам оборудования блока проводились под техническим руководством и при непосредственном участии автора диссертации.
На основании анализа недостатков, выявленных в процессе эксплуатации, результатов исследования гидродинамики, топочного процесса, теплообмена, надежности работы поверхностей нагрева, режима работы котлоагрегата под наддувом, исследования режимов надежности, маневренности и экономичности блока в целом, предложены технические мероприятия по ликвидации выявленных недостатков, что способствовало нормальной эксплуатации блока и изготовлению надежного основного и вспомогательного оборудования новой ступени единичной мощности для моноблока 800 и 1200 МВт с техническими характеристиками, соответствующими уровню современных требований в сравнительно короткие сроки.
Диссертация состоит из введения, одиннадцати разделов и выводов, включает 116 страниц текста, 58 рисунков, 10 таблиц, 2 приложения и список литературы из 98 наименований. Общий объем работы 224 страницы.
Состояние вопроса и задачи исследования
При внедрении и освоении мощных энергоблоков сверхкритического давления (СКД), которые имеют наиболее низкие расходы топлива на единицу выработанной энергии, возникло ряд непредвиденных проблем, связанных с недостаточным опытом сжигания мазута в парогенераторах большой единичной мощности и ограниченным количеством выполненных исследований по этой тематике.
Повреждение котлов, по данным обследований и испытаний ЦКТИ, ВТИ, Союзтехэнерго, Южтехэнерго и др. /3,4,5/, происходило из-за перегрева и коррозии труб экранов нижней радиационной части (HF4), тепловой и гидродинамической неравномерности конвективных пароперегревателей второй ступени в условиях недостаточной жаростойкости применяемых марок сталей (І2Х2МФСР и ЭИ-531), конструктивных дефектов, неудовлетворительного водно-химического режима и др., которые прогрессировали с ростом наработки ресурса. Повреждаемость из-за дефектов эксплуатации и ремонта зависит от технического уровня и квалификации обслуживающего персонала, а также от качественных характеристик сжигаемого топлива. Большое значение имеет совершенство конструкции котла и его отдельных элементов, в том числе тип горелочного устройства, тепловые нагрузки топки, система рециркуляции газов, методы очистки поверхностей нагрева и т.д.
До ввода в эксплуатацию головного блока 800 МВт с котлоагрегатом производительностью 2650 т/ч пара, выполненного под наддувом, было известно, что на всех газомазутных котлах СКД, работающих с уравновешенной тягой, отмечается перегрев труб вследствие накопления в процессе эксплуатации внутренних отложений окислов железа. При достижении температур, недопустимых по условиям длительной прочности, отмечается интенсивная наружна коррозия металла, ускоряющая их разрушение. Наиболее высокая повреждаемость труб имела место на котлах первого поколения типа IIK-4I, ТПШ-ІІ4, МП-ЗІ4 после 4-7 тыс.часов работы /6,7,8,9/. Так, во время текущих, средних и капитальных ремонтов в 1976 году по причине проявления высокотемпературной коррозии было заменено на работающих блоках 300 МВт свыше 2000 труб НРЧ, в 1977 году - 912 труб, в 1978 году замена труб возрастает, а затем в 1979-80 годах резко падает из-за внедрения выработанных мероприятий по снижению интенсивности образования внутренних отложений и роста температуры металла труб за счет систематического и качественного выполнения химических промывок экранов котлов.
Основные характеристики котлоагрегата и вспомогательного оборудования
Котел изготовлен ПО ТКЗ, предназначен для сжигания высокосернистого мазута (Q 5 = 9330 ккал/кг) и природного газа (Q = 8740 ккал/мЗ), имеет производительность 2650 т/ч, давление пара на выходе 255 кгс/см2, температуру - 545/545С; прямоточный на сверхкритические параметры с промежуточным перегревом, выполнен по П-образной схеме в однокорпусном исполнении, (рис. 2.1).
Топочная камера открытая, призматическая с аэродинамическим выступом, с размерами в плане по осям труб 10258x20660 мм, рассчитана на работу под давлением 600 кгс/м2. Стены топочной камеры, конвективной шахты и переходного газохода экранированы газоплотными панелями, выполненными из сваренных между собой плавниковых труб наружным диаметром 32 мм и толщиной 6 мм (сталь І2ХШФ).
