Перспектива збільшення економічності Зуєвської теплової електростанції за допомогою вибору оптимального режиму роботи енергоблоку

Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 27

Перспектива збільшення економічності Зуєвської теплової електростанції за допомогою вибору оптимального режиму роботи енергоблоку

Введення

Теплові електростанції України становлять основу електроенергетики України. Споруджені в 60 - 80 рр. ТЕС мають 99 конденсаційних енергоблоків потужністю від 175 до 800 МВт установлені на 14 ТЕС і 3 ТЕЦ. При цьому понад 53% енергоблоків експлуатуються більше 200 тис. годин, що перевищує граничний установлений у світовій практиці рівень фізичного й морального зносу.

Ще гірше стан основного й допоміжного устаткування на теплоелектроцентралях. На деяких з них експлуатується обладнання, установлене ще в 50-і рр. Практично більша частина основного обладнання ТЕЦ фізично зношене й у ряді випадків морально застаріло.

Слід зазначити, що прискоренню фізичного зносу котельного обладнання сприяє якість вугілля, так за останні 20 років його зольність збільшилася з 26 до 35-38%, а теплота згоряння зменшилася з 21-22 МДж/кг до 17-19 МДж/кг.

Підвищення зольності вугілля привело до перевантаження систем пилеприготування котлів, ерозійному зношуванню поверхонь нагрівання, підвищенню аварійності, зниженню маневрених можливостей, погіршенню екологічних показників, значному збільшенню об'ємів золошлаковідтлавів.

Погіршення якості палива - енергетичного вугілля - зажадало збільшення спалювання висококалорійного палива: газу й мазуту, для підтримки стійкого горіння вугілля в топках котлів, а з огляду на безупинно зростаючі світові ціни на газ і мазут, Україна однаково повернеться до використання українського вугілля.

У результаті цього значна кількість енергоблоків не можуть розвити проектну потужність, і тому вони були перемаркіровані на менше значення потужності. Як приклад, можна розглядати блоки 300 МВт Зуєвської ТЕС, які в цей час несуть навантаження рівне 275 Мвт, це відбувається в результаті спрацювання устаткування, а також погіршення якості палива.

В Україні після 1990 року практично не вводяться нові потужності. З огляду на фінансовий стан країни й галузі, а також те, що закордонні інвестори не проявляють зацікавленості в розвитку електроенергетики України, немає підстав думати, що в найближчі 5-10 років буде початок будівництва нових ТЕС.

При цьому варто врахувати, що створення нових електростанцій, що споживають органічне паливо, можливо тільки за умови розвитку паливної бази країни або значного збільшення імпорту палива з Росії й інших країн.

Однак ні перший, ні другий шлях для України по економічних і фінансових умовах неможливі.

Тому для збереження й забезпечення енергетичної безпеки країни необхідно здійснити реконструкцію існуючих ТЕС країни з метою продовження терміну служби встаткування на 15-20 років, підвищення його економічності й екологічності. Реабілітація повинна забезпечити продовження строку експлуатації обладнання й підвищити економічність на 3-4%[11].

Одним зі шляхів збільшення економічності станції є:

- вибір оптимального режиму роботи НПК і енергоблоку в цілому;

- розробка СТД НПК ;

- оцінка відкладень у трубках конденсатора на параметри роботи НПК;

Даний дипломний проект розглядає перспективу збільшення економічності Зуєвської ТЕС за допомогою вибору оптимального режиму роботи енергоблоку.

1. Коротка характеристика Зуєвської ТЕС

1.1 Історична довідка

Технічний проект Зуєвської ТЕС потужністю 2400 МВт виконаний відповідно до завдання на розробку технічного проекту, затвердженим Міненерго УРСР 15 січня 1974 року. Обрано площадку для будівництва нової електростанції в Донецькій області в районі існуючої Зуєвської ТЕС, затверджено постановою Совміна УРСР від 18 вересня 1973 року. Затверджена Міністерством енергетики й електрифікації УРСР 17 липня 1973 року.

Технічний проект Зуєвської ТЕС затверджений від 14 жовтня 1975 року рішенням номер 61 Міністерства енергетики й електрифікації УРСР. 1 січня 1981 року із закінченням будівництва й уведенням пусковій котельні Зуєвської ТЕС, станція уведена в число діючих підприємств виробничого об'єднання «Донбасенерго», з 2003 року Зуєвська ТЕС входить до складу ТОВ «Востокенерго».

Проект Зуєвської ТЕС загальною потужністю 2400 МВт, виконаний Харківським відділенням інституту «Теплоенергопроект». Проект буд бази й ППР по монтажі будівельних конструкцій виконаний Донецькою філією інституту «Атоменергобудпроект». Монтаж обладнання вів трест «Теплоенергомонтаж».

Пусковий комплекс блок 1 потужністю 300 МВт уведений в експлуатацію актом державного приймання від 29 березня 1982 року, енергоблок 2 уведений 30 листопада 1982, енергоблок 3 уведений 30 грудня 1986 року, енергоблок 4 уведений 15 червня 1987 року.

1.2 Природно-географічні умови

Зуєвська ТЕС розташовується в Донецькій області в 40 км, від міста Донецька й в 8 км від районного центра м. Харцизька. Поблизу ТЕС на відстані 1,5 км розташовується Зуєвській енергомеханічний завод і підстанція 35/6. В 3 км розташовується існуюча станція Зуєвська ЕТЕЦ.

Промплощадка Зуєвської ТЕС розташована на лівому корінному схилі ріки Глечик в 3 км від Зуєвського водоймища й в 5 км від Ольховського водоймища. Ділянка являє собою досить одноманітну рівнину, розчленовану лощинообразными зниженнями і ярами.

Клімат району – умеренно-контіненнтальний. Середньорічна температура повітря становить 7,5 ⁰ С, із середньомісячними значеннями найбільш холодного місяця – січень 6,5 ⁰ С морозу, найбільше печені – липня 22 ⁰ С тепла. Абсолютний максимум склав 40 ⁰ С тепла, абсолютний мінімум 37 ⁰ С морозу.

Середньорічна швидкість вітру становить - 5,4 м/сек. Найбільші середньомісячні швидкості вітру 6,5-7,0 м/сек (січень), найменші 3,8-4,1 м/сек (червень). Норма атмосферних опадів дорівнює 520 мм. Тумани спостерігаються в основному з жовтня по березень.

1.3 Загальний опис підприємства

Зуєвська ТЕС призначена для покриття дефіциту електричної потужності Донбаської енергосистеми. У зв'язку з відсутністю проекту котлоагрегату для вугільних блоків потужністю 800 МВт у той час на ТЕС прийнята установка блоків одиничною потужністю по 300МВт.

При проектуванні Зуєвська ТЕС повинна мати сумарну потужність 2400 МВт. Але в реальності з восьми блоків удалося увести до ладу тільки чотири блоки, у виді відсутності фінансування, будівництво інших блоків було згорнуто.

У цей час основне технологічне встаткування включає чотири енергетичних блоки потужністю 300 МВт із установкою в складі кожного блоку:

- прямоточний однокорпусний котел типу ТПП-312А Таганрозького котельного заводу, П-образного компонування із симетричним розташуванням поверхонь нагріву до двох самостійних потоків по пароводяному тракті. Продуктивність котла по гострій парі 1000 т/година, по промперегріву – 780 т/година. Параметри пари: тиск – 25,5 МПа, температура перегрітої пари 545 ⁰ С Температура живильної води 265 ⁰ С. На казані встановлені 8 пальників продуктивністю по 17,2 т/година. Паливо вугілля марки Г, розпалювальне паливо - мазут. Розмір котла в плані становить 18,6*23,6, висота 54,0 м.

-парової турбіни потужністю 300 МВт типу ДО-300-240-2 на параметри пари 24,0 МПа й температури гострої й вторинної пари 540/540 ⁰ С, виготовленого Харківським турбінним заводом ім. Кірова.

- генератора потужністю 300 Мвт типу ТГВ-300 виготовленого Харківським заводом «Електротяжмаш».

- силового трифазного трансформатора потужністю 400 МВт типу ТДЦ-40000/110, 121/20 кВ, для блоків 1 і 2 і силовий трифазний трансформатори потужністю 400 МВт типу ТДЦ-40000/330, 347/20 кВ для блоків 3 і 4.

Продукція електростанції – електроенергія з річним відпуском у мережу 13,6 млн. кВтг видається на напругу 110 і 330 кв. ТЕС видає теплову енергію у вигляді гарячої води з температурним графіком 130/70 ⁰ С для потреб об'єктів житло-цивільного призначення селища Зугрес-2, а також для потреб міста Зугреса з його комунальними й промисловими об'єктами з максимальною річною відпусткою рівною 276 Гкал/година.

1.4 Генеральний план і транспорт

Орієнтація й місце розташування окремих вузлів загального комплексу споруджень ТЕС визначалося на плані технологічними зв'язками й наявністю 4,5 км санітарно-захисної зони від димарів ТЕС до жил поселка.

Транспортний зв'язок з обласним центром м. Донецьком передбачається по найближчій автомобільній дорозі республіканського значення, розташованої в 2-х км від промплощадки. Головний виїзд на промплощадку здійснюється з боку жилпоселка. Під'їзна залізнична колія примикає до роз'їзду «Сороче».

У головному корпусі передбачається установка 4 блоків по 300 МВт, з поперечним розташуванням турбоагрегатів.

Головний корпус виконаний зі збірного залізобетону і являє собою трьохпролітний будинок з наступними розмірами прольотів:

- машинне відділення -45 м;

-бункерно-деаераторне відділення -12 м;

- котельне відділення - 45 м.

Осередок блоку - 48 м. Між енергоблоками 4 і 5 є ремонтний проліт 12 м.

Машинний зал має безподвальне компонування, у зв'язку, із чим котел піднятий вище оцінки зольної підлоги на 3 м, залізобетонних підколониках. Машзал обладнаний двома мостовими кранами вантажопідйомністю 125/20 тс. Оперативна оцінка 9,6 м.

Бункерно-деаераторне відділення являє собою п'ятиповерховий будинок з оцінками:

- 0,00 м - розміщаються електротехнічні пристрої;

- 6,00 м - кабельне господарство;

- 9,60 м - приміщення блокових щитів керування й ІВС;

- 15,00 м - приміщення релейних панелей;

- 31,80 м - приміщення стрічкових конвеєрів топливоподачі.

Котельне відділення обладнане одним мостовим краном вантажопідйомністю 50/10 тс. Оперативна оцінка 9,6 м. Головний корпус має залізничний в'їзд у котельне відділення з боку ремонтного торця. Зв'язок головного корпуса з інженерно-побутовим корпусом забезпечується переходом на оцінці 9,6 м з боку постійного торця.

2 . Характеристика основного й допоміжного устаткування блоку 300 МВт Зуєвської ТЕС

2.1 Основне встаткування блоку 300 МВт ЗуТЕС

2.1.1 Котельна установка

Прямоточний котел ПП-1000-250 Е (заводська модель ТПП-312 А) на закритичні параметри спроектований і виготовлений ПО «Червоний котельщік». котел розрахований на спалювання донецьких вугіль марки ГСШ при рідкому шлаковидаленні, однокорпусний, має П-образне компонування, складається з топкової камери й пусковий конвективної шахти, з'єднаної у верхній частині горизонтальним газоходом. Стіни топкової камери екрановані трубами радіаційних поверхонь нагрівання: нижня радіаційна частина (НРЧ), середня радіаційна частина 1 і 2 щаблів (СРЧ), верхня радіаційна частина (ВРЧ). У частині топлення й горизонтальному газоході розташовані ширмові пароперегрівники (ШПП-1 і ШПП-2), а також конвективний пароперегрівник високого тиску (КППВТ), екрани поворотної камери й стельові пароперегрівники (ЕПК, СПП). У відпускній шахті розташовано два щаблі конвективного пароперегрівника низького тиску (КППНТ-1 і КППНТ-2) і водяний економайзер. Топка призматична, відкрита нижня частина топки екранована ошипованими й покритими карборундом екранами, що поліпшує умови запалення й горіння, а також сприяє кращому утворенню рідких шлаків при спалюванні вугільного пилу. Висота топлення 41400 мм. У нижній частині топлення й на фронтовій і задній стінці розташовані пальники, у кількості 8 штук. Вихід шлаків здійснюється через 2 льотки, захищені змійовиками, охолоджуваними конденсатом.

