+7 495 360 4777

Адрес: Россия, 107023, г.Москва, Семеновский переулок, д.15, оф.224

Факс: +7 495 360 0926

Еmail: pps@edunet.ru

 
Архив о ходе и результатах тренажерной подготовки

Главная  —  Публикации

Отработка пусковых режимов энергоблока ПГУ-450 Калининградской ТЭЦ-2 на математической модели.

Радин Ю.А., Рубашкин А.С., к.т.н., Давыдов А., Рубашкин В.А., инженеры
ВТИ - ЗАО "Тренажеры для электростанций"

Тепловая схема бинарной парогазовой установки ПГУ-450 Калининградской ТЭЦ-2 включает две газовые турбины ГТЭ-160 (ОАО ЛМЗ) с регулируемым входным направляющим аппаратом (ВНА), выходные диффузоры которых сообщены с соответствующими котлами-утилизаторами П-96 (ОАО "Подольский завод"), пар двух давлений откоторых подводится к паровой турбине Т-150-7,7 (ОАО ЛМЗ).

Оборудование тепловой схемы Калининградской ТЭЦ-2 сходно с ПГУ-450Т Северо-Западной ТЭЦ, но имеет и ряд отличий. В частности, котлы-утилизаторы имеют горизонтальную компоновку, при этом испарительные контуры выполнены с естественной циркуляцией. Это вносит существенные изменения в технологию пусков и режимов работы энергоблока под нагрузкой.

Ниже приводится краткое описание основного оборудования ПГУ-450 Калиниградской ТЭЦ-2.

Газотурбинная установка ГТЭ-160, далее ГТУ, является одновальным турбоагрегатом, работающим по простому термодинамическому циклу, при начальной температуре газа 1060°С, температуре газа на выходе из турбины 544°С. Электрическая мощность ГТУ составляет 150 МВт при коэффициенте полезного действия 33,8% при расчетных внешних условиях - температура наружного воздуха 15°С, давление 1,013 Бар (760мм Hg), влажность 60%, сопротивлении на входе воздуха в компрессор 10 Мбар (100 мм вод. ст.), сопротивлении на выходе газа из турбины 30,4 Мбар (300 мм вод. ст.).

Газы после ГТУ поступают в барабанные котлы - утилизаторы типа П-96 двух давлений. Котлы - утилизаторы имеют горизонтальную компоновку, два парогенерирующих контура (высокого (ВД) и низкого (НД) давления) с паровыми барабанами и с естественной циркуляцией в испарительных контурах. Сжигания топлива в котлах нет, пропуск выхлопных газов ГТУ через неработающий котел не допускается.

По ходу газов в каждом котле последовательно располагаются пароперегреватель ВД (ППВД), испаритель ВД (ИВД), экономайзер ВД (ЭВД), пароперегреватель НД (ППНД), испаритель НД (ИНД) и газовый подогреватель конденсата (ГПК)

После ГПК на входе в дымовую трубу в газоходе каждого котла-утилизатора установлена дождевая заслонка, препятствующая расхолаживанию поверхностей нагрева котла после останова блока.

Пар после пароперегревателей высокого и низкого давлений поступает в ЦВД (пар низкого давления подводится в камеру между 16 и 17 ступенями) паровой турбины типа Т-150-7,7 производства АО ЛМЗ.

Регулирования давления и температуры пара в котле в рабочем диапазоне нагрузок не предусмотрено, блок рассчитан для работы при скользящем давлении пара в контуре высокого давления, определяемом температурой и расходом газов, поступающих в котел из ГТУ, а также режимом работы паровой турбины.

Турбина паровая, теплофикационная, типа Т-150-7,7 с 3-мя регулируемыми отборами пара, номинальной мощностью 161,6 МВт на конденсационном режиме и 128,6 МВт на теплофикационном режиме предназначена для непосредственного привода генератора типа ТФГ-160-2УЗ производства ОАО "Электросила", монтируемого на общем фундаменте с турбиной, и отпуска тепла на теплофикацию до 329,7 Гкал/ч при расчетной температуре наружного воздуха -2,2°С.