Места стыковки нижней радиационной части (НРЧ), средней радиационной части (СРЧ) и верхней радиационной части (ВРЧ) уплотнены штампованными пластинами, приваренными к трубам, НРЧ выполнена двухходовой по среде с байпасированием первого хода, СРЧ - двухходовая, ВРЧ - одноходовая.
У фронтовой и задней стен нижней части топочной камеры установлены общие короба воздуха и газов рециркуляции с вмонтированными в них 36-ю двухпоточными газомазутными горелками, в три яруса на отметках 12900, 15900, 18900 мм. Расстояние от оси крайних горелок до бокового экрана 3,82 м, от первого яруса горелок до пода 3,6 м.
Каждая горелка имеет производительность по мазуту 5,2 т/ч при давлении 35 кгс/СМ2 (рис.2.2). Горелки жестко закреплены в общем горелочном коробе, состоящем из 3-х секций для подачи внутреннего, периферийного воздуха и газов рециркуляции. На входе в канал внутреннего воздуха установлен закручивающий завихри-тель из 18 лопаток, которые закреплены неподвижно с углом наклона 60. На входе в канал периферийного воздуха также установлен завихритель, состоящий из 24 лопаток с углом наклона 60. Канал газов рециркуляции не имеет завихрителя.
На номинальном режиме работы котла скорости воздуха на выходе из горелки по центральному каналу 60,5 м/с, периферийному -70,5 м/с и из канала газов рециркуляции - 26 м/с.
На выходе из топочной камеры расположена вертикальная ширмовая ступень пароперегревателя высокого давления. Далее по ходу газов установлены первая и вторая вертикальные ступени конвективного пароперегревателя высокого давления с коридорным расположением, выполненные из труб диаметром 42 мм с толщиной стенки 7 мм (сталь І2ХІМФ).
Основные результаты исследований теплообмена
Опытами установлено, что в зоне НРЧ при работе котлоагрегате на номинальной нагрузке наблюдается весьма ровное поле падающих тепловых потоков.1 Максимальная степень неравномерности распределения при значениях избытка воздуха . = 1,03 и рециркуляции в низ топки Ъ = 10$ не превышала 15$. С ростом величин % и об степень неравномерности распределения плотности падающих тепловых потоков по ширине экрана в зоне НИ уменьшается (рис.3,1).
С понижением нагрузки котла степень неравномерности в этой зоне возрастает, достигая при нагрузке 50$ и минимальном значении степени рециркуляции (Ъ = 10$) 30 40$. С ростом степени рециркуляции степень неравномерности уменьшается и при Ъ = 30 36$ не превышает 10$, Влияние избытка воздуха на степень неравномерности распределения плотности падающих потоков излучения в исследованном диапазоне его изменения менее заметно.
Распределение плотности падающих потоков по ширине фронтового экрана в зоне СРЧ и ВРЧ несколько необычное. В отличие от котлов других типов максимальные тепловые потоки наблюдались не на оси топочной камеры, а вблизи боковых экранов. Причем при минимальных значениях степени рециркуляции наблюдаемые вблизи стен максимальные значения плотности падающих потоков излучения апад превосходят средние по ширине экрана величины на 15$. С увеличением степени рециркуляции неравномерность распределения tynag уменьшается и достигает 5-10$. Влияние избытка воздуха на степень неравномерности распределения иnag в этих зонах также незначительно.
Таким образом, вышеизложенное показывает, что распределение плотности падающих потоков излучения по периметрутопочной камеры равномерное. Это свидетельствует о достаточной изотропности радиационных свойств топочной среды и ее температуры в поперечном сечении топочной камеры, что в конечном счете определяется хорошим заполнением факелом сечения топки.
Влияние избытка воздуха и органических присадок на низкотешературнло коррозию
Коррозия низкотемпературных поверхностей является одной из трудных проблем эксплуатации котельных установок. Особенно интенсивно процесс коррозии протекает в РВП.