Регулювання температури пари СКД за котлом здійснюється зміною співвідношення палива й води. Для очищення конвективних поверхонь нагрівання передбачається обдування й обдування ОГ-8.

Характеристика котлоагрегату:

Витрата свіжої пари 1000 т/година;

Тиск живильної води на вході у ВЕ 32 МПа;

Тиск свіжої пари 25,5 МПа;

Температура свіжої пари 545 ⁰ С;

Витрата пари промперегрева 780 т/година;

Тиск пари промперегрева 3,9 МПа;

Температура пари промперегрева 545 ⁰ С;

Температура живильної води 265 ⁰ С;

Температура гарячого повітря 384 ⁰ С;

Температура газів, що йдуть 163⁰ С.

2.1.2 Турбіна ДО-300-240 Харківського турбінного заводу

Турбоустановка ДО-300-240, ДЕРЖСТАНДАРТ 3618-69, парова, конденсаційна, без регульованих відборів призначена для привода генератора змінного струму ТГВ-300. Турбіна виконана для роботи в блоці з котлом ТПП-312А. Турбіна являє собою одновальний трициліндровий агрегат с трьома вихлопами пари в один загальний конденсатор.

Свіжа пара з котла подається до окремо вартих блоків паророзподілу, у яких розташовані стопорні й регулювальні клапани. Турбіна має 9 нерегульованих відборів пари, призначених для підігріву живильної води в ПНТ, деаераторі, ПНТ до температури 265 ⁰ С и для харчування привода турбіни турбонасоса.

Технічна характеристика турбіни:

1.Витрата пари через стопорний клапан 914,64 т/година;

2. Температура підігріву живильної води 265 ⁰ С;

3.Тиск у конденсаторі 0,00374 МПа;

4.Питома витрата тепла 1864 ккал/кВтг;

5.Кількість холодної води, що проходить

через конденсатор 34805 м³ /година

Ротори ЦВТ і ЦСТ з'єднані твердою муфтою, напівмуфти якої отковані заодно з кожним з валів. Ротори середнього й низького тиску, а також низького й генератора з'єднані між собою твердими муфтами, напівмуфти яких насаджені на кінці валів.

Ротор ЦВТ - цельнокований, ротор ЦСТ - комбінований, ротор ЦНТ - збірний: облопачені диски посаджені на кінці валів з натягом. Валопровід турбіни з «гнучких» роторів, для яких робоча частота обертання вище критичної. Ротор високого тиску - одноопорний, інші ротори опираються кожний на два підшипники.

Підшипник №1 і №2 (передній і середній) змонтовані у виносних опорах. Опорні підшипники №3 і №5 установлені в опорах, вбудованих у вихлопні патрубки ЦНТ. Опора переднього підшипника сприймає й передає на фундамент статичне навантаження від маси корпуса ЦВТ, а також бере участь в організації теплових переміщень турбіни. Завзятий підшипник сприймає осьове зусилля ротора й виконаний у вигляді завзятого гребеня, з кожної сторони якого розташовані завзяті колодки.

Для змащення підшипників підводить масло з тиском 1,6-1,8 кгс/дм² . При аварійному відключенні всіх насосів маслосистеми змащення або при різкому зниженню тиск у змащенні турбіни маслоснабженіє здійснюється від аварійних бачків.

Для забезпечення нормального положення й переміщення корпусів турбіни при зміні теплового стану, передбачені вертикальні, поздовжні й поперечні шпонки. Розширення агрегату відбувається убік переднього підшипника на величину до 50мм і незначно убік генератора.

Система регулювання турбіни гідродинамічна, робочим тілом системи є конденсат при тиску 16 - 22 кгс/дм² . Транспортування робітничого середовища здійснюється НРТ (насос регулювання турбіни). У процесі експлуатації в роботі 2 насоси, один у резерві.

2.1.3 Генератор

На блоці встановлений генератор типу ТГВ-300. Система охолодження: безпосереднє охолодження ротора, статора - воднем при тиску 0,4 МПа. Переклад генератора з повітряного охолодження на водневе охолодження був викликаний збільшенням одиничної потужності турбогенератора. Тому що неможливо збільшувати діаметр роторів, їхню активну довжину, а можна збільшувати тільки щільність струму в обмотках. А це у свою чергу, веде до поліпшеного охолодження в обмотках.

Вода має перевагу перед повітрям, у меншій щільності в порівнянні з повітрям, а це приводить до менших вентиляційних втрат.

2.2 Допоміжне устаткування блоку 300 МВт

2.2.1 Допоміжне устаткування котлоагрегату

На кожному котлоагрегаті встановлене наступне допоміжне устаткування:

- два осьових димососи ДОД-31-5Ф, продуктивністю 985000 м³ /година, напором 500 кг/м²;

- два дутьових вентилятори типу ВДН-32Б, продуктивністю по 456000 м³ /годину, напором 630/354 кг/м²;

- два димососи присадки інертних газів ДПІГ, продуктивністю по 80000 м³ /годину, напором 175 кг/м²;

- два регенеративних повітропідігрівники діаметром 9,8 м;

- енергетичний калорифер для підігріву повітря;

- два кульові барабанні млини типу Ш-50А;

- два сепаратори вугільного пилу діаметром 5500 мм;

- два пилових циклони НІІОГАЗ діаметром 4250 мм;

два мірошницьких вентилятори типу ВМ-180/1100, продуктивністю 186000 м³ /година, напором 1365 кг/дм²;

два димососи рециркуляції газів ГД-20-500в, продуктивністю 200000

м³ /година, напором 350 кг/м².

2.2.2 Димосос

Установлено два осьових димососи типу ДОД-31-5Ф призначених для отсосу димових газів з топкової камери, Складається з усмоктувальної кишені, корпуса, двох напрямних апаратів, двох робітників коліс, дифузора, ходової частини й напірного газоходу.

Характеристика осьового димососа:

Продуктивність 985000 м³ /година;

Напір 500 кг/м?;

Максимальний КПД 80,5 %;

Споживана потужність 1270 кВт;

Діаметр робочого колеса 3156 мм;

Тип електродвигуна ТАК30-1910-12-41;

Потужність електродвигуна 1700 кВт.

2.2.3 Електричні фільтри

Електрофільтри типу УГ-3-4-177 призначені для вловлювання летучої золи. Харчування здійснюється від агрегатів типу АТФ-1000.

Характеристика електрофільтра:

Площа активного перетину 177 м² ;

Кількість полів 4 штуки;

Загальна площа охолодження

електродів 24590 м?;

Температура 250 ⁰ С;

Загальна активна довжина коронірующих електродів 67360 м;

Розрядження в ЕФ 5,0 кПа;

Активна висота електродів 3,95 м.

2.2.4 Конденсаційна установка

Конденсаційна установка призначена для конденсації відпрацьованої пари й складається:

- поверхневого, двуходового, суцільнозварного конденсатора типу ДО-15240, що складається з конденсатора й перехідного патрубка.

Поверхня охолодження 15240 м², розрахункова температура охолодженої води 12 ⁰ С, кількість охолоджуючих трубок 19592 штуки.

Конденсат надходить на конденсатних насосів 1 щабля типу КСВ-500-85, продуктивністю 500 м³ /година й напором 8,5 кгс/дм², КПД конденсатного насосу 76%. У процесі роботи 2 робочих і один у резерві. Також конденсаційні насоси другого щабля типу КСВ-500-220 продуктивністю 500 м³ /година й напором 22 кгс/див², також двох робітників і один резервний, КПД становить 75%.

Пусковий ежектор служить для швидкого створення вакууму при пусках блоку, продуктивністю по вакууму 60 кг/з, двох основних триступінчастих типу ЕП-3-25-75 для відсмоктування пароповітряної суміші з конденсатора, ежектора ущільнень типу ЕУ-8М.

2.2.5 Живильна установка

На блоці встановлена група живильних насосів, що складається із приводної турбіни типу ОР-12ПМ КТЗ і двох живильних насосів. Основним живильним агрегатом, що забезпечує продуктивність котла від 40% до 100%, є насос ПН-1135-340 із приводною турбіною типу ОР-12ПМ Калузького турбінного заводу.

Турбіна ОР-12ПМ активного типу із протитиском складається із семи щаблів тиску. Всі щаблі мають повне підведення пари. Корпус турбіни сталевий, сварнолитої конструкції, виконується з горизонтальним і вертикальним розніманнями. Ротор - цельнокований твердий, із критичним числом оборотів 7750 про/хв.

Насосний агрегат ПЕ-600-300-1 СНЗ призначений для роботи в якості пускорезервного, живильного насоса в блоці 300 Мвт.

Характеристика живильного електронасоса:

Продуктивність 600 м³ /година;

Напір 3290 мм.в.ст;

Температура перекачує води, що, 165 ⁰ С;

Споживана потужність 6400квт;

Характеристика основного живильного насоса:

Продуктивність 1135 м³ /година;

Тиск води на всасі 20 кгс/див² ;

Тиск на нагнітанні 340 кгс/див² ;

Температура живильної води 165 ⁰ С.

2.2.6 Регенеративна установка

Регенеративна установка призначена для підігріву основного конденсату й живильної води. Підігрів здійснюється пором, що надходить у казан, із проміжних нерегульованих відборів турбіни й виконаний, однонитковим у частині низького й високого тиску.

Підігрівники низького тиску вертикальні, чотириходові, по конденсаті мають поверхню охолодження 400 м² .

Підігрівники високого тиску вертикальні, двуходові по воді з горизонтальними спіральними трубками, з нижнім розташуванням фланцевого рознімання корпуса. Підігрівник має охолоджувач пари, що гріє, і охолоджувач дренажу, що знижує температуру конденсату пари, що гріє.

Регенеративна установка складається:

- охолоджувач основних ежекторів і ежекторів ущільнень;

- підігрівників низького тиску (ПНТ):

ПНТ-1 типу ПН-400-260-2

ПНТ-2 типи ПНСВ-800-2

ПНТ-3 і ПНТ-6 типу ПН-40-26 МНЖ

- підігрівників високого тиску (ПВТ):

ПВТ-7 типу ПВ-900-380-18-1

ПВТ-8 типу ПВ-1200-380-42

ПВТ-9 типу ПВ-900-380-16.

2.2.7 Блокова знесолююча установка

У тепловій схемі для 100% знесолення основного конденсату передбачена блокова знесолююча установка (БЗУ), що складається із целюлозних фільтрів і фільтрів змішаної дії. Очищення брудного конденсату з бака брудного конденсату (ББК) виробляються автономної знесолюючої установкою (АЗУ).

Система технічного водопостачання прийнята двохпідйомною поворотною з охолодженням циркуляційної води двома баштовими протиточними градирнями, площею зрошення по 9400 м² кожна. Продуктивність кожної градирні 100000 м³ /година. Також передбачений, у зв'язку з відставанням будівництва градирні для охолодження циркводи, бризкальний басейн. Для подачі води на бризкальний басейн установлюються два циркнасоса типу ОПВ-2-110-Э, установлюваних в осередках двох циркуляційних насосів типу ОПВ-10-185-ЭГ.

Устаткування основних водопідготовчих установок, знесолюючої і підживлення тепломережі, розміщається в блоці допоміжних цехів. Велике встаткування - освітлювачі, баки, і декарбонізатори. Для зберігання реагентів хімводоочистки, установки очищення турбінного конденсату, обробки живильної води й увідно-хімічного промивання передбачені склади рідких і твердих реагентів.

3. Характеристика й розрахунок проектної теплової схеми блоку 300 МВт Зуєвської ТЕС

3.1 Опис теплової схеми блоку 300 МВт Зуєвської ТЕС

Як видно із принципової теплової схеми свіжа пара з параметрами 23,5 МПа й 540 ⁰ С підводить до двох блоків паророзподілу, звідки по пропускних паропроводах десятьома нитками направляється на паровпуск ЦВТ турбіни. Відпрацьована пара з параметрами 4,0-4,2 МПа й з температурою 325⁰ С із вихлопу ЦВТ надходить у промперегревательний тракт котла, а потім перегріта пара з параметрами 3,6-3,8 МПа й з температурою 540⁰ С надходить до двох блоків клапанів промперегріву.

