Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Управление нагрузкой энерговлоков тэс и их автоматизации при работе на частичных нагрузках 8
1.1. Анализ режимов работы знергвдеорудования в современных условиях 9
1.2. Анализ основных методов регулирования нагрузки турбины 15
1.3. Преимущества применения режима скользящего регулирования давления 19
1.4. Применение режима скользящего регулироваі іия давления в пускоостановочных режимах 24
1.5. Привлечение энергоблоков, работающих в режиме скользящего регулироваі іия давления, к регулированию частоты в энергосистеме 26
1.6. обзор схем регулирования энергоблоков при работе в режиме скользящего давления 30
1.7. Анализ факторов, затрудняющих реализацию систем автоматизации энергоблоков в режиме скользящего регулирования давления 38
1.8. Постановка задачи 42
Глава 2. Выбор оптимальной методики и параметров при работе энергоблоков на частичных нагрузках 44
2.1. Изменение условий работы котла в режиме скользящего регулирования давления 45
2.2. Изменение условий работы турбины в режиме скользящего регулирования давления 48
2.3. Режимы и параметры турбопривода при работе блока на постоянном и скользящем
давлении пара 52
2.4. Энергетическая эффективность применения режима скользящего регулирования давления при работе энергоблокой на частичных нагрузках 59
2.5. Энергетическая эффективность дополнительного повышения температуры перегрева парав режиме скользящего регулирования давления 66
2.6. Техническая иэнергетическая эффективность мероприятий по расширению регулировочного диапазона энергоблока при работе его в режиме скользящего регулирования давления пара 70
2.7. Выбор оптимальных параметров и методов работы зішргоблока т-250 при пониженном давлении 78
2.8. Определение реальных ограничений, обусловленных оборудованием, при разработке автоматической системы управления блоком в режиме скользящего давления 87
Глава 3. Автоматизация режима скользящего давления 91
3.1. Основные проблемы автоматизации режима скользящих начальных параметров 92
3.2. Определение переходных характеристик по каналам регулирования 95
3.3. Разработка алгоритма перевода блока па пониженные нагрузки в режиме скользящих начальных параметров 103
3.4. Определение функциональных зависимостей для реализаі щи программным задатчиком при автоматическом изменении нагрузки в режиме скользящего давления 106
3.5. Анализ влияния изменений характеристик объекта на настройки автоматических систем регулирования 114
3,5.1. Проблема выбора оптимальных настроек автоматических систем регулирования при изменении нагррки энергоблока при скользящем давлении 114
3.5-2. Получение оптимальных и выбор компромиссных настроек acp температуры перегретого пара для схемы с дифференциатором 116
3.5.3. Получение оптимальных и выбор компромисных настроек acp температуры перегретого пара для схемы с динамическим преобразователем 125
Глава 4. Определение энергетических характеристик теплофикационного энергоблока 250 МВТ при его работе на частичных нагрузках в режиме скользящего регулирования давления. влияние режимов с пониженным давлением на показатели надежности основного оборудования 133
4.1. Определение энергетических характер истикэнергоблоклт-2 50, работающего в режиме скользящих начальных параметров 134
4.2. Влияние режима скользящего давления на ресурсные характеристики поверхностей нагрева 139
4.3. Надежность роторов турбины т-250/3 00-240 при циклических разгрузках и нагрузках в режимах начального скользящего давления 143
Выводы 148
Литература 150
- Применение режима скользящего регулироваі іия давления в пускоостановочных режимах
- Энергетическая эффективность применения режима скользящего регулирования давления при работе энергоблокой на частичных нагрузках
- Анализ влияния изменений характеристик объекта на настройки автоматических систем регулирования
- Влияние режима скользящего давления на ресурсные характеристики поверхностей нагрева
Введение к работе
Особенность работы современной энергетики заключается в резкопеременном характере графиков электрической нагрузки, характеризующихся глубокими провалами при прохождении ночных минимумов нагрузки. Изменение конъюнктуры энергопотребления потребовало глубоких разгрузок теплофикационных блоков СКД.
