ЭКСПЛУАТАЦИЯ ПАРОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК

РАБОТА ТУРБИН В БЕСПАРОВОМ РЕЖИМЕ

Беспаровым режимом называет­ся работа турбоагрегата с включен­ным в сеть генератором при закры­тых стопорных и регулирующих клапанах, т. е. без пропуска пара через турбину. В этом случае гене­ратор работает в моторном режи­ме, вращая ротор турбины с син­хронной частотой и потребляя из сети активную мощность, необходи­мую для преодоления механических и вентиляционных потерь турбины и генератора.

Этот режим автоматически воз­никает при закрытии стопорного клапана действием защиты или от руки при включенном в сеть гене­раторе. Обычно этот режим Турбо-1 агрегата считается недопустимым, поскольку при отсутствии протока пара через турбину потери на тре­ние могут чрезмерно разогреть ро­тор и корпус и привести к серьез­ным повреждениям проточной части турбины. Поэтому в инструкциях по эксплуатации турбин среднего и высокого давления указано на не­допустимость беспарового режима работы турбины, а в установках с начальным давлением 12,75 и 23,5 МПа (130 w 240 кгс/см2) вре­мя работы турбины в этом режиме ограничивается 4 мин (см. § 2-9). Исключение могут составить случаи работы турбогенератора в режиме синхронного компенсатора при на­личии эффективной системы охлаж­дения проточной части.

Перевод турбин в режим син­хронного компенсатора в последнее время начал широко практиковать - ся, особенно на старых малоэконо­мичных агрегатах. Постоянно выра­батывая реактивную мощность, они в то же время являются аварийным резервом активной электрической мощности энергосистемы. Иногда в этом режиме оказывается целесо­образным использовать и более со­временные агрегаты во время про­вала нагрузок.

Как известно, неравномерность электрического графика заставля­ет держать при малых нагрузках значительное число агрегатов, по­скольку останов турбины с после­дующим ее пуском через непродол­жительное время связан с пусковы­ми потерями тепла и может оказаться экономически нецелесообразным. В таких условиях перевод турбоге­нератора в режим синхронного ком­пенсатора без расцепления муфты оказывается удобным для эксплуа­тации. Кроме того, при этом режиме агрегат находится во вра­щающемся резерве, вырабатывая одновременно реактивную мощ­ность, дефицит которой наблюдает­ся практически во всех энергоси­стемах.

Отечественной энергетикой на­коплен достаточно большой опыт пе­ревода на беспаровой режим турбин различных типов и мощностей. Этот опыт показывает, что способ охлаж­дения проточной части турбин при таком режиме работы зависит от их конструкции.

Наиболее просто переводятся на беспаровой режим одноцилиндровые конденсационные турбины неболь­шой мощности. Для того чтобы обес­печить минимальные потери на тре­ние, эти агрегаты в беспаровом ре­жиме работают при глубоком вакууме в конденсаторе. Для обеспечения этого вакуума в кон­цевые уплотнения должен по­даваться пар избыточного давления, охлажденный до температуры насы­щения или даже слегка увлажнен­ный. Опыт и расчеты показывают, что количества этого пара, прони­кающего в корпус турбины при глу­боком вакууме, вполне достаточно для охлаждения ее проточной ча­сти, если длина рабочих лопаток последних ступеней не превышает 500 мм. Обычно для надежного ох­лаждения турбин такого типа до­статочно расхода пара, составляю­щего примерно 20% расхода холо­стого хода.

Для надежной и экономичной работы агрегата в описанном ре­жиме очень важно иметь высокую воздушную плотность вакуумной системы и всей турбины в целом. Практика показывает, что обычно тщательно уплотняются только те элементы турбоустановки, которые при нормальном режиме работы на­ходятся под разрежением. Головные же части и дренажные линии уплот­няются менее тщательно, поскольку они находятся под избыточным дав­лением. При работе в беспаровом режиме, когда весь цилиндр турби­ны находится под вакуумом, при­сос воздуха через эти неплотности может сильно перегрузить эжектор. В этом случае эжектор будет ра­ботать на перегрузочной ветви ха­рактеристики, и вакуум резко ухуд­шится. Ухудшение вакуума приве­дет к увеличению потерь на трение в турбине, соответствующему уве­личению мощности, потребляемой генератором из сети, и потребует увеличения расхода пара на охлаж­дение. Кроме того, может ухудшить­ся температурный режим проточной части турбоагрегата.

Все это показывает, что перед переводом турбины в режим син­хронного компенсатора необходимо провести дополнительную работу по уплотнению турбоагрегата, осо­бенно его головной части. При ра­боте турбины в беспаровом режиме с глубоким вакуумом конденсатор ее должен снабжаться в необходи­мом количестве циркуляционной водой. Конденсатный насос должен быть включен по схеме рециркуля­ции и находиться постоянно в ра­боте для обеспечения охлаждения паровых эжекторов. При наличии водяных эжекторов включение кон - денсатных насосов производится периодически для откачки конден­сата из конденсатора.

При переводе в беспаровой ре­жим турбин с противодавлением внутренние потери у них будут боль­ше, чем у конденсационных турбин, и это потребует более интенсивного принудительного охлаждения про­точной части. Охлажденный пар может подаваться либо через голо­ву турбины с отводом через выхлоп­ной патрубок, либо проходить про­точную часть в обратном направле­нии. В первом случае пар будет ох­лаждать головную часть агрегата и затем, нагреваясь, двигаться к вы­хлопу турбины. При такой схеме охлаждения выхлопная часть тур­бины будет иметь более высокую температуру, чем головная, и при нагружении турбины потребует­ся дополнительное время на про­грев головных частей турбоагрегата.

При пропуске пара в обратном направлении пар, нагреваясь, будет двигаться к головной части турби­ны, причем распределение темпе­ратур по проточной части будет приближаться к «естественному», которое турбина имеет при работе под нагрузкой. В этом случае тур­боагрегат оказывается более мо­бильным, а температурный режим элементов проточной части ближе к расчетному, хотя потери электро­энергии на поддержание турбины в беспаровом режиме будут при этом несколько выше.

При принудительном охлажде­нии проточной части турбины паром избыточного давления необходимо принять меры к утилизации тепла этого пара, чтобы уменьшить поте­ри, связанные с работой турбины в беспаровом режиме. Наиболее сложно обеспечить работу в беспа­ровом режиме многоцилиндровой турбины высокого давления, по­скольку в этом случае сочетание минимальных потерь с высокой мо­бильностью представляет известные трудности.

На рис. 3-11 представлена схе­ма охлаждения проточной части турбины ПТ-60-130 ЛМЗ, работаю­щей в режиме синхронного компен­сатора [86]. Турбоагрегат работа­ет с закрытыми клапанами ЦСД и открытыми клапанами ЦВД. Пово­ротная диафрагма полностью от­крыта. Охлаждение частей среднего и низкого давления производится паром из специально установленно­го пароохладителя. В пароохлади­тель подается пар из регулируемо­го отбора соседней турбины и кон­цевых уплотнений ЦВД. Охлажде­ние и увлажнение пара до сухости 0,98 производится впрыском конден­сата. В корпус турбины пар посту­пает через камеры отборов, а так­же через концевые уплотнения. Кор­пус ЦВД охлаждается паром, ко­торый подается в выхлопную часть цилиндра из станционного коллек­тора промышленного отбора. Ох­лаждающий пар проходит обратным потоком через проточную часть ЦВД, регулирующие клапаны, пе­репускные трубы и через смонти­рованную линию обеспаривания по­ступает в коллектор теплофикацион­ного отбора. При такой системе - охлаждения ротор низкого давления, имея диски и лопатки значительных размеров, вращается в среде с ма­лой плотностью, что уменьшает вентиляционные потери, и в то же время благоприятное распределение температуры по длине проточной части ЦВД позволяет достаточно быстро поставить турбину под на­грузку. При этом температурный режим цилиндров можно достаточно гибко регулировать температурой и количеством охлаждающего пара.

Несмотря на имеющийся опыт перевода турбин на беспаровой ре­жим, каждому такому переводу должны предшествовать темпера­турные испытания турбоагрегата в новом режиме. Эти испытания обычно проводятся службой налад­ки и включают в себя тщательное исследование теплового состояния турбоагрегата и возникающих в нем> термических деформаций и напря­жений. Испытания должны устано­вить оптимальный расход и пара­метры охлаждающего пара, а так­же режимный график перехода тур­бины на новые условия работы.

Для решения вопроса о целесо­образности перевода турбины на беспаровой режим и определения технико-экономических показателей такой работы необходимо тщатель­но учесть все потери турбогенера­тора, работающего в режиме син­хронного компенсатора.

К этим потерям относятся: а) расход электроэнергии на вра­щение роторов турбины и генерато­ра; б) потери генератора в железе и меди; в) потери тепла с охлаж­дающим паром; г) потери тепла на паровые эжекторы или расход элек­троэнергии на водяные эжекторы; д) мощность, потребляемая конден - сатным насосом; е) расход элект­роэнергии на подачу циркуляцион­ной воды в конденсатор.

В случае утилизации тепла ох­лаждающего пара экономичность работы агрегата в беспаровом ре­жиме существенно возрастает.

Опыт работы турбины ПТ-60-130 в беспаровом режиме на одной из станций показал, что суммарные по­тери турбины и генератора состав­ляют 56% расхода тепла на холо­стой ход. Эта величина может быть еще уменьшена за счет увеличения влажности охлаждающего пара, снижения давления пара в ЦВД и улучшения схемы собственных нужд агрегата.

Таким образом, перевод турбоге­нераторов в режим синхронного ком­пенсатора без расцепления муфты является удобным в эксплуатации способом содержания турбин во вращающемся резерве.