Одним из важнейших принципов организации технологии пусковых режимов установок типа ПТ-450 является оптимальный выбор начальной нагрузки ГТУ при пусках блока из различных тепловых состояний.

Начальная нагрузка ГТУ выбирается исходя из того, чтобы количество тепла, поступающее в котел-утилизатор вместе с выхлопными газами было достаточным для выполнения следующих действий:

  • получения парообразования в контурах высокого и низкого давления,
  • прогрева конструкции котла и металла паропроводов,
  • повышения параметров пара высокого давления до толчковых,
  • предварительного прогрева органов паровпуска высокого давления,
  • подачи пара в паровую турбину и повышения ее частоты вращения до холостого хода,
  • включения генератора паровой турбины в сеть и набора начальной нагрузки генератором ПТ.

Однако, в случае с котлом-утилизатором П-96 горизонтального типа с естественной циркуляцией, начальную нагрузку ГТУ в особенности при пусках с несохранившемся давлением в барабане высокого давления, следует повышать ступенями, так как в начальные моменты времени при отсутствии циркуляции в контурах котла, наибольшее набухание уровня ожидается в барабане низкого давления, и только после того, как контур высокого давления прогреется, в нем начнется циркуляция, тепловосприятие контура ВД будет расти, а количество тепла газов на входе в контур низкого давления будет снижаться. Это является признаком завершения переходных процессов в контуре низкого давления котла - утилизатора.

При остановах котлов-утилизаторов происходит расхолаживание обоих контуров котла из-за необходимости продолжительного (около 20 часов) расхолаживания ГТУ после ее остановки при вращении от ВПУ (частота вращения 105-110 об/мин), что приводит к образованию конденсата в пароперегревателе высокого давления. При последующих запусках блока это приводит к необходимости выпаривания конденсата еще на начальной нагрузке ГТУ.

Нагружение ГТУ до начальной нагрузки производится сначала до 20 МВт, с выдержкой в течение 20 минут для компенсации набухания в контуре низкого давления и начала естественной циркуляции в контуре высокого давления, и для выпаривания конденсата из пароперегревателя высокого давления. Пример номограммы определения начальной нагрузки ГТУ представлен на рис

Номограмма выбора начальной нагрузки пускаемой ГТУ

Для определения правильности выбора начальной нагрузки и продолжительности выдержки на ней было произведено математическое моделирование пуска энергоблока ПГУ-450 на тренажере энергоблока для Калининградской ТЭЦ-2, при пусках из холодного и горячего состояния по технологической схеме 1ГТУ+1КУ+1 ПТ.

Компьютерный тренажер энергоблока, реализованный на локальной сети персональных компьютеров с процессорамиPentium-4, работающих под управлением OC LINUX, включает в себя в качестве основной программной составляющей модель технологических процессов, работающую в реальном, или ускоренном (в 3 раза) масштабе времени и охватывающую основные режимы работы энергоблока. Для различных компонентов полной модели энергоблока моделируются следующие процессы:

в составе газотурбинной установки –

  • для компрессора с направляющим аппаратом – процессы сжатия и нагрева воздуха (массовый и энергетические балансы),
  • для собственно газовой турбины – процессы расширения и охлаждения газов, смешения газовых потоков (массовый и энергетические балансы),
  • для установки в целом – выработка (в газовой турбине) и затраты (в компрессоре) мощности, энергетический баланс (в том числе в зависимости от оборотов).

в составе котлов-утилизаторов –

  • аэродинамика течения газов в газоходе котла-утилизатора с учетом самотяги дымовой трубы,
  • процессы теплообмена и теплового баланса газов в газоходах поверхностей нагрева,
  • процессы теплообмена (теплового баланса) и массообмена в перегревателях высокого и низкого давления, в экономайзере высокого давления и в газовом подогревателе конденсата (с учетом потерь в окружающую среду),
  • гидродинамика и процессы теплообмена и массообмена циркуляционных контуров и барабанов высокого и низкого давления,
  • процессы прогрева (охлаждения) металла верха и низа барабана высокого давления,
  • гидродинамика контуров рециркуляции конденсата ГПК с учетом характеристик насосов рециркуляции конденсата.