С другой стороны, резкое увеличение стоимости топлива ставит задачу высокоэффективной эксплуатации оборудования на всех режимах работы. Если к этому добавить жесткие современные требования по экологической безопасности и надежности энергоснабжения, то становится очевидным, что от эксплуатации требуются новые подходы к решению проблемы прохождения провалов нагрузки.
На конденсационных электростанциях и на ТЭЦ в летнем режиме вопрос может быть решен традиционными методами поиска оптимальных способов резервирования оборудования (останов-пуск, перевод в моторный или другие малопаровые режимы, режимы глубоких разгрузок). В зимний же период, когда требуется обеспечение тепловой нагрузки в полном объеме, что накладывает ограничения на режимы работы паровых котлов и турбин, поиск оптимальных решений значительно затрудняется.
В настоящее время широкое распространение при работе на частичных нагрузках получил режим скользящего регулирования давления. Его эффективность не вызывает сомнений, однако, в технической литературе приводятся весьма противоречивые сведения о технологическом содержании режима, что делает актуальным разработку единой методики для оценки энергетической эффективности перехода на скользящее давление.
При автоматизации этого режима возникает ряд сложностей. Часть из них, например, сложность выбора показателя нагрузки, характерна для энергоблоков с теплофикацией. Помимо этого, изменение параметров среды вызывает отклонения в динамике каналов регулирования. Системы автоматического регулирования мощности энергоблоков являются
многосвязными, что указывает на необходимость создания координированных систем регулирования.
При выполнении работы была поставлена следующая цель: выбор оптимальных параметров и технологии применения скользящего регулирования давления пара и разработка алгоритма его автоматизации для теплофикационного энергоблока сверхкритического давления.
Задачи, требующие решения в рамках поставленной цели:
Исследование условий работы оборудования; разработка единой методики оценки энергетической эффективности; выработка рекомендаций по выбору оптимальных параметров и режимов эксплуатации оборудования энергоблоков сверхкритического давления с теплофикационными турбинами при их работе на частичных нагрузках со скользящим регулированием давления пара.
Выявление ограничений предъявляемых реальным оборудованием и учет их при разработке алгоритмов автоматизации режима скользящего давления.
Получение энергетических характеристик теплофикационного энергоблока 250 МВт при его работе на частичных нагрузках в режимах скользящего и комбинированного регулирования давления.
Проработка алгоритмов автоматического изменения нагрузки энергоблоков при работе на скользящем давлении. Анализ изменения динамики каналов регулирования при изменении нагрузки и выбор оптимальных настроек АСР.
В первой главе диссертации анализируются особенности работы энергоблоков в современных условиях и методы регулирования нагрузки паровых турбин. Приведен обзор технической литературы, описывающей работу оборудования в режиме скользящего давления, его преимущества и недостатки. Рассматриваются существующие схемы регулирования нагрузки блоков и факторы, препятствующие автоматизации режима скользящего
7 давления. На основании рассмотренных материалов сделана постановка задачи.
Во второй главе рассматриваются особенности работы оборудования в режиме скользящего регулирования давления, дана единая методика оценки энергетической эффективности рассматриваемого режима. Приведены рекомендации по эксплуатации энергоблоков на скользящем давлении.
В третьей главе рассмотрены вопросы, связанные с автоматизацией энергоблока. Указаны основные задачи, которые требуется решать при реализации автоматической системы изменения нагрузки энергоблоков, приведен общий алгоритм автоматического разгружения оборудования, а также выведены функциональные зависимости для программных задатчиков. Также сделан расчет настроек АСР температуры острого пара при изменении нагрузки для стандартной схемы с дифференциатором, а также для схемы с корректором.
Четвертая глава посвящена вопросам технико-экономической эффективности. В ней проведены обобщенные расчеты согласно методикам, изложенным во второй главе. Также здесь рассмотрены вопросы изменения надежности ротора турбины, поверхностей нагрева котла.
Применение режима скользящего регулироваі іия давления в пускоостановочных режимах
Одним из перспективных применений режима скользящего давления являются пускоостановочные режимы, когда растопка котла осуществляется с любого стартового давления во всем пароводяном тракте, включая докритические значения. Это позволяет сократить длительность пусков, увеличить экономичность и повысить надежность котла вследствие снижения термических напряжений в толстостенных элементах из-за значительного уменьшения амплитуды теплосмен в них [60]. Однако для прямоточных котлов актуальна проблема устойчивости гидродинамического режима при работе с пониженным давлением в тракте. Это ограничивает возможность применения скользящего давления в пускоостановочных режимах на практике [39].
