Спосіб розподілення теплового навантаження між підігрівниками сітьової води у теплофікаційних турбоустановках

Спосіб розподілення теплового навантаження між підігрівниками сітьової води в теплофікаційних турбоустановках, який здійснюють шляхом пропуску сітьової води послідовно через сітьові підігрівники нижнього і верхнього ступенів, регулювання тиску в нижньому ступені поворотною діафрагмою циліндра низького тиску і витрати пари в сітьовий підігрівник верхнього ступеня засувкою між верхнім відбором циліндра середнього тиску і підігрівником сітьової води верхнього ступеня, який відрізняється тим, що витрату пари в підігрівники нижнього і верхнього ступенів регулюють до досягнення оптимального розподілення теплового навантаження між підігрівниками сітьової води, визначеного як: G G Qт1 a0 ( св )2 (1 а1t зп ) а2 ( св )(1 а3 t зп ) а4 (1 а5t зп ) , 2 (11) 1 3 92090 4 Відомий спосіб розподілення теплового наванДля регулювання теплового навантаження в таження між підігрівниками сітьової води в теплоспособі з використанням трьох камер відборів на фікаційних турбоустановках (А.с. №1276839, різних параметрах пари проводять перемикання F01D17/20, Бюл. №46 від 15.12.86), шляхом пропо парі сітьових підігрівників з камер високих відпуску сітьової води послідовно через сітьові підігборів на низькі і назад залежно від величини вирівники нижнього і верхнього ступенів, регулювантрати пари через турбіну в межах необхідного теня тиску в нижньому ступені поворотною плового навантаження при заданій температурі діафрагмою циліндра низького тиску і витрати папрямої сітьової води. Причому, при роботі турбіни ри в сітьовий підігрівник верхнього ступеня засувза електричним графіком використовують відбори кою між верхнім відбором циліндра середнього з більш низьким температурним потенціалом, а за тиску і підігрівником сітьової води верхнього стутепловим графіком - відбори з більш високим темпеня. пературним потенціалом пари. Критерієм перемиПерерозподіл пари з вихлопу приводної турбікання сітьових підігрівників з відборів пари більш ни між підігрівником сітьової води нижнього ступевисокого потенціалу на відбори більш низького є ня і потоком пари в циліндр низького тиску (ЦНТ) температура сітьової води на виході з останнього при повному відкритті органів регулювання призпо ходу сітьового підігрівника і, як наслідок, рівень водить до зниження потужності останнього та нетисків у камерах відборів. довиробітку електричної енергії внаслідок значноВиконання камери відбору найбільш низького го зниження ККД проточної частини ЦНТ, а також потенціалу з нерегульованим відбором, призведе відхилення від оптимальних режимів роботи котла до недовиробітку або перевиробленню електроета циліндрів головної турбіни. Використання пари з нергії, оскільки кількість вироблюваного тепла кевихлопу привідної турбіни при збільшенні через рується тільки зміною режимів блоку основної турнеї витрати знижує вироблення енергії у відсіках біни. При роботі сітьових підігрівників від камер циліндра середнього тиску, розташованих за відвідборів з більш високим потенціалом відбір часбором на привідну турбіну, що призводить до затини пари призводить до роботи частини ступенів гального зниження вироблення електроенергії. проточної частини на зниженій витраті пари з неВідомий спосіб розподілення теплового навандовиробітком електричної енергії як за рахунок таження між підігрівниками сітьової води в теплозменшення через них витрати пари, так і за рахуфікаційних турбоустановках (А.