Содержание к диссертации
Введение
Состояние вопроса, задачи исследования 14
1.1. Влияние давления пара в деаэраторе, на экономичность схемы регенерации и. особенности работы ДПУ при скользящем давлении 14
1.2. Переходные процессы в ДПУ при скользящем давлении 17
1.3. Задачи и метод исследования 24
Исследование тепловой экономичности схемы регенерации 26
2.1. Расчетные исследования тепловой экономичности при скользящем давлении пара Б деаэрат
2.2. Влияние давления пара в деаэраторе на работу оборудования энергоблоков сверхкритического давления 39
2.3. Преимущества и недостатки скользящего давления пара в деаэраторе 42
2.4. Влияние температуры уплотняющего конденсата бустерных и питательных насосов на тепловую экономичность турбоус тановки 49
Методика расчета переходного процесса в системе регенерации низкого давления при скользящем давлении в смешивающих теплообменниках
3.1. Протекание переходного процесса в дПУ при скользящей давлении 62
3.2. Определению скорости падения давления в деаэраторе 65
3.2.1. Определение изменения энтальпии основного конденсата на входе в деаэратор 68
3.2.2. Определение изменения расхода питательной воды и основного конденсата 72
3.3. Определение скорости падения давления в смешивающих ПНД - 79
3.3.1. Определение скорости падения давления в смешивающем ПНД-2, при включении аппаратов по гравитационной схеме
3.3.2. Определение скорости падения давления в смешивающих ПНД при включении аппаратов в схему с перекачивающими насосами 33
3.4. Определение допускаемой скорости падения давления при движении воды по всасывающему трубопроводу 99
3.5. Определение расхода пара в струйную часть аппарата при переходном процессе 90
Исследование работы ДПУ при скользящем давлении пара в нес тационарных режимах 92
4.1. Расчетные исследования ДПУ энергоблоков мощностью 300 МВт 92
4.2. Расчетные исследования системы смешивающие ПНД-насос для энергоблоков 300 МВт... 98
4.3. Определение кавитационного запас конденсатного и бустерного насосов... « Х07
4.4. экспериментальная проверка работы ДПУ и регенерации низкого давления со смешивающими ПНД при скользящем давлении 111
4.4.1. Методика проведения опытов и особенности измерений параметров 111
4.4.2. Работа ДПУ при нестационарных режимах работы энергоблоков 115
4.4.3. Зксперииентальное исследование переходных процессов в системе регенерации энергоблока мощностью 300 МВт 121
4.4.4. Разработка рекомендаций по надежной работе ДПУ и системы смешивающий ПНД -- трубопровод - насос для энергоблоков тэо
3аключение 160
Список использованных источников
- Влияние давления пара в деаэраторе, на экономичность схемы регенерации и. особенности работы ДПУ при скользящем давлении
- Расчетные исследования тепловой экономичности при скользящем давлении пара Б деаэрат
- Протекание переходного процесса в дПУ при скользящей давлении
- Расчетные исследования ДПУ энергоблоков мощностью 300 МВт
Влияние давления пара в деаэраторе, на экономичность схемы регенерации и. особенности работы ДПУ при скользящем давлении
Высокая экономичность паротурбинных установок достигается путем регенеративного подогрева Питательной воды. Экономия при этом достигается за счет повышения среднетермодпнампческой температуры подвода тепла в цикле. Для обеспечения регенеративного по-догрева воды слуг:ат регенеративные подогреватели поверхностного и смешивающего типов соединенные по пару с отборами турбины и по-следовательно соединенные по воде. Обычно один из смешивающих подогревателей выполняет функцію деаэратора, а такпз является аппаратом, которыП обеспечивает сведение материального баланса в тепловой схеме энергоблока. Для этоп цели аппарат снабглется оаком, имеющим некоторый запас нагретой воды.
Деаэратор по схеме вкочення попет питаться паром [l4,I5J: - из отбора вместе со следующим за ним подогрева елем; - иметь переохладитель питательной воды; - из самостоятельного отбора турбины. давление пара в деаэраторе (температура питательной воды па входе в питательный насос) зависит от начальных параметров пара [l6,I7j , степени перегрева отборного пара, включения в тепловую схему пароохладителей, схемы включения турбо-прпводов; питательных насосов [l8,I9j . Известны схемы регенерации паровых турбин с давлением пара в деаэраторе от 0,17 до 3,0 ППа.
