Введение к работе
Актуальность темы диссертация. Необходимость совершенстнованич схем и режимов работы теплофикационных паротурбинных установок (ПП'У), составляющих значительную часть гснерируюших мощностей мно гих чнергоснстем и обеспечивающих основу экономии топлива в энергетической отрасли, неуклонно возрастает. Для белорусской энергетики это дополнительно связано как с преобладанием в структуре мигрирующих мощностей ТПТУ ( более половины ), так и с быстрыми темпами выработки ими расчетного срока службы. В обозримой перспективе не предвидится поставка на ТЭЦ оборудованич, способного успешно конкурировать с ТПТУ по целому ряду основных характеристик. Отметим при этом, жчто резервы совершенствования ТПТУ далеко не исчерпаны.
Одним из таких резервов является сокращение потерн теплоты в холодном источнике ТПТУ на теплофикационных режимах их работы за счет уменьшения величины вентиляционного пропуска пара в ЧНД (Дп). Большой вклад в развитие данного вопроса внесли турбинные заводы, отраслевые научно-исследовательские и наладочные организации, а так же вузы. Однако общая идея сокращения Дк ' требует поиска путей создания новых, более простых и надежных схем охлаждения ЧНД (СО). Реализация таких схем нашла свое отражение в предлагаемой работе.
Пусковые схемы (ПС) и режимы ТПТУ - наиболее сложная и ответственная часть их эксплуатации. Поэтому совершенствование их всегда было и остается в основе работ заводов , научно-исследовательских и наладочных организаций. Актуальность вопроса нарастает в связи с обпальным старением паротурбинного оборудования электростанций, ухудшением межсистемных связей, а также вследствие большого потенциала отдачи от совершенствования схем и технологий пуска турбин. Большинство работ по данному вопросу
с подтьгр„;ааст эта, и результаты исследований автора являїртсм доказательством возможности такого совершенствования.
Регенеративный подогрев питательной воды ТПТУ со времен Г.И. Петелина постоянно находится в авангарде вопросов по их совершенствованию. Большой вклад Д.Д.Калафатти, саратовской школы -А.И. Андрвзщенко, ЩТИ - Д.М. Будняцкого и заводов оставили автору данной работы возможности учета влияния режимных факторов на оптимальные значения температуры питательной воды ТПТУ.
Немалые резервы по совершенствованию ТПТУ кроются в исключении потерь с,дросселированием пара как в РОУ , так и в регулирующих органах теплофикационных отборов турбин. Минской школой (Н.П.Волков, А.М.Леонков, Б.В.Яковлсв, А.Д.Качан) реализован режим свободного парораспределения на многих ТПТУ при их реконструкции с конденсационных в теплофикационные. Свое дальнейшее развитие вопрос получил в работах автора при реконструкции ТПТУ Путем организации нерегулирумых отборов пара высокого и низкого давления. Отборы высокого давлення от Турбин ЛМЗ выполнялись совместно со специалистами завода Ю.Е. Маховко, Ю.Н. Неженцевым, М.Й. Ицковичем. В том же направлении автором данной работы решалась задача разработки и внедрения первой белорусской паровой турбины мощностью 200 кВт в тихоходном исполнении (ТТД), предназначенной для использования потенциала пара, теряемого с дросселированием на ТЭЦ и котельных.
Связь работы с крупными научными программами, темами.
Основные вопросы, решенные в диссертации, выполнялись по важнейшим научным программам и темам. Из них особо следует отметить такие:
Программа "Интенсификация", раздел "Энергия", тема ГБ-86-27 "Повышение маневренности , надежности, оптимизация режимов и совершенствование контроля ТЭС и АЭС " , №rp.0J86008671.
Программа 72.04 р , тема ГЬ-Йі-'П ' Раїработгть теоретичен;;!,; основы и пнелрігіь технические мероприятия по комплексной автомат икании режимов, оптимизации ітрамиїров и схем геплознергетических установок Белглавэнерго", № г.р. 81039845.