с. 1467222 нок зниження ККД цих ступенів. А1F01D17/20, F01K13/00 від 13.07.87), шляхом Регулювання температури сітьової води із запропуску сітьової води послідовно через сітьові лученням байпаса сітьових підігрівників крім усьопідігрівники нижнього і верхнього ступенів, регуго призводить до перевитрати пари на сітьові піділювання тиску в нижньому ступені поворотною грівники і, як наслідок, до недовиробітку діафрагмою циліндра низького тиску і витрати паелектроенергії турбоустановкою. ри в сітьовий підігрівник верхнього ступеня засувНайбільш близьким до запропонованого за текою між верхнім відбором циліндра середнього хнічним результатом є спосіб розподілення теплотиску і підігрівником сітьової води верхнього стувого навантаження між підігрівниками сітьової вопеня. ди в теплофікаційних турбоустановках (Трухний Регулювання теплових навантажень у відомоА.Д. Теплофикационные паровые турбины и турму способі здійснюють із використанням додаткобоустановки / А.Д.Трухний, Б.В.Ломакин. - М.: Извого сітьового підігрівника, встановленого перед дательский дом МЭИ, 2006. - 540с), шляхом пропершим по ходу сітьової води підігрівником нижпуску сітьової води послідовно через сітьові нього ступеня. При цьому третій по ходу сітьової підігрівники нижнього і верхнього ступенів, регуводи підігрівник діє як піковий за рахунок відбору лювання тиску в нижньому ступені поворотною пари із циліндра середнього тиску. діафрагмою циліндра низького тиску і витрати паВідомий спосіб розподілення теплового наванри в сітьовий підігрівник верхнього ступеня засувтаження із двоступінчастим підігрівом пари, хоча і кою між верхнім відбором циліндра середнього дозволяє трохи розширити діапазон теплофікаційтиску і підігрівником сітьової води верхнього стуного навантаження, однак, навіть при невеликому пеня. обсязі відбирання зі циліндру середнього тиску Згідно з відомим способом розподіл теплового (ЦСТ) пари, призводить до зниження потужності навантаження між сітьовими підігрівниками нижголовної турбіни через недовиробіток потужності в нього і верхнього ступенів підтримують на рівні ЦСТ внаслідок використання пікового сітьового Qт1 =0,5, що не виключає перегрівів та недогрівів підігрівника. сітьової води на виході теплофікаційної. Тому, Відомий спосіб розподілення теплового наванособливо в зимовий період, при одночасному витаження між підігрівниками сітьової води в теплоробленні теплової та електричної потужності ознафікаційних турбоустановках (А.с. 956821 F01K7/44 чений механізм регулювання теплового і електриБюл.№33, 1981) шляхом пропуску сітьової води чного навантажень турбіни з урахуванням змінних послідовно через сітьові підігрівники нижнього і режимів температурного графіка тепломережі приверхнього ступенів, регулювання тиску в нижньому зводить до нераціонального використання тепла в ступені поворотною діафрагмою циліндра низького турбоустановці і недовиробітку електричної енертиску і витрати пари в сітьовий підігрівник верхньогії. го ступеня засувкою між верхнім відбором циліндВ основу винаходу поставлено задачу створа середнього тиску і підігрівником сітьової води рення способу розподілення теплового навантаверхнього ступеня. ження між підігрівниками сітьової води в теплофікаційних турбоустановках шляхом регулювання 5 92090 6 температури сітьової води на змінних режимах між верхнім відбором циліндра середнього тиску і роботи турбоустановок з регульованими відповідпідігрівником сітьової води верхнього ступеня при но до температурного графіка тепломережі відбооптимальному розподілі навантаження між сітьорами пари до оптимального розподілення тепловими підігрівниками нижнього і верхнього ступенів, вого навантаження між сітьовими підігрівниками визначають як: першого і другого ступенів без використання байt1 t звQт1опт (tпр t зв ) пасной лінії для перепуску сітьової води зі зворотде tзв -температура зворотної сітьової води на ної магістралі в пряму, що дозволяє, виключивши вході в підігрівник нижнього ступеня; tпр - темпераперегріви і недогріви сітьової води на виході тептура сітьової води на виході сітьового підігрівника лофікаційної установки турбін, одержати додатковерхнього