В отечественной энергетике для преобладающего числа турбоустановок давление пара в деаэраторе составляет 0,6 - 0,76 МПа во всем диапазоне нагрузок, то есть деаэраторы работают при постоянном давлении.
Обеспечение постоянного давления пара в деаэраторе достигается [нО т 28J наличной нескольких источников пара (для турбин К-300-240, К-500-240, ІІ-800-240 - 3 и 4-й отборы, общеотанцион-ный коллектор, растопочный расширитель и др.). Поддержание постоянного давления пара во всем діапазоне нагрузок требует установки регулирующего клапана,запорной арматуры, предохранительных клапанов, контрольно-измерительных приборов.
С изменением нагрузки необходимы переключення по пару, конденсату греющего пара ПВД, которые затрудняют эксплуатацию. Ошибочные действия при перекгюченпл, отказ регуляторов даззленпя или уровня в деаэраторе могут приводить к аварийным ситуациям. Наличие нескольких источников пара с относительно-большим, давлением затрудняет решение задачи в аварийной ситуации, что так тле усложняет эксплуатацию деаэраторов, [29,30J При частичных нагрузках нарушается принцип равномерного нагрева питательной воды в каждой ступени При этом вытесняется отбор на вышестоящий подогреватель, уменьшается эффективность включения пароохладителя, что дополнительно приводит к снижению эконошчности турбоустановки. Теоретическое и экспериментальное исследование переходных процессов в деаэраторе при постоянном давлении пара достаточно полно представлено в [3If35j
Участие энергоблоков в регулировании частоты требует увеличения экономичности и упрощения эксплуатации как при номинальной, так и при частичной нагрузках. Одним из путей увеличения экономичности и упрощения эксплуатации является применение скользящего давления пора в деаэраторе.
Для некоторых типов турбоустановок, спроектированных в последнее время, (К-500-І30, К-І200-240, К-ЮОО-бО/3000) принято скользящее давление пара в деаэраторе.
а условиях спроектированных и работающих турооустановок перевод деаэратора на скользящее давление возможен следующим образом;
- устранение дросселирования пара из отбора турбины путем повышения давления пара в деаэраторе;
- устранение дросселирования пара путем уменьшения давления его. в отборе турбины до величины, определяемой прочностными характерне тиками деаэратора;
- деаэратор работает при скользящем давлении в диапазоне частичной нагрузки, когда давление в отборе, меньше давления допускаемого прочностными характеристиками деаэратора. J3 диапазоне нагрузок близких к номинальной деаэратор работает при постоянном давлении.
Для всех вариантов перевода деаэраторов на скользящее давление требуется исследование переходного процесса в ДПУ, работы деаэрационной колонки и температурных полей корпуса питательного насоса»
В первом варианте дополнительно требуется исследование прочностных характеристик деаэратора, а такие исследование возможности работы в новых условиях бустерных, питательных и конденсат-ных насосов, подогревателей низкого давления.
Во втором варианте дополнительно требуется рассмотрение вопроса возможности модернизации проточной части турбины или переключения деаэратора по пару на нижестоящий отбор.
В третьем варианте требуется только переделка схем автоматики, защит и блокировок ДПУ.
Расчетное исследование тепловой экономичности первого варианта применения скользящего давления выполнено BjKVd при участпи-ав-тогадля турбоустановок мощностью 300, 500, 800 МВт ПО JM3.
Расчетные исследования тепловой экономичности при скользящем давлении пара Б деаэрат
Целью исследования является определение тепловой экономичности турбоустановки на различных нагрузках при скользящем давлении пара в деаэраторе при его включении на самостоятельном отборе турбины.
Исследование проводилось по методике [l4J
Увеличение экономичности паротурбинной установки при переводе деаэратора на скользящее давление достигается за счет устранения дросселирования пара, подаваемого из отбора турбины в деаэратор. При этом увеличивается давление пара и температура питательной воды в деаэраторе. Увеличение температуры питате.льной воды приводит к росту расхода пара из отбора турбины на деаэратор и уменьшению расхода высокопотенциального пара из предыдущего отбора, обеспечивая выработку дополнительной мощности в отсеке турбины мецду этими отборами. Однако, уменьшение расхода пара из предыдущего отбора сшшает нагрев питательной воды при установке пароохладителей в подогревателе, что уменьшает его эффективность.
Увеличение температуры питательной воды приводит к росту ее удельного объема, а, следовательно, и мощности, потребляемой насосом.