Після блоків клапанів пара направляється в ЦСТ, а зі ЦСТ дві третини пари по ресиверним трубах з параметрами 0,25 МПа й 192 ⁰ С надходять на двохпотоковий ЦНТ, а одна третина пари в перший потік ЦНТ об'єднаний зі ЦСТ. Із трьох потоків низького тиску пара надходить у поверхневий двухходовий конденсатор, що складається з двох незалежних трубних пучків. Номінальний вакуум у конденсаторі 3,43-3,47 КПа. З конденсатора через групу конденсатних насосів I щабля 100% конденсату прямує через холодильники ежекторної групи на блокову знесолюючу установку, після проходить через ПНТ 1 і ПНТ 2 до ІІ щабля конденсатних насосів де весь основний конденсат прокачується через інші регенеративні підігрівники низького тиску (через ПНТ 3 і ПНТ 6).

Після ПНТ6 конденсат направляється в змішувач потім на усмоктувальні патрубки живильних насосів – головного із противотисковим трубопроводом і пускорезервного з електроприводом. Живильна вода від насосів з тиском 32,0-34,0 МПа й з температурою 165С прямує на підігрівники високого тиску, звідки з температурою 265⁰ С надходить у котел.

Турбоустановка має розгалужену систему регенерації, на яку пара надходить із дев'яти нерегульованих відборів ЦВТ, ЦСТ і ЦНТ.

Конденсат пари, що гріє (дренаж) із ПВТ обладнаних убудованими охолоджувачами дренажу зливається каскадно із ПВТ 9 і ПВТ 8 і направляється в змішувач. Дренаж із ПВТ 7 надходить ПНТ 6. Дренаж із ПНТ 6 зливається через ПНТ 5, ПНТ 4 і направляється за допомогою дренажного насоса в лінію основного конденсату за ПНТ 4. Конденсат пари, що гріє, ПНТ 3 зливається в ПНТ 2 виконаним типи, що змішує. Конденсат пари, що гріє, ПНТ 1 через сифон надходить у конденсатор турбіни.

Тепловою схемою турбіни передбачена подача пари на установку мережних підігрівників (основного й пікового бойлерів) призначених для постачання гарячою водою з температурою 130⁰ С, зворотна подача 70⁰ С. При цьому теплова продуктивність бойлерної установки становить 62,8 МДж/г. Каскад конденсату пари, що гріє, бойлерів через охолоджувач дренажу надходить у конденсатор.

У паропроводі відборів пари встановлені оброблені клапани з гідроприводом для запобігання влучення потоку пари в проточну частину турбіни при скиданнях навантаження.

Відповідно до вимог пропонованими до основного встаткування в схемі передбачені додаткові відбори пари, що не приводять до зниження потужності турбіни, [2].

Як видно із принципової схеми на Зуєвській ТЕС всі 4 блоки модельовані, тобто уведена бездеаераторна схема з підігрівником, що змішує, ПНТ 2 і видаленням зі схеми деаератора й бустерних насосів, що приводить до значного спрощення теплової схеми й підвищенню її економічності.

Бездеаераторна теплова схема (БТС) має наступні переваги:

· Зменшення витрат на ремонт бустерних насосів, деаераторів, трубопроводів і арматур;

· Підвищення економічності за рахунок зниження витрат електроенергії на власні потреби й виключення недогріву в ПНТ 2;

· Виключення необхідності технічного огляду деаератора підвідомчого Госгортехнадзору.

У зв'язку з відсутністю деаератора функцію деаерірующої ємності виконує конденсатосборникі конденсатора й підігрівника, що змішує, ПНТ 2, які компенсують перерозподіл маси робочого тіла між елементами пароводяного контуру при змінах навантаження. Підживлення блоку здійснюється хімзнесолювальною водою із БЗК через загальстанційний колектор хімзнесолювальної води (ХЗВ) насосами БЗК. Конденсатопровід із що змішує ПНТ 2 виконаний безпосередньо на конденсатних насосів II щабля куди виконане також аварійне підведення основного конденсату із загальностанційного колектора ХЗВ

3.2 Розрахунок теплової схеми проектного блоку 300 МВт

Вихідні дані

Початковий тиск P₀ = 23,5 МПа

Кінцевий тиск P_к = 0,0035 МПа при

Температура гострої пари t₀ = 540⁰ С

Температура перегрітої пари t_пп = 540⁰ С

3.2.1 Побудова процесу розширення пари в H-S діаграмі.

Будуємо процес розширення пари по заданих початкових і кінцевих параметрах пари (Мал.3.1), з огляду на втрати тиску:

a) у пароподводящих органах і регулювальних клапанах Р_срк =5%

Р_о '=Р_о ∙ ΔР_срк =22,33 МПа

b) у промперегревателе Р_ПП =10%

Р_гп =0,9∙ Р_хпп =3,60 МПа

c) у відсічних клапанах РОТ=2%

Р_гп '=Р_гп ∙ ΔР_отс.кл =3,53 МПа

d) у ресивері ΔР_рес =2%:

Р₀₆ ’=Р_о6 ∙ ΔР_рес =0,21 МПа

e) у турбоприводі ΔР_тп =10%:

Р_отп =0,9∙ Р₀₃ =1,40 МПа

Знаходимо опорні крапки в H-S координатах (ентальпії пари на виході ЦВТ, ЦСТ, ЦНТ)

= кДж/кг

= кДж/кг

= кДж/кг

= кДж/кг

= кДж/кг, = кДж/кг

= кДж/кг

= кДж/кг

= кДж/кг, = кДж/кг

= кДж/кг

= кДж/кг

= кДж/кг, = кДж/кг

= кДж/кг

Прийнявши :

КПД ЦВТ :

КПД ЦСТ :

КПД ЦНТ :

3.2.2 Складання таблиці параметрів пари, живильної води й основного конденсату

Наносимо тиск всіх відборів на отриманий процес розширення пари в турбіні. Знаходимо із процесу розширення ентальпії пари з відборів турбіни й заносимо їх у таблицю 3.1.Приймаємо гідравлічні втраті від місця відбору до підігрівника :

- у групі ПВТ - 3%

- у групі ПНТ - 6%

а також підігріви живильної води й конденсату в підігрівниках :

- у групі ПВТ - 3⁰ С

- у ПНТ 6 - 1⁰ С

- в інших ПНТ – 4⁰ С

Крім ПНТ 2 - 0⁰ С и ПНТ 1 - 5⁰ С

Визначаємо підігрів води в живильному насосі :

= кДж/кг

де V - усереднений питомий об'єм води на вході й виході прийнятий 1,1 м/т;

Рвх - тиск на вході в ПТН ; Рвх=2,2 МПа;

Рвих - тиск на виході із ПТН ; Рвих=32 МПа;

- к. п. буд. насоса ;

Параметри пари живильної води й основного конденсату зведені в таблицю 3.1

Таблиця 3.1 Основні параметри пари й води

№ крапки в H-S № під- ля Параметри пари Вода на лінії насичення Пит. вода й основ – й конденсат Дренаж

P_0r, МПа
h_0r ,

МПа
P_0r ,%
P_0r ^' ,

МПа
t_0r ^'0 С h_0r ^' кДж/кг
_n ,

⁰ С
t_n ^' , ⁰ С
h_n ^' ,

кДж/кг

H_др ^' ,

кДж/кг

0 - 22,36 3320 - - - - - - - -

1 ПВТ9 5,6 2996 3 5,43 269 1179,1 3 266 1166,5 1105,6

2 ПВТ8 4,0 2929 3 3,88 248,7 1078,2 3 245,7 1065,6 872,4

П - 3,53 3542

3 ПВТ7 1,56 3308 3 1,51 198,3 845 3 195,3 832,4 770,3

ТП 1,56 3308 10 1,404 - - - - - -

4 ПНТ6 0,61 3076 6 0,573 156,9 662 1 155,9 657,8 602,2

5 ПНТ5 0,36 2960 6 0,338 137,8 579 4 133,8 562,2 579

6 ПНТ4 0,21 2856 6 0,197 120,2 504,3 4 116,2 487,5 504,3

7 ПНТ3 0,118 2784 6 0,111 102,3 429 4 98,3 412,2 429

8 ПНТ2 0,054 2656 6 0,051 81,5 341 0 81,5 341 -

9 ПНТ1 0,023 2540 6 0,022 62,2 260,1 5 57,2 239,2 260,1

К К 0,00374 2339 - 0,00374 27,8 116,8 - 27,8 116,8 -

3.2.3 Матеріальний баланс живильної води

де - частка витрати пари на турбоустановку ;

- втрати пари й води в частках ;

3.2.4 Розрахунок підігрівників високого тиску й турбопр и вода

ПВТ-9:

Становимо рівняння теплового балансу :

,

=

ПВТ-8:

з рівняння теплового балансу :

= ПВТ-7:

Становимо рівняння теплового балансу :

=

ЗМІШУВАЧ:

З рівняння матеріального балансу знаходимо ентальпію живильної води на виході зі змішувача:

Теплового балансу :

Знаходимо

=692,3 кДж/кг

тоді

= 692,3+38=730,3 кДж/кг

1,02-0,1095-0,0544=0,8561

ТУРБОПРІВОД

=

Теплоперепад пари в ТП :

=(3308-2828)=480 кДж/кг

3.2.5 Розрахунок підігрівників низького тиску.

ПНТ-6:

Становимо рівняння теплового балансу :

0,0303

ПНТ-5 із крапкою змішування :

Становимо рівняння теплового балансу :

Становимо рівняння матеріального балансу :

Звідси

(2960-579-487,5+540,3) 0,8561(562,2-487,5) -(0,041+0,0303)·

602,2+504,3-579-487,5)- (504,3-487,5) ;

рівняння (1) ;

ПНТ-4:

Становимо рівняння теплового балансу :

(2856-504,3) · (0,8561-0,041-0,0303- )·(478,5-412,2) -

- (0,041+0,0303+ )·(579-504,3) ;

2427 ; звідси

рівняння (2) ;

Підставимо рівняння (2) у рівняння (1) і знайдемо :

Знаходимо :

ПНТ-3:

Рівняння теплового балансу:

ПНТ-2:

Становимо рівняння матеріального балансу :

де

Становимо рівняння теплового балансу :

Знаходимо

тоді

ПНТ-1: Рівняння теплового балансу:

3.2.6 Розрахунок теплофікаційної установки

Для постачання житлового селища теплом ,у теплову схему включена теплофікаційна установка тепловою потужністю Qт=60 Мвт.

Застосовано схему двухступінчатого підігріву мережної води(основного й пікового бойлерів). Температура прямої води 130 С , температура мережної води 70 С. Недогрів мережної води в ПРО і ПБ становлять Өпро=12 С ,Ө пб=8 С ;

Ентальпії мережної води :

hвх=tвх·4,19=70·4,19=293,3 кДж / кг

hвих=tвих · 4,19 = 130 · 4,19 = 544,7 кДж / кг

hс = tоб · 4,19 = (tоб-Өоб) · 4,19 = (119-12)·4,19 = 448,3 кДж / кг

Становимо рівняння теплового балансу , для пікового бойлера :

кг / з

де Gсв - кількість мережної води необхідної для відводу

60 МВт тепла

кг / з

Становимо рівняння теплового балансу , для основного бойлера:

кг / з

Знаючи витрату пари на турбіну з розрахунку теплової схеми блоку 300 МВт працюючому на конденсаційному режимі визначаємо частки витрати пари на бойлера :

при 950 т/г = 263,9 кг / з

; ;

3.2.7 Відомість балансу по витрати пари й потужності

Визначаємо частки пари, що гріє, по відборах:

= =

= =

=

= =

= =

=

Визначення еквівалентного теплоперепада й дійсної витрати пари.