При внедрении режима скользящего давления на ТЭЦ-25 ОАО «Мосэнерго» были проведены испытания для оценки надежности поверхностей нагрева при пусках энергоблока на скользящем давлении во всем тракте из холодного, неостывшего и горячего состояний [13].
Результаты испытаний, проведенных ОРГРЭС [13], показали, что предлагаемая технология пусков на скользящем давлении во всем тракте котла имеет существенные преимущества перед технологией пуска на СКД. Основное ее преимущество заключается в существенном упрощении процедуры управления котлом с отказом от клапана Др-1 и его регулятора, поддерживающего сверхкритическое давление в тракте до ВЗ на сепараторном режиме пуска. Тем самым исключается взаимное влияние регуляторов питания и давления «до себя», неизбежно возникающее при достижении среды перед ВЗ зоны максимальной теплоемкости. Исключаются также операции по подготовке к открытию ВЗ (подъем давления в котле с помощью регулирующего клапана турбины и полное открытие клапана Др-1 для снижения перепада давления на ВЗ), а само открытие производится существенно раньше (сразу же после полного закрытия сбросов из встроенного узла в расширитель). Кроме того, применение пусков на скользящем давлении позволяет отказаться от схемы «постоянного расхода» с рециркуляцией питательной воды из коллекторов впрысков в деаэратор.4 Переход на пониженное давление котла дает относительное снижение температур в испарительном тракте на всей сепараторной стадии пуска (примерно на 50С в точке перед ВЗ). Это позволяет существенно раньше (на 20-30 мин) начать подачу пара в турбину, а также ускорить (на 1-1,5 ч) перевод питания котла на турбонасос, что позволяет сократить затраты энергии на собственные нужды.
Снижение общего уровня температур и давления в испарительном тракте котла при пуске и отсутствие в них больших теплосмен повышают общую надежность работы поверхностей нагрева и толстостенных элементов котла. На рис. 1.4.1 представлены графики изменения температурного режима экранных труб I -III ходов НРЧ при пуске из горячего состояния, включая период простоя котла. Их анализ показывает, что уровень температур был ниже, чем при пусках по стандартной технологии, что способствует повышению эксплуатационной надежности котла.
Регулирование частоты в энергосистеме в последние годы стало одной из важнейших проблем. Как известно, частота энергосистемы определяет качество ее работы [17,20], и ее отклонения ведут к значительным экономическим потерям [27,31,36] у потребителей и оказывают негативное влияние на работу турбоагрегатов. На современном этапе задача поддержания частоты электрического тока в системе принимает новое содержание. На повестке дня стоит вопрос о включении ЕЭС России на параллельную работу [26] с энергообъединениями Центральной и Западной Европы (UCTE). Как показывает анализ структуры единой энергосистемы России выполнение европейских норм невозможно без привлечения к процессу первичного и вторичного регулирования частоты теплофикационных энергоблоков. Таким образом, возникает задача двойного регулирования. Помимо того, что блок участвует в регулировании активной мощности посредством изменения нагрузки, он должен принимать участие в регулировании частоты в энергосистеме. В результате возникает противоречие: для работы на частичных нагрузках оптимальным вариантом является использование скользящего давления, но при этом из системы управления нагрузкой исключается целое звено - регулирующие клапаны турбины; вследствие этого возникает необходимость воздействия на котел, который обладает значительной инерционностью [I], что затрудняет выполнение системных требований. Необходимо создать такую систему регулирования, которая обеспечит возможность форсировки блока по нагрузке при скользящих параметрах. В настоящее время с этой целью используется временное изменение положения регулирующих клапанов турбины с медленным возвратом к исходному положению, что значительно сокращает эффективность режима скользящего давления.
