Диссертация (Совершенствование структуры и оптимизация режимных параметров автоматической системы управления мощностью ПГУ при ее участии в регулировании частоты и мощности в энергосистеме), страница 4

Основными элементами, ограничивающими высокую маневренность утилизационной ПГУ являются паровая и газовая турбины а основными причинами — термонапряження в роторах и корпусах. Однако, эксплуатация парогазовых установок ведется при относительно небольших давлениях и использовании высокопроизводительной системы воздушного охлаждения ГТУ, поэтому высоких температурных напряжений ротора и корпуса турбины не возникает.

Отсутствие в котле-утилизаторе топки исключают вопросы с организацией горения при малых температурах, а докритические давления предопределяют малую толщину стенок оарабанов и невысокие переходные температурные напряжения. Эти факты исключают значительного влияния КУ на снижение маневренности ПГУ. Маневренность ПГУ характеризуют ее динамические свойства, определяемые главным образом изменением электрической мощности при возмущении по топливу. Меняя расход топлива, реакция ГТУ практически незамедлительно ведет к изменению мощности н тем самым является фактически безынерционной, что не скажешь про реакцию паровой турбины.

Дело в том„что паровая турбина воспринимает поданное возмущение через пароводяной тракт с запаздыванием из-за его тепловой инерции, вследствие которой возмущение по топливу приводит сначала к изменению мощности генератора ГТ и лишь спустя некоторое время к изменению мощности генератора ПТ. Известно, что устойчивость ПГУ к нанесению возмущений зависит от -способности быстро изменять мощность при отклонениях частоты сети от номинальной при участии в регулировании частоты и мощности энергосистемы; - скорости изменения нагрузки в режиме эксплуатации в рамках регулнровочного диапазона, во время выполнения диспетчерского графика; - способности удерживать нагрузку собственных нужд и холостой ход после сбросов нагрузки. Особенности эксплуатации ПГУ и предъявляемые технические требования к нх маневренности открывают широкие возмояоюсти для исследований их режимов работы в условиях современной энергетики.

1.2. Анализ результатов работ, проводимых для ПГУ в конденсаннонном режиме по части условий эксплуатации За время развития парогазовой отрасли в нашей стране было выпущено немало учебных пособий, монографий и научных статей в которых ставились задачи надежной эксплуатации, нахождения наиболее эффективной работы и оптимизации режимов ПГУ. Наиболее доступное изьяснение фундаментальной теории газотурбинных и парогазовых установок электростанций представлено в учебном пособии ~ЗО~.

В книге описываются режимы ГТУ и ПГУ с показателями, влияющими на их работу. способы регулирования выработки электрической и тепловой энергии, приводятся методи ческие положения„позволяющие проводить оценку эффективности того или иного технологического схемного решения. включая возможности повышения КПД и экономии топлива.

Учебное пособие ~311 предлагает методику расчета тепловой схемы. и ее отдельных элементов трехконтурных утилизационных парогазовых установок. Сложность расчета тепловых схем таких установок заключается в необходимости учета процесса расширения пара в паровой турбине. Расчеты показывают„ что в зависимости от выбора режима работы паровой турбины экономические показатели ПГУ существенно изменяются. А в методическом пособии ~32~ излагается методология теплового расчета одно- и двухконтурных ПГУ с приведением результатов исследования влияния температуры наружного воздуха на экономические показатели ПГУ.

В диссертационных работах ~29, 33~ отмечаются основные ограничения, накладываемые на скорость перехода парогазовой установки с одного режима на другой, связанные с допустимыми условиями прогрева (расхолаживания) толстостенных элементов паровой части, Это, в первую очередь, входные коллекторы водяных экономайзеров высокого давления, барабаны котловутилнзаторов высокого давления, выходные коллекторы пароперегревателей высокого давления, паропроводы высокого давления и детали паровой 2О ИГУ-39 Сочинской ТЭЦ 1ИУ- 5ОТ Северо- западной ТЭЦ Критерий Скорость повышения температуры металла ЦВД корпуса стопорного клапана высокого давления, не более 13'С/мин ~ Разность температур металла верха и низа ЦВД в зоне ,.~ паровпуска ~ При прогреве паропроводов высокого и низкого давления, а также при повышении частоты вращения ротора и нагружении турбины разность температур пара по ниткам ~ не должна превышать 50'С ~ Скорость повышения температуры металла паропровода ~ высокого давления, ие более 30'С/мин ~ Температура пара контура низкого давления перед подключением не должна отличаться от температуры пара ' в камере отбора более чем на З5-50 С.

