ЭКСПЛУАТАЦИЯ ПАРОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК

ОСОБЕННОСТИ ПУСКА БЛОКОВ С ПРЯМОТОЧНЫМИ КОТЛАМИ

Прямоточные котлы нашли ши­рокое распространение в блоках с турбинами 150 и 280 МВт на до - критические параметры пара.

С переходом на сверхкритиче­ские параметры прямоточные котлы стали единственным типом пароге­нератора, поскольку в этих усло­виях естественная циркуляция обо­греваемой среды в котлоагрегате становится невозможной.

По сравнению с барабанными котлами прямоточные котлы пуска­ются на полную мощность из холод­ного состояния еще быстрее, что со­здает более значительную разницу продолжительностей пуска котла и турбины.

Отечественные парогенераторы прямоточного типа как докритиче - ских, так и сверхкритических пара­метров имеют растопочную нагрузку около 30о/о1 номинальной, что обес­печивает безопасность радиацион­ных поверхностей нагрева котла при пусках. Такой расход намного пре­восходит растопочную нагрузку ба­рабанных котлов, и если пользо­ваться при пусках прямоточных агрегатов обычными методами бай­пасирования турбины, то это приве­дет к значительным потерям тепла, особенно по сравнению с пуском блока на скользящих параметрах пара.

Для сокращения потерь тепла, а также для обеспечения высокой маневренности блока при пусках, из различных тепловых состояний все прямоточные котлы оборудуются специальными пусковыми сепарато­рами. Поскольку пуск котла на сверхкритические параметры пара наиболее сложен, будем рассматри­вать пусковые операции блоков именно с этими котлами.

Важнейшим условием надежной работы поверхностей нагрева котла такого типа является поддержание сверхкритических параметров среды в испарительной части котла, так как при докритическом давлении существует опасность расслоения среды на паровую и жидкую фазы (особенно в горизонтальных участ­ках труб и коллекторов), что может привести к пережогу радиационных поверхностей нагрева. Для реализа­ции этого условия и обеспечения возможности пуска турбины на по­ниженном давлении были разрабо­таны две принципиально различные пусковые схемы: схема с вынос­ным сепаратором и схема с встроен­ным сепаратором, предложенная МоЦКТИ и ЗиО.

Схема с выносным сепаратором была применена для головных бло­ков 300 МВт с котлами ТПП-110 TKJ3. В этих котлах вторичный паро­перегреватель расположен в зоне высоких температур, что предопре­делило применение двухбайпасной пусковой схемы, изображенной на рис. 2-7,а.

При пуске блока из холодного состояния в радиационном контуре поверхности нагрева 1 устанавлива­ется расход, равный 30%: производи­тельности котла. С помощью встро­енных задвижек и дроссельных клапанов 2 через пароперегреватель устанавливается необходимый рас­ход среды. Излишки сбрасываются через пусковые РОУ-2 (4) в расто­почный сепаратор, а из него в кон­денсатор или дренаж (при режиме отмывки котла). Давление пара и расход его на турбину регулируют­ся также растопочной РОУ-1 (3), БРОУ-1 (6) и БРОУ-2 (7). С помо­щью быстродействующих редук - ционно-охладительных установок осуществляется охлаждение вторич­ного пароперегревателя, а также прогрев паропроводов вторичного перегрева. По мере увеличения на­грузки сбросы постепенно уменьша­ются, а разделительные задвижки открываются.

Опыт эксплуатации этих схем по­зволил выявить ряд недостатков, являющихся органическими для данных пусковых устройств. Так, например, при пусках блоков из не - остывшего состояния вода через па­роперегреватель проникает в паро­провод вплоть до главных паро­вых задвижек (ГПЗ), расположен­ных перед турбиной, охлаждая паро­провод и создавая в нем значитель­ные термические напряжения. При неплотности задвижек вода может попасть в корпуса стопорных и ре­гулирующих клапанов, что может привести к их быстрому расхолажи­ванию и появлению недопустимых термических напряжений, обуслов­ленных большой толщиной стенок корпусов указанных клапанов.