Программа ПСНТ СССР ОД-П"?, чалення 0*0? "Рдтр-Рг.тать u освоить м дне ".репные режимы серийных теплофи'.л шончых турбин '- целью использования ТЭЦ, для регулирования графика электряческих нагрузок", а таі:;к друїпе прсгсиммы, задании концерни «ччнерго" и планы кафедры ТЭС БГПА.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка концепции совершенствования схем и режимов работы теплофикационных паротурбинных установок путем сокращения необратимых потерь в конденсаторах с вентиляционным пропуском пара, пусковых потерь, потерь в системах дегенеративного подогрева питательной воды из-за несоответствия ее темпер!.'"уры ґночм о.чтчмнльным значением, і; также потерь с дросселиро-пяиием пврп п схемах турбоустановок и проточной части турбин.
Задачи исследовании Р':,пюч->:от: U подготовку и проведение пг.кодіиамичеек.их исследований ЧНД натурных теплофикационных турбин ч и!Ирт>:.ом диапазоне рг^нмов их рабрін и исследовании модельной турбинной ступени большой веерности на M:i ",>p-!.:
4 и доводку новых ПС и режимов на натурных турбинах в промышленных
условиях;
-
разработку и внедрение теоретических основ оптимизации температуры питательной воды ТПТУ любого структурного состава с учетом режимов их работы на действующих ТЭЦ;
-
разработку и "внедрение основ организации нерегулируемых отборов пара от турбин действующих электростанций для использования его потенциала, теряемого с дросселированием;
-
разработку методических основ анализа конструкции паровой турбины малой мощности для использования потенциала пара, теряемого с дросселированием -(ТГД), подготовку производства и отработку ее в промышленных условиях.
Объеш- и предмет исследования. Объектами исследований являлись натурные паротурбинные установки белорусских электростанций, а также турбина ТТД типа Р-0>2-1,29/0,29 конструкции автора данной работы, установленная на котельной ПУ ЖКХ Гродненского облисполкома в г.Гродно. Предметом исследований являлись схемы охлаждения ЧНД, пусковые схемы, системы регенеративною подогрева питательной воды ТПТУ, нерегулируемые отборы пара от турбин, а также паровая турбина ТТД.
Гипотеза. Определение основных путей сокращения теплопотерь в холодном источнике ТПТУ базировалось на обосновании необходимости сокра-щения величины вентиляционного пропуска пара (Цк ) путем внедрения новых схем охлаждения их ЧНД, основу которых составляет выбор характеристик и типа охлаждающей среды , мест оптимального ее подвода , использование особенностей термодинамических процессов для упрощения регулирования охлаждаемого и охлаждающего потоков пара в ЧНД и др.
При разработке основ совершенствования пусковых схем и режимов пуска ТПТУ основной предпосылкой послужила возможность использования
недостаткоа традиционных пусковых схем и рс.-кпмч:* п."is их совершена-
сования , с частности , таких как прогрев турбины противоточиым потоком пара, к которому подводятся потери ірения и вентиляции ступеней ее проточной ча«ли.
Несовпадение расчетных температур питательной моды для турбоустановок ТЭЦ и котлоягрегатов к ним, омичающиеся значении wix іемператур к пределах ратного типажа установок на одинаковые параметры пара , наконец , различие в расчетных значениях температур питательной водгт устапозок одного класса, но различных турбостроительных фирм, позволили заключить , что задача оптимизации температуры питательной воды ТПТУ должна решаться с учетом их типов , схем , параметров пара в регулируемых отборах и за турбиной , а также режимов их работы.'
На белорусских электростанциях достаточно обширен парк ТПТУ. с разнообразными режимами работы; много машин реконструировано и мної им это предстоит. При этом реконструкция часто проводится не столько в интересах электростанции и энергосистемы , сколько в интересах фирмы, ее выполняющей. Ограниченными представляются и варианты таких реконструкции. В частности , па белорусских ТЭЦ есть значительные резервы экономии топлива за счет сокращения потерь с дросселированием пара. Поиск путей вовлечения этих потерь в топливный баланс республики должен вестись за счет как расширения функциональных возможностей ТПТУ , так и разработки и внедрения специальных тихоходных паровых турбин для использования потенциала пара, теряемого с дросселированием.