Одним из показателей повышения маневренности и экономичности блоков является расширение регулировочного диапазона эксплуатационных нагрузок с внедрением режимов скользящего давления. Активное участие в решении этой проблемы приняли Союзтехэнерго, ВТИ, ЦКТИ, заводы-изготовители и другие организации. Так, сотрудники Союзтехэнерго на протяжении длительного периода провели экспериментальные, расчетные и реконструктивные работы по улучшению гидродинамики котлов сверхкритического давления, что позволило существенно расширить диапазон нагрузок мощных блоков. На основании выполненных исследований было установлено, что для котла ТГМП-ЗІ4 и блока в целом нижний предел нагрузки при работе на скользящем давлении составляет 50% номинального значения [39].
Отечественный и зарубежный опыт показывает возможность эффективного использования энергоблоков, работающих в режиме скользящего давления, для регулирования частоты в энергосистеме, в частности в странах Юго-восточной Азии активно внедряются системы автоматического управления мощностью, для пылеугольных энергоблоков [28, 30]. Тем не менее, существует ряд проблем затрудняющих использование всего потенциала скользящего давления. Одной из них является сложность его автоматизации.
В настоящее время системы автоматического управления мощностью энергоблоков, которые активно разрабатывались различными организациями СССР, а затем и России с середины 70-х, годов внедрены на большинстве станций, где установлены мощные конденсационные энергоблоки сверхкритических параметров. Эти системы предусматривают, в частности, и возможность работы в режиме скользящего давления. Для энергоблоков с прямоточными котлами были разработаны системы управления мощностью САУМ-1 (рис. 1.5.1. а) с «ведущим» котлом и ее «разомкнутый вариант»
Энергетическая эффективность применения режима скользящего регулирования давления при работе энергоблокой на частичных нагрузках
Как было уже сказано выше, в технической литературе приводятся противоречивые данные относительно различных факторов эффективности применения скользящего регулирования давления. Отчасти, это объясняется отсутствием единой методики расчета энергетической эффективности такого режима, а, отчасти, - отсутствием достоверных исходных данных по оптимальным параметрам скользящего или комбинированного регулирования.
Ниже приводится общая методика оценки энергетической эффективности применения скользящего давления на энергоблоке, по сравнению с постоянным давлением пара при следующих исходных условиях: в качестве условия сравнения показателей энергоблока принято условие равенства расхода пара за котлом и отпуска тепла от турбины; давление пара за регулирующей ступенью и в проточной части турбины во всех режимах приняты одинаковыми (как функция от расхода пара через отсек турбины); параметры пара за промперегревом и процессы расширения пара в ЦСД и ЦНД приняты одинаковыми во всех вариантах. Энергетическая эффективность термодинамического процесса, в связис изменением условий работы оборудования в режиме скользящего давления, по сравнению с режимом постоянного давления определяется соотношением следующих изменений затрат тепла и мощности на энергоблоке: AQ- увеличение затрат тепла на котле для обеспечения повышеннойэнтальпии свежего пара (рис. 2.4.1):AQ - снижение затрат тепла на промперегрев пара из-за сдвигапроцесса расширения пара на h-S диаграмме (при условии постоянства параметров пара за промперегревом) вправо (рис. 2.4.1):где ат и аП1 - доли отбора пара на регенеративные подогревателиПВД 8 и ПВД 7, соответственно.
Выражение (2.4.2) получено в предположении, что отборы пара на ПВД 8 и ПВД 7 в режиме скользящего давления мало отличаются от величин, соответствующих режиму постоянного давления, что справедливо только при малых разгрузках ( 0,7-0,75). При глубоких разгрузках отборы пара, из-за его повышенной энтальпии пара, уменьшаются чувствительно, и выражение примет вид:ДЛГцщ - увеличение мощности ЦВД в целом из-за изменений условийработы регулирующей ступени и изменения теплоперепада в ЦВД, при условии cc0Ti=aTi (уменьшение величины отбора пара в режиме СКРучитывается отдельно, см. ниже) выражение для определения величины изменения мощности примет вид:при неглубоких разгрузках ДЛ8 « Дйл", тогда выражение примет вид:ЬНцсл увеличение вырабатываемой мощности в ЦСД за счетуменьшения количества пара, отбираемого на турбопривод, вследствие уменьшения требуемой мощности насоса, что вызывает повышение мощности отсеков ЦСД между отбором пара на турбопривод и выхлопом ЦСД, куда сбрасывается отработавший в приводной турбине пара (для зависимых схем включения турбопривода): снижение подогрева питательной воды в насосе, при условии постоянства температуры воды за ПВД 6, приводит к увеличению количества пара, отбираемого на указанный подогреватель:или, с учетом (2.3.18)где Я6 = А0Г6 нДР6 - теплота конденсации пара, отбираемого на ПВД 6.