При растопке котлов из неостыв - шего состояния с закрытыми встро­енными задвижками и сбросом всего растопочного расхода через РОУ-2 в сепаратор пароперегреватель оста­ется без охлаждения, что при срав­нительно высокой топочной нагрузке может привести к перегреву метал­ла труб.

При пуске блока из холодного состояния с дросселированием пара на байпасах ГПЗ в случае срабаты­вания автомата безопасности и за­крытия стопорных клапанов турби­ны давление пара перед ней быстро повышается до номинального; это приводит к повышению температуры пара примерно на 200ЧС и ненор­мально быстрому прогреву паропро­водов и корпусов парораспределе­ния.

Как показали результаты нала­дочных работ, осуществить пуск блока из холодного состояния на скользящих параметрах в схемах с выносными сепараторами не уда­ется. В связи с этим блок из холод­ного состояния пускается по прямо­точному режиму со сбросом значи­тельного количества пара в конден­сатор. Это обусловило повышенные расходы тепла на пуск. Применение в данных схемах только прямоточ­ных пусков предопределяет вынос в тракт пароперегревателя продук­тов стояночной коррозии, что явля­ется еще одним минусом указанной схемы.

Опыт эксплуатации блока 300 МВт с котлами ТПП-110 и ПК-39 показал нецелесообразность усложнения пусковых схем прямо­точных котлов применением двойно­го байпасирования, вследствие чего в 1963 г. было принято решение вы­полнять в дальнейшем блоки на сверхкритические параметры пара только с одноступенчатой системой байпасирования. По этой схеме вы­полнены блоки 300 МВт с котло-

Рис. 2-7. Пусковая схема. а — с выносным сепаратором; б — со встроенным сепаратором. / — испарительная поверхность нагрева котла; 2 —узел встроенных задвнжек и дроссельных клапанов; 3 — РОУ-1; 4 — РОУ-2; 5 — выносной пусковой сепаратор; 6 —БРОУ-1; 7 — БРОУ-2; 8 — пар к турбине; 9 — холодная линия промперегрева; 10 — горячая линия промперегрева; 11 — линия к пароприемным устройствам конденсатора; 13 — деаэратор; /3 —линия к водоприемным устройствам конденсатора; 14 — сброс в канализацию; 15 — встроенный сепаратор; /5 — БРОУ; /7 — РОУ; 78 —коллектор 1,962 МП» (Й) кгс/см2); 19 — промбак; 20 —шиберные клапаны; 21, 22 —сбросные клапаны нз встроенного сепа­ратора; 23 — встроенная задвижка.

Агрегатами ПК-41, П-50, ТПП-210 и др.

Растопочная схема с встроен­ным сепаратором представлена на рис. 2-7,6. В этой схеме встроенный «сепаратор 15 расположен между испарительными и пароперегрева - тельными поверхностями нагрева котла. Обе эти поверхности разделе­ны встроенной задвижкой, которая во время пуска котла полностью за­крыта. Пропуск среды в паропере­греватель во время пуска осущест­вляется через дроссель 20 и пуско­вой сепаратор.

Существуют два метода пуска котла: прямоточный и сепаратор­ный. В первом случае во время пус­ка сбросные задвижки 21 после се­паратора закрыты и расход среды через испарительный контур котла равен расходу через пароперегрева­тель. Все поверхности котла при этом находятся под полным рабочим давлением.

При сепараторном режиме пуска сбросные задвижки 21 открыты, ті в сепараторе при достижении опре­деленной температуры воды проис­ходит разделение среды на жидкую и паровую фазы. Жидкая фаза - сбрасывается в коллектор 1,96 МПа (20 кгс/см2), а из него в конденса­тор, канализацию или промежуточ­ный бак. Регулирование этого сбро­са производится дроссельными ши­берами по уровню в измерительном - сосуде. Пар, образующийся г, сепа­раторе, поступает б первпчпый па­роперегреватель, а затем на прогрев и пуск турбоагрегата.