Методология и методы проведения исследования. Круг поставленных задач в рамках решения проблемы совершенствования схем и режимов работы вновь создаваемых и реконструируемых ТПТУ потребовал применения различных методов исследования:
1) аналитическое обоснование необходимости снижения величины Дкт'" ,
параметров и мест подвода охлаждающего пара в СО , оптимизация схем
приготовления охлаждающего пара и схем утилизации теплопотерь в хо
лодном источнике с последующей экспериментальной проверкой принятых
решений на модельных , стендовых и действующих промышленных уста
новках;
-
расчетно-теоретический метод, который применялся при обосновании новых схем и режимов пуска ТПТУ с последующей их экспериментальной проверкой и отработкой на натурных машинах; этого требовали задачи по доведению новых технических решений до уровня промышленного внедрения и тиражирования их на других типах машин;
-
задача оптимизации температуры питательной воды ТПТУ, потребовавшая аналитического решения, так как другие методы здесь просто непригодны;
-
обоснование технических решений по использованию потенциала пара, теряемого с дросселированием, путем реконструкции турбоустановок организацией, нерегулируемых отборов пара от турбин решалась аналитическими методами с последующей обязательной проверкой на натурных машинах;
-
постановка На производство первой белорусской паровой турбины типа ТТД потребовала разработки методики оценки работоспособности колеса активного типа , без чего не представляется возможным выполнить оптимальную машину;
-
решение практически всех приведенных в данной работе вопросов потребовавшее проведения комплекса организационно-технических мероприятий (таких как подготовка и постановка на производство первой белорусской турбины типа ТТД, ее изготовпение, организация и проведение пуско-наладочных работ на ней),согласования схем охлаждения ЧНД и пусковых схем с заводами изготовителями турбин и др.
_ ..Научная, нивніна.и їна.чимоеіь милучешсхк jitjy.i-.aijiC. їілучшя новизна заключается и разр;.б<чке теоретических осіі.ів окгршенсівования схем и режимов работы теплофикационных паротурбинных установок, реализованных п новых СО н ПС, .защищенных авторскими свидетельствами, других технических решениях , внедренных ппТПТУ.
Значимость полученных результатов - в довечении всех исследованных в диссертации вопросов до внедрении на действующих турбоустановках белорусских электростанций с суммарной гадовій чгопомнеи топлива окопо 300000 т у.т . Среди них:
1) новые схемы охлаждения ЧНД ТПТУ, обеспечивающие надежную работу
.турбин со сниженными в несколько раз по сравнению с паспортными вели
чинами Дкт1п;
-
новые схемы и режимы пуска ТПТУ, обеспечивающие щадящие пуски турбин при. одновременном сокращении ~ на 40...50 % общего времени пуска и пусковых потерь топлива;
-
схемы и режимы, обеспечивающие приближение к своим оптимальным значениям температуры питательной воды ТПТУ;
-
нерегулируемые отборы пара высокого и низкого давления, исюкочающне потерн с его дросселированием;
-
первая белорусская паровая турбина типа ТТД марки ТРБ, использующая потенциал пара, теряемый с дросселированием на ТЭЦ я промьнилешю-отопительных котельных, что обеспечивает экономию около 1,0 т у.т. в год на 1 кВт мощности ТТД.
Практическая значимость работы заключается также п расширении масштабов внедрения полученных результатов исследований тиражированием их на однотипном оборудовании белорусских электростанций.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
8 теоретические основы совершенствования схем.и режимов работы
ТПТУ: схем охлаждения ЧНД, схем и режимов пуска, систем регенеративного
подогрева питательной воды , а также схем и режимов сокращения потерь с
дросселированием пара;
комплекс натурных и модельных исследований схем и режимов работы ТПТУ, включающий: газодинамические исследования ЧНД турбин Т-100-1Э0 (ст.№7) и ПТ-60-ШЛЗ (ст.№5) Минской ТЭЦ-3; исследование модельной ступени большой веерности на режимах потребления мощности; натурные исследования по отработке новой схемы охлаждения ЧНД на турбинах АП-12-35(ст.№2) Минской ТЭЦ-2 и ПТ-60-130/22(ст.№3) Бобруйской ТЭЦ-2, новой технологии пуска на .турбинах Р-15-90 (ст. № 1) и Р-50-130(ст. № 5) Светлогорской ТЭЦ, ПТ-60-130/13 (ст. № 1) Мозырской ТЭЦ, технических решений по первой белорусской турбине типа ТТД;
технические решения по основным элементам внедренных схем и режимов работы ТПТУ включающие: новый способ охлаждения ЧНД и конструктивные решения по его реализации; режимные и конструктивны; решения по новой технологии пуска турбин; режимные и конструктивные решения по организации нерегулируемых отборов пара низкого и высокого давления от турбин, а также конструктивные решения по ТТД.