в составе паровой турбины –

  • процессы течения пара и массообмена в проточных частях паровой турбины, включая регулирующие клапаны высокого и низкого давления, процессы теплового (энергетического) баланса и изменения состояния пара в отсеках паровой турбины,
  • процессы теплообмена и массообмена в конденсаторе паровой турбины (в том числе, массообмена по воздуху), процессы массообмена (в том числе по воздуху) в системе паровых уплотнений турбины,
  • процессы прогрева (расхолаживания) стопорных клапанов высокого давления и цилиндра ВД (корпуса) турбины, и относительное расширение ротора ЦВД.

в составе паропроводов высокого и низкого давления – процессы теплообмена и массообмена с учетом открытых запорных органов (главных паровых задвижек, задвижек и регулирующих клапанов на байпасах ГПЗ, задвижек на линиях отбора пара на ПСБУ, РОУ собственных нужд и на уплотнения турбин).

в составе питательного узла – гидродинамика и процессы массообмена в питательных насосах и питательных магистралях высокого и низкого давления.

в составе деаэратора – процессы теплообмена и массообмена (с учетом фазовых переходов) в паровой и водяной частях деаэратора.

в составе конденсатного тракта – гидродинамика и процессы массообмена в конденсатных насосах и их напорной магистрали,

процессы теплообмена и массообмена в паровой части подогревателя низкого давления, процессы теплообмена в его конденсатной части.

в составе эжекторной установки –

процессы течения и массообмена в эжекторах (в том числе, массообмена по воздуху),

гидравлика и процессы массообмена в эжекторных насосах и их напорной магистрали.

в составе ПСБУ высокого и низкого давления – процессы течения и массообмена (с учетом впрысков).

в составе теплофикационной установки –

гидравлика и процессы теплообмена в водоводяном теплообменнике (ВВТО),

процессы теплообмена и массообмена в паровых частях сетевых подогревателей (СП) и процессы теплообмена в их водяных частях, а также гидравлика схемы сетевой воды.

модели компонентов тепломеханической части ПГУ связаны между собой моделями соединительных элементов: трубопроводов, смесителей, задвижек, клапанов.

По электрической части блока моделировались электромеханические процессы в генераторах (с учетом их соединения в общий узел и взаимовлияния через этот узел), в их системах возбуждения и тиристорных пусковых устройствах (для генераторов ГТУ), электромеханические процессы в электродвигателях механизмов собственных нужд (в основном, насосов различного назначения).

Кроме того, в полную модель были включены модели ряда автоматических устройств, без которых эксплуатация реального блока (а значит, и использование модели) невозможна, или, по крайней мере, весьма затруднительна.

Сюда относятся:

  • регуляторы скорости газовых турбин, воздействующие на регулирующие клапаны подачи топлива к камерам сгорания КТ, и паровой турбины, воздействующие на ее регулирующие клапаны высокого давления;
  • регулятор давления пара ВД "до себя" на ПТ;
  • регуляторы уровня (питания) в барабанах высокого и низкого давления котлов-утилизаторов;
  • регулятор уровня в конденсаторе;
  • регулятор давления пара на уплотнения паровой турбины;
  • предохранительные клапаны ВД котлов-утилизаторов и их ИПУ (импульсно-предохранительные устройства);
  • некоторые блокировки (в частности, блокировки закрывающие отсечной клапан на подаче топлива в ГТУ при отключении генератора от сети или полном закрытии регулирующего клапана; блокировки, включающие резервный питательный или конденсатный насос при отключении основного, и др.);

Необходимость специальной разработки и включения в состав полной модели ПГУ моделей этих автоматических устройств вызвана тем, что ко времени проведения данной работы проект АСУ ТП, в состав которого они должны войти, еще не был разработан.