В течение всего пуска в испари­тельной части котла с помощью дроссельных клапанов 20 автомати­чески поддерживается сверхкрити­ческое давление. Клапан 22 исполь­зуется для плавного отключения сброса в завершающей стадии сепа­раторного пуска при переводе котла на прямоточный режим.

С помощью дроссельных клапа­нов 20 и БРОУ имеется возмож­ность поддерживать любое давление ;пара перед турбиной и осущест­влять пуск ее на скользящих пара­метрах. При этом синхронизация турбогенератора, включение его в сеть и набор нагрузки могут про­изводиться при пониженных пара­метрах пара, что весьма благоприят­но для прогрева турбины. Толчок ротора паром в этом случае произ­водится при начальном давлении 0,981—1,175 МПа ('10—12 кгс/см2) на блоках 150 МВт, 1,765— 1,962 МПа (18—20 кгс/см2) на бло­ках 200 МВт и 3,92—4,9 МПа (40— 50 кгс/см2) на блоках 300 МВт.

Полное давление пара перед турбиной рекомендуется иметь при достижении нагрузки около 30% номинальной. При дальнейшем по­вышении нагрузки растопочный се­паратор отключается, открывается встроенная разделительная задвиж­ка 23 и котел переводится на прямо­точный режим.

Экономичность сепараторного пу­ска по сравнению с прямоточным заключается в том, что перегрев не­большого количества пара, выде­лившегося в сепараторе, требует меньшего тепловыделения 'В топке (примерно 10% номинального), а следовательно, и меньшей затраты топлива па пусковые операции. При этом уменьшается и сброс рабочей среды в конденсатор. При неболь­шом тепловыделении в топке снижа­ются температуры газов по газохо­дам котла, что весьма благоприятно для вторичного пароперегревателя. Источником экономии тепла являет­ся также ускорение всех пусковых операций, что характерно для пус­ков турбин на скользящих парамет­рах.

При пуске блока на сепаратор­ном режиме продукты стояночной коррозии не 'выносятся в паропере­греватель котла, что позволяет про­изводить отмывку испарительных поверхностей одноверменно с пус­ком турбоустановки. При этом уменьшается и солевой занос паро­перегревателя, поскольку влага с высоким солесодержанием сбра­сывается, а чистый пар направля­ется на перегрев. Солесодержание этого пара определяется уносом влаги из растопочного сепаратора, коэффициент полезного действия которого весьма высок. По данным ЦКТИ применение сепараторных пусков вместо прямоточных дает экономию за каждый пуск до 30 т условного топлива при пусках из хо­лодного состояния и до 20 т при пуске блока после останова на ночь.

В целом пусковой узел котла со встроенными сепараторами обеспе­чил большие возможности получе­ния принятых для пуска турбины параметров пара и лучшую мане­вренность при пусках блоков из не - остывшего состояния, чем схема с вынесенными пусковыми сепарато­рами. :В связи с этим на ряде бло­ков, имеющих выносные сепарато­ры, в порядке реконструкции уста­навливаются встроенные сепарато­ры, причем выносные сепараторы используются в качестве расшири­тельного сосуда, являясь второй сту­пенью встроенного сепаратора.

Представленный на рис. 2-7,6 растопочный узел блока с котлом ПК-41 ЗиО не является унифициро­ванным для остальных прямоточных котлов. При наличии общей идеи — использования для пусков на сколь­зящих параметрах встроенного сепа­ратора отдельные схемы отличаются друг от друга конструкцией расто­почного узла и организацией сбро­сов из него.