Дійсна витрата свіжої пари на турбіну :

, де

H_ЭКВ =1225,59 кДж/кг hпп=613кдж/кг

ДО=249,78 кг/з

Витрати пари на регенеративні підігрівники:

Д₁ =13,59 кг/з ΔД_тп = 8,49кг/з

Д₂ =27,35 кг/з Д₇ =5,57 кг/з

Д₃ =38,17 кг/з Д₈ = 7,34кг/з

Д₄ =16,59 кг/з Д₉ =9,22 кг/з

Д₅ =6,32 кг/із Д_К =134,13 кг/з

Визначення потужностей працюючих потоків

N_i =Д_i ∙ (h_o -h_oi )η_м η_г

N₁ =4315,1 кВт

N₂ =10479,97 кВт

N₃ =23379,13 кВт

N₄ = 13933,28 кВт

N₅ = 6026,37 кВт

ΔN_ТП =4301,54 кВт

N₇ =6271,93 кВт

N₈ =9185,72 кВт

N₉ =12586,59 кВт

N_К =209527,2 кВт

Сума ∑ N_і =300006,78 кВт

Показники енергетичної ефективності

1.Повна витрата теплоти на турбоустановку (ту):

=605920,15 кДж/кг

де Д_пп =До-Д_1-Д2 =249,78-13,59-27,35=208,84 кг/з

2.Абсолютний електричний КПД ТУ:

=0,4951

3. КПД енергоблоку брутто:

=0,4951·0,894·0,987=0,4369 , ГДж

=0,894, =0,987

4. КПД енергоблоку нетто:

- вироблення електроенергії на власні потреби.

=0,3757 η

5. Питомі витрати умовного палива брутто й нетто:

=281,53 , =327,4

6. Питома витрата теплоти на брутто й нетто:

=2,289, =2,662

3.3 Розрахунок реальної теплової схеми в експлуатаційному режимі

На діючої Зуєвській ТЕС потужність в експлуатаційному режимі становить у середньому 275 Мвт. Зміна параметрів відбувається шляхом прикриття регулювальних клапанів при постійному початковому тиску , тобто дроселірованієм.

3.3.1 Визначення початкових параметрів пари

Визначаємо початкові параметри пари перед регулюючим клапаном по формулі Флюгеля-Стодола :

т.к. параметри пари перед регулюючим щаблем перебувають в області сухої пари , то виправлення

Для першої ітерації виправлення дорівнюємо

Тоді МПа

тому що ;

Знаходимо температуру пари при цьому тиску :

З ;

друга ітерація : МПа

температура пари складе :

З

третя ітерація : МПа

розрахунок кінчений.

3.3.2 Основні параметри пари

Початковий тиск перед регулювальними клапанами складе

МПа;

температура пари складе :

З

тиск у холодному промперегріві складе :

МПа;

Втрати тиску в тракті промперегріву визначається з [4] і становлять Р_пп = 8,5% ;

Тоді тиску гарячого прома складе :

Р_гп =0,915 * Р_хпп = 0,915 * 3,668 = 3,358 МПа

Визначаємо основні ентальпії пари з H-S діаграми :

=3328 кДж/кг

=2876 кДж/кг

=3542 кДж/кг,

=2762 кДж/кг

=2316 кДж/кг

Приймаємо тиск у конденсаторі середньорічне значення по [4] P_к =0,0067 МПа

Визначаємо ККД ЦВТ, ЦСТ, ЦНТ і регулюючого клапана з [4] значення становлять :

Визначаємо дійсний стан пари за ЦВТ, ЦСТ, ЦНТ :

=2973 кДж/кг

=2836 кДж/кг

=2383 кДж/кг

Визначаємо параметри пари за регулюючим щаблем:

кДж/кг

де кДж/кг – теоретичний теплоперепад у регулюючому клапані .

кДж/кг

Тиск пари за регулюючим клапаном складе : МПа;

Визначаємо параметри пари по регенеративних відборах з H-S діаграми в системі регенерації. Всі дані заносимо в таблицю 3.3.1

Таблиця 3.3.1 - Параметри пари по регенеративних відборах .

Номера

відборів
Тиск пари у відборах Ентальпія пари у відборах ,кДж / кг Питомі об'єми в номінальному режимі ,м/кг Питомі об'єми в реальному режимі, м/кг

1 5,14 3044 0,046 0,049

2 3,67 2973 0,059 0,0685

3 1,43 3293 0,2026 0,2208

4 0,559 3054 0,382 0,474

5 0,33 2940 0,5952 0,7054

6 0,193 2836 1,0056 1,113

7 0,108 2748 1,591 1,716

8 0,0495 2624 2,892 3,324

9 0,0211 2514 6,311 7,364

З урахуванням втрат тиску в ресивері : Р _рес = 2%

Тиск перед ЦНТ складе :

Р₀₆ ^/ = Р_{06 *} Р_рес = 0,193 *0,98=0,189 МПа;

3.3.3Визначення тиску пари в підігрівниках з урахуванням втрати тиску в трубопроводах пари, що гріє.

Втрати тиску визначають по формулі :

% ;

Тиск у підігрівнику визначається по формулі:

МПа;

Таблиця 3.3.2 - Тиск пари в підігрівниках.

Номер

підігрівника
Втрати тиску в ТП Тиск пари в підігрівниках

проектні експлуатаційні

ПВТ 9 3 2,69 5

ПВТ 8 3 2,93 3,56

ПВТ 7 3 2,75 1,39

ПНТ 6 6 5,89 0,526

ПНТ 5 6 5,96 0,31

ПНТ 4 6 5,58 0,182

ПНТ 3 6 5,44 0,102

ПНТ 2 6 5,8 0,0466

ПНТ 1 6 5,89 0,01099

ТУРБОПРІВОД 10 9,17 1,29

3.3.4 Підігрів живильної води й основного конденсату в системі регенерації

З літератури [8] визначаємо підігрів живильної води й основного конденсату в кожному підігрівнику системи регенерації.

Підігрів визначається по формулі:

З ; де

- температура води після i-того підігрівника;

- температура води до i-того підігрівника;

Таблиця 3.3.3 - Величина підігріву живильної води й основного конденсату

Номер підігрівника Величина підігріву в проектному режимі ,З Величина підігріву в розрахунковому режимі , З

ПВТ 9 29 29

ПВТ 8 43 43

ПВТ 7 28 24

ПНТ 6 20 20

ПНТ 5 15 15

ПНТ 4 26 26

ПНТ 3 22 22

ПНТ 2 25 25

ПНТ 1 24,5 12,8

3.3.5 Визначення недогріву живильної води й основного конденсату в підігрівниках

Недогрів визначається з формули :

;

де, — нагрівання охолодженої води в конденсаторі.

; де ;

Таблиця 3.3.4. - Величини недогріву в підігрівниках

Номер підігрівника Величина недогріву в проектному режимі ,Ө З Величина недогріву в експлуатаційному режимі , Ө З

ПВТ 9 3 2,67

ПВТ 8 3 2,64

ПВТ 7 3 2,29

ПНТ 6 1 0,87

ПНТ 5 4 3,67

ПНТ 4 4 3,61

ПНТ 3 4 3,63

ПНТ 2 0 0

ПНТ 1 5 2,38

3.3.6 Відомості балансу по витраті пари й потужності

Частки відборів пари залишаються незмінними, і рівні як і в розрахунку проектної схеми в пункті 3.1 за винятком часток відборів під номерами 3 , 6 , і 9 . Також у виді малої зміни режиму роботи блоку незначно змінюються й частки мережних відборів , тому їх приймаємо незмінними з розрахунку проектної схеми .

Тоді:

= =

= =

=

= =

=

=0,1006

=

Частка витрати пари в конденсатор визначаємо по формулі :

=

Визначення еквівалентного теплоперепаду :

H_ЭКВ =1165,14 кДж/кг hпп=613кдж/кг

Витрата свіжої пари на турбіну :

кг/з

Витрати пари на регенеративні підігрівники:

Д₁ =13,1 кг/з ΔД_тп = 5,49 кг/з

Д₂ =26,37 кг/з Д₇ =5,37 кг/з

Д₃ =32,68 кг/з Д₈ = 7,08 кг/з

Д₄ =15,99 кг/з Д₉ =4,65 кг/з

Д₅ =6,09 кг/із Д_К =134,99 кг/з

Визначення потужностей працюючих потоків

N_i =Д_i ∙ (h_o -h_oi )η_м η_г

N₁ =3645,9 кВт

N₂ =9174,1 кВт

N₃ =19343,9 кВт

N₄ = 13209,9 кВт

N₅ = 5711,6 кВт

ΔN_ТП =2437,8 кВт

N₇ =6046,7 кВт

N₈ =8832,6 кВт

N₉ =6302,3 кВт

N_К =200287,4 кВт

Сума ∑ N_і =275192,2 кВт

3.3.7 Техніко - економічні показники

1.Повна витрата теплоти на турбоустановку (ту):

кДж/кг

де Д_пп =До-Д_1-Д2 =240,84-13,1-26,37=201,37 кг/з

2.Абсолютний електричний ККД ТУ:

=0,4785

3. ККД енергоблоку брутто:

=0,4951·0,894·0,987=0,42222 ,

де =0,894, =0,987

4. ККД енергоблоку нетто:

=0,3631 η

5. Питомі витрати умовного палива брутто й нетто:

=291,33 , =338,73

6. Питома витрата теплоти на брутто й нетто:

=2,369, =2,754

3.4 Тепловий розрахунок конденсатора турбоустановки ДО-300-240

Тепловий розрахунок конденсатора турбоустановки ДО-300-240 Зуєвській ТЕС проводиться в реальному режимі при заміні латунних трубок на мідно-нікелеві трубки типу МНЖ-5-1

Таблиця 3.4.1 Вихідні дані

Вихідні дані Використовуючи латунні трубки Використовуючи трубки типу МНЖ-5-1

1. Витрата пари через конденсатор D_к , кг/з

2. Тиск пари в конденсаторі Р_к , кПа

3.Номінальна витрата охолодженої води G, кг/з

4. Температура охолодженої води t_в , ⁰ С

5. Швидкість води в трубках ,м/с

6.Діаметр трубок, мм

7. Коефіцієнт чистоти трубок

8.Число ходів у конденсаторі, z

9.Матеріал трубок

10. Різниця ентальпії пари й конденсату q_к =h_к -h_к ^/ , кДж/дог

145

6,7

8833

15

2

28/26

0,7

2

2223

139

4,9

8819

15

2

28/26

0,82

2

МНЖ-5-1

2208

Обчислюємо коефіцієнт теплопередачі, Вт/м² До по формулі Л. Д. Бермана вираженої за допомогою коефіцієнтів-співмножників:

; Вт/м² ДО;

Розрахунки й результати зводимо в таблицю 3.4.2

Таблиця 3.4.2 Розрахунок коефіцієнта теплопередачі

Величини, що розраховують
Формула розрахунку Результат

використання латунних трубок використання трубок марки МНЖ-5-1

1. Коефіцієнт чистоти поверхні трубок Приймаємо, по літ.[8] 0,7 0,82

2. Співмножник, що враховує впливи швидкості охолодженої води
,

де:
0,9929 0,9917

3.Співмножник, що враховує вплив температури охолодженої води

3.1 Парове питоме навантаження [г/м² з]

де:

0,8429

0,4516

9,5

0,8335

0,4543

9,12

4. Співмножник, що враховує число ходів у конденсаторі 1 1

5. Співмножник, що враховує вплив парового навантаження

6. Коефіцієнт теплопередачі [Вт/м² ДО] 2275,8 2614,4

Співвідношення К^{лат. труб.} /К^МНЖ-5-1 = 2614,4/2275,8=1,149;

У такий спосіб внаслідок зниження - коефіцієнта чистоти трубок з до , відбулося зниження коефіцієнта теплопередачі на ~ 13%; [8]

Таблиця 3.4.3 Розрахунок кінцевого тиску в конденсаторі

Найменування Формула розрахунку Результат

використання латунних трубок використання трубок марки МНЖ-5-1

1. Нагрівання охолодженої води, ⁰ С

де: - кратність охолодження

8,71

61

8,65

61

2. Температура охолодженої води на виході з конденсатора, ⁰ С 23,71 23,65

3. Температурний напір,⁰ С 5,6 4,46

4. Температура конденсації пари, ⁰ С 29,31 28,11

5. Кінцевий тиск у конденсаторі, бар. 0,0412 0,0378

З отриманих розрахунків видно, що використання трубок марки МНЖ-5-1 дає можливість зменшити температурний напір і температуру конденсації пари й тим самим зменшити кінцевий тиск у конденсаторі.