Личный вклад соискателя. Автор руководил всеми обобщенными f данной диссертации работами. Им предложены: новый принцип и схемы охлаждения ЧНД ТПТУ; новый способ пуска и пусковые схемы паровых турбин с противоточным прогревом их проточной части в моторном режиме; методические основы оптимизации температуры питательной воды ТПТУ; нерегулируемые отборы пара от турбин для снижения потерь с его дросселированием; методика функционально-технического анализа (ФТА! конструкций ТТД; конструкция ТТД и элементов турбогенераторной
yeiiiuoEkU ги ее осмоле; Ф( A. - как. новая-методология.- ні»грз*"т»"пп,т гл " реализацию передовых технологий
Автор выражает признательность :
Таращуку А М. - за практическую отработку схем охлаждения 411Д и схем пуска ТПТУ;
Чиж В.Л. - за практическую отработку схем охлаждения ЦііД и
режимов ухудшенного вакуума на турбоустанои"'? АГМ2-7^ (ст. '-Г; 2) Минской
Т'Щ-1;
і Сороко Е.В.|- за систематизацию и вывод формул по оптимизации температуры питательной воды Т1ТТУ;
Спагару И.Н. - за отработку методологии сравнения вариантов конструкции турбин малой мощности, практическую отработку конструкции , подготовку и организацию производства первой белорусской турбины типа ТТД; Скоробоштому Н.Н. - за разработку смоем запшг и >правления 'ГТД ЛпрнЯгляпі рсіулs,iитоге дисс«{пацин. Основные положения и материалы KHV-tepsанионной рг.боп.. дг.чладьниин'.сь на ИТС Белглагонерго при СМ ьССР (Мя.. І973,і976,!9'/9.ІЧН0',.). на МГС Минтопэнерго ГГ> (Мн . 1994г.}, на ;>e^ci:yioi'CKri.-^ научном семинаре но повышению эффективности и огпнмнмцип і^плі-.г.ісР'Єї'іч^ских установо!-: (Саратов, !983г.), на Всесоюзне]'! ішолс переловиш опыта по теме: «Улучшение тепловых схем и повыше-ггт? 7"г-"""-;:/;.к,,;-,;. ;- н."--.^ж-,-ч-.,>н <;,!.('-»«>'',<> оборудования ТЭЦ», органнзо панной Г.'ійчгохупраяііенї;.."-! Минэнерго СССР (Киров, 1984г.), на семинаре «Повышение экономичности, надежности и маневренности энергетического оборудования ТЭС, работающего на непооектном и ухудшенного качества то-илпв'.>і (.'її..>-.v„ 5934г.), нк юбилейной всесоюзної! конференции «60 лет Со-астской іенлофикацни» (Ленинград, 198»!г.), на республиканское- научно-тех нн".сскои конференции '-Современные проблемы энергетики» (Киев, 19КЯг.) , на научно-практической конференции «Актуальные задачи энергопроизвоц-
10
стЕа н энергопотребления в Белоруссии!^ (Мн., 1988г.), на Республиканской
научно-технической конференции «Математическое моделирование процес
сов и конструкций энергетических и транспортных турбинных установок в
системах их автоматизированного проектирования» (Харьков, 1988 г.), на на-
. учно-техинческик конференциях профессорско-преподавательского состава
Белорусского политехнического института (Мн., 1973, 1975, 1979, 1980,
1982...1987 гг.), на НТС Главтехуправления Минэнерго СССР (Москва,
1985г.) и др. '
Олубликованность результатов. Основное содержание работы изложено в 28 статьях , 11 авторских свидетельствах и 9 тезисах докладов, одном учебном пособии и одной монографии.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения , общей характеристики работы, пяти глав и приложений. Полный объем диссертационной работы -197 страниц, в том числе 74 иллюстрации на 23 страницах, 17 таблиц на 7 страницах, 22 приложения на 31 странице, а также 294 использованных источника на 21 странице.
