Бездеаэраторные тепловые схемы: выбор решений
Работы по внедрению бездеаэраторных тепловых схем (БТС) были начаты НПО ЦКТИ им. Ползунова и Всероссийским теплотехническим институтом (ВТИ) с участием ГРЭС и турбинных заводов при разработке технических решений по повышению эффективности блоков сверхкритического давления (СКД).
Дальнейшее развитие и совершенствование тепловых схем были направлены на отказ от деаэратора повышенного давления как источника повышенной опасности.
Определяющим обстоятельством для решения этой задачи явилось успешное внедрение в тепловую схему смешивающих подогревателей низкого давления (ПНД) и нейтрально-кислородного водно-химического режима (НКВХР), выполненных независимо друг от друга НПО ЦКТИ, ВТИ и другими научными организациями.
ЦКТИ и ВТИ совместно с турбостроительными заводами, электростанциями и проектными институтами внедрили несколько вариантов БТС (рис. 1) на 28 энергоблоках ГРЭС и ТЭЦ.
Варианты схемных и компоновочных решений, подбор различных типов оборудования создали предпосылку для выбора оптимального варианта БТС.
Анализ опыта
Обобщение и анализ опытных данных и специальных исследований, выполненных ЦКТИ и ВТИ, позволяют сделать следующие выводы.
Полностью себя оправдало перераспределение потоков пара и воды, которые раньше сбрасывались в деаэратор:
• рециркуляция ПЭН (питательный электронасос) и ПТН (питательный турбонасос) – в смешивающий ПНД-2;
• конденсат из концевых камер уплотнений питательных насосов – в ПНД-2, 5 и бак низких точек;
• пар от растопочного расширителя – в ПНД-5;
• пар от штоков клапанов – в паропровод IV отбора до КОСов (клапан обратный соленоидный);
• пар от концевых уплотнений турбины – в смешивающий ПНД-2.
Опытные данные подтвердили экономическую эффективность и надежность БТС за счет повышения температуры воды на входе в ПТН со 165 до 198о С за счет отказа от бустерных насосов, уменьшения расхода воды на 80 тонн в час, исключения выпара деаэратора, равномерного нагрева по ступеням схемы регенерации, обеспечения недогрева в ПНД, утилизации тепла дренажа ПВД-7 (8) в смесителе, установленном на входе в питательный насос, что обеспечило нагрев основного конденсата на 5‑60о С. Суммарное повышение экономичности от применения БТС составляет 1‑1,5 процента в зависимости от варианта принимаемых решений.
Эффективность схемы с одним смешивающим ПНД-2, модернизированным поверхностным ПНД-1 и схемы со смешивающими ПНД-1 и 2, установленными по гравитационному принципу, близки между собой, поскольку устранение недогрева в смешивающем ПНД-1 нивелируется значительными потерями давления пара (до 45 процентов) в трубопроводе от камеры отбора до ПНД-1. Установка смешивающего воздухоохладителя в поверхностном ПНД-1 обеспечивает стабильный недогрев 2-30° С, поэтому температура основного конденсата после ПНД-1 в обоих вариантах схемы близка (+10° С).
При модернизации действующего энергоблока затраты на установку смешивающих ПНД-1 и 2 значительно больше, чем при установке одного смешивающего ПНД-2 (в 3-4 раза).
Смешивающие ПНД-1 и 2 целесообразно устанавливать для вновь строящихся блоков, вследствие малой цены смешивающего ПНД-1 по сравнению с поверхностным аппаратом.
Рост эффективности
Подтвердилась эффективность и надежность работы турбины со смешивающим ПНД-2, в котором установлена перегородка, отделяющая отсек нагрева от отсека сбора конденсата и отсутствует обратный паровой клапан (ОПК). Расчеты показали, что при сбросе нагрузки максимальный заброс оборотов ротора турбины обратным потоком пара из смешивающего ПНД не превышает 1 об/мин. Максимальный диаметр капель влаги в обратном потоке пара не более 0,2 миллиметра, а время истечения обратного потока пара составляет 50-60 секунд.
При наличии ОПК в ПНД-2, надежность конструкции которого не вызывает сомнений, температура основного конденсата на выходе из аппарата снижается на 2-3° С вследствие падения давления греющего пара за счет гидравлического сопротивления клапана. ОПК также усложняет конструкцию подогревателя.
