Повышение эффективности работы смешивающих подогревателей в системах регенерации паровых турбин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.14, кандидат технических наук Сухоруков, Юрий Германович

• Сухоруков, Юрий Германович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Сухоруков, Юрий Германович

Введение

1. Проблемы, задачи исследования.

1.1 Влияние смешивающих подогревателей на экономичность системы регенерации низкого давления (СРНД).

1.2 Схемы включения смешивающих подогревателей.

1.3 Защитные устройства от переполнения смешивающих подогревателей водой.

1.4 Защитные устройства от попадания воды в турбину с обратным потоком пара.

1.5 Переходные процессы в смешивающих подогревателях и вынос влаги с обратным потоком пара в проточную часть турбины.

1.6 Задачи и метод исследования.

2. Исследование тепловой экономичности схем со смешивающими подогревателями различных турбоустановок.

2.1 Расчетные исследования тепловой экономичности схем со смешивающими подогревателями турбины К-300-23,5.

2.2 Исследование влияния схемы ввода конденсата греющего пара поверхностного подогревателя в аппарат смешивающего типа.

2.3 Экспериментальное исследование тепловой экономичности СРНД со смешивающими подогревателями турбины К-300-23,5 и К-800-23,5.

2.3.1 Методика проведения опытов и особенность измерения параметров при стационарных режимах.

2.3.2 Обработка результатов испытаний при стационарных режимах.

2.3.3 Экспериментальное исследование тепловой экономичности системы регенерации низкого давления турбины К-300-23,5 и К-800-23,5.

2.4 Рекомендации, направленные на повышение тепловой экономичности и надежности комбинированных схем СРНД со смешивающими ПНД.

3. Математическое моделирование процесса выноса воды с обратным потоком пара.

3.1 Переходный процесс в смешивающих ПНД.

3.2 Определение скорости падения давления в паровом пространстве смешивающего ПНД.

3.3 Расход пара из парового отсека смешивающих подогревателей.

3.4 Изменение расхода и энтальпии основного конденсата в переходных режимах для гравитационной схемы включения смешивающих ПНД-1 и ПНД-2.

3.5 Изменение расхода и энтальпии основного конденсата в схеме с одним смешивающим ПНД-2.

3.6 Изменение расхода и энтальпии основного конденсата в схеме с двумя смешивающими подогревателями и перекачивающими насосами.

3.7 Расчет набухания уровня воды над перегородкой.

3.7.1 Расчет уровня воды на перегородке.

3.7.2 Расчет набухания уровня во времени в паровом отсеке.

3.8 Расчет диаметра капель, выносимых с обратным потоком пара из аппарата в проточную часть турбины.

4. Исследование набухания уровня при нестационарных (динамических) режимах.

4.1 Экспериментальная проверка работы смешивающих подогревателей блоков 200 и 800 МВт.

4.1.1 Методика проведения опытов и особенности измерения параметров.

4.1.2 Экспериментальное исследование переходных процессов в схеме регенерации энергоблока 200 МВт.

4.2 Опытное определение набухания уровня воды при сбросе нагрузки. Заключение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности работы смешивающих подогревателей в системах регенерации паровых турбин»

Развитие энергетики является одним из важнейших стратегических направлений развития современной российской экономики.

Основное направление развития энергетики в ближайшие годы должно осуществляться за счет технического перевооружения энергоблоков мощностью 20СН-800 МВт ТЭС с целью повышения их экономичности, строительства новых блоков АЭС, а также развития парогазовых технологий и применения суперсверхкритических параметров. Одновременно планируется изменение структуры потребления.

Повышение потребляемой мощности коммунально-бытового сектора экономики, наличие отраслей промышленности с неравномерными суточным и недельным графиками потребления, различная плотность населения, наличие мегаполисов увеличивает неравномерность графика электрической нагрузки, что ставит задачу создания маневренных энергоблоков, работающих с высокой экономичностью в широком диапазоне нагрузок.

С учетом имеющейся структуры установленных мощностей и тенденции модернизации энергетических блоков ТЭС и АЭС одним из направлений решения этой проблемы является совершенствование системы регенерации низкого давления паровых турбин и ее оборудования на действующих и проектируемых энергетических блоках.