ступеня. ву потужність, за рахунок чого досягнуте підвиРегулювання витрат пари в підігрівники нижщення економічності турбоустановки при роботі на нього і верхнього ступенів до досягнення оптиматеплофікаційному режимі. льного розподілу теплового навантаження між Поставлена задача досягається тим, що в підігрівниками сітьової води, визначеного як: способі розподілення теплового навантаження між G підігрівниками сітьової води в теплофікаційних Qт1 а 0 ( св ) 2 (1 а1t зп ) турбоустановках, шляхом пропуску сітьової води 1000 послідовно через сітьові підігрівники нижнього і G верхнього ступенів, регулювання тиску в нижньому а 2 ( св )(1 а 3 t зп ) а 4 (1 а 5 t зп ) 1000 ступені поворотною діафрагмою циліндра низького тиску і витрати пари в сітьовий підігрівник верхньоQт1 де Qт1 оптимальний розподіл теплого ступеня засувкою між верхнім відбором циліндQт ра середнього тиску і підігрівником сітьової води вого навантаження Qt (МВт) між сітьовим підігрівверхнього ступеня, відповідно до винаходу, витраником нижнього ступеня Qт1 і сітьовим підігрівнити пари в підігрівники нижнього і верхнього ступеком верхнього ступеня Qт2 за умови Qт=Qт1+Qт2; нів регулюють до досягнення оптимального розпоGcв - витрата сітьової води через послідовно з'єдділення теплового навантаження між нані сітьові підігрівники нижнього й верхнього ступідігрівниками сітьової води, визначеного як: пенів, (т/год); t - температура зовнішнього повіт G Qт1а0 ( с.в )2 (1 а1t н.в ) 1000 G а 2 ( с.в )(1 а3 t н.в ) а 4 (1 а5 t н.в ) 1000 де Qт1 Qт1 Qт оптимальний розподіл тепло вого навантаження Qт (МВт) між сітьовим підігрівником нижнього ступеня Qт1 і сітьовим підігрівником верхнього ступеня Qт2 за умови Qт=Qт1+Qт2; Gсв - витрата сітьової води через послідовно з'єднані сітьові підігрівники нижнього і верхнього ступенів, (т/год); tзп - температура зовнішнього повітря, (°С), аі(і=0-5) - коефіцієнти регресії для діапазонів зміни температури зовнішнього повітря, витрати сітьової води і типу турбіни, при цьому область збільшення (електричної) потужності ΔΝт, наприклад для турбіни Т-100/120-130 залежно від технологічних характеристик турбіни перебуває в інтервалах: для І діапазону зміни температури зовнішнього повітря 3,5°С tзп 10°С 1,45 Gсв/1000 4,0; для II діапазону зміни температури зовнішнього повітря 0°С tзп 3,5°С 1,2 Gсв/1000 3,5; для III діапазону зміни температури зовнішнього повітря -5°С tзп 0°С 1,0 Gсв/1000 3,25; для IV діапазону зміни температури зовнішнього повітря -8,5°С tзп -3°С 1,0 Gсв/1000 3,05; для V діапазону зміни температури зовнішнього повітря -11°С tзп 7,8°С 1,0 Gсв/1000 2,45, а температуру t1, регульовану поворотними діафрагмами циліндра низького тиску та засувкою зп ря, (°С), аі(і=0-5) - коефіцієнти регресії для діапазонів зміни температури зовнішнього повітря, витрати сітьової води і типу турбіни, дозволяє мобільно та якісно реагувати на зміни температур зовнішнього повітря і оптимально регулювати розподіл теплових навантажень між підігрівниками нижнього і верхнього ступенів, що дає можливість одержувати додаткову потужність, тобто підвищувати економічність турбоустановки на теплофікаційному режимі. Проведення регулювання для перерозподілу теплових навантажень між підігрівниками у встановлених (виявлених) при проведенні розрахункових досліджень областях, можливого одержання збільшення (електричної) потужності ΔΝτ, наприклад для турбіни Т-100/120-130 залежно від технологічних характеристик турбіни відбувається в інтервалах: для І діапазону зміни температури зовнішнього повітря 3,5°С tзп 10°С 1,45 Gсв/1000 4,0; для II діапазону зміни температури зовнішнього повітря 0°С tзп 3,5°С 1,2 Gсв/1000 3,5; для III діапазону зміни температури зовнішнього повітря -5°С tзп 0°С 1,0 Gсв/1000 3,25; для IV діапазону зміни температури зовнішнього повітря -8,5°С tзп -3°С 1,0 