Так, на блоках с котлами ТКЗ отсутствует мерительный сосуд на линии отвода влаги из сепаратора. На этих же котлах имеется шибер­ный клапан на паровой линии встроенного сепаратора. Сброс вла­ги в данных схемах предусмотрен не в коллектор 1,962 МПа (20 кгс/см2), а в расширитель 1,962 МПа (20 кгс/см2), из которого влага в за­висимости от ее качества сбрасыва­ется в бак запасного конденсата, в конденсатор либо в дренаж, а па­ровая линия соединена с холодными линиями промперегрева, деаэрато­ром и верхней частью конденсатора.

Имеются также существенные раз­личия в конструкции и производи­тельности растопочных РОУ и БРОУ. Кроме того, и сама растопоч­ная схема блока с котлом ПК-41 претерпела в дальнейшем некоторые изменения.

Такое разнообразие в компонов­ке пускосбросных схем объясняется отсутствием достаточного опыта в конструировании подобных ус­тройств и невозможностью экспе­риментальной проверки принятых решений до пуска блока в эксплуа­тацию. Все эти изменения в пуско­вых схемах производились либо в процессе реконструкции уже рабо­тающих агрегатов, либо путем вне­сения изменений в конструкцию се­рийных агрегатов на заводе-изгото­вителе. Значительная часть переде­лок выполнена в порядке рациона­лизации работниками станций.

В настоящее время по мере на­копления опыта эксплуатации пря­моточных котлов, а также в резуль­тате опробования тех или иных ре­шений, принятых на различных бло­ках, представилось возможным со­здать унифицированную усовершен­ствованную пусковую схему, пригод­ную для блоков как докритических, так и сверхкритических параметров (рис. 2-8).

Основной особенностью типовой пусковой схемы является двухсту­пенчатая система сепарации. В дан­ной схеме вместо мерительного сосу­да и коллектора 1,962 МПа (20 кгс/см2) применен вынесенный сепаратор низкого давления в каче­стве второй ступени расширения. Такое решение было вызвано не­удовлетворительной работой мери­тельных сосудов и коллекторов 1,962 МПа (20 кгс/см2), а также невозможностью утилизировать теп­ло сбросной воды. В процессе сепа­раторного пуска через мерительный сосуд из сепаратора в коллектор 1,962 МПа (20 кгс/см2) попадал в больших количествах пар, что являлось причинй подрыва предо­хранительных клапанов на коллек­
торе. Утилизация тепла сбросной воды из сепараторов путем подачи ее в деаэратор тоже оказалась не­возможной, поскольку при такой ра­боте резко ухудшался водный ре­жим. Выявилась необходимость про­пускать весь поток сбрасываемой воды через блочные обессоливаю­щие установки, вследствие чего этот поток направлялся в конденсатор.

В новой схеме часть тепла сбра­сываемой из сепаратора воды в виде вторичного пара второй ступени рас­ширения используется либо для пи­тания деаэратора, либо для прогре­ва трубопроводов промперегрева при пуске котла из холодного со­стояния. Подсоединение ко второй ступени сепаратора линий от БРОУ делает эту схему более гибкой и ма­невренной. Применение второй сту­пени расширения и отвод из нее воды в конденсатор обеспечивает нормализацию водного режима при минимальных потерях конденсата.

Как следует из расчетов, в этом случае по сравнению со сбросом всей среды из растопочных сепара­торов в деаэратор потери топлива при пуске блока возрастают лишь на 2—3 т условного топлива. Нали­чие клапана на паровой линии сепа­ратора исключает попадание холод­ной среды в горячие паропроводы при пуске блока из неостывшего со­стояния. Подключение пароперегре­вателя производится при достиже­нии требуемой температуры пара на выходе из сепаратора. Это позволя­ет осуществлять пуск блока из лю­бого теплового состояния, в том чи­сле и из холодного.