В отечественной энергетике широкое распространение получили схемы регенерации с поверхностными и смешивающими подогревателями низкого и высокого давления (ПНД и ПВД) и деаэраторами (Д) с давлением пара от 0,6 до 1,2 МПа, работающими при постоянном и переменном (скользящем) давлении пара.

Работа при скользящем давлении требует решения вопросов набухания уровня в смешивающих ПНД, исключающих вынос влаги в проточную часть турбины в динамических режимах работы энергоблока.

Использование энергоблоков в регулировании частоты и мощности в энергосистеме, а так же эксплуатация в широком диапазоне нагрузки влияет на условия работы оборудования электростанций и, в частности, оборудования системы регенерации низкого давления (СРНД).

Решением вопросов совершенствования схемы регенерации низкого давления и оборудования, входящего в нее занимаются ОАО «НПО ЦКТИ», ВТИ, филиал концерна «Силовые машины» «Ленинградский металлический завод», Уральский турбинный завод, Московский энергетический институт, Ивановский энергетический институт, Саратовский политехнический институт, Технический университет Санкт-Петербурга и другие организации России.

Одной из задач совершенствования системы регенерации низкого давления является улучшение работы смешивающих и поверхностных подогревателей при скользящем давлении.

Практическая реализация этой задачи связана с выполнением расчетных и экспериментальных исследований, разработкой новых и модернизацией существующих аппаратов и их компоновок, а также с разработкой устройств, исключающих попадание влаги в турбину.

Внедрение в схему регенерации низкого давления паровых турбин смешивающих ПНД стало возможным после исследования тепломассообмена при вакууме, разработки оригинальных конструктивных, компоновочных и схемных решений, создания методов расчета набухания уровня воды с температурой насыщения при резком снижении давления, с учетом поступления холодной воды в аппарат и расхода пара из подогревателя в проточную часть турбины.

В диссертации поставлены и решены следующие задачи:

1. Обобщены экспериментальные и расчетные исследования по анализу набухания уровня в смешивающем ПНД в резко переменных режимах работы турбоустановки. Выявлены их недостатки.

2. Обобщены теоретические и выполнены экспериментальные исследования тепловой экономичности паротурбинных установок для различных вариантов схем регенерации низкого давления.

3. Предложена методика расчета набухания уровня в ПНД, учитывающая особенность конструкции подогревателя и схемы его включения.

4. Разработаны, реализованные на практике, различные конструкции защитных устройств в смешивающих ПНД для блоков 200-1000 МВт, позволяющие исключить заброс влаги в проточную часть турбины.

Работа состоит из введения, 4-х глав и заключения.

В первой главе рассматривается состояние вопроса, и ставятся задачи исследования.

Вторая глава посвящена рассмотрению путей повышения экономичности схемы регенерации низкого давления с поверхностными и смешивающими подогревателями.

В третьей главе рассмотрены особенности методики расчета набухания уровня в смешивающих подогревателях и и выявлены оптимальные характеристики систем защиты от выноса влаги в турбину.

Экспериментальному исследованию набухания уровня в смешивающих ПНД посвящена четвертая глава. В ней описываются особенности расчета обратного потока пара из аппарата в проточную часть турбины.

Основные результаты исследования и разработок опубликованы в периодической печати, защищены патентами и докладывались на НТС, семинарах и совещаниях.

Автор принимал участие в разработке смешивающих ПНД, их защитных устройствах, схем включения в систему регенерации низкого давления турбо-установок мощностью 200-1000 МВт ТЭС и АЭС.

При разработке защитных устройств смешивающих ПНД использованы расчетные и экспериментальные исследования, выполненные автором.

Работа выполнена в НПО ЦКТИ им. И.И. Ползунова и СПбГПУ.

Заключение диссертации по теме «Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты», Сухоруков, Юрий Германович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, по мнению автора, удалось сделать следующие:

1. Показать, что при наличии в схеме СРНД БОУ и 2-х ступеней конден-сатных насосов целесообразно применение смешивающих подогревателей в вакуумной части системы регенерации. При этом обеспечивается высокая тепловая экономичность системы регенерации и разрыв потока основного конденсата, что позволяет снизить величину максимального давления основного конденсата и тем самым снизить металлоемкость оборудования и трубопроводов конденсатного тракта.