Gсв/1000 3,05; для V діапазону зміни температури зовнішнього повітря -11°С tзп 7,8°С 1,0 Gсв/1000 2,45, дозволяє, реалізувавши режим з найбільш оптимальним розподілом теплового навантаження між підігрівниками нижнього і верхнього ступенів, гарантованим одержанням приросту електричної 7 92090 8 потужності турбоустановки, виключивши непродув теплофікаційних турбоустановках при закритих ктивні витрати палива на перегріви і недогріви засувках на байпасній лінії 11 і перемичці 12. сітьової води. Сітьова вода від споживача 6 прокачується сіВизначення температури t1, що регулюють потьовим насосом 13 через сітьові підігрівники 3 і 4 воротними діафрагмами циліндра низького тиску при відкритих засувках 5, 14 і 15 і, минаючи пікота засувкою між верхнім відбором циліндра середвий котел 16, що використовується у випадку нинього тиску і підігрівником сітьової води верхнього зьких температур зовнішнього повітря для догріступеня при оптимальному розподілі навантаженвання сітьової води до температури, що відповідає ня між сітьовими підігрівниками нижнього і верхтемпературному графікові, по байпасу із засувкою нього ступенів як: 17 надходить до споживача 6 тепла. опт При такому регулюванні електричне навантаt1 t звQт1 (tпр t зв ) ження турбоустановки, яке виробляється електроде tзв - температура зворотної сітьової води на генератором 18, збільшується до максимально вході в підігрівник нижнього ступеня; tпр - темпераможливого значення та передається в електрометура сітьової води на виході сітьового підігрівника режу, яка відповідає температурі зовнішнього поверхнього ступеня, дозволяє мобільно регулювати вітря при роботі за тепловим графіком. параметри регенеративної системи з одержанням Вимірювання температури сітьової води здійсгарантованого приросту додаткової електричної нюється на вході у підігрівник 4 нижнього ступеня потужності при відпуску тепла споживачеві в пов(ПС-1) - tзв, між підігрівниками 3,4 (ПС-1 і ПС-2) - t1 і ному обсязі. на виході з підігрівника 3 верхнього ступеня (ПС-2) Спосіб розподілу теплового навантаження між - tпp. При цьому, температуру t1, регульовану повопідігрівниками сітьової води в теплофікаційних ротними діафрагмами 9 циліндра 8 низького тиску турбоустановках реалізований на теплофікаційній та засувкою 2 між верхнім відбором (І) циліндра 1 турбоустановці Т-100/120-130. Пара з котла з носереднього тиску і підігрівником 3 сітьової води мінальними параметрами перед турбіною (тиск верхнього ступеня при оптимальному розподілі свіжої пари 13,25МПа, температура свіжої пари навантаження між сітьовими підігрівниками 4 і 3 555°С) при номінальній витраті пари 440т/год наднижнього і верхнього ступенів, визначають за рівходить у циліндр високого тиску (ЦВТ), з якого, нянням балансів тепла сітьових підігрівників як: спрацювавши частину теплоперепаду, по пропускt1 t звQт1опт (tпр t зв ) ному паропроводі, надходить у циліндр 1 середнього тиску (ЦСТ 1) (Фіг.1). Спрацювавши тепловий перепад у першому відсіці ЦСТ 1 від входу до камери верхнього відбору (І) з тиском рв, частина пари через регулюючу засувку 2 направляється в сітьовий підігрівник 3 верхнього ступеня (ПС-2), конденсуючись у якому, передає теплову енергію сітьовій воді, що надійшла з сітьового підігрівника 4 нижнього ступеня (ПС-1). Основна пара з першого відсіку надходить у другий відсік ЦСТ 1, забезпечуючи в ньому вироблення потужності. З нижнього відбору (II) ЦСТ 1 пара надходить у нижній сітьовий підігрівник 4, сконденсувавшись у якому, віддає теплову енергію сітьовій воді, що надійшла по трубопроводу зворотної сітьової води через засувку 5 з теплової магістралі теплоспоживача 6. Частина пари, що залишилася, з вихідного патрубка ЦСТ 1 по пропускних паропроводах 7 направляється у двопоточний циліндр 8 низького тиску (ЦНТ ) із установленими на вході його проточної частини