Увеличение давления пара в деаэраторе уменьшает потери от дросселирования конденсата греющего пара ШЗД, что дополнительно повышает тепловую экономичность турбоустановки. Ьзаимное влияние указанных факторов наиболее полно мошо учесть при анализе тепловой экономичности турбоустановки на ЭВМ.
Поскольку развитие энергетики на органическом топливе базируется на энергоблоках мощностью 300, 500 и 800 МВт, основное внимание при исследовании было уделено этим энергоблокам. При участии автора в МЭИ выполнены расчеты тепловых схем указанных энергоблоков при переводе деаэратора на скользящее давление путем повышения давления в деаэраторе до давления пара в отборе турбины.
В качестве исходных схем принимались схемы регенерации со смешивающими ИНД энергоблоков с турбинами К-300-240, К-500-240-4, К-800-240-4 ПО В З. Тепловая схема турбоустановок имеет следующую структурную схему: ОДНД+Д+ЗПВД. Из них ПНД-І и ПНД-2 смешивающего типа. Варианты рассмотренных схем представлены нике.
Рассмотренные варианты тепловых схем расчитывались для на грузок 100, 70, 50 р от номинальной. В таблицах (2.1 - 2.3) приведены основные характеристики расчета тепловых схем (давле ние в отборах турбины (г ), расход пара на подогревате ш ( Gn )» электрическая нагрузка, энтальпия питательной воды, изменение КПД турбоустановки по сравнению с исходным ва риантом схемы. Сопоставление вариантов проводилось по КПД тур боустановки и удельному расходу тепла. для всего диапазона нагрузок лучшие показатели, тепловой экономичности, имеет схема варианта 2„ Перевод деаэратора на скользящее давление обеспечивает увеличение тепловой экономичности на номинальной нагрузке на 0,16 % по сравнению с исходным вариантом? схема по варианту 3 дает выигрыш 0,12 %
В схеме по варианту 3 потери от снижения степени регенерации и увеличении потребляемой мощности конденсатных насосов компенсируются за счет устранения дросселирования пара на деаэратор, вв.ода потока конденсата греющего пара П8Д в напорный коллектор бустерных насосов, снижения напора питательных насосов вследствие, уменьшения гидравлического сопротивления тракта и увеличения давления питательной воды на входе в насос, а такке за счет увеличения КПД бустерного насоса при работе на одном агрегате.
При нагрузке 75 % 1\Иам схемы примерно равноэкономич нн, что объясняется одинаковым давлением пара в отборе турбины и в деаэраторе. Потери от дросселирования пара во всех вариантах схемы отсутствуют. При нагрузке 50 % Руном нипе скользящего давление пара в деаэраторе увеличивает тепловую экономичность до 0,3 %
Турбина К-500-240-4 Для всего диапазона нагрузки лучшие показатели тепловой экономичности имеет схема варианта .
Со снижением нагрузки величина экономии возрастает: при 75 Ъ NHOM - 0,09 % (5,33 кДк/кВт.ч; абсолютных;: при 50 % hJHQM -ОД % (22,13 кДк/квт.ч; абсолютных. сопоставление вариантов I и 3 позволяет определить влияние перевода деаэратора на скользящее давление. При, полной нагрузке экономичность остается без изменения, так как аффект отсутствия дросселирования пара в деаэратор компенсируется потерей экономичности пароохладителя ПВД-3. Со снижением нагрузки экономичность схемы увеличивается, так как эффективность от применения пароохладителя ПЗД-3 уменьшается, а эффект от устранения дросселирования увеличивается. Кроме того, сохраняется оптимальное перераспределение давлений в отсеках турбины.
Турбина К-800-240-5 Сопоставление вариантов I и 5 показывает, что перевод деаэ ратора на скользящее давление при нагрузке 75 % NHOH дает увеличение экономичности на 0,71 % (58,8 кДж/кВт.ч). При дальней шем снижении нагрузки до 50 Ъ /\fhoM увеличение экономич ности, составляет 0,15 % (41,16 кДп/кВт.ч). Отключение ПВД-3 при прочих равных условиях дает ухудшение экономичности: от 0,1 до 0,5 % в зависимости от сравниваемого варианта и нагрузки энерго блока. Установка на паропроводе подачи пара на деаэратор пароохладителя позволяет устранить снижение экономичности, вызванное отказом от. ПВД-3.