2. Подтвердить, что наиболее эффективным вариантом модернизации схемы регенерации низкого давления является схема с одним смешивающим ПНД-2, поскольку при минимизации капитальных затрат тепловая экономичность схемы составляет до 90% от максимально возможного значения.

3. Экспериментально доказать, что в исследованных СРНД блоков 300 МВт гидравлическое сопротивление паропровода VIII отбора к ПНД-1 превышает в 1,5 раза расчетное, что эквивалентно недогреву основного конденсата на 10°С и снижению экономичности на 0,15%).

4. Разработать технические решения по снижению потерь давления в паровом тракте VII и VIII отборов на ПНД-1 и ПНД-2 т/у К-300-23,5.

5. Выявлена взаимосвязь между конструктивными (VG, Нв, 8зеркала), режимными (G, h(), h ") и компоновочными (Lmp) характеристиками, при которой обеспечивается надежная и эффективная работа смешивающего типа и схемы в целом.

6. Разработать различные варианты конструкции перегородки, отделяющей отсеки нагрева и сбора конденсата, обеспечивающие минимальный уровень воды во всех эксплуатационных режимах.

7. Разработать методику расчета набухания уровня в смешивающем ПНД при сбросе нагрузки и выявить условие при котором она достоверна. Верифицировать данную методику экспериментальными данными, полученными при натурных и стендовых исследованиях процесса вскипания.

8. Обосновать положение о том, что при сбросе нагрузки мгновенно (через 0,5+0,8 сек) возникает критический перепад давления между паровым отсеком подогревателя и камерой отбора турбины, что позволяет упростить инженерные расчеты по набуханию уровня воды на перегородке и забросу оборотов ротора турбины обратным током пара.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Сухоруков, Юрий Германович, 2009 год

1. Тепловые схемы ТЭС и АЭС/под редакцией академика С.А. Казарова.-М.:Атомиздат, 1995, 392 с.

2. Рыжкин В.А. Тепловые электрические станции. М.: Энергия, 1976,400 с.

3. Гохтштейн Д.П., Верхивкер Г.П. Проблема повышения КПД паротурбинных электростанций. М.:Госэнергоиздат, 1960, 205 с.

4. Маргулова Т.Х. Атомные электрические станции. М.: Высшая школа, 1974,389 с.

5. Гохтштейн Д.П., Верхивкер Г.П. Анализ тепловых схем атомных электростанций. Киев: Вища школа, 1977, 239 с.

6. Гиршфельд В.Я., Морозов Г.Н. Тепловые электрические станции. М.: Энергия, 1973, 345 с.

7. Будняцкий Д.М., Апатовский Л.Е. Блочные конденсационные электростанции большой мощности.- М.'Энергия, 1964, 245 с.

8. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия,1973, 321 с.

9. Мороков В.Ф. Тепловой расчет систем контактной регенерации паровых турбин. М.: Энергоатомиздат, 1990, 136 с.

10. Ермолов В.Ф., Пермяков В.А. и др. Смешивающие подогреватели паровых турбин. М.:Энергоиздат, 1982, 206 с.

11. Ермолов В.Ф., СухоруковЮ.Г., Модин В.Ф. и др. Опыт применения смешивающих подогревателей в системах регенерации турбоустановок ТЭС и АЭС. Труды ЩТИ, №288, 2002, с. 73-78.

12. Ермолов В.Ф., Сухоруков Ю.Г., Модин В.Ф., Трофимова О.Б. Смешивающие подогреватели в системах регенерации турбоустановок ТЭС и АЭС. -Тяжелое машиностроение, №10, 2002, с. 38-39.

13. Фаддеев И.П. Эрозия влажнопаровых турбин. Д.: Машиностроение,1974, 206 с.

14. Перельман Р.Г, Пряхин В.В. Эрозия элементов паровых турбин.-М.:Энергоатомиздат, 1986, 178 с.

15. Трояновский Б.М. Турбины для атомных электростанций. -М.:Энергия, 1978, 234 с.

16. Зенкевич Ю.В., Сутоцкий Г.П. Коррозия и ее продукты в тракте блоков СКД. Теплоэнергетика, 1973, №1, с. 56-61.