поворотними діафрагмами 9. Ця частина пари, зробивши роботу в ЦНТ 8, надходить у конденсатор 10 і сконденсувавшись - у теплову схему регенерації турбоустановки (на Фіг. не показано). Поворотом діафрагм 9 здійснюють вплив на потік пари, змінюючи тиск пари в нижньому відборі (II) і, відповідно, витрату пари в підігрівник 4 ПС-1 та в меншій мірі - в підігрівник З (ПС-2). Прикриттям засувки 2 зменшують витрату пари в підігрівник 3 (ПС-2) навіть за умови підвищення тиску пари рв у верхньому відборі (І). Керуючи потоком пари за допомогою поворотної діафрагми 9 і засувки 2, забезпечують оптимальний розподіл теплового навантаження між сітьовими підігрівниками при розподілі теплового навантаження між підігрівниками 3, 4 сітьової води де tзв - температура зворотної сітьової води на вході в підігрівник нижнього ступеня; tпp - температура сітьової води на виході сітьового підігрівника верхнього ступеня. Для обґрунтування доцільності запропонованого способу оптимального розподілу теплового опт навантаження Qт1 між сітьовими підігрівниками турбоустановки Т-100/120-130 виконано розрахункове дослідження з використанням моделей високого рівня на розробленому в ІПМаш НАН України програмному комплексі, у якому систематично взаємопов'язані технологічні параметри теплових розрахунків турбіни, розрахунків теплової схеми турбоустановки, теплофікаційної установки, а також теплових і гідравлічних зв'язків між всіма елементами турбоустановки, як по парі, так і по воді (живильній, сітьовій, конденсату). Математичні моделі, використовувані в програмному комплексі, були верифіковані за результатами роботи турбоустановок Т-100/120-130 енергоблоків №1 і №2 Харківської ТЕЦ-5 і показали гарний збіг розрахункових і отриманих на енергоблоках характеристик. У процесі дослідження змінювалися основні режимні параметри технологічного процесу: витрата сітьової води на підігрівники та температура зовнішнього повітря, при незмінній витраті свіжої пари на турбіну, яка нормативно для турбіни Т100/120-130 становить 440т/год. Розрахункові дослідження проведені для двоступінчастої схеми підігріву сітьової води порою з (І та II) відборів турбіни в діапазоні змінення теплового навантаження від 1000 до 4000т/год, що відповідає технічним характеристикам сітьових підігрівників, у діапазоні зміни температури зовнішнього повітря (25°С tзп 10°С) відповідно до температурного графіка 150/70°С. 9 92090 10 опт Як кінцева цільова функція визначався оптизначення Qт1 , що може бути описано рівнянням мальний розподіл теплового навантаження між регресії вигляду: сітьовими підігрівниками, верхнього і нижнього G ступенів, що забезпечував, поряд з відпуском в Qт1 а 0 ( св ) 2 (1 а1t зп ) повному обсязі теплової енергії споживачеві, до 1000 того ж і приріст електричної потужності турбоустаG св а2 ( )(1 а 3 t зп ) а 4 (1 а 5 t зп ) новки із установленням (пошуком) границь засто1000 сування способу по основних параметрах регулюде ai(i=0-5) - коефіцієнти регресії, які залежать вання - витраті сітьової води залежно від зміни від області змінення функції (Gсв, tзп) і для теплотемператури зовнішнього повітря. фікаційної турбіни Т-100/120-130 наведені в Проведена обробка результатів розрахунковотабл.1. го дослідження роботи турбоустановки Т-100/120Керуючими параметрами для запропоновано130, отриманих з використанням програмного комго способу розподілу теплового навантаження між плексу для визначення оптимального розподілу сітьовими підігрівниками є: температура сітьової теплового навантаження між сітьовими підігрівниводи на виході із другого сітьового підігрівника tпp ками 4 та 3 (ПС-1 і ПС-2) у діапазоні зміни темпе(температура сітьової води в прямій магістралі), ратури зовнішнього повітря -11°С tзп 10°С, довощо задається температурним графіком, а також дить можливість реалізації способу з температура сітьової води між першим і другим гарантованим одержанням поряд з відпуском у сітьовими підігрівниками, визначена як повному обсязі теплової енергії споживачеві, додаткового приросту електричної потужності турбоустановки згідно температурного графіка за умови регулювання розподілу теплового навантаження між сітьовими підігрівниками на рівні оптимального t1 t звQт1опт (tпр t зв ) де tзв - температура зворотної сітьової води на вході в підігрівник нижнього ступеня; tпp - температура сітьової води на виході сітьового підігрівника верхнього ступеня. Для кожної з виділених областей залежно від витрати сітьової води прирости потужності наведені у табл.2. 11 За даними табл.2., максимальний приріст потужності турбоустановки при роботі з оптимальним розподілом теплового навантаження між сітьовими підігрівниками відбувається в областях І й V і залежить від витрати сітьової води. За результатами розрахункового дослідження на Фіг.2 наведені інтервали з можливим зростанням потужності турбіни Νт при витраті сітьової води Gсв=2000т/год і різних температурах зовнішнього повітря tзп залежно від відносного теплового навантаження Qт1 як основної характеристики розподілу теплового навантаження між сітьовими підігрівниками 4 і 3 (ПС-1 і ПС-2), Qт1 Qт1 Qт де Qт=Qт1+Qт2 - теплове навантаження турбіни (МВт), що дорівнює тепловому навантаженню сітьових підігрівників нижнього Qт1 і верхнього Qт2 ступенів, причому значення Qт1 змінюється від 0 до 1,0, що відповідає роботі сітьових підігрівників або тільки при включеному підігрівнику 3 верхнього ступеня (ПС-2), або тільки підігрівнику 4 нижнього ступеня (ПС-1). Як видно з Фіг.2, у діапазоні зміни температур tзп від 10°С до -11°С одержання максимальних значень потужності турбіни Ντ (у випадку електричної потужності турбоустановки Ne, що визначають як Ne=ΔΝт ηг, де ηг – ККД електрогенератора, на рівні 0,985 0,988, при якому виконується Ne 50МВт), яке може відбуватися тільки при певних значеннях розподілу теплового навантаження Qт1 між сітьовими підігрівниками, що будуть оптимальними при експлуатації теплофікаційної турбоустановки із функцією, що задається від tзп (тобто тепловим навантаженням відповідно до температурного графіка). Шукане змінення потужності турбоустановки до максимально можливого внаслідок перерозподілу теплового навантаження Qт1 від 0 до 1,0 у кожному з діапазонів зміни tзп відбувається і при значеннях витрат сітьової води Gсв, в інтервалі від 1000т/год до 4000т/год. Зростання потужності турбоустановки Nтмax залежно від оптимальних значень розподілу теплового навантаження між сітьовими підігрівниками Qт1опт при різних значеннях витрат сітьової води Gсв і заданих температурах зовнішнього повітря tзп наведені на Фіг.3. Як випливає із графіка (Фіг.3), змінення Nтмax залежно від оптимального розподілу теплового 92090 12 навантаження Qт1 знаходиться в різних діапазонах і для кожного з них має вигляд лінійних залежностей. Причому, умови лінійності здійснені для обмежених діапазонів значень витрат сітьової води Gсв у кожному з інтервалів змінені температур зовнішнього повітря, що задаються температурним графіком і залежать від технологічних характеристик сітьових підігрівників і турбіни, а також техніко-економічних параметрів (тобто виконуються для діапазонів значень Gсв у кожному з інтервалів зміни температур tзп зовнішнього повітря). Так, у період опалювального сезону виконання температурного графіка починається при tзп від 10°С. Максимальна потужність турбоустановки може бути отримана при зміні tзп до -11°С. При цьому, мінімальна припустима витрата сітьової води, при експлуатації сітьових підігрівників становить 1000т/год, а максимальна - 4000т/год (для ПС-1 і ПС-2 турбін Т-100/120-130. При Gсв=1000т/год одержання приросту електричної потужності буде гарантоване при -11°С tзп -2°С. При tзп