Протекание переходного процесса в дПУ при скользящей давлении
Применение скользящего давления в теплообменных аппаратах смешивающего типа (деаэратор, смешивающие ПНД) требует решения вопросов, связанных с обеспечением надежной работы собственно аппарата и насосов, откачивающих воду из аппаратов.
Основные из них - обеспечение необходимого кавитационного запаса насосов и предотвращение гидроударов в аппарате, возникающих при превышении величины средней скорости пара в отсеках предельно-допустимого значения из условия уноса капель.
При постоянной нагрузке давление пара соответствует давлению насыщения и необходимый кавитационный запас- обеспечивается разностью высот отметок между уровнем воды в аппарате и осью подводящего патрубка насоса. Скорость пара в аппарате соответствует расчетной, что исключает захват влаги и гидроудары в нем.
При наборе нагрузки, давление пара в аппарате, растет быстрее., чем температура воды на входе в насос, что приводит к увеличению кавитационного запаса насоса. Возможность захвата влаги и появления гидроударов в аппарате исключаются, поскольку с ростом давления уменьшается удельный объем пара, способствуя снижению средней скорости пара в отсеках.
При снижении нагрузки давление в отборах снижается пропорционально мощности турбины. При этом возможны два варианта: скорость снижения нагрузки турбиной меньше, скорости снижения давления в аппарате и пар из турбины поступает в аппарат, это соответствует режиму частичной нагрузки и никаких затруднений не вызывает.
Скорость снижения нагрузки турбиной больше скорости снижения давления в аппаратах.
Согласно [Vi,60J , наиболее тяжелыми режимами являются сброс нагрузки турбины со 100 % Ином до нуля и разгружение турбины со скоростью быстродействия регулирующих органов при сохранении парового котла в работе.
При этом закрывается обратный клапан на трубопроводе отбора турбины, что предотвращает поступление, пара из аппарата в турбину. Давление в аппарате падает по определенному закону так как заполненный нагретой водой и паром аппарат обладает некоторым запасом тепла, которое необходимо отдать внешнему источнику. В аппарат, отключенный от отбора турбины, продолжает поступать холодный конденсат, вызывая снижение давления в струйной части и вскипание нагретой воды. Образовавшийся насыщенный пар конденсируется на струях воды. Расход пара в струйную часть зависит от скорости падения давления, причем, чем больше скорость падения давления, тем больше расход пара. Со снижением давления увеличивается удельный объем и скорость пара в струйной части аппарата, что может привести к захвату капель влага, переполнению перфорированных тарелок и, как следствие, возникновению гидроударов и разрушению внутренних устройств аппарата.
Таким образом, для проектирования смешивающего теплообменно-го аппарата, работающего при скользящем давлении, необходимо знать максимальную скорость падения давления в нем Ни/сіїУ).
Смешивающие подогреватели разделяются перегородкой на отсек нагрева и сбора конденсата. Протекание переходного процесса в отсеках значительно отличается друг от друга, что вызвано разным количеством запасенного тепла. В паровом отсеке давление падает быстрее, чем в водяном. Между отсеками возникает разность давлений, происходит закрытие клапанов на перегородке и прекращается слив конденсата из парового отсека в водяной.
Уровень воды в отсеке падает, регулирующий клапан закрывается, поступление конденсата в тракт прекращается, что недопустимо по требованиям ПТЭ. Характер протекания во времени переходного процесса определяется скоростью падения давления в отсеках и зависит от проходного сечения уравнительных патрубков в перегородке. Для обеспечения надежной работы смешивающего ПНД такие необходимо знать скорость падения давления в паровом и. водяном отсеках. вследствие конечной скорости движения воды в трубопроводе,, связывающем насос и аппарат, температура воды на входе в насос некоторое время остается первоначальной, а давление в аппарате падает, что приводит к уменьшению запаса давления над тем, при а котором начинается вскипание ЕОДЫ В трубопроводе, так ке аитика витационного запаса насоса.
Нерациональная трассировка трубопровода, неправильно высланный его диаметр сникают запас и могут вызвать вскипание воды в трубопроводе и кавитационный срыв насоса. Каждая система тепло-обменный аппарат - насос и связывающий их трубопровод при имеющейся разности высот установки аппарата и насоса, трассировки трубопровода, допускает только определенную скорость падения давления (JOLTH/d.t ), при превышении которой происходит вскипание воды в трубопроводе или кавитационный срыв насоса.
Расчетные исследования ДПУ энергоблоков мощностью 300 МВт
По вьшоприведенноп методике проведены расчетные исследования ДПУ энергоблоков мощностью 300 МВт. Проведена такие экспериментальная проверка работы ДПУ при скользящем давлении.