Применение нагрева и деаэрации основного конденсата в смешивающем ПНД-2 сторонним паром в пусковых режимах повысило эффективность отмывки, прогрева и пуска оборудования из различных тепловых состояний. Конструкция узла подвода пара от стороннего источника в ПНД-2 обеспечивает температуру пара, поступающего в проточную часть турбины через паропровод при пуске, не выше 1000° С, что не влияет на надежность лопаток. Имеющийся безарматурный гидрозатвор дополнительно выполняет функции предохранительного клапана при повышении давления пара в ПНД-2.
Отсутствие нагрева и деаэрации в ПНД-2 на пусковых режимах привело к появлению микротрещин в трубопроводах питательного тракта, вызванных заполнением холодной водой при пусках из горячего и неостывшего состояний, снизилось качество отмывки тракта, сократился фильтроцикл фильтров блочной обессоливающей установки (БОУ).
Компоновка расположения смешивающего ПНД-2 относительно насосов, выполненная в соответствии с рекомендациями, обеспечивает их бескавитационную работу во всех эксплуатационных режимах работы блока.
Отклонение от этих рекомендаций приводит к кавитационному срыву и срабатыванию защиты по снижению давления на входе.
Среди различных вариантов слива дренажа из ПВД-7 в смеситель при изменении нагрузки блока от 30 до 100 процентов наиболее эффективным решением является установка двух преобразователей частоты (ПЧ), с помощью которых регулировалась работа КЭН-2ст. Эффективность других решений, таких, как установка регулирующего клапана (РК) на напоре КЭН-2ст., установка переключателя либо использование каскадного слива дренажа, была близка между собой и зависела от качества изготовления РК и переключателя, а также от условий эксплуатации (частоты и степени изменения нагрузки блока).
Установка дросселя и обратного клапана на линии слива дренажа из ПВД-7 в смеситель исключила гидроудары в системе основного конденсата при имеющихся проскоках пара в режиме эксплуатационного упуска уровня воды в ПВД-7. Обратный клапан исключает попадание основного конденсата в паровое пространство ПВД-7 при малых нагрузках.
Установка механического фильтра на входе в питательные насосы позволила отказаться от ненадежных очистных сеток и исключить попадание механических частиц в проточную часть насосов, что позволило повысить надежность их работы.
Конструкция фильтра обеспечивает его очистку на ходу.
Улучшенная защита
Аварийная подача химочищенной воды из бака запаса конденсата (БЗК) и байпас БОУ по основному конденсату на вход в ПНД-2 при снижении уровня в нем обеспечивает надежную работу КЭН-2ст. и первого по ходу воды поверхностного ПНД в аварийном и нормальном режимах.
В случае аварийной подачи холодной воды во входной коллектор КЭН-2 при снижении уровня в смешивающем ПНД-2 имело место растрескивание элементов проточной части насоса и разуплотнение вальцовки в трубной доске в первом по ходу воды ПНД.
Защита от повышения давления тракта от КЭН-2ст. до входного патрубка питательных насосов при их переключении с помощью предохранительного пружинного клапана более предпочтительна, чем установка мембраны, поскольку в последнем случае требуется установка основной и спутниковой мембраны с арматурой. Имели место случаи разрыва мембран, и эксплуатация блока осуществлялась с их отключением.
При пуске и переключении питательных насосов выявилась повышенная вибрация вследствие ограничения расхода воды через линию рециркуляции.
Установка дополнительного дроссельного устройства, работающего на двухфазной среде, обеспечила проектный расход воды через линию рециркуляции, что позволило исключить вибрацию насосов.
Применение БТС для вновь проектируемых блоков с турбинами К-330-240 ЛМЗ, Т-250/300-240 и Т-175/185-130 УТЗ позволило дополнительно получить следующие преимущества (рис. 2):
• отказаться от деаэраторной этажерки;
• снизить нагрузки на колонны при расчете сейсмического воздействия;
• уменьшить длину машинного зала на один пролет (для турбины УТЗ).
Опыт эксплуатации БТС подтвердил их эффективность, надежность и простоту. При разработке технических решений по тепловой, пусковой схеме БТС и ее оборудованию следует использовать уже накопленный опыт модернизации, проектирования и эксплуатации существующих энергоблоков, работающих по БТС.
Научно-производственное Объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И. И. Ползунова
Источник: Энергетика и промышленность России