Використання трубок марки МНЖ-5-1 сприяє більшому коефіцієнту теплопередачі й поліпшеному вакууму в конденсаторі.

3.4.1 Визначення оптимальних строків чищення поверхонь теплообміну конденсаторів парових турбін

У цей час, при експлуатації застарілого обладнання ТЕС і АЕС і різкої зміни графіків електричних навантажень, одним з ефективних способів підвищення економічності є розробка й впровадження профілактичних заходів щодо усунення й попередження відмов у роботі встаткування. Для конденсаційних установок, одним з істотних способів є чищення поверхонь конденсаторів. Ефективність чищення конденсаторів багато в чому визначається строками й способами чищення. Пропонується методика визначення оптимальних строків чищення з урахуванням температури охолодної води, її забруднення, режиму роботи енергоблоку й вибору оптимального способу для умов конкретних ТЕС і АЕС.

Оскільки найближчим часом проблеми реабілітації ТЕС не можуть бути вирішені шляхом глобальних реконструкцій устаткування, то на нашу думку одним з реальних варіантів є вдосконалювання режимів експлуатації встаткування, як окремих елементів (казанів, турбін, генераторів), так і енергоблоків у цілому. Для рішення цього питання необхідна оптимізація режимів експлуатації, з урахуванням досягнення вітчизняної й світової науки в області енергетики й нових технологій.

Досить істотний вплив на показники ефективності ТЕС роблять низькопотенційні комплекси, і їхній основний елемент конденсатор. Зміна режимів роботи енергоблоків і якості охолодженої води приводять до інтенсивного забруднення поверхні теплообміну конденсаторів, а отже до зниження вакууму й значному росту витрат на підтримку чистоти поверхонь охолодження конденсаторів [8],[18]. Забруднення конденсаторів приводить:

- до зниження потужності енергоблоків (недовиробіток електроенергії);

- при збільшенні тиску на 1 кПа потужність турбіни в конденсаційному режимі зменшується на 0,8 - 0,9% або настільки ж зростає питома витрата палива;

- збільшенню експлуатаційних витрат;

- до погіршення економічності енергоблоків.

Одночасно із цим підтримування чистоти конденсаторів вимагає додаткових витрат, приводить до недовиробітку електроенергії в період чищень [9]. У цьому зв'язку виникає проблема оптимізації режимів чищення конденсаторів.

В основу математичної моделі визначення оптимальних строків чищення поверхонь конденсаторів прийнята методика [12], що удосконалена авторами шляхом обліку й аналізу багаторічних статистичних даних умов експлуатації елементів низькопотенційних комплексів енергоблоків Змиївської ТЕС, Зуєвської ТЕС, Запорізької АЕС.

Відмінність пропонованої методики визначення оптимальних строків чищення від існуючих полягає в наступному:

Замість незалежної оптимізації кожного інтервалу між чищеннями [12]- [15] пропонується оптимізація на деякому характерному інтервалі часу Т. За час вибирається міжремонтний період. У цьому випадку реалізується оптимальне розташування на тимчасовій осі моментів відключення конденсатора на очищення, тобто

, (3.4. 1)

де k - кількість відключень конденсатора на чищення за міжремонтний період;

Т - міжремонтний період блоку, година;

∆ τ - тривалість чищення конденсатора, година;

- оптимальний інтервал між двома чищеннями, година;[8].

Пропонується облік нерівномірності температури охолодної води за період Т шляхом перерахування проміжків між чищеннями, тобто введення нерівних інтервалів між чищеннями протягом часу Т.

У всіх існуючим нині методиках як експериментальний матеріал беруться або результати обробки даних поточного контролю за роботою конденсатора, або результати випробувань досліджуваного конденсатора.

У пропонованій же методиці вибирається напіваналітична модель забруднення конденсатора залежно від якості охолодженої води й умов станції, таким чином, тиск у забрудненому конденсаторі прогнозується по цій моделі.

Послідовність визначення оптимальних строків чищення за пропонованою методикою наступні:

1) Через участь реального енергоблоку в регулюванні потужності енергосистеми вводиться поняття середньої потужності , рівної среднєїнтегральної за певний характерний період і, що розраховує по графіку навантаження енергоблоку. Витрата пари т/година, що відповідає розрахованої середньої потужності

, (3.4. 2)

де - витрата пари, що подається в конденсатор при номінальному режимі, т/ч.

- номінальна потужність блоку, Мвт.

2) Будується залежність зміни температури охолодженої води на вході в конденсатор від часу на досліджуваному періоді Т, дані прогнозуються вперед за досвідченим значенням попереднього року аналогічних днів і місяців. Визначається середньо інтегральна температура охолодженої води за період Т.

3) По нормативним характеристиках [15], [18] конденсатора того ж типу, що й досліджуваний, але з максимально чистої в умовах електростанцій охолодженою поверхнею, будується залежність зміни тиску в конденсаторі від температури охолодженої води при тих же режимних параметрах витраті пари, витраті води

По цій залежності визначається тиск у чистому конденсаторі при даній витраті пари, витраті води й середньо інтегральної температурі охолодженої води.

У результаті досліджень математичної моделі забруднення отримані значення для ступеня "n" в (17) n ~ 0,5 – 0,85, у багатьох випадках (при збільшенні температури охолодженої води) ступінь "n" наближається до одиниці, а залежність - до лінійного, що відповідає отриманим раніше даним з літературних джерел (наприклад, [12], [15]). Критерій Фишера у всіх розрахованих варіантах мав високе значення, значно більше табличного значення критерію Фишера, що гарантує адекватність моделі.

4) Визначення оптимального строку чищення

У цей час конденсаційні установки великих турбін ТЕС і АЕС проектуються таким чином, щоб можна було реалізувати можливість відключення частини конденсаційної установки на чищення без останова всього блоку. Тому необхідно врахувати ступінь зменшення потужності при відключенні частини конденсатора на чищення коефіцієнтом "З", величина якого визначається по даним контролю персоналу станції за роботою турбоагрегату

, (3.4. 3)

де - потужність, вироблювана блоком після відключення частини конденсатора на чищення, Мвт.

Математичне формулювання завдання мінімізації сумарних втрат внаслідок забруднення конденсатора, пов'язаних з недовиробітком електроенергії й перевитратою палива, витратами на замикаючу електроенергію в періоди чищень і витратами на їхнє проведення, може бути представлена у вигляді:

, (3.4. 4)

де - питома витрата палива, г. у.п. /(кВт година)

- вартість 1 т умовного палива, грн. /т.у.п.

- витрати на чищення, грн.

У такий спосіб у порівнянні з [12] у даній методиці враховується час на чищення конденсатора ∆τ , що вносить досить істотне виправлення й підвищує якість планування періодів чищень. Для варіантів, коли , з обліком

(3.4. 5)

одержуємо повний збіг c методикою [12]. Тобто дана методика є узагальненням і розвитку методики [12], у якій прийнята умова ??<<? , тому не розглядається в умові оптимізації й приймається замість цього k? = Т.

Використовуючи стандартні програмні методи пошуку оптимуму системи визначається мінімум функції Ф у крапці , після чого маємо можливість визначити оптимальне число чищень конденсатора за період Т.

Висновок.

Запропоновано методику визначення оптимальних строків чищення конденсаторів парових турбін, шляхом мінімізації сумарних втрат внаслідок забруднення поверхонь нагрівання. На відміну від існуючих методик, дана методика враховує час чищення , що дає можливості для оптимального вибору способу чищення, для конкретних умов експлуатації ТЕС і АЕС. Дана методика може бути застосована при різних методах чищення конденсаторів: механічної, хімічної, термічної, гідравлічної, кулькової й ін.

3.5 Висновки про необхідність заміни латунних трубок на трубки марки МНЖ-5-1

З наведеного вище матеріалу, можна зробити висновки: одним з факторів погіршення економічності Зуєвській ТЕС є перевищення фактичного кінцевого тиску пари, що відробило, Ркфакт=0, 00679 МПа в конденсаторі над нормативним кінцевим тиском Ркнорм=0, 0034 МПа, тобто Р_к ^факт >Р_к ^норм .

Це невідповідність можна пояснити тим, що споконвічно Зуєвська ТЕС працює на системі охолодження від градирень, що підвищує тиск на вихлопі турбін у порівнянні з розрахунковим тиском і тим самим підвищує тиск у конденсаторі вище проектного. Ця проблема ставати актуальною в літню пору через збільшення температури повітря до 40 ⁰ С, і збільшенням температури охолодженої циркуляційної води до 20÷25 ⁰ С, все це позначається в підсумку на тиск у конденсаторі.

До однієї з головних причин можна віднести використання в трубках конденсатора, на Зуєвській ТЕС, матеріалу з меншими теплопередаючими якостями, що погіршує теплообмін у конденсаторі й підвищує тим самим кінцевий тиск у ньому. Тому потрібно приділяти особливу увагу заміні трубок у конденсаторі на тих блоках, де використаються трубки з малими теплопередаючими властивостями.

4. Дослідження параметрів роботи низькопотенційного комплексу

4.1 Сполука, структура й призначення НПК

Низькопотенійний комплекс (НПК) ТЕС і АЕС, схема якого наведена на мал.4.1, є одним з найважливіших технологічних ланок електростанцій[8].

Мал. 4.1 Схема НПК ТЕС і АЕС із індивідуальною системою технічного водопостачання.

До складу низькопотенційного комплексу сучасних електростанцій прийнято включати [8,26]:

– конденсаційні установки пари (2), що включають в себе конденсатні насоси (3), пристрої (ежектори) (4) з охолоджувачами (5), підігрівник низького тиску (6);

– системи технічного водопостачання (СТВ), що включають джерела водопостачання й прохолоджують пристрої (8) (водойми, градирні, бризкальні установки або їхні комбінації), циркуляційні насоси (10), трубопроводи охолодної води (11), фільтри циркуляційної води (9) і систему водоводів (падаючих і скидних);

– останні щаблі або частини циліндрів низького тиску турбін з робочими дисками (7) і вихлопних патрубків для пари, що відробило (1);

– підігрівники низького тиску (ПНТ-1) систем регенеративного підігріву живильної води;

– регулюючу, запірну й вимірювальну апаратури.

У завдання НПК входить створення й забезпечення необхідного кінцевого тиску пари в турбіні Рк, при високій надійності, довговічності, економічності й екологічній чистоті. Крім цього, НПК може здійснювати: прийом скида через БРОУ пари; прийом дренажів з регенеративних і мережних підігрівників; підігріви мережної води на ТЕЦ; деаерацію основного конденсату й т.п.[31]

4.2 Вплив режимів роботи НПК на ефективність роботи енергоблоку

Найбільш істотний зв'язок НПК із енергоблоком здійснюється через кінцеві параметри пари (Рк, tк) і витрата електроенергії на привод насосів комплексу, тобто НПК впливає на економічність ТЕС, впливаючи на їх КПД[8]:

, (4.1)

де – КПД турбоустановки;

– абсолютний внутрішній КПД турбіни (4.2)

h=f (P_K ), h^/ =f (P_K ) – ентальпія пари, що відробило, і його конденсату.

Як видно з вираження (5.1), кінцевий тиск впливає на КПД турбоустановки й витрату електроенергії на власні потреби електростанції .Сумарна величина втрат розташовуваної енергії в НПК для енергоблоків ТЕС потужністю 300-1200 МВт становить 7-8 % для систем водопостачання з водоймами-охолоджувачами й випарними градирнями й 8-10% для систем з радіаторними й сухими градирнями [23].