Целью исследования является разработка рекомендаций, обеспечивающих поденную работу ДПУ при стационарных резкоперемешшх рекимах работц энергоблока. Надепность работы оценивалась по отсутствию павптацио .шого срыва бустериых п питательных насосов, гидроударов в колонке, о такие соответствию качества питательной воды по кислороду нормам ПТЭ. Расчеты нестационарных температурных полей корпуса питательного насоса, а такие разности темпера -туры меццу верхней и нишей образующей корпуса при изменении температуры питательной воды производилось на ЭЕ1 по методу конечных элементов ZZ17.
Исследования проводитись для двух эиергсблоков с турбинами К-300-240 ИЗ, что объясняется различными типами деаэраторов, питательных туроо- и электронасосов и неодинаковой компоновкой вса» сывающего трубопровода.
На одном энергоблоке установлены деаэраторы типа ДСП 500М, состоящий из двух деаэрацпош:ых колонок п. бака, объемом 120 и3, питательные насосы типа ОСПТ-ІІ50-340 загода "Экономайзер" и ПЗ-600-300 Сумского насосного завода (СНЗ). На другим энергоблок ке установлено два деаэратора типа ДСГЬ500 с бакоме объемом! 75 и3 и питательными насосами типа ПТН-ІІ50-340 и ПЭ«600 320 ПО І. З.
В состав ДНУ входит три бустерных насоса типа І2ПД-8 СНЗ Основные характеристики насосов приведены в таблице:
Деаэраторы обоих энергоблоков установлены на высоте отметки +21,0 м, бустерные насосы первого энергоблока установлены на от метке 0,0 м, а второго на отметке - 2,7 м. Деаэраторные баки У о = 75 м3 установлены поперек, а бак у о = 120 м3 вдоль по оси деаэраторной этапергш. Компоновки всасывающего трубопровода бустерных насосов различны (рис. 4.1, 4.2). На первом энергоблоке отвод воды из деаэраторных баков осу ществляется двумя трубопроводами Z?«j400. Эти трубопроводы объединяются в один горизонтальный коллектор Dy600 на высоте отметки +18,7 м. Далее трубопровод опускается в тени колонн ряда "Б" вниз образуя L - образную конфигурацию, и на от метке +3,7 м имеется горизонтальный коллектор, длиной 11,5 м. От коллектора выполнен подвод к каждому бустерному насосу через сетчатый фильтр.
На втором энергоблоке о:?вод питательной воды из деаэратора бака осуществляется двумя трубопроводами вниз с поворотом к ряду Ь под углом 15 и в тени колонн опускается до отметки +3,6 м, где п объединяются в горизонтальный коллектор, образуя замкнутый прямоугольный контур. ит коллектора выполнено три отвода к бустерным насосам.. На вертикальном участке каждого отвода установлены сетчптыо фпяьт" ры. Весь трубопровод выполнен диаметром: J}u 400. как указывалось ранее, наиболее тяжелыми режимами при скользящем давлении в сиещпвающнх теплообменных аппаратах являются сброс нагрузки со 100 Ъ Ынои до нуля и разгрупение туройны со скоростью быстродействия регулирующих органов турбины. Изне-нение во времени составляющих взяты согласно выше предложенным зависимостям и опытным данным. Расчет проводился для давления в деаэраторе 0,69 и 0,99 МПа, что соответствует проектному давлению в деаэраторе при работе на скользящем давлении при малых нагрузках и работе деаэратора на скользящем давлении во всем диапазоне нагрузки при устранении дросселирования пара из отбора турбины.
Результаты расчета представлены в виде графика падения давления в деаэраторе и графика изменения давления воды сверх дав«ч ления насыщения при движении воды по трубопроводу рис. 4.3. На этом пе графике дано изменение давления пара в деаэраторе при изменении нагрузки турбины со скоростью 0,5 % NHOM В минуту в диапазоне нагрузки от 30 до 100 % пном , Данный решм применяется при ежедневных разгруженни и нагружении энергоблока \1Щ
При перемещении графиков вышеуказанным способом, видно, что происходит вскипание воды в трубопроводе и кавитационный срыв насоса в решме сброса нагрузки турбины и ее разгружения со скоростью, определяемой быстродействием регулирующих органов. При плавном разгруженпп кавитационный срыв и вскипание воды в трубопроводе отсутствуют.