Рис. 2-8. Типовая модернизированная пусковая схема блоков с прямоточными котлами. 1 — испарительная поверхность котла; 2 — первичный пароперегреватель; 3— встроенная задвижка; 4— шиберные клапаны; 5 — отсечная задвижка сепаратора; 6 — встроенный сепаратор; 7 — растопочный - расширитель 1,962 МПа (2о кгс/см2); 8 —деаэратор; 9 — бак запасного конденсата; 10 — электроперегрева­тель; 11 — пар к турбине; /2 —холодная лнння промперегрева; 13 — горячая линия промперегрева: 14 — паровой байпас; 15 — линия к пароприемным устройствам конденсатора; 16 — станционный коллектор 1,275 МПа (13 кгс/см2); 17 — пар от пусковой котельной; 18 — линия от отборов турбины; 19 — лнния к водоприемным устройствам конденсатора; 20 — сброс в канализацию; 21, 22 — сбросные клапаны из встроенного сепаратора; 23—БРОУ.

Работы ВТИ и ОРГРЭС доказа­ли возможность надежной эксплуа­тации отсеченного пароперегревате­ля при тех стартовых расходах топ­лива, которые характерны для сепа­раторных пусков. Надежность паро­перегревателя зависит также и от режима подключения его отсечным клапаном. - В процессе включения па­роперегревателя в работу необхо­димо тщательно дренировать все участки паропровода, чтобы избе­
жать попадания влаги в паропере­греватель. Испытания показали, что •избежать значительного расхолажи­вания пароперегревателя не удается, особенно его первой ступени после сепаратора. В связи с этим рекомен­дуется эту ступень компоновать в области пониженных тепловых на­грузок и изготавливать ее не из аустенитной стали, а из стали пер­литного класса, способной выдер­живать тепловые удары значительно большей величины.

Новым в этой схеме явилось применение частичного байпасиро­вания промежуточного пароперегре­вателя для регулирования темпера­туры пара после промежуточного перегрева при пусках, а также при­менение электрических приводов для клапанов БРОУ.

Как показал опыт эксплуатации, электронно-гидравлические приводы клапанов БРОУ с быстродействием 6 с, являясь слишком сложными и дорогими агрегатами, не обеспечи­вают предотвращения срабатывания предохранительных клапанов при сбросах нагрузки до холостого хода. В таких условиях переход на более простой и надежный электрический привод с быстродействием 20—25 с является вполне обоснованным.

При пусках блока к деаэратору подводится пар от общестанционной магистрали 1,275 МПа (13 кгс/см2), а после отключения прогрева проме­жуточного перегревателя — от рас­топочного расширителя. В схеме предусмотрен подвод горячего пара на концевые уплотнения ЦВД и пе­реднее уплотнение ЦСД турбины при остановах и пусках ее из горя­чего состояния.

На рис. 2-9 представлен типовой график пуска дубль-блока К-300-240 из холодного состояния по сепара­торному режиму (без обогрева фланцев и шпилек турбины). Как видно из графика, весь пуск от раз­жига горелок первого корпуса котла до выхода на номинальные парамет­ры пара длится 12 ч 10 мин. Пуск производится на скользящих пара­метрах пара. Толчок турбины паром осуществляется при начальном дав­лении пара 3,92 МПа (40 кгс/см2), выход на полное начальное давле­ние—при мощности 90 МВт, номи­нальная температура пара устанав­ливается после достижения полной нагрузки. Рост начальной темпера­туры ограничивается включением пускового впрыска (точка А). Гра­фик предусматривает толчок турби­ны регулирующим клапаном. На участке Б—В производится сниже­ние давления свежего пара для обеспечения полного открытия всех регулирующих клапанов после

Включения генератора в сеть. Нагру - жение турбины до 90 МВт произво­дится при полностью открытых ре­гулирующих клапанах путем повы­шения начальных параметров пара (участок В—Г). При нагрузке 90 МВт давление свежего пара по­вышается до номинального путем прикрытия регулирующих клапанов турбины (участок Г—Д), после чего включается в работу регулятор дав­ления свежего пара «до себя», воз­действующий на регулирующие ор­ганы турбины. При достижении пол­ного давления пара перед турбиной открывается встроенная задвижка, разделяющая испарительную и па - роперегревательную части котла.