Оскільки в області НПК пар у проточній частині турбіни має низький потенціал, то оцінювати вплив зміни термодинамічних параметрів енергоносіїв на показники роботи ТЕС прийнято по впливі його на зміну потужності відсіку турбіни, розташованого між останнім регенеративним відбором і вихлопним патрубком, або останнього щабля турбіни (∆N_К ). При цьому, беручи до уваги складність НПК і взаємозалежність його елементів, необхідно враховувати вплив зміни Р_к не тільки на N_к , але й на перерозподіл потоків енергії в цих елементах. Т. е. зміна тиску Р_к приведе до зміни: потужності електроприводів циркуляційних (N_цн ) і конденсатних (N_кн ) насосів; витрати пари, води або електроенергії на привод пристроїв (N_эж ); витрати пари (Д_нд )у ПНТ-1, внаслідок зміни температури конденсату t_К і, внаслідок, цього до зміни потужності між останнім відбором і вихлопним патрубком (N_нд ). Для випадку, коли за якимись причинами, тиск у конденсаторі зростає (+DР_К ),рівняння енергетичного балансу буде мати вигляд:

DN_кп =-DN_к +DN_цн +DN_кн +DN_эж +DN_нд , (4.3)

т. е. оптимальному значенню тиску пари в конденсаторі Р_к =орt буде відповідати мінімальне зниження вироблення енергії, тобто -DN_КП =min. Ця справедливо також при Q₀ = const. Отже, як критерій економічності НПК може бути прийняте значення збільшення вироблення потужності відсіку турбіни ∆N_КП. [26]

4.3 Дослідження факторів, що впливають на роботу НПК і енергоблоку.

4.3.1 Вплив зміни кінцевого тиску на роботу турбіни

Тиск за останнім щаблем може змінюватися в досить широких межах за рахунок зміни парового навантаження, забруднення трубок конденсатора, погіршення повітряної щільності вакуумної системи, зміни кількості й температури охолодної води й внаслідок інших причин, що впливають на режими роботи конденсаційної установки, що приводить до зміни потужності турбіни, а, отже, і блоку в цілому. Для більшості турбін середніх параметрів зміна тиску в конденсаторі на ±0,98*10^-3 МПа приводить для всіх навантажень до зміни потужності приблизно на ± 1% номінальній потужності.

При підвищенні тиску в конденсаторі тепловий перепад на турбіну зменшується, причому це зменшення перепаду доводиться на кілька останніх щаблів. Напруги в цих щаблях зменшуються, зате збільшуються ступені реактивності. При невеликому збільшенні протитиску зміна реактивності не може викликати значного збільшення осьового зусилля. При роботі ж з різко погіршеним вакуумом можуть виникнути побоювання за надійність завзятого підшипника турбіни. Поряд із цим при значному погіршенні вакууму збільшується температура вихлопного патрубка турбіни, що може викликати расцентровку агрегату й поява неприпустимої вібрації.[18,29]

4.3.2 Повітряна щільність конденсатора

Одним із джерел зниження вакууму в конденсаторі - збільшення кількості повітря.

Повітря й інші гази, що не конденсуються, попадають у конденсатор двома шляхами: з пором і через нещільності вакуумної системи турбіни. Кількість газів, що не конденсуються, вступників у конденсатор з пором, невелике й становить величину порядку декількох відсотків від загальної кількості, що видаляє з конденсатора повітря. Таким чином, основна кількість газів, що видаляє з конденсатора, становить повітря, що проникає через нещільності елементів турбоустановки, що перебувають під розрідженням.

При значному зниженні парового навантаження величина присоса повітря, як правило, збільшується, оскільки під розрідженням виявляються всі нові ділянки корпуса турбіни й регенеративної системи.[36]

Проникнення повітря у вакуумну систему турбіни погіршує роботу конденсатора, викликаючи цілий ряд небажаних явищ. Насамперед повітря істотно погіршує коефіцієнт тепловіддачі від пари, що конденсується, до стінки конденсаторних трубок, зменшуючи тим самим загальний коефіцієнт теплопередачі в конденсаторі. Значні присоси повітря можуть викликати перевантаження пристроїв і погіршення вакууму із цієї причини.[23]

4.3.3 Переохолодження й киснєзміст конденсату

Переохолодженням конденсату називається різниця між температурою насичення пари при тиску в горловині конденсатора й температурою конденсату в усмоктувальному патрубку конденсатного насоса.

Переохолодження конденсату погіршує економічність установки, оскільки збільшується втрата тепла з охолодною водою й виникає необхідність у додатковому підігріві живильної води за рахунок пари з регенеративних відборів. Переохолодження конденсату погіршує деаерацію конденсату в конденсаторі, що може з'явитися причиною значного заряджання живильної води корозійно-активними газами.[36]

Підвищення змісту кисню в конденсаторі збільшує корозію водяного тракту від конденсатора до деаераційної установки. Киснева корозія конструктивний металів живильного тракту, крім руйнування металу, викликає замет поверхонь нагрівання казана й проточної частини турбіни окислами заліза, міді й ін. сполуками, що серйозно ускладнює експлуатацію основного встаткування й у ряді випадків приводить до аварійних положень. Джерелами зараження конденсату киснем можуть бути нещільності зварених сполук конденсатозбірника, у фланцевих сполуках конденсатотпроводів, у чепцевих ущільненнях насосів і вакуумних засувок, корпусів насосів, що перебувають під розрядженням.[29]

4.3.4 Забруднення конденсатора

Із усього різноманіття проблем, що виникають у процесі експлуатації конденсаторів одна з основних - відкладення на стінках трубок трубного пучка, що утворяться в процесі руху по них охолодної води.

Забруднення конденсаторів з водяної сторони є найбільш частою причиною погіршення вакууму.

Забруднення трубок конденсаторів, особливо відкладення на їхній внутрішній поверхні, омиваною охолодною водою, а також забивання трубних дощок і трубок з боку входу води більшими предметами приводять до погіршення теплотехнічних показників роботи конденсаторів - коефіцієнта теплопередачі, температурного напору й тиску пари, що відробило, у порівнянні з їхніми значеннями для відповідних режимних умов по нормативних характеристиках.

Характер і інтенсивність забруднення внутрішньої поверхні конденсаторних труб і пов'язані із цим порушення їхньої роботи залежать від багатьох факторів, до яких ставиться фізико-хімічна сполука охолодної води, її біологічні особливості, конструкція конденсатора й режим його роботи (швидкість руху води в трубках, температурний перепад і т.д.) і корозійна стійкість конденсаторних труб. Можливо випадкове влучення сторонніх предметів, а також змивання й віднесення з потоком охолодної води елементів конструкцій на циркуляційних насосів після обертових сіток [23].

За своїм характером забруднення можуть бути розбиті на три групи: а) механічні; б) біологічні; в) сольові.

Механічні й біологічні забруднення охолодних трубок і трубних дощок конденсатора приводять до:

– повільному або застійному плину охолодної води в трубках через їхнє часткове забивання;

– руйнуванню захисного окісного шару з наступною крапковою корозією мідних сплавів;

– підвищенню місцевої швидкості води на ділянці, де застрягли великі частки, з виникненням швидко прогресуючої ерозії мідних сплавів;

– виразкової корозії трубних дощок через волокнисті забруднення, трави;

– зменшенню охолодної поверхні конденсатора через повне забивання охолодних трубок;

– збільшенню втрати тиску в конденсаторі через забивання, що прохолоджують трубок.

Наслідку сольових забруднень охолодних трубок проявляються в основному в:

- прискорення корозії трубок;

- зменшенні прохідного перетину трубок, що веде до скорочення витрати охолодної води й підвищенню втрати тиску у водяному тракті конденсатора ;

- погіршення теплообміну.[29]

4.4 Профілактично - оперативна діагностика

4.4.1 Інформація про відмову

Відмовою, відповідно до теорії надійності, прийнято вважати - порушення працездатності технічного об'єкта внаслідок неприпустимої зміни його параметрів або властивостей під впливом внутрішніх фізико-хімічних процесів і зовнішніх механічних, кліматичних або інших впливів.

У процесі експлуатації енергоблоків у системі НПК можуть виникати часткові й повні відмови. Повні відмови звичайно відносять до аварій. Часткові відмови в основному характеризуються поломками, які може локалізувати експлуатаційний персонал. Причини часткових відмов можна класифікувати на об'єктивні й суб'єктивні. До об'єктивних причин можна відносити зміна погодних умов (зміна t_{нар. возд ,} збільшення барометричного тиску, зледеніння в системі водопостачання, старіння встаткування й т.д.). До суб'єктивних - часткові відмови з вини експлуатаційного персоналу, ремонтників, монтажників і т.п. (погіршення характеристик насосів і ежекторів, забруднення поверхонь нагрівання й охолодження й т.п.).

Природно, перша група відмов - часткові відмови - у більшості випадків може бути попереджена персоналом станції.

При виникненні часткових відмов завдання експлуатаційного персоналу полягає не тільки в недопущенні розвитку відмови ( із часткового в повен ) , але й у продовження вироблення енергії при високих техніко-економічних показниках, надійності, безпеці й дотриманні вимог екології.[31]

4.4.2 Виявлення відмови

Для виявлення відмов можуть бути використані: штатні прилади й засоби контролю параметрів; непрямі виміри; порівняння з характеристиками й деякі інші способи.

Задаються питомі техніко-економічні показники резервів енергосистеми – аварійного, ремонтний і режимного, що забезпечують заданий рівень надійності енергопостачання.

Джерелом одержання даних про розподіли ресурсів деталей і елементів устаткування комплексу можуть бути:

1) дані експлуатації (для аналогічних умов застосування);

2) експертні оцінки;

3) імовірнісні моделі процесів руйнування, що використають розрахунки й дані міцності або ресурсних випробувань.

При роботі конденсаційної установки виробляється періодична перевірка щільності вакуумної системи із установленням присосів повітря, при нормальному навантаженні не повинні перевищувати 30 кг/годину.

Контроль ведеться за:

- гідравлічною щільністю конденсатора за допомогою хімічного аналізу основного конденсату;

- величиною нагрівання охолодної (цирк води) водою, що повинна бути 7-9 ⁰ С;

- температурою й тиском цирк. води на вході в конденсатор;

- вакуумом у конденсаторі;

- нормальною роботою основних ежекторів;

Відшукання дефектних трубок виробляється шляхом просвічування полум'ям парафінової свічі трубних дощок. Втягування полум'я свічі в трубку свідчить про наявність нещільності у відповідній трубці.

Ведеться контроль за вібростаном елементів турбоустановки. Якщо вібрація перевищує припустимі норми, безупинно зростає або приймає стрибкоподібний вигляд, то це свідчить про неполадки елементах конструкцій. І як раніше вже було сказано, при підвищенні кінцевого тиску виникає ряд проблем, що приводить до агрегату й неприпустимої вібрації.[18]

4.4.3 Джерела відмови - причини

Наслідком зниження вакууму в конденсаторі або збільшення Рк може бути:

- порушення енергетичного балансу між теплотою, що підводиться з парою, що відробила, і охолодженою водою, що відводить;

- збільшення пропуску пари в конденсатор;

- зниження витрати охолодженої води або збільшення температури охолодної води;

- порушення теплообміну між конденсованим парою й охолодженою водою.

Причиною цієї відмови є зниження коефіцієнта теплопередачі й збільшення температурного напору.

Зниження коефіцієнта теплопередачі може відбуватися внаслідок:

- забруднення поверхонь охолодження (трубок) конденсаторів органічними й неорганічними відкладеннями;

- підвищення змісту газів, що не конденсуються, у паровому просторі конденсаторів, в основному повітря, що попадає в конденсатор з парою, що відробила, через нещільності у вакуумній системі;

- одночасного забруднення й підвищення змісту повітря в парі, що конденсується.

Збільшення недогріву може відбуватися по цих же причинах.

Причинами збільшення присосів можуть бути:

- порушення роботи кінцевих ущільнень турбіни;

- виникнення тріщин у зварених сполуках;

- деформація фланцевих рознімань;

- присоси через колектор обігріву фланців і шпильок;

- присоси через сальники арматур, що перебуває під вакуумом.

4.4.4 Вибір оптимального способу усунення відмови (критерій opt)

Відновлення працездатності елемента блоку або блоку в цілому - це спосіб перекладу його зі стану відмови в працездатний стан. Такою операцією може бути регулювання елемента або блоку, ремонт або заміна на свідомо справний. Кожної такої операції приписується певна вартість.

Для знаходження оптимальної процедури відновлення працездатності повинен бути заданий критерій оптимальності. Таких критеріїв відомо, принаймні, три: середні вартості відновлення працездатності, імовірність відновлення працездатності з обмеженою вартістю, вартість усунення відмов із заданою ймовірністю. При необхідності оптимізації багаторазового відновлення працездатності найбільш природний як критерій середня вартість.