Коррозионная агрессивность газов обуславливается содержанием в них серного ангидрида 50з, образование которого при сжигании мазута объясняется не только его качеством, но и совокупностью конструктивных особенностей и режимных параметров эксплуатации котла (коэффициента избытка воздуха, степени рециркуляции газов, органических присадок, нагрузки котла и др.).
В период исследования котлоагрегате оценивалась и агрессивность газов в каждом режиме по содержанию в них S03 , которое определялось методом селективной конденсации паров серной кислоты, усиленной термофорезом и термодифузией /56/. Отбор газов на анализ производился в сечении газохода за регулирующей ступенью конвективного пароперегревателя. Измерениями, проведенными ЦКТИ, установлено /58/, что изменение нагрузки от 340 до 800 МВт при коэффициенте избытка воздуха л = 1,05 приводит к увеличению объемной доли $0з на 0,0044$, а при = 1,01 - на 0,0012$.
Сильное влияние на образование SO3 оказывает коэффициент избытка воздуха, результаты исследований зависимости SO3 отої приведены на рис.4.I. При уменьшении коэффициента избытка воздуха на нагрузках котла 800-560 МВт содержание $( в дымовых газах резко снижается. На нагрузках 400 МВт и ниже влияние изменения коэффициента избытка воздуха на содержаниеSOa менее значительно. Так, например, на нагрузке 800 МВт при уменьшении избытка воздуха от 5 до 1$ объемная доля SO3 в газах снижается от 0,0052 до 0,002$, т.е. на 0,0032$, в то время как на нагрузке 400 МВт эта доля$0э снижается от 0,0016 до 0,0009$, т.е. всего на 0,0007$.
Результаты исследований показали, что при работе котла TIMI--204 на номинальной нагрузке во всем диапазоне изменения коэффициента избытка воздуха коррозионная агрессивность дымовых газов значительно выше, чем на современных котлах ТІШ-324 и ТШП-ЗІ4 бл.300 МВт /57/.
Известно, что образование SO3 в котле происходит в результате как гомогенной реакции в топочной камере, где основная роль отводится атомарному кислороду, так и гетерогенной, основную роль в которой играют золовые отложения на высокотемпературных поверхностях нагрева и их каталитическая активность. Таким образом, объяснить большее содержание ЭОз в дымовых газах котла ТЇМП-204 можно, по-видимому, более высоким уровнем температур в топке, интенсифицирующим газофазовые реакции окисления сернистого ангидрида SO и большими золовыми отложениями на высокотемпературных поверхностях нагрева в горизонтальном газоходе, усиливающими каталитические реакции перехода SOg 6 SO3
Анализ гидравлики и температурного режима экранов
Экранные поверхности нагрева топочной камеры работают в зоне наибольших тепловых нагрузок, и обеспечение их надежного охлаждения при всех эксплуатационных режимах является весьма сложной и многоплановой задачей. Поэтому при освоении головных котельных агрегатов выполняется комплекс исследований, посвященных изучению теплогидравлических характеристик экранов.
Массовые скорости среды в экранах котла ТПЛП-204 составляют: НРЧ-І (первый ход) - 3000 кгДг.с, НРЧ-П (второй ход) -2170 кг/м2.с, СРЧ-3260 кг/м2.с и ВРЧ - 1700 кг/вЛс.
Для исследовательских целей котел был оснащен специальными вставками, позволяющими производить измерение температуры наружной поверхности труб и тепловых потоков, использовались также показания штатных приборов, установленных на блочном и местном щитах.
В первые месяцы работы котла имели место серьезные повреждения труб заднего экрана ВРЧ. Экраны ВРЧ состоят из параллельно включенных по ходу среды панелей задней, боковой и фронтовой стен верхней части топки. В проектном исполнении среда на выходе из панелей задней стены поступала в необогреваемые стояни (4 на поток), выполненные из труб диаметром 377 мм, с толщиной стенки 60 мм, имеющих длину 15,4 м и предназначенных для подвески поворотной камеры котла. Схема включения экранов ВРЧ приведена на рис.5;1.
Разрывы труб происходили во время пусков из горячего состояния и были обусловлены кратковременным перегревом их в районе аэродинамического выступа вследствие практически полного прекращения расхода в панели.