Снижение мощности отсеков ЦВД от отбора пара на ПВД б и до конденсатора для конденсационных турбин и теплофикационных турбин в режимах работы с пропуском пара в конденсатор и до нижнего отбора на сетевой подогреватель при работе с закрытой диафрагмой составит:где h TK - энтальпия пара в конденсаторе или в нижнем теплофикационном отборе; р - коэффициент регенерации,учитывающий изменение в системе регенерации между указанными отсеками (из-за малости Д«д6 значение fip, для оценочных расчетов,можно принимать равным единице).
Как было указано выше, при глубоких разгрузках pD =0,4-0,6из-за большого сдвига процесса расширения пара в ЦВД на h-S диаграмме вправо, энтальпия пара, отбираемого на ПВД 8 и ПВД 7 оказывается выше на 40-60 кДж/кг, что составляет 2-3% от теплоты конденсации пара в этих подогревателях. Соответственно, уменьшается доля отборов пара на ПВД 8:
Анализ влияния изменений характеристик объекта на настройки автоматических систем регулирования
Как уже было сказано выше, реализация систем автоматического регулирования параметров энергоблока при работе на частичных нагрузках в режиме скользящих начальных параметров осложняется изменением динамики объекта при изменении нагрузки. Причем это изменение существеннее чем при работе на сверхритическом давлении в силу того, что во всем тракте котла изменяются давление и расход среды.
Возможны два пути решения этой проблемы, предлагаемые теорией автоматического регулирования. Наиболее простой и, обычно, наименее эффективный способ - использование компромиссных настроек регуляторов, которые могут обеспечить устойчивую работу системы с приемлемым качеством регулирования в широком диапазоне нагрузок. Простота этого метода обеспечивает его широкое распространение на практике.
Второй путь предусматривает внедрение адаптивных систем регулирования. В этом случае система, используя известные алгоритмы, автоматически ищет либо оптимальные структуры систем регулирования и их оптимальные параметры (самоорганизующиеся системы) либо только наилучшие настойки (самонастраивающиеся системы). Возможно создание базы данных настроек в различных режимах и система выбирает оптимальные настройки в зависимости от текущего режима.
Адаптация обеспечивает оптимальную настройку регулятора во всех рабочих режимах, но связана с усложнением регулятора и автоматической системы в целом. Следует учитывать, что для определения оптимальных настроек необходима идентификация объекта регулирования, а это требует дополнительных затрат времени, сопряжено с нарушением стационарного режима работы и влечет за собой неизбежные дополнительные потери.
При изменении характеристик объекта, происходящем за относительно короткий интервал времени, например, при переходе в режим скользящего давления адаптация, может оказаться невозможной, и единственным вариантом обеспечения работоспособности АСР остаются компромиссные настройки.
Оценка и сравнение вариантов обеспечения работоспособности автоматических систем регулирования при переменных нагрузках энергоблока произведены с использованием математических моделей пароперегревателя второй ступени.
Для анализа динамики выполнены расчеты оптимальных параметров настройки АСР температуры пара при следующих условиях:1) запас устойчивости оценивается значением корневого показателя колебательности m = 0.366 (значения степени затухания колебательных составляющих в переходном процессе fy 0,9; $ 1 - Ai / А3, где Аь Аз - первый и второй максимумы реакции на однократное ступенчатое воздействие) или - частотного показателя колебательности М = 1,55;2) критерий качества интегральный линейный:
Регулятор с передаточной функцией (ПИ-алгоритм):получает информацию об изменении основной y(t) и вспомогательной z(t)величин. Преобразователь с характеристикой реальногодифференцирующего звенаосуществляет дифференцирование сигнала z(i) по времени, и дополнительное воздействие на регулятор передается только при изменении z(t).