При забрудненнях трубок конденсаторів застосовують очищення трубок. Залежно від інтенсивності забруднення й видів відкладень застосовують різні профілактичні міри. У випадках механічного забруднення застосовують метод промивання зворотним потоком охолодної води. Також широке поширення одержало кулькове очищення конденсаторів.

Для очищення трубок від біологічних забруднень застосовують термічне сушіння.

Для усунення сольових забруднень, тобто утворення накипу на внутрішній поверхні трубок застосовують хімічну обробку води. У цей час приділяється велику увагу безреагентним методам обробки води: магнітна і ультразвукова обробка.

При більше серйозних неполадках виконують ремонт або заміну трубок конденсатора.[30]

4.4.5 Попередження відмов у роботі обладнання НПК

Одним з ефективних способів забезпечення якісної експлуатації енергоустаткування електростанції є діагностування його стану. Завдяки діагностиці проводиться попередження можливих відмов. Діагностуванням у теорії надійності прийнято вважати постановку діагнозу, тобто процес реалізації технічної діагностики.

Технічна діагностика - це встановлення й вивчення ознак, що характеризують наявність дефектів у машинах, пристроях, їхніх елементах і вузлах, для пророкування можливих відхилень у режимах їхньої роботи, а також розробка методів і засобів для виявлення й локалізації дефектів. Таким чином, технічне діагностування покликане забезпечувати плановий технічний стан об'єктів (елементів, підсистем і систем). Технічний стан об'єкта характеризується значеннями параметрів його, установленими технічними (енергетичними для енергетичних об'єктів) характеристиками. Технічний стан об'єкта можуть визначати параметри, що характеризують справний і несправний стан об'єктів. До числа основних властивостей технічних об'єктів, у тому числі елементів, підсистем і систем теплоенергетичних установок ТЕС і АЕС, що характеризують їхня надійність, можна віднести: відмови, працездатність і непрацездатність, гранична стан досліджуваних об'єктів і інше.

Визначення поняття відмови було наведено вище.

Працездатність - стан об'єкта, при якому він здатний виконувати задані функції, зберігаючи значення заданих параметрів у межах, установлених нормативно - технічною документацією.

Непрацездатність - стан об'єкта, при якому значення хоча б одного параметра, що характеризує здатність заданих функцій, не відповідає вимогам, установлених нормативно-технічною документацією.

Граничний стан - стан об'єкта, при якому його подальша експлуатація повинна бути припинена із причин: непереборного порушення вимог безпеки, непереборного відхилення заданих параметрів за встановлені межі (верхні, нижні), непереборного зниження ефективності експлуатації нижче припустимої, необхідності проведення поточного або капітального ремонту.

Для виявлення й аналізу тих або інших несправностей в устаткуванні і його основних вузлах і елементах, як правило, використається спостереження за відхиленням вимірюваних параметрів і інших характеристик цього встаткування. У тих випадках, коли безпосередні виміри неможливі, застосовуються методи, що ґрунтуються на моделюванні технологічних процесів, або на використанні корелляционних зв'язків між вимірюваними й не вимірюваними параметрами.

Сучасний розвиток засобів вимірів і обчислювальної техніки відкриває нові шляхи для підвищення ефективності використання енергоустаткування. Одним з таких шляхів є впровадження в енергетику оперативної технічної діагностики.

Під технічною діагностикою розуміється виявлення встаткування й систем ТЕС, що мають погіршені функціональні характеристики, визначення причин, що викликають появу цих дефектів, оцінку допустимості або доцільності подальшої експлуатації встаткування з урахуванням прогнозу розвитку виявлених дефектів. Тут, що виявляє погіршення функціональних характеристик ставиться до показників, як надійності, так і економічності.

Принципово важливо з позицій способів одержання й використання діагностичної інформації розділити загальний комплекс діагностування стану енергетичного обладнання на завдання оперативної й так називаної "ремонтної" діагностики. Ремонтна діагностика здійснюється на зупиненому обладнанні в процесі його ревізій і ремонтів; його основу крім візуальних обстежень становить неруйнуючий контроль стану металу. На відміну від цього оперативна діагностика здійснюється на працюючому обладнанні й використає в основному методи функціонального діагностування.[24]

4.4.6 Занесення в банк даних

Проведення цієї операції необхідно для збору інформації про всі можливі відмови. Завдяки їй виявлення відмов стало більше спрощеним процесом, оскільки, наприклад, маючи більші відхилення параметрів і інформацію в банку даних про всілякі причини й наслідки, можна робити висновки про порушення, що відбуваються, і миттєво переходити до їхнього усунення. Це дозволяє заощаджувати на засобах і часі і є у свою чергу дуже ефективним.

Занесення інформації в банк даних здійснюється в процесі експлуатації при кожному виявленні неполадок.

4.5 Оптимізація режимів роботи НПК

У цей час близько 80% енергоблоків ТЕС відробили свій ресурс, одночасно із цим використають палива з більше низькою теплотою згоряння, що привело до зниження їхньої потужності на 10-12%. Проблему часткової реабілітації енергоблоків можна вирішити шляхом оптимізації режимів експлуатації НПК.

У завдання НПК входить:

- вибір оптимального варіанта з можливих;

- приведення НПК в оптимальний стан.

Процес оптимізації НПК дуже складний, не тільки тому, що НПК являє собою складну систему, але й тому, що НПК – це елемент більше складної системи - енергоблок, електростанція. В енергетику як розрахунковий параметр прийнятий кінцевий тиск Рк.

Таким чином, завданням оптимізації НПК є вибір Рк. –opt.

Для рішення даного завдання необхідно визначити критерій оптимізації. У якості такого звичайно приймають:

при термодинамічній оптимізації ККД турбоустановки η_ту , питомі витрати теплоти q_ту й т.д.;

при техніко-економічної – наведені розрахункові витрати або і їхню змінну частину З.

Оцінити кількісно вплив кінцевого тиску Р_к на теплову економічність турбоустановки в реальних умовах дуже складно, тому що економічний вакуум на виході з турбіни завжди нижче економічного (граничного) через втрати на виході з турбіни; втрати з вихідною швидкістю пари; зміна вологості пари, що впливає на η_oi.

Економічний вакуум у конденсаційній установці нижче економічного вакууму турбіни через термічні опори поверхонь охолодження конденсатора, витрати енергії на привід конденсатних насосів і ежекторів.

З огляду на складну залежність між ККД турбоустановки η_ту , ККД електростанції (η_с ) ,питомих витрат (q_э, b_у ) змінної частини розрахункових витрат З=f(η_с ) від економічного вакууму енергоблоку ( із НПК), прийнято оцінювати вплив вакууму на роботі енергоблоку по збільшенню потужності.

Найбільш кращим методом дослідження в цей час вважається метод математичного моделювання, з використанням елементів аналітичного методу (енергетичних характеристик) і інформативних даних про поточні параметри.

Вирішувати питання оптимізації НПК необхідно з використанням сучасних систем технічної діагностики (СТД).[29]

4.6 Розробка системи технічного діагностування НПК

4.6.1 Завдання й функції СТД

Оперативна технічна діагностика встаткування є розвитком традиційного оперативного контролю й органічно входить до складу інформаційних функцій АСУ ТП. Рішення більшості завдань оперативної технічної діагностики здійснюється в темпі процесу. Таким чином, автоматизовані системи комплексної технічної діагностики (АСКТД) можуть розглядатися як підсистеми інформаційно-обчислювальних комплексів (ІОК) АСУ ТП. При цьому для рішення завдань технічної діагностики залежно від їхньої постановки, структури АСУ ТП і функціональних можливостей використовуваної обчислювальної техніки можуть знадобитися як додаткові засоби виміру, так і засобу перетворення інформації, аж до спеціалізованих обчислювальних пристроїв, автономних або інтегрувальних з ИВК.

Для діагностичних завдань, результати, рішення яких потрібні для пост оперативного аналізу умов експлуатації устаткування або для довгострокового планування експлуатаційного й ремонтного обслуговування, вимога одержання рішення в темпі процесу не пред'являється й діагностування може здійснюватися за даними оперативного контролю не оперативно при необхідності на зовнішній стосовно АСУ ТП обчислювальної техніки в АСУ ТЕС або енергооб'єднання. Це ставиться, наприклад, до завдань розрахунку вироблення ресурсу або прогнозування зміни економічності устаткування в процесі експлуатації.

Комплексний характер діагностичного контролю створює передумови для одержання інтегральних оцінок стану устаткування. Це повинне дати можливість використати діагностичну інформацію не тільки для оперативного керування устаткуванням і пост оперативного аналізу умов його роботи, але й для більше обґрунтованого планування ремонтного обслуговування з урахуванням поточного стану устаткування і його прогнозованих змін.

Разом з тим досвід розробки АСКТД і системний аналіз вимог до діагностичного забезпечення енергетичних об'єктів свідчать про те, що зі збільшенням об'єму, повноти й глибини діагностування труднощі реалізації, освоєння й підтримки в роботі АСКТД не збалансовано зростають. Це в першу чергу пов'язане з об'ємом і вимогами до якості вихідної (вимірюваної) інформації, необхідної для діагностування, із забезпеченням вірогідності й цінності одержуваної діагностичної інформації.

Основними завданнями АСТД залишаються: підвищення надійності встаткування шляхом підвищення якості його експлуатації завдяки розвитку й удосконалюванню діагностичного контролю; запобігання по можливості, розвитку аварійних ситуацій шляхом виявлення дефектів на ранніх стадіях їхнього розвитку й удосконалювання системи планово-попереджувальних ремонтів з урахуванням фактичного стану й умов експлуатації встаткування, даних про його пошкоджуваність.

На досягнення цих цілей повинне бути спрямоване рішення кожної із завдань технічної діагностики незалежно від того, здійснюється вона в складі функцій АСКТД, за допомогою локальної підсистеми автоматизованого діагностичного контролю або за допомогою автономного спеціалізованого пристрою.[32]

Виходячи з вище сказаного, можна сформулювати найбільш характерні завдання й функції СТД:

1. Попередження найбільш імовірних і характерних відмов (часткових або повних) в елементах підсистемах і системах ТЕС і АЕС.

Для цього необхідно:

1.1 На підставі досвіду експлуатації й статистичних даних, визначити найбільш характерні відмови для розглянутих об'єктів ТЕС і АЕС.

1.2 Мати або розробити характеристики цих відмов.

1.3 Мати або обчислити дані по збитках внаслідок даних відмов.

1.4 Мати або запропонувати системи попередження або попередження даного виду відмов.

1.5 Визначати витрати на СТД (попередження або попередження відмов).

1.5.1 Капітальні витрати СТД.

1.5.2 Витрати експлуатації СТД.

1.6 Розробити рекомендації з безвідмовних режимів експлуатації даного об'єкта, з обліком його фактичного стану.

4.6.2 Функціональні особливості СТД

Структура будь-якого СТД ТЕС або АЕС повинна бути реалізована на основі чотирьох основних етапів: моніторингу, експертної оцінки, висновку по відмові й видачі рекомендацій.

МОНІТОРИНГ - (перший етап).

Його завданням є:

- виявлення відхилення (відмови) параметрів від значень, передбачених енергетичними й міцностними характеристиками;

- вживання оперативних заходів по усуненню або попередженню відмови відповідно до типового експлуатаційними інструкціями;

- занесення відмови в банк статистичних даних;

- видача результатів моніторингу в експертну оцінку.

ЕКСПЕРТНА СИСТЕМА (другий етап).

Його завданням є:

- визначення місця й причини відмови;

- оцінка збитку в результаті відмови;

- видача рекомендацій з усунення й запобігання відмови;

- оцінка витрат на ліквідацію відмови.

Як методи і засоби експертної оцінки можуть бути використані: дані моніторингу по даній відмові; банк даних по відмовах; алгоритми програм по визначенню відмов; енергетичні характеристики устаткування.

ВИСНОВОК ПО ВІДМОВІ (третій етап).

Завданням даного етапу є видача рекомендацій з усунення відмови й недопущенню його в процесі подальшої експлуатації устаткування (при дотриманні правил експлуатації). Для реалізації завдань даного етапу:

- уточнюють причини відмови;

- видаються рекомендації з недопущення подібної відмови всьому оперативному й неоперативному персоналу станції.

