Введение к работе
Актуальность проблемы. Происходящие в настоящее время в народном хозяйстве России структурные изменения, переход на рыночные отношения, разрыв экономических связей между странами СНГ, спад производства и другие негативные процессы ставят под сомнение выполнение ранее намеченных планов создания и ввода в эксплуатацию нового энергетического оборудования, в том числе пикового и полупикового. В этих условиях очевидно, что энерго- и теплоснабжение России, а также регулирование суточного и недельного графиков электрических нагрузок будут осуществляться в основном и в ближайшей перспективе за счет существущего оборудования ТХ. Снижение доли промышленных потребителей с круглосуточным режимом работы и увеличение доли коммунально-битовых потребителей с переменным режимом потребления электроэнергии в суммарных графиках электронот-ребления за последние годы привели к резкому разуплотнению графиков электрических нагрузок и росту их неравномерности. Таким образом, сама практика эксплуатации выдвинула проблемы оптимизации пусковых, малорасходных и остановочных режимов, повышения маневренности, надежности и экономичности оборудования ТХ и ТОЦ, прк-нкмаяцего участие в регулировании графиков электрических нагрузок, что в свою очередь требует решения целого ряда научно-технических задач.
При сложившейся ситуации в энергетике России разработка и реализация рациональных путей совершенствования переменных режимов, тепловых схем и конструкции турбоагрегатов, научное обоснование и экспериментальная проверка новых технологических решений, связанных с обеспечением маневренности, надежности и экономичности теплоэнергетического оборудования ТХ и ТЭЦ, повышением долговечности уже отработавшего на ряде электростанций нормативный срок оборудования путем внедрения "щадящих" режимов эксплуатации, приспособлением существующих турбоагрегатов к несению резкеперемек-шйс нагрузок являются важной народно-хозяйственной проблемой.
ї'еследсваяия в этом направлении, результат» которых рассмотрены в диссертационной работе, были ориентированы на вкявлесне резервов повышения маневренности, надежности и экономичности существующего оборудования в переменных режимах эксплуатации и внедрение разработанных рекомендаций в практику работы ТХ путем использования малозатратных мероприятии.
Целью работы являлись создание научных и методических основ для совершенствования переменных режимов эксплуатации, тепловых схем и конструкции турбоагрегатов и разработка комплекса решений, направленных на повышение их маневренности, надежности и экономичности в условиях разуплотнения графиков электрических нагрузок энергосистем.
Для достижения поставленной цели был проведен обширный, обобщенный в диссертационной работе объем экспериментальных и расчетных исследований, которые выполнялись на широко распространенных турбоагрегатах типов ПТ-50-І30, T-50-I30, T-I00-I30 и Т-250/300-240 ПО НИЗ, ПТ-60-90, ПТ-60-І30, K-200-I30 и К-300-240 ПОТ ЛМЗ, К-300-240 ГО "Турбоатом". Однако, поскольку заводами-изготовителями при их создании использовались в основном типовые решения, свойственные также конденсационным и теплофикационным турбоагрегатам других типов, то предложенные и исследованные в диссертационной работе рекомендации и мероприятия по совершенствованию переменных и стационарных режимов эксплуатации, тепловых схем, конструкции и технологических приемов могут быть применены в значительной степени без проведения дополнительных исследований на широком парке турбоагрегатов различных типов.
Научная новизна работы состоит в следующем:
разработана методика проведения в условиях электростанций экспериментальных исследований с расширенным объемом измерений (зазоров в проточной части турбоагрегатов, температур пара в камерах концевых уплотнений, металла расточки роторов, баббита подшипников, вибрации рабочих лопаток, потребляемой в беспаровых режимах электрической мощности и т.д.);
разработаны основные принципы организации эффективных систем дренирования и технологий прогрева высокотемпературных узлов турбоагрегатов, исключающие возникновение тепловых ударов и обеспечивающие интенсификацию их прогрева;
предложена методика оценки термонапряженного состояния стопорных клапанов турбоагрегатов, учитывающая осевой и радиальный градиенты температур корпуса и крышки, упругую податливость элементов фланцевого соединения и другие факторы;
разработаны основные принципы создания эффективных систем обогрева (охлаждения) фланцевых соединений цилиндров турбоагрегатов в пусковых и остановочных режимах;
разработаны и исследованы новые способы пуска теплофикационных турбоагрегатов с активным использованием особенностей их тепловой схемы и конструкции ІЩ;
предложена методика уплотнения поворотных диафрагм ВДЦ теплофикационных турбоагрегатов и определения их плотности при длительной эксплуатации с использованием "эталонных" температурных кривых, характеризующих тепловое состояние цилиндров низкого давления;
разработаны основные принципы создания эффективных систем охлаждения ИНД мощных теплофикационных турбоагрегатов в малорасходных режимах;
предложена методика сравнения экономических показателей турбоагрегатов при различных способах резервирования их мощности;
предложены и исследованы новые способы воздушного (с наддувом цилиндров) расхолаживания турбоагрегатов с использованием высокопроизводительных эжекторов нового типа;
исследованы переменные режимы работы многокамерных концевых уплотнений цилиндров турбоагрегатов и выявлено их влияние на изменение осевых и радиальных зазоров в проточной части цилиндров;
исследовано температурное состояние роторов турбоагрегатов при пусковых и остановочных режимах как с естественным остыванием, так и при ускоренном расхолаживании по различным технологиям, и выполнена оценка их повреждаемости в переменных режимах эксплуатации.