17. Василенко Г.В., Сутоцкий Г.П. Источники соединений железа в блоках СКД. Энергомашиностроение, 1975, №8, с. 38-43.

18. Агеев А.Г., Карасев Б.В. и др. Сепарационные устройства АЭС.- М.: Энергоиздат, 1982, 170 с.

19. Поваров O.A., Филиппов Г.А. Сепарация влаги в турбинах АЭС. -М. ¡Энергия, 1980,310 с.

20. Теплообменное оборудование паротурбинных установок. Отраслевой каталог. Часть I и II. Москва, 1989.

21. Кузьмин Г.И., Барадулин B.JI. Разгонные и частотные характеристики мощных турбогенераторов. Электрические станции, 1965, №8, с.46-51.

22. Ефимочкин Г.И., Вербицкий В.Л. Статические и динамические испытания системы регенерации турбоустановки К-3 00-240 JIM3 с контактными ПНД на Кармановской ГРЭС. Отчет ВТИ №ОТИТ-1557, 1973.

23. Бартлетт P.JI. Тепловая экономичность и экономика паровых турбин. -М., Госэнергоиздат, 1963, 350 с.

24. Подогреватели регенеративные смешивающие и схемы их включения. Расчет, проектирование и эксплуатация. РТМ 108.038.03-83.

25. Сидоров М.М. Исследование вскипания воды в смешивающих подогревателях при сбросе нагрузки турбины. Труды ЦКТИ вып.243, 1988, с.61-65.

26. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей. -М.:Энергия, 19

27. Иванов В.А. Режимы мощных паротурбинных установок. -Л.:Энергоатомиздат, 1986, 248 с.

28. Шварц А.Л., Плоткин Е.Р. и др. Маневренный блок сверхкритического давления нового поколения. Теплоэнергетика, №6, 1991, с.29-33.

29. Пискарев A.A., Смолкин Ю.В., Апатовский Л.Е. Направление совершенствования схем регенерации турбоустановок. — Энергомашиностроение, №1,1988, с.21-23.

30. Малев В.В., Неженцев Ю.Н., Бальва В.Я. и др. Тепловые схемы турбоустановок АЭС производства ЛМЗ: достигнутый уровень и перспективы развития. -Труды ЦКТИ, 1990, вып.259, с. 17-28.

31. Кутахов А.Г., Микиашвили Т.К., Романов С.Н. Моделирование на ЭВМ статических и переходных режимов работы паротурбинных установок. -Известия ВУЗов, Энергетика, 1990, №2, с.97-99.

32. Ефимочкин Г.И., Крашенников В.В., Вербицкий В.Л. Вскипание воды в вакуумных подогревателях смешивающего типа. Теплоэнергетика, 1979, №6, с. 42-47.

33. Ефимочкин Г.И. О режимах работы регенеративных подогревателей при сбросе нагрузки энергоблока. Теплоэнергетика, 1982, №2, с. 31-35.

34. Кутепов A.M., Стерман Л.С., Стюшин Н.Г. Гидродинамика и теплообмен при парообразовании. М.: Высшая школа, 1977, 352 с.

35. Ефимочкин Г.И., Вербицкий В.Л., Бельферман М.Д. Методика расчета газодинамических характеристик смешивающих подогревателей по результатам их испытаний. Теплоэнергетика, 1980, №9, с.31-34.

36. Ефимочкин Г.И., Вербицкий В.Л., Бельферман М.Д., Крохалев Б.М. Испытание системы регенерации турбины 300 МВт с вертикальными смешивающими подогревателями низкого давления. Теплоэнергетика, 1979 ,№10, с. 26-30.

37. Сидоров М.М., Ермолов В.Ф., Трифонов H.H. Моделирование процесса вскипания воды в подогревателях смешивающего типа при сбросе нагрузки турбины. Труды ЦКТИ ,1983, №207, с.56-62.

38. Сидоров М.М., Ермолов В.Ф., Трифонов H.H. Математическое моделирование процесса вскипания воды в подогревателях смешивающего типа. -Труды ЦКТИ, 1983, вып.202.