~ Скорость подъема давления в барабане высокого давления ~ при давлении не выше 2,0 МПа, не более 0,45 МПа/мин 0,25 МПа/мин ! Скорость повышения температуры металла выходного ~ коллектора ППВД, не более ЗО'С/мин 15'С/мин Особенно сильно прогрев высоконагруженных элементов оборудования паросиловой части цикла влияет на продолжительность пусков ПГУ. На этом основании можно констатировать тот факт, что если в тепловой схеме ПГУ применяется нескольких газовых турбин, работающих каждая на свой котел- утилизатор, возможен более гибкий режим нагружения всей парогазовой установки благодаря поочередной загрузки связки ГТ со своим КУ. Преимушество такого режима — - относительно небольшие скорости прогрева 1расхолаживания); сложность заключается в выравнивании параметров пара турбины — корпусы стопорных клапанов высокого давления, пароперепускные трубы высокого давления и роторы высокого давления.

Поэтому показатели маневренности ПГУ выше по сравнению с традиционными паросиловыми энергоблоками в связи с тем, что критические высоконагруженные детали паровой части парогазовых установок с кот/нами-утилизаторами имеют меньшие толщины стенок и работают при относительно более низких давлениях пара. Таблица 1.2. Критерии надежности основных элементов энергоблока ~ЗЗ1 перед паровой турбиной, так как одним из ограничением завода-изготовителя является разность температур пара в паропроводах высокого давления перед паровой турбиной ~< 20"С для ПГУ-450Т).

Средние темпы прогрева ротора и корпуса компрессора с газовой турбиной схожи, поэтому ГТУ считается крайне мобильным агрегатом. В статье 13~ опубликованы собранные воедино основные параметры, ограничивающие регул ировочный диапазон и маневренность ПГУ в конденсационном режиме. На номинальную мощность оказывают влияние: температура наружного воздуха, параметры пара перед паровой турбиной, включение в работу антиобледенительной системы 1АОС) ГТУ, отвод пара на собственные нужды через редукционно-охладительное устройство ~РОУ).

В публикации показаны для полного 12ГТУ+2КУ+ПТ) и неполного 11ГТУ+1КУ+ПТ) состава оборудования ПГУ-450Т зависимости от мощности; температуры газов на выходе ГТУ и температуры пара высокого давления, содержания оксидов азота в уходящих газах, КПД ГТУ, паротурбинной установки ~ПТУ) и энергоблока в целом, В работе 134~ рассматривается профиль ПГУ с газовыми турбинами Ч94.3А Мешена, ГТЭ-110 «Сатурн» и ГТЭ-160 для строительсгва новых электростанций с учетом требований маневренности. Разбирается вопрос использования байпасных дымовых труб для различных вариантов ПГУ в целях повышения их маневренности и опережающего ввода мощности.

Байпасная дымовая труба позволяет при наборе мощности направить уходящие газы после ГТУ в атмосферу, осуществляя таким образом опережающий пуск ГТУ, что дает возможность довольно быстро набрать около 2/3 мощности парогазового энергоблока. Один из сложных видов маневрирования энергоблоком — вывод его на технологический минимум, Для этой цели хорошо зарекомендовал себя режим разгрузки блока на скользящем давлении пара во всем пароводяном тракте. Такой способ регулирования давления позволяет повысить экономичность энергоблока при работе на пониженных нагрузках на 3% благодаря поллержанию номинальных температур свсжсго пара в широком лиапазоне мощностей ~29, 35). В сборнике трудов Ивановского государственного энергетического университега опубликованы статьи исследований„проводимые на ПГУ специалистами университета.

В обзоре ~361 отражены результаты анализа отечественных и зарубежных достижений по структуре и составу тепловых схем ПГУ и ПТУ с влиянием основных параметров на тепловые процессы, происходящие в цикле. Статьи ~37, 38~ освещают вопросы работы бинарных парогазовых установок утилизационного типа на частичных нагрузках с оценкой эффективности. Выводы показали, что в рассматриваемом диапазоне нагрузки ПГУ (60-100 6) КПД КУ растет при разгрузке блока и при увеличении температуры наружного воздуха, а КПД ПТУ практически постоянен, при условии сохранения номинальной температуры пара на входе в ПТ и работе блока на скользящем давлении.

Но с уменьшением температуры острого пара КПД ПТУ снижается. В докладе [39) представлены исследования работы бинарной парогазовой установки при низких температурах наружного воздуха, результатом которого стала рекомендация использования нагретого воздуха теплового укрытия ГТ для работы АОС, что позволяет снизить затраты работы на привод компрессора ГТ и, следовательно, уменьшить удельный расход топлива на ПГУ, Как отмечалось ранее, вопрос о переводе ПГУ на переменный режим стоит довольно остро, в связи с чем, при разработке структуры ПГУ инженеры сталкиваются с широким кругом задач: выбор числа и модификаций ГТУ, КУ, ПТУ, расчет параметров газового и пароволяного трактов, выбор способа парораспределения (регулирования расхода пара через турбину), моделирование пуско-остановочных режимов, режимов разгружения и нагружения и т.п. А для ПГУ, работающей в теплофикационном режиме, круг задач становится еще шире при изменении температурного графика потребления сетевой воды.