Научная новизна подтверждается тем, что ряд новых разработок режимов, схемных и конструктивных решений, способов повышения маневренности, надежности и экономичности турбоагрегатов защищен авторскими свидетельствами.
Практическая ценность и внедрение результатов работы: Практическая ценность диссертационной работы определяется тем, что результаты выполненных исследований, изложенные в настоящем научном докладе, использовались в течение длительного периода времени по мере завершения отдельных этапов исследований и продолжают использоваться в практике эксплуатации турбоагрегатов в ряде энергосистем и на заводах-изготовителях. По результатам исследований нашли широкое внедрение:
- усовершенствованная система дренирования высокотемпературных
узлов турбоагрегатов (сокращение длительности пусков на 1,5-2 ч);
новая технология предварительного прогрева системы промпере-грева при пусках блочных турбоагрегатов (сокращение длительности пусков на 0,6-0,7 ч);
ускоренные графики пусков турбоагрегатов с разработанными упрощенными системами обогрева фланцев и шпилек цилиндров из различных тепловых состояний паром номинальных и переменных параметров (сокращение длительности пусков на 1,5-2 ч);
новые способы и системы охлаждения ІЩ теплофикационных турбоагрегатов при работе по тепловому графику (повышение мощности на 0,8-1 МВт, уменьшение расхода охлатздаыцего пара с 30 до 10 т/ч);
новые способы пуска теплофикационных турбоагрегатов с активным использованием особенностей их тепловой схемы и конструкции ІВД (сокращение длительности пусковых операций на 2-3 ч);
методика уплотнения поворотных диафрагм ІДЩ теплофикационных турбоагрегатов (экономия топлива 1000-2000 т у.т. в год);
новая схема регенеративной и сетевой установки теплофикационных турбоагрегатов (экономия топлива 700 т у.т. в год);
рациональные технологии парового (сокращение времени простоя в ремонте на 70 ч) и воздушного (сокращение времени простоя в ремонте на 55 ч) прямоточного (с помощью штатных эжекторов) расхолаживания турбоагрегатов;
новые способы воздушного протпвоточного расхолаживания с наддувом цилиндров и использованием высокопроизводительных эжекторов нового типа (сокращение времени простоя в ремонте на 65 ч, сохранение в цикле электростанции конденсата рабочего пара эжекторов);
новая технология вывода турбоагрегатов в ремонты с отключением валоповоротного устройства и системы смазки при повышенных температурах цилиндров турбоагрегатов (сокращение времени простоя в ремонте 12-15 ч);
беспаровые и малорасходные режимы турбоагрегатов, а также длительные режимы эксплуатации ЦВД теплофикационных турбоагрегатов с нулевым расходом пара в конденсатор (экономия топлива 1500-1800 т у.т. в год);
новая схема отвода конденсата греющего пара из подогревателей низкого давления (экономия топлива 600 т у.т. в год).
Результаты проведенных исследований использованы для совершенствования конструкций и тепловых схем, инструкций по эксплуатации
турбоагрегатов различных типов.
Достоверность и обоснованность результатов работы определены:
полнотой исследования турбоагрегатов различных типов во всех практически возможных диапазонах режимов их работы;
повторяемостью результатов многочисленных опытов, выполненных в различное время, на разных электростанциях и на однотипных турбоагрегатах;
достаточной сходимостью результатов проведенных в промышленных условиях экспериментальных исследований с результатами, полученными на заводских стендах, а также сходимостью результатов экспериментальных и расчетных исследований;
положительными результатами использования методики экспериментальных исследований в промышленных условиях, подтверздснннми практическим применением предложенных рекомендаций по совершенствованию переменных режимов, конструкции и тепловых схем турбоагрегатов.