В такой схеме должны определяться четыре параметра настройки: коэффициент передачи кр и коэффициент при интегральной составляющей кц регулятора (ки = кр I Ти , Тц - постоянная интегрирования), коэффициент передачи кя и постоянная дифференцирования Гд дифференциатора.
Поиск экстремума критерия качества в пространстве четырех переменных при необходимости учета ограничений на запас устойчивости -сложная математическая задача.
Схема с добавочным сигналом по производной из промежуточной точки может быть преобразована в эквивалентную каскадную схему со стабилизирующим и корректирующим регуляторами (рис. 3.5.2). При существенном различии в инерционности малоинерционного W/iz(s) инерционного Wjiy(s) каналов объекта определение параметров настройки регулятора и дифференциатора сводится к последовательному расчету одноконтурных АСР с эквивалентными объектами.1. по характеристике эквивалентного объекта рассчитываются параметры 2. для определения эквивалентного объекта W0 3KB2(s), позволяющегорассчитать параметры регулятора, находят параметры настройкидифференциатора в соответствии с соотношением3. рассчитываются параметры настройки регулятора кр, ки (ки = кр / Ти):По завершении расчета параметров настройки строятся переходные процессы и определяются степень затухания тр, динамические ошибки угак и zmax, а также значение интегрального критерия качества 1\.Результаты расчета параметров настройки по математическим моделям малоинерционного W s) и инерционного fV is) каналов для 4-х режимов представлены в табл. 3.5.1.
Для иллюстрации чувствительности АСР рассматриваемой структуры к методике определения параметров настройки расчет регулятора выполнен при задании запаса устойчивости значениями как частотного (М= 1,55), так и корневого (w = 0,366) показателей колебательности [35].
Особенностью схемы с дифференцированием промежуточной регулируемой величины является немонотонность переходной и петлеобразная форма комплексной частотной характеристик эквивалентного объекта регулирования W0C.3KB.2(S) (рис. 3.5.3). При такой форме характеристик объекта регулирования расчет на заданное значение корневого показателя колебательности не гарантирует получения ожидаемой степени затухания переходного процесса \j/ (ш=0,366 должно соответствовать =0,9). Вследствие этого предпочтительнее в рассматриваемом случае использовать в качестве критерия запаса устойчивости значение частотного показателя колебательности М (М = 1,55 соответствует \J/ = 0,9).
Влияние режима скользящего давления на ресурсные характеристики поверхностей нагрева
Как показывает статистика, около 80% аварийных остановов энергоблоков происходит из-за повреждения котлов, а доля отказов из-за повреждения поверхностей нагрева как пылеуголъньтх, так и газомазутных котлов составляет около 70% всех остановов [57, 59]. Это объясняется, в первую очередь, тем, что котлы работают в чрезвычайно напряженных температурных условиях. Для многих элементов котлов и, прежде всего, для поверхностей нагрева, режимы работы значительно усложняются при изменении качества топлива, отклонении водно-химических режимов, изменении регулировочных характеристик оборудования.
Срок безаварийной службы элементов энергетического оборудования зависит от условий их эксплуатации. На надежность металла влияют температура и давление среды, которые, в свою очередь, зависят от режимов эксплуатации оборудования: участие в регулировании графика нагрузки (изменение нагрузки в пределах регулировочного диапазона, пуско-остановочные режимы); схем и настройки тепловой автоматики; квалификации оперативного персонала и т. п.
Отклонение факторов, определяющих надежность металла от принятых нормативных значений, приводит к накоплению с течением времени расхождения фактического ресурса того или иного элемента с первоначально установленным расчетным ресурсом. В зависимости от того, в какую сторону происходит отклонение факторов от нормативных значений, может происходить как уменьшение, так и увеличение ресурса работы поверхностей нагрева.
Использование режима скользящего давления, при котором существенно снижается давление среды по тракту котла, приводит к увеличению ресурса работы поверхностей нагрева и является одним из положительных факторов его применения в практике эксплуатации энергоблоков.