РЕКОМЕНДАЦІЇ З ОПТИМАЛЬНОГО РЕЖИМУ ЕКСПЛУАТАЦІЇ уСТАТКУВАННЯ (четвертий етап).

Завданням даного етапу є вибір оптимальних режимів експлуатації устаткування по його фактичному стані з урахуванням надійності, економічності, безпеки, довговічності й інших факторів. Для реалізації завдань даного етапу звичайно використаються:

- занесення результатів у банк даних підсистеми СТД у складі АСУ ТП енергоблоку;

- Відомі методи оптимізації експлуатації енергоустаткування;

- Можливість алгоритмічного й програмного забезпечення АСУ ТП.

Вибір структури АСТД і функціональна сполука розв'язуваних завдань діагностування визначається особливостями діагностуємих об'єктів, можливостями інформаційного й технічного забезпечення, ступеня відповідальності цих об'єктів і інших факторів.

При оцінці ефективності роботи АСТД НПК можливі два підходи.

Перший - як критерій економічності розглядається енергетичний баланс [20]. Другий - як критерій розглядаються термо й гідродинамічні параметри роботи встаткування [25].

При дотриманні певного компромісу в питаннях взаємовиключення, що зустрічаються при рішенні економічних і технологічних завдань, можливе об'єднання цих підходів у двоєдині завдання.

Вирішальною умовою успішної реалізації завдань діагностування є ретельне пророблення системних питань створення АСКТД. До числа вимог, які, безумовно повинні бути пред'явлені до систем подібного роду ставляться[20]:

- забезпечення приживлюваності діагностичних завдань;

- забезпечення працездатності й надійності функціонування завдань, стійкості їх до впливу систематичних і випадкових помилок, а також відмов у каналах вимірів;

- можливість тиражування системи;

- комплексний характер рішення діагностичних завдань у їхньому взаємозв'язку, обумовленої єдністю технологічного процесу;

- максимальне використання потенційних можливостей ЕОМ у прийнятті діагностичних рішень;

- можливості кількісного аналізу якості й результатів роботи діагностичної системи.[32]

Досвід розробки, впровадження різноманітних завдань інформаційного забезпечення й керування АСУ ТП, накопичений в останні десятиліття. Показує, що лише невелика частина цих завдань успішно експлуатується надалі. Одна з основних причин такого положення - недостатня пропрацьованість комплексу різнохарактерних питань - науково-технічних, ергономічних, психологічну й інших, рішення яких і визначає успішну приживлюваність. Важливі критерії пропрацьованості завдань на стадії їх ухвали - корисність і не тривіальність.

Корисність того або іншого алгоритму відповідно до завдань АСКТД повинна бути, насамперед, зрозуміла й визнана експлуатаційним персоналом і керівництвом станції, де здійснюється впровадження.

Не тривіальність має на увазі чітке обґрунтування переваг використання алгоритму й застосування засобів обчислювальної техніки. Експлуатація автоматизованих систем трудомістка, вимагає додаткових зусиль по обслуговуванню технічних засобів, а також по освоєнню й використанню алгоритмів. У той же час на діючому устаткуванні емпірична діагностика ведеться й з позиції персоналу досить успішно. Тому для визнання того або іншого алгоритму необхідні дві умови - очевидна корисність, а також неможливість або складність його реалізації традиційними методами без використання автоматизованої системи.

Ознаками, що виправдують застосування автоматизованих систем є: якісна й кількісна новизна використовуваних для діагностування залежностей; складність математичних залежностей і логічних зв'язків, реалізованих алгоритмом; велика кількість параметрів, що визначають стан об'єкта й враховуються алгоритмом діагностування; великий об'єм пам'яті для довгострокового зберігання інформації, використовуваної в алгоритмах діагностування, необхідність швидкої її обробки; складність "немашинного" аналізу вірогідності інформації; необхідність прогнозування тенденції зміни в часі діагностичних показників з розрахунком імовірнісних характеристик прогнозу; необхідність виміру й обчислення параметрів недоступних експлуатаційному персоналу.

У структурному відношенні СД повинна містити в собі наступні підсистеми:

– збору й зберігання інформації, що надходить від датчиків, установлених на контрольованому устаткуванні;

– первинної обробки й контролю вірогідності і якості вступник інформації;

– базу даних нормативно-довідкової інформації;

– обробки, аналізу й відображення інформації про технічний стан конденсаційної установки;

– аналізу інформації про наявні порушення в роботі конденсаційної установки для встановлення діагнозу й можливих причин порушень (експертна система).[8]

4.6.3 Система технічної діагностики низькопотенційного комплексу

Система технічного діагностування й керування НПК
теплоенергетичних установок електростанцій призначена для підвищення економічності, надійності, довговічності й екологічної чистоти енергоблоків ТЕС за рахунок оптимізації режимів експлуатації НПК.

Система забезпечує:

– технічну діагностику устаткування НПК з метою підвищення надійності, довговічності й екологічної чистоти енергоблоків;

– оптимізацію режимів роботи й експлуатації енергоблоків з урахуванням графіків енергетичних навантажень, справності устаткування, екологічної й метеорологічної обстановок;

– підвищення надійності роботи енергоблоків;

– збільшення міжремонтних періодів експлуатації енергетичного устаткування;

– вибір оптимальних видів ремонтів, модернізації й реконструкції;

– зниження ступеня забруднення навколишнього середовища;

– скорочення витрат палива й водних ресурсів.

Система передбачає збір інформації про параметри енергоносіїв і стану устаткування з максимальним використанням штатних приладів, нагромадження бази даних, обробку інформації на ЕОМ і видачу рекомендацій. Вона може працювати як автономно, так і в складі АСУТП енергоблоку (у режимі підсистеми).

Коло завдань, охоплюваних системою діагностики роботи НПК, містить у собі наступне:

1. Конденсатор:

– визначення фактичних і нормативних показників роботи конденсатора - вакууму, недогріву води до температури насичення, нагрівання води, гідравлічного опору;

– аналіз і з'ясування можливих причин порушення в роботі конденсатора;

– вибір способів установлення оптимальних строків чищення трубок;

– визначення оптимальних строків заміни трубок.

2. Циркуляційні насоси й трубопроводи системи циркуляційного водопостачання:

– визначення характеристик роботи насосів;

– аналіз і з'ясування можливих причин відхилень у роботі циркуляційної системи;

– оптимізація включення й параметрів експлуатації циркуляційних насосів.

3 Повітряні насоси:

– перевірка відповідності показників роботи ежекторів паспортним даним;

– аналіз і з'ясування причин незадовільної роботи ежекторів і їхніх охолоджувачів.

4. Конденсатні насоси

5. Оцінка зниження економічності роботи турбоустановки залежно від стану конденсаційної установки.

Реалізація СТДУ НПК можлива в рамках різних моделей [20]:

– мінімальної, що забезпечує програмно-інструментальні засоби для інженерів ТЕС по оперативному контролі (моніторингу) параметрів стану елементів установки в об'ємі прийнятому на ЕС, зіставленню фактичних значень параметрів з нормативними, а також побудова ретроспективи параметрів стану установки й виявленню тенденцій їхньої зміни, що особливо важливо при низької надійності й точності показань вимірювальних засобів;

– максимальної, утримуючої не тільки підсистеми збору й обробки інформації, але й реалізуючої крім моніторингу завдання більше високого рівня, експертні завдання по виявленню причин порушень у роботі устаткування й оптимізаційні завдання, такі як, наприклад, оптимізація роботи системи, оптимізація строків чищення й заміни трубок поверхні теплообміну й т.д.;

– інженерної, що займає проміжне положення по об'єму й складності між першими двома.

У рамках мінімальної моделі СД реалізуються завдання безперервного оперативного контролю основних параметрів, що характеризують роботу конденсаційної установки (недогрів води до температури насичення пари, тиск у конденсаторі, переохолодження конденсату, зміст повітря в парі, солевміст конденсату й ін.), порівняння фактичних значень цих параметрів з нормативними, розрахованими по закладеним у СД алгоритмам, і при невідповідності фактичного й нормативного значень видачі повідомлень про порушення режиму експлуатації, а також аналізуються тенденції зміни того або іншого параметра при впливі на нього інших факторів.

Максимальна модель СД містить у собі мінімальну модель як підсистема. При виявленні в рамках цієї підсистеми відхилень і порушень у режимі роботи конденсаційної установки підсистема більше високого рівня, проаналізувавши наявну інформацію й доповнивши її відсутньої, отриманої шляхом моделювання або в діалозі з оператором, ЕОМ формує діагноз технічного стану конденсаційної установки із вказівкою можливих причин, що викликали порушення її роботи, і видасть рекомендації персоналу для усунення виявлених неполадок. До складу максимальної моделі включаються програмні модулі, що реалізують за бажанням користувача процедури вироблення прогнозних оцінок по розроблених методиках, а також рішення перерахованих вище оптимізаційних завдань, які дозволяють підвищити ефективність роботи встаткування шляхом підтримки економічних режимів його експлуатації або використання оптимальних схем його включення.[25]

Розробка системи технічної діагностики містить у собі:

- вибір методу контролю НПК (моніторинг);

- експертну оцінку;

- висновок.

Моніторинг НПК здійснюється шляхом:

- прямого виміру параметрів за допомогою приладів технологічного контролю;

- непрямого виміру (аналітичними методами);

- комбінованим (інтегральним) методом.

Під час експлуатації НПК повинні, згідно ПТЕ, проводитися наступні заходи:

- профілактика по запобіганню забруднення конденсаторів (обробка охолодної води, кулькове очищення);

- періодичне чищення конденсаторів;

- контроль за чистотою поверхонь охолодження й трубних дощок конденсаторів; поверхонь охолодження в охолоджувачах ежекторів;

- контроль за витратою охолодної води (шляхом прямого виміру по тепловому балансі конденсаторів), оптимізація витрати охолодної води відповідно до її температури й паровим навантаженням конденсатора;

- перевірка щільності вакуумної системи і її ущільнення, при цьому величина присоса повітря, у діапазоні зміни парового навантаження конденсатора, не повинна перевищувати норму;

- перевірка водяної щільності конденсатора шляхом систематичного контролю солевмісту конденсату;

- перевірка змісту кисню в конденсаті після конденсатних насосів.

Загальноприйнятим методом контролю за роботою конденсаційної установки є регулярне порівняння фактичних експлуатаційних показників його роботи з нормативними показниками, отриманими на підставі випробувань однотипного устаткування при свідомо справному й чистому стані всіх елементів установки

Для своєчасного і якісного проведення перерахованих вище заходів здійснюється безперервний контроль параметрів.

До числа основних параметрів, що характеризують роботу НПК, прийнято відносити тиск пари, що відробило в турбіні (Рк) і температурний напір у конденсаторі (δt) при заданих значеннях:

- витрати пари (Dк) і охолодної води (Gв) у конденсаторі турбіни;

- температури охолодженої води на вході в конденсатор (t_в1 ).

Ці параметри визначають ступінь термодинамічної досконалості циклу турбоустановки, характеризуючи величину теплоперепаду залежно від кінцевого тиску. Одночасно вони дають можливість оцінки впливу НПК і енергоблоку на навколишнє середовище.

Визначення тиску пари, що відробило (Рк) виробляється шляхом безперервного виміру штатними приладами. Безперервний контроль із використанням штатних СТОСІВ ведеться за параметрами, перерахованими вище.

Значення температурного напору (δt) визначається як різниця температур пари на вході в конденсатор (tкп) і охолодної води на виході з конденсатора (t2в), тобто

δt=t_кп – t_2в , ⁰ С (4.4)

Витрата пари в конденсатор може бути визначений з урахуванням видаткового коефіцієнта (К_п ), зазначеного в нормативних характеристиках для кожного типу турбін, по формулі:

,т/ч (4.5)

де К_п – видатковий коефіцієнт (т/ч)/МПа;

Р_п – тиск пари в контрольному щаблі, МПа.

Крім цього витрата пари (D_к ) може бути визначений з розрахунку теплової схеми турбоустановки. Цей метод у цей час більше кращий для турбоустановок, що перебувають тривалий час в експлуатації й значному фізичному зношуванню. Тим більше, що використання ЕОМ при розрахунку схеми спрощує даний метод і підвищує його точність.