Автор защищает:
результаты исследований в промышленных условиях: процессов прогрева высокотемпературных узлов турбоагрегатов при использовании оптимальной схемы их дренирования; режимов прогрева системы промлерегрева блочных турбоагрегатов при пусках; ускоренных режимов пуска турбоагрегатов с упрощенными системами обогрева фланцев и шпилек; пусковых режимов теплофикационных турбоагрегатов с активным использованием особенностей их тепловой схеми и конструкции ІЩ; режимов парового и воздушного (по прямоточной и противо-точной схемам) расхолаживания; переменных режимов концевого уплотнения цилиндра и системы концевых уплотнений цилиндров турбоагрегатов; беспаровых и малорасходных режимов турбоагрегатов, их цилиндров низкого давления; режимов с использованием новых способов и систем охлаждения проточной части 1(НД теплофикационных турбоагрегатов при работе их по тепловому графику; режимов с использованием аэродинамической системы защиты от эрозии рабочих лопаток последних ступеней ЦНД;
методики: экспериментальных исследований в промышленных условиях с расширенным объемом измерений параметров турбоагрегатов; расчета напряжений в стопорных клапанах турбоагрегатов; определения и сравнения экономических показателей турбоагрегатов при различных способах резервирования их мощности; определения плотности поворотных диагїрагм ЩЩ; расчета температурного поля роторов в зонах концевых уплотнений цилиндров с учетом реальных схем их рабо-
ты; расчета прогиба роторов, остановленных при повышенных температурах цилиндров турбоагрегатов; расчета температурного изгиба цилиндров турбоагрегатов;
- разработанные на основе этих исследований: принципиально новые режимы эксплуатации, конструкции отдельных узлов, тепловые схемы и системы турбоагрегатов, новые технологические приемы и принципы, обеспечивающие высокую маневренность, надежность и экономичность турбоагрегатов в переменных'режимах эксплуатации.
Личный вклад автора: заключается в непосредственном формировании им концепций настоящей работы, постановке конкретных задач и разработке програли комплексных исследований, методики экспериментальных исследований в промышленных условиях; создании систем экспериментального контроля с расширенным объемом регистрации параметров; участии в разработке методик расчетных исследований; проведении работ по подготовке турбоагрегатов к испытаниям; выполнении исследований в промышленных условиях по всем разделам работы; обобщении и анализе полученных экспериментальных и расчетных данных и на их основе в разработке соответствующих научных и методических положений и конкретных рекомендации по совершенствованию переменных режимов эксплуатации, конструкции и тепловых схем турбоагрегатов, привлекаемых к регулированию графиков электрических нагрузок; широком внедрении результатов на действующем и проектируемом оборудовании тепловых электростанций и участии в выпуске руководящих указаний для эксплуатационного персонала.
Публикации по работе. Основное содержание выполненных исследований, научных, методических и практических разработок изложено в 82 журнальных статьях, тезисах к докладам на конференциях и совещаниях и описаниях к 14 авторским свидетельствам.
Апробация работы. Основные результаты работы, излагаемые в настоящем научном докладе, были представлены на Всесоюзных совещаниях, г. Львов, 1974 г., г. Москва, 1977 г., 1978 г., 1981 г., 1984 г., республиканском совещании, г. Ермак, 1977 г., технической конференции, г. Свердловск, 1978 г., заседаниях Межведомственной комиссии по предотвращению эрозии выходных кромок рабочих лопаток паровых турбин, г. Плектринаіі, 1977 г., г. Сумгаит, 1978 г., г. Раздан, 1979 г., г. Ткварчели, 1980 г., Всесоюзной школе передового опыта, г. Глров, 1984 г., республиканском научно-техническом совещании, г. Ллма-Лта, 1984 г., 1989 г., научно-технической конференции, г. Канов Черкасской обл., 1985 г., конференциях Глав-
центрэнерго, г. Балаково, 1984 г., г.Конаково, 1988 г., заседаниях НТО ГЛПО "Мосэнерго", 1985 г., 1989 г., 1990 г., 1991 г. Отдельные разделы диссертационной работы обсуждались на научных семинарах кафедры тепловых электрических станций Московского энергетического института, 1990 г., 1992 г., 1993 г., кафедры теплоэнергетических установок Санкт-Петербургского технического университета, 1992 г., заседаниях технического совета ПО ТМЗ, 1989 г., 1990 г. Разработки, вошедшие в диссертацию, экспонировались на ВДНХ и были отмечены пятью медалями, а также неоднократно отмечались премиями и свидетельствами на конкурсах НТО, Минэнерго, Всесоюзных конкурсах на лучшее предложение по экономии электрической и тепловой энергии (первая, вторая и две третьи премии).
Ниже изложены сущность и основные результаты выполненных автором исследований по теме диссертации.