Опыт эксплуатации показывает, что на пароперегревательные поверхности котлов приходится более половины отказов, поэтому состояние именно этих элементов можно рассматривать как один из определяющих факторов в надежности работы котлов. Были проведены оценочные расчеты с целью определения изменения ресурсных характеристик пароперегревателя в режиме скользящего регулирования по сравнению с режимом номинального давления.
Наиболее существенным из факторов, влияющих на ресурсные характеристики пароперегревательных поверхностей, является ухудшение с течением времени свойств длительной прочности металла, работающего в условиях высоких температур [14], поэтому этот фактор можно рассматривать как основной. Оценка ресурса производится по наиболее теплонапряженным змеевикам в обогреваемой зоне, распространяя ее на пакет змеевиков, конструктивно объединенных в элемент поверхности нагрева.
В качестве объектов, для которых выполнялись оценочные расчеты, взяты: ширмо вый (ШПП) и конвективный пароперегреватель высокого давления.
В качестве исходных данных для расчетов взяты:- данные по температурам среды и металла в рассматриваемых поверхностях нагрева в режимах номинального и скользящего давления;- давление острого пара на выходе котла в режимах номинального и скользящего давления;- геометрические характеристики труб поверхностей нагрева;- теплофизические и механические свойства сталей.
Для оценки ресурсных характеристик поверхностей нагрева используются кривые длительной прочности соответствующих сталей. Причем берутся наиболее консервативные характеристики, соответствующие наихудшим прочностным свойствам.
Нагружающим фактором, который определяет напряженное состояние металла, является давление среды, по которому рассчитываются компоненты напряжения и далее эквивалентное напряжение, полностью определяющее напряженное состояние металла [59], используемое для оценки расчетного срока службы и средняя по толщине стенки температура.
Расчетное время службы металла, при заданных уровнях эквивалентного напряжения и температуры, определяется по формуле [57]где A, m, Ь, с — постоянные, характеризующие свойства металла; a, Т - напряжение и температура металла. или из выражения [52]:где F = f(a) определяется по справочным данным соответствующей марки стали.Результаты проведенных расчетов, включая исходные данныеприведены в таблице:соответственно, увеличивается надежность работы котла. Также расчеты подтверждают возможность реализации ранее высказанного предложения повышения температуры острого пара с целью повышения экономичности в режиме скользящего давления без снижения ресурсных характеристик поверхностей нагрева.
При оценке надежностных характеристик энергоблока помимо расчета поверхностей нагрева котла необходимо проводить исследования паровпускной части ЦВД и камеры регулирующей ступени. Если для тонкостенных поверхностей нагрева решающую роль играет зависимость от давления и температуры, то для толстостенных деталей паровпускной части ЦВД и ротора турбины необходимо учитывать проблемы, обусловленные большим числом разгружений - нагружений, вызывающих в металле роторов появление высоких циклических напряжений. Кроме того, при изменении нагрузки скользящим давлением, всегда наблюдается увеличение температуры в камере регулирующей ступени (КРС), что может снизить длительный ресурс ротора ЦВД. Однако в отличие от соплового регулирования, скользящее не вызывает значительных изменений температуры в КРС, что фактически снимает температурные ограничения по скорости изменения нагрузки [48, 58, 32J.
Основой оценки малоцикловой долговечности и длительной прочности роторов турбины являются значения давления и температуры в КРС. В работе [54] были проведены расчеты при изменении расхода пара в ЦВД от 200 до 980 т/ч при постоянном и скользящем давлении свежего пара. Расчеты выполнялись на основе диаграммы парораспределения турбины Т-250/300-240 ТМЗ, технико-экономических характеристик турбоагрегата [55] и данных по конструктивному выполнению парораспределения и проточной части регулирующей ступени.
В процессе выполнения расчетов предполагалось, что при пяти полностью открытых регулирующих клапанах и номинальных параметрах свежего и вторично перегретого пара (23,5 МПа, 540/540 С) за этими клапанами давление составляет 23,03 МПа, а расход пара 980 т/ч.
Похожие диссертации на Выбор оптимальных параметров и автоматизация режима скользящего давления мощных энергоблоков