39. Сидоров М.М. Исследование и разработка методики расчета процесса вскипания перегретой воды в теплообменниках смешивающего типа. — Труды ЦКТИ, 1988, вып. 243.

40. Методические указания по тепловым испытаниям паровых турбин. МУ 34-70-093-64. -М.: СПО Союзтехэнерго, 1986, 100 с.

41. Инструкция по приемочным тепловым испытаниям паровой турбины (проект). Международная электротехническая комиссия. Технический комитет №5.

42. Турбина паровая К-3 00-240(1,2) ЛМЗ, Технические условия.

43. Уравнение для расчета на ЭВМ теплофизических свойств воды и водяного пара. Эксплуатационный формуляр. МУ-06-64. . -М.: СПО Союзтехэнерго, 1984.

44. Вирцер А.Д., Локшин В.Л. Об ошибках измерений в автоматизированных системах управления энергетическими процессами. Теплоэнергетика, 1975, №12, с.40-44.

45. Правила измерения расхода газов и жидкостей стандартными суживающими устройствами. РД-50-213-80. Государственный комитет по стандартам. -М.: Издательство стандартов, 1982.

46. Турбина паровая К-800-240-5. ТУ-108-933-99.

47. Сухоруков Ю.Г., Модин В.Ф. Модернизация системы регенерации низкого давления серийных турбоустановок К-210-130 с использованием ПНД-2 смешивающего типа. Труды ЦКТИ, вып.277, 1994, с.31-33.

48. Сухоруков Ю.Г., Трифонов H.H., Коваленко Е.В. некоторые вопросы повышения экономичности системы регенерации низкого давления паровых турбин. Научно-Технические ведомости, СПБ ГПУ, 2'2008, основной выпуск, с.189-194.

49. Комплексные испытания смешивающих ПНД и схемы их включения для турбоустановки К-300-240 ЛМЗ. Отчет ЦКТИ 037354/0-8159.

50. Дементьев Б.А. О влиянии диаметра колонки и давления на паросо-держание водяного объема устройств с барботажом пара через воду. Теплоэнергетика, 1957, №11, с.45-48.

51. Наладка и исследование динамических характеристик смешивающего ПНД-2 блока 300 МВт Костромской ГРЭС. Отчет ЦКТИ 033904/0-10279.

52. Вукалович М.П., Ривкин С.Л., Александров A.A. Таблицы теплофизи-ческих свойств воды и водяного пара. — М.: Издательство стандартов, 1969.

53. Ларионов И.Д., Сурис П.Л. Динамика обратного потока пара из подогревателя в турбину при зависании обратного клапана. теплоэнергетика, 1980, №10, с.41-45.

54. Сурис П.Л. Предохранительные и обратные клапаны паротурбинных установок. -М.: Энергоиздат, 1982, 193 с.

55. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. М.: Наука, 1976, 308с.

56. Благов Э.Е., Ивницкий Б.Я. Дроссельно-регулирующая арматура в энергетике. -М.: Энергия, 1974.

57. Диментова A.A., Рекстин Ф.С., Рябов В.А. Таблицы газодинамических функций. М.: Машиностроение, 1966, 202 с.

58. Кемельман Д.Н. Линейная сепарация влажного пара. -М.: Энергоиздат, 1982.

59. Сидоров М.М. Исследование и разработка методики расчета процесса вскипания перегретой воды в теплообменниках смешивающего типа. Отчет 033603 033611/0-13382, 1986.

60. Васильев Ю.Г., Тюльнев И.И. Анализ возможностей и мероприятия по максимальному удовлетворению требований к маневренности блоков Конаковской ГРЭС и удержанию холостого хода и нагрузки собственных нужд. Труды ЦКТИ 0-7011, 1971.

61. Исследование причины ложных действий защит от переполнения ПВД и разработка технических предложений по их устранению. Отчет ВТИ №11108, 1978.

62. Технические предложения по реконструкции защит от переполнения ПВД. Отчет ВТИ №11442, 1979.

63. Исследование причин изменений показаний уровнемеров ПВД блоков 300 МВт до установки срабатывания защит. Отчет ЮжОРГРЭС, 1974.

64. Исследование работы системы защиты блоков и автоматики ПВД блоