ЭКСПЛУАТАЦИЯ ПАРОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК

РЕГЕНЕРАТИВНЫЕ И СЕТЕВЫЕ ПОДОГРЕВАТЕЛИ

А) Общие положения

Современные паротурбинные ус­тановки имеют развитую систему регенерации, состоящую из пяти — девяти регенеративных подогрева­телей, осуществляющих ступенча­тый подогрев питательной воды. Применение регенеративного подог­рева питательной воды является эффективным средством повышения экономичности турбоустановки.

Подогрев питательной воды осущест­вляется до определенной температуры, за­висящей в основном от начальных пара­метров пара. С увеличением начального - давления увеличивается и температура пи­тательной воды. Эффективность регенерации зависит также от типа, способа включения регенеративных подогревателей и качества их работы.

Регенеративные подогреватели разде­ляются на смешивающие и поверхностные.. В подогревателях смешивающего типа грею­щий пар непосредственно контактирует с конденсатом, нагревая его практически до> температуры насыщения греющего пара. В поверхностном подогревателе из-за тер­мических сопротивлений передачи тепла температура подогретой воды ниже темпе­
ратуры насыщения греющего пара на 3— 5°С. Эта величина называется «едогревом. Недогрев воды до температуры насыщения греющего пара обусловливает энергетиче­скую потерю в установке. Чем меньше не­догрев, тем при заданной температуре по­догрева воды ниже давление отбираемого пара и больше совершаемая им в турбине работа. Прн увеличении недогрева эконо­мичность установки снижается и появля­ется перерасход топлива.

Таким образом, регенеративная схема со смешивающими подогревателями в тер­модинамическом отношении является наи­более совершенной, поскольку здесь прак­тически отсутствует недогрев и с большой эффективностью используется тепло дрена­жа греющего пара.

Однако существует ряд трудностей в реализации многоступенчатого регенера­тивного подогрева питательной воды с при­менением смешивающих подогревателей. Одна из наиболее существенных состоит в том, чтобы обеспечить надежное предот­вращение попадания воды в проточную часть турбины при различных переходных режимах.

В настоящее время в ОСОР действует только несколько установок со смешиваю­щими подогревателями низкого давления на турбинах типа К-300-240 (ХТГЗ и ЛМЗ). В дальнейшем при получении эксплуата­ционного опыта намечено применять более широко подогреватели низкого давления смешивающего типа.

Наибольшее распространение в настоя­щее время получили схемы с поверхност­ными подогревателями, причем единствен­ный подогреватель смешивающего типа — деаэратор — используется в основном для дегазации питательной воды. Для увеличе­ния совершенства схемы с поверхностными подогревателями в тепловом отношении в современных установках находят широкое распространение пароохладители и охлади­тели дренажа греющего пара. Поскольку часть подогревателей потребляет перегре­тый пара из отборов турбины, было бы це­лесообразно догревать питательную воду до - более высокой температуры, чем температу­ра насыщения греющего пара. Повышение температуры питательной воды за счет съема перегрева греющего пара осуществля­ется в выделенной для этой цели поверхно­сти основного подогревателя. Такие элементы регенеративной схемы называют­ся пароохладителями. Применение пароох­ладителей позволяет полнее использовать- тепло греющего пара данного отбора и раз­грузить тем самым верхний отбор, грею­щий пар которого имеет больший коэффи­циент ценности тепла.

Применение пароохладителя в верхнем подогревателе ((последнем іпо ходу воды) позволяет иметь более высокую температу­ру питательной воды, чем в установке без пароохладителя, или же при фиксирован­ной температуре питательной воды позво­ляет снизить давление греющего пара.

Определенный экономический эффект дает также рациональное использование тепла дренажей греющего пара. С этой точки зрения наивыгоднейшим вариантом является подача дренажа греющего пара в питательную магистраль после основного подогревателя. Недостаток такой системы заключается в наличии большого количест­ва сливных насосов. В условиях эксплуата­ции большее предпочтение отдается каскад­ному сливу дренажа из подогревателей бо­лее высокого давления в подогреватели меньшего давления за счет разности давле­ний между этими подогревателями. При та­кой схеме повышение эффективности ис­пользования тепла дренажей греющего па­ра достигается установкой охладителен дренажа, которые могут выполняться в виде отдельного теплообменника либо мо­гут быть встроенными в основной подогре­ватель. Применение охладителя дренажа позволяет сократить расход греющего пара на данный подогреватель за счет более ши­рокого использования пара нижних от­боров.

Представленная на рис. 7-14 •схема регенерации низкого давле­ния турбины - К-800-240-2 характери­зует основные направления в - созда­нии современных регенеративных -схем.

Сетевые подогреватели на ТЭЦ предназначаются для подогрева сетевой воды в теплофикационной системе. В установках старых типов - подогрев осуществлялся в основном и пиковом бойлерах, последний из которых включался при низких температурах окружающего возду­ха. Основной - бойлер снабжался паром от регулируемого теплофика­ционного отбора турбины, а пико­вый — от промышленного отбора -(в турбинах типа ПТ) или через РОУ от магистрали острого пара при наличии на - станции только теплофикационных турбин.

В настоящее время применяется более совершенная в тепловом от­ношении схема подогрева сетевой воды (рис. 7-15). Современные •крупные теплофикационные турби­ны имеют два теплофикационных отбора (верхний и нижний), к кото­рым присоединяются сетевые подо - треватели. Оба отбора имеют сле­дующие пределы изменения давле­ния: верхний — от 0,0588 до

0,196 МПа (от 0,6 до 2,0 кгс/см2); нижний—от 0,049 до 0,147 МПа (от 0,5 до 1,5 кгс/см2). При работе турбины с двумя отборами регули­руемое давление -поддерживается только в верхнем отборе, »при рабо­те с одним нижним отбором регу­лируемое давление поддерживается в нижнем отборе. Максимальная температура сетевой воды при двух­ступенчатом подогреве — до 120°С.

Для обеспечения - более высокой температуры нагрева - сетевой воды в работу включается - пиковый водо­грейный котел. В случае, если тур­бина имеет конденсатор с встроен­ным теплофикационным пучком, последний может быть использован как первая ступень - подогрева - сете­вой воды. Турбина при этом долж­на работать с ухудшенным ваку­умом в конденсаторе.

Б) Конструкция регенеративных и сетевых подогревателей

Регенеративные поверхностные подогреватели по их назначению и конструктивным признакам могут быть разделены на две группы: подогреватели низкого и высокого давления. Через -первую группу по­догревателей вода. прокачивается конденсатными насосами при -срав­нительно небольшом давлении воды и греющего пара. Через подогрева­тели высокого давления вода прока­чивается питательным насосом - под давлением, превышающим давление в котле. Давление греющего пара у этих теплообменников достигает 5,88—6,38 МПа (60—65 кгс/см2).

Эти условия работы и определя­ют конструктивные различия подо­гревателей высокого и низкого дав­ления. Подогреватели низкого дав­ления (ПНД) конструктивно проще и дешевле подогревателей высокого давления (ПВД). Поверхность на­грева этих подогревателей чаще все­го образована системой U-o-бразных труб, размещенных в цилиндричес­ком, обычно вертикальном, корпусе, в верхней части которого находится

Водяная камера с трубной доской (рис. 7-16). В зависимости от рас­положения перегородок в водяной камере подогреватели имеют два или четыре хода воды.

Греющий пар обычно подается в верхнюю часть корпуса, ниже водяной камеры, и омывает верти­кальные трубки снаружи.

Движение парового потока на­правляется соответствующими гори­зонтальными перегородками. Кон­денсат греющего пара собирается в нижней части корпуса и сливается из него через клапан, управляемый регулятором уровня. На корпусе подогревателя предусматриваются штуцера для подвода дренажей и паровоздушной смеси из подогре­вателей более высокого давления, а также штуцера для отсоса паро­воздушной смеси и присоединения указателей уровня конденсата. Пер­вый по ходу конденсата регенера­тивный подогреватель иногда вы­полняют горизонтальным и встраи­вают в горловину конденсатора (ЛМЗ). Это облегчает компоновку остальных ПНД.

До .последнего времени в оте­чественной энергетике в качестве (материала для трубок ПНД исполь­зовалась лишь латунь марки Л-68.

Практика эксплуатации блочных установок на сверхкритические на­чальные параметры пара показала, однако, что во многих случаях экс­плуатации и в особенности при не­значительных нарушениях режима работы конденсаторов в отношении содержания кислорода в конденсате латунные трубки ПНД являлись ос­новным источником выноса меди в тракт котлов и проточную часть турбин. Это обстоятельство застави­ло пересмотреть вопрос о возмож­ности применения латуни Л-68 для изготовления трубок ПНД. Для ПНД более правильным является применение нержавеющей стали 1Х18Н10Т. Указанное соображение является одной из самых сущест­венных причин, побудивших начать применение в регенерации низкого давления турбин подогревателей контактного (смешивающего) типа.

Поскольку в смешивающих по­догревателях вообще отсутствуют цветные металлы, вынос меди в пи­тательный тракт из этого элемента тепловой схемы полностью исключа­ется. Эти подогреватели дешевле и проще по конструкции, чем подо­греватели поверхностного типа, так как в смешивающих подогревателях отсутствует трубная система. Дру­гой положительной особенностью смешивающих подогревателей явля­ется возможность обеспечить в этих конструкциях дополнительную деаэ­рацию конденсата. Эта возможность обусловлена тем, что в аппаратах подобного типа, как и в деаэрато­рах, нагрев конденсата производит­ся путем контакта с греющим паром с возможностью доведения темпера­туры обогреваемой воды до темпе­ратуры насыщения, соответствую­щей давлению в корпусе подогрева­теля. Некоторое, хотя и небольшое, увеличение экономичности установ­ки при применении смешивающих подогревателей также говорит в их пользу.

Ввиду того, что значения давле­ний пара в корпусах отдельных по­догревателей низкого давления от­личаются ненамного, нижний подо­греватель может быть установлен без перекачивающего насоса. Пода­ча конденсата из этого подогрева­теля в следующий возможна за счет гидростатического давления столба воды при расположении нижнего подогревателя выше последующих.

В настоящее время на некоторых энергоблоках 300 МВт по этой схе­ме работают один или два нижних подогревателя смешивающего типа.

Подогреватель низкого давления сме­шивающего типа (рис. 7-17) представляет собой конструкцию, состоящую из горизон­тально расположенного корпуса, внутри которого в два яруса размещены горизон­тальные перфорированные лотки. Паро­впускные коробы расположены под лотка­ми нижнего яруса. Греющий пар, выходя из боковых отверстий этих коробов, дви­гаясь вверх, пересекает систему струй по обе стороны от каждого короба и нагрева­ет воду. Выпар через щелевидные проходы верхнего яруса поступает в верхнюю часть подогревателя, где расположены встроен­ные контактные охладители выпара (на ри­сунке не показаны). .Подогретый конденсат стекает в конденсатосборник и через трубу поступает в расположенный ниже подогре­ватель или к перекачивающим насосам. По­догреватель, представленный на рис. 7-'17, следует рассматривать как один из вариан­тов возможных конструкций смешивающих ПНД.

Большие исследовательские и опытно-конструкторские работы по созданию ПНД смешивающего типа были проведены ВТИ и ЦКТИ. Бо­лее подробные материалы по этому вопросу содержатся в появившейся в самое последнее время специаль­ной литературе [25, 32—36].

Подогреватели высокого давле­ния отечественного производства выполняются с горизонтально рас­положенными спиральными змееви­ками, приваренными к распредели­тельным коллекторам. Такая систе­ма позволяет иметь хороший доступ к поверхности нагрева для осмотра, удаления или замены поврежденных труб. Представленный н. а рис. 7-18, а подогреватель высокого давления типа ПВСС имеет три хода по пи­тательной воде. Организация потока воды представлена «а рис. 7-18, б. Греющий пар поступает в централь­ную часть подогревателя, откуда с помощью направляющего желоба подается в верхнюю часть корпуса ПВД. Горизонтальные направляю­щие перегородки направляют пар сверху вниз. Верхние спирали по­догревателя образуют зону пароох­
ладителя, нижние—зону охладителя дренажа. Корпус подогревателя имеет патрубки для отсоса воздуха, слива дренажа греющего пара и приема дренажа из верхнего подо­гревателя. Трубная система подогре­вателя через водяные коллекторы соединяется с верхней крышкой корпуса и может быть поднята вместе с ней. Для направления трубной системы при подъеме и опускании в корпус предусмотрены кронштейны с роликами и направ­ляющие планки.

Применяемые в установках сверхкритического давления ПВД имеют некоторые конструктивные отличия по сравнению с аппаратам, показанным на рис. 7-18, заклю­чающиеся в основном в организа­ции подвода питательной воды и греющего пара (рис. 7-19). (В этих теплообменниках вода подается сни­зу и водяные коллекторы приварены к днищу корпуса. Пар подается в - верхнюю часть подогревателя, при­чем конструкция соединения паро­вой трубы с корпусом дает возмож­ность отъединять эту трубу и под­нимать кожух подогревателя, оставляя на месте всю тяжелую трубную систему. Применение такой конструкции облегчает ремонтные работы и профилактический осмотр трубной системы ПВД.

При эксплуатации первых блоков на сверхкритические параметры пара возникли определенные трудности с уплотнением фланцев горизонтального разъема корпусов ПВД. .При большой скорости прогрева кор­пуса, а также при других нарушениях ста­ционарного термического состояния подо­гревателя плотность фланцевого соединения нарушалась и корпуса подогревателей про­паривали. В настоящее время для уплотне­ния разъема ПВД применяются мембран­ные уплотнения, обеспечивающие полную герметичность этого узла (рис. 7-20). Эти уплотнения вырезаются из листового желе­за, привариваются к фланцам корпуса, а затем свариваются между собой. При ре­монте подогревателя это соединение разре­зается автогеном. Такие уплотнения в даль­нейшем предполагается устанавливать и на ПНД крупных блоков.

Каждый из ПВД обеспечивается комплектом арматуры автоматичес­кого регулирования и защиты по верхнему предельному уровню кон­денсата. Аппаратура автоматичес­кого регулирования поддерживает нормальный уровень конденсата в корпусе, выпускает избыток кон­денсата в дренажную линию, не допуская при этом проскоков пара. Эта аппаратура также включает ав­томатическое защитное устройство, предохраняющее корпус подогрева­теля от переполнения 'ВОДОЙ. Повы­шение уровня в ПВД вследствие

Разрыва трубок может привести к серьезным авариям. Прежде всего вода, заполнив корпус подогревате­ля, через линию регенеративного отбора может попасть в турбину, вызвав тяжелые поломки лопаточ­ного аппарата. Кроме того, при за­крытии обратного клапана на отбо­ре корпус подогревателя может быть поставлен под полное давление питательного насоса, на которое он не рассчитан.

В современных установках су­ществует групповая защита подо­гревателей высокого давления от превышения уровня конденсата. Эта защита отключает всю группу ПВД при превышении уровня воды в любом из подогревателей. Схема автоматического отключения группы ПВД представлена на рис. 7-21. Она работает следующим образом: при переполнении любого из корпу­сов ПВД импульс от датчика уровня поступает на соленоидные клапаны и открывает подачу конденсата на гидравлический сервомотор. Серво­мотор закрывает впускной клапан, и вода направляется по обводной линии. Обратный клапан, не под­держиваемый восходящим потоком воды, .падает, и группа подогревате­лей оказывается отключенной.

В современных блочных установ­ках, помимо защит, отключающих группу ПВД, устанавливаются за­щиты, отключающие блок при даль­нейшем повышении уровня воды в подогревателе. Импульс для сраба­тывания этой защиты 'берется по по­казаниям двух уровнемеров, один из которых действует 'В системе за­щиты по первому уровню. При сра­батывании этой защиты налагается запрет на включение питательных насосов.

Помимо защиты от переполне­ния подогревателей на энергобло­ках существует автоматика переклю­чения дренажей ПВД и ПНД. При сбросах нагрузки или пуске агрега­та, когда деаэратор питается паром от постороннего источника, а дав­ление в первом по ходу воды ПВД
мало для подачи дренажа греющего пара в деаэратор, автоматически от­крывается клапан перепуска дрена­жей, в последний п. о ходу воды ПНД. Кроме того, имеется автома­тический аварийный сброс дренажа ПНД № 2 в конденсатор в случае отказа в работе сливного насоса.

Сетевые подогреватели, применя­емые в СССР, выполняются двух ти­пов: вертикальные и горизонталь­ные. Подогреватели вертикального типа, использующиеся в сравнитель­но маломощных теплофикационных установках, по своей конструкции мало отличаются от регенератив­ных подогревателей низкого давле­ния. Самая существенная особен­ность заключается в том, что в от­личие от ПНД, имеющих U-образ- ные трубки, в сетевых подогревате­лях применяются прямые трубки, завальцованные с обеих сторон в трубные доски. Это облегчает чи­стку трубной системы с водяной стороны. Нижняя трубная доска с водяной камерой не закреп­лена ъ корпусе и имеет возможность перемещаться при температурных деформациях трубного пучка.

Горизонтальные сетевые подо­греватели выполняются в комплек­те с мощными теплофикационными турбинами современного типа. Гори­зонтальные подогреватели (рис. 7-22) выполняются с поверхностью нагрева до 4000—5000 м2 для кон­денсации 250—350 т/ч пара (тур­бина типа Т-250-240 УТМЗ). -Подо­греватели горизонтального типа раз­мещаются под корпусоїм турбины. Соединительный патрубок при этом имеет минимальную длину, что очень важно, если учитывать большое се­чение патрубка. По своей конструк­ции и характеристикам сетевые по­догреватели горизонтального типа близки к конденсаторам турбин средней мощности.

В) Пуск, останов и нормальная экс­плуатация регенеративных подогре­вателей

Подогреватели могут включать­ся и отключаться при пуске и оста­нове турбоагрегате, а также при
выводе его в ремонт и вводе в экс­плуатацию после ремонта. При нор­мальном пуске турбоагрегата подо­греватели «изкого давления с момен­та пуска «онденсатного насоса вклю­чаются по пару и воде. Сливной на­сос при этом не работает, и все дре­нажи направлены в конденсатор. Подогреватели высокого давления включаются, как правило, после набора нагрузки и появления в верхних отборах избыточного дав­ления.

В принципе ПВД можно вклю­чать по пару с самого начала пуска турбины. В этом случае прогрев по­догревателей будет производиться совместно с прогревом турбины. Однако очень часто ПВД создают большой присос воздуха в вакуум­ную систему, что не позволяет ино­гда набрать вакуум, необходимый для пуска турбины. В ряде случаев приходится по этой причине отклю­чать и верхние ПНД, не обладающие достаточной воздушной плотностью. Все отключенные подогреватели за­тем включаются в работу при появ­лении в отборах избыточного дав­ления.

По мере роста нагрузки. включа­ется сливной насос, слив дренажа соответствующего подогревателя в конденсатор закрывается, дренажи первого по ходу воды ПВД пере­ключаются на деаэратор.

В процессе пуска необходимо сле­дить за уровнем воды в корпусах подогревателей и за работой регу­ляторов уровня. Перед пуском тур­бины необходимо опробовать защи­ту ПВД от переполнения.

Вывод из работы регенеративных подогревателей при останове турби­ны производится в обратной после­довательности. При хорошей плот­ности парового пространства подо­гревателей турбину можно остано­вить с включенной по пару и воде системой регенерации.

Отключение какого-либо подогре­вателя в ремонт производится в следующей последовательности:

А) прекращается подача греюще­го пара;

Б) открывается задвижка обвода воды помимо подогревателя;

В) закрываются задвижки входа и выхода воды;

Г) отключаются дренажные ли­нии и линии отсоса воздуха.

Включение в работу подогрева­теля после ремонта производится в следующем порядке:

А)трубная система через впуск­ную задвижку или ее байпас запол­няется водой, и производится ее опрессовка. Плотность системы про­веряется по отсутствию течи из дре­нажа корпуса или по водомерному стеклу;

Б) открываются задвижки «а входе и выходе воды;

В) закрывается задвижка на об­водной линии;

Г) открывается отсос воздуха из корпуса подогревателя;

Д) производятся прогрев и дре­нирование паропровода греющего пара;

Е) прогревается корпус подогре­вателя;

Ж) открывается паровая за­движка, и после появления уровня конденсата в водоуказательном стек­ле открывается дренажная линия и включается регулятор уровня.

■Прогрев корпусов ПВД мощных блоков следует производить с боль­шой осторожностью, чтобы не вы­звать значительных температурных напряжений и коробления фланцев. Для контроля за прогревом корпуса подогревателя необходимо следить за скоростью роста температуры пи­тательной воды или температуры на­сыщения греющего пара. Эти вели­чины регламентируются местными инструкциями по эксплуатации.

Обслуживание регенеративной схемы в условиях нормальной рабо­ты заключается в наблюдении за состоянием работающего оборудо­вания и параметрами, характеризу­ющими его работу, в устранении от­клонений от нормального режима работы, в производстве профилакти­ческих мероприятий и в системати­ческом опробовании защит и бло­кировок.

В условиях нормальной эксплуа­тации важнейшими показателями работы подогревателя являются ве - л«чина нагрева воды и величина не - догрева воды до температуры насы­щения греющего пара (последняя величина характерна для подогре­вателей без пароохладителей, по­скольку при наличии пароохладите­ля температура подогрева воды может превышать температуру на­сыщения греющего пара). Отклоне - нение этих величин от расчетных указывает на ненормальную работу подогревателей. При этом следует отметить, что расчетные величины нагрева воды в подогревателях и недогрева ее до температуры насы­щения будут иметь место только при номинальной нагрузке турбогенера­тора. При пониженных нагрузках давления в отборах упадут и нагрев воды в подогревателях (за исклю­чением деаэратора) снизится. Сни­жение нагрева в схеме регенерации низкого давления приведет к уве­личению нагрузки на деаэратор; снижение нагрева в подогревателях высокого давления приведет к пони­жению температуры питательной воды, поступающей в котел.

Так же резко меняется режим работы группы подогревателей при отключении одного из них по пару. В этом случае верхний подогрева­тель оказывается перегруженным, величина нагрева воды в нем уве­личится, а величина недогрева воз­растет. В нижний подогреватель в больших количествах будет посту­пать высо'Копотенциальный дренаж из верхнего подогревателя, что при­ведет к уменьшению расхода пара из отбора. 'В этом случае величина нагрева также увеличится, причем недогрев воды может иметь отри­цательное значение, т. е. темпера­тура воды на выходе из подогре­вателя может оказаться выше тем­пературы насыщения отборного пара.

Здесь следует, кстати, отметить, что не всегда уменьшение недогре­ва является положительным факто­ром. Если уменьшение недогрева яв­ляется следствием увеличения коэф­фициента теплопередачи в подогре­вателе, то это безусловно повышает экономичность установки. Если же уменьшение недогрева происходит за счет проскока пара из верхнего подогревателя через воздушную ли­нию или линию слива дренажа, то экономичность установки будет ухудшаться из-за вытеснения низко - потенциальных отборов пара высо­копотенциальными.

При эксплуатации регенератив­ных и сетевых подогревателей необ - ходимо следить за уровнем конден­сата и за исправной работой ікон - денсатоотводчиков и регуляторов уровня. Не допускается работа при отсутствии уровня, а также. при слишком высоком уровне в корпусе подогревателя. В. первом случае возможен проскок пара в нижний подогреватель, во втором — умень­шается поверхность основной (кон­денсационной) части подогревателя, что может послужить причиной не­догрева питательной воды.

Не следует допускать работу подогревателя с полным открытием клапана регулятора уровня ПВД. Это может вызвать срабатывание защиты ПВД от переполнения при переменных нагрузках.

В обязанности обслуживающего персонала входит систематическое опробование: сигнализации повыше­ния уровня в ПВД, работы обрат­ных клапанов отбора, АВР сливных насосов. Не реже 1 раза в 3 мес. производится опробование защит ПВД от переполнения по I и II пре­делам. Опробование защиты по I пределу производится замыканием контактов уровнемера. При этом проверяется работа водозапорной арматуры и сигнализации. Перед испытанием эксплуатационный пер­сонал должен быть предупрежден о временном .понижении температу­ры. питательной воды. Опробование защиты по II пределу, вызывающей останов блока, производится с пере­водом импульса на сигнал.

Г) Неисправности регенеративных подогревателей

Неисправности элементов систе­мы регенерации существенно влия­ют на экономичность всей турбо­установки, вследствие - чего устране­ние их должно производиться в воз­можно короткий срок. Этому спо­собствует и то обстоятельство, что вывод в ремонт регенеративных подогревателей не связан с останов­кой турбины, а может .производить­ся при работающем агрегате.

Основные неисправности, их причины и способы устранения при­водятся в табл. 7-5.