Все описанные ниже процессы и режимы были реализованы на этой модели, поэтому после ввода в действие и освоения реальной установки некоторые количественные характеристики полученных результатов могут потребовать уточнения.

Пуск энергоблока из холодного состояния производился после планового останова и простоя более 40 часов. К началу пусковых операций давление в барабане высокого и низкого давления (БВД и БНД соответственно) составляло 0.1 МПа.

Из имеющихся данных об остывании паровой турбины Т-150-7.7 и паропроводов Северо-Западной ТЭЦ их температура после 40 часов естественного остывания не должна превышать 200 и 80°С, соответственно.

Перед началом пусковых операций было произведено заполнение и подача пара (от пускорезервной котельной (ПРК)) в деаэратор, заполнение (до пусковых уровней) БВД, БНД и конденсатора ПТ, включение ВПУ ПТ, снижение давления в конденсаторе и подача пара (от ПРК) на уплотнения.

После этого был произведен запуск газотурбинной установки и набор начальной нагрузки - 20 МВт с выдержкой на ней 20 минут.

Через 10 минут после набора начальной нагрузки начало происходить набухание уровня в БНД (примерно на 200 мм) и соответствующее нарастание давления в барабане. Набухание уровня было скомпенсировано открытием аварийной продувки. Рост давления продолжался следующие 10 мин. и к концу 20 минутной выдержки давление в БНД достигло своего номинального значения.

Спустя 18 минут после набора начальной нагрузки начался рост давления в БВД.

После того, как давление в БВД достигло 0.5 МПа начало открываться БРОУ ВД (под воздействием регулятора положения), а после достижения давление в БВД 3.5 МПа, БРОУ перешло в режим поддержания давления до себя с уставкой 3.5 МПа.

Через 20 минут после выдержки ГТУ на нагрузке 20 МВт было произведено повышение мощности ГТУ до 40 МВт.

При этой нагрузке был подан пар в паровую турбину и повышение частоты вращения до номинальной (3000 об/мин) с выдержками на частотах 500 и 1200 об/мин, включение генератора в сеть и последующий набор начальной нагрузки (порядка 25 МВт).

Подключение контура НД производилось на нагрузке ГТУ 100 МВТ, что соответствует нагрузке ПТ около 45 МВт. Подъем давления в БНД, в это время, связан с преждевременным закрытием РУ НД.

После подключения контура НД дальнейшее нагружение блока до номинальной нагрузки производилось совместно ГТУ и ПТ.

График пуска ПГУ-450 (1ГТУ+1КУ+ПТ) из холодного состояния представлен на рисунке 1.

Пуск энергоблока из горячего состояния производился после планового останова и простоя в течение 4 часов 30 мин. В отличие от пуска из холодного состояния пуск из горячего состояния происходил при сохранившемся давлении в БВД и БНД. В связи с этим стартовая нагрузка ГТУ составила 100 МВт. Она была выбрана исходя из данных об остывании турбины Т-150-7.7 и паропроводов ВД Северо-Западной ТЭЦ и необходимости подключения контура НД, после чего было произведено дальнейшее совместное нагружение ГТУ и ПТ до номинальной нагрузки.

График пуска ПГУ-450 (1ГТУ+1КУ+ПТ) из горячего состояния представлен на рисунке 2.

Вывод:

Таким образом, использование компьютерного тренажера на стадии выполнение проектных работ позволило подтвердить правильность выбора стартовой нагрузки 20 МВт при пусках из холодного состояния и 100 МВт из горячего состояния.

Дальнейшее применение данного тренажера на стадии проектирования и пусконаладочных работ может помочь оптимизировать режимную наладку энергоблока, что в свою очередь может привести к существенному снижению количества опытов, необходимых для отладки оборудования энергоблока, алгоритмов работы как отдельного оборудования, так блока в целом.

Рис. 1

Использование тренажера на стадии проектирования позволяет отработать различные режимы его работы и произвести необходимые расчеты для определения ресурса работы наиболее критичных элементов пароводяного тракта энергоблока в данных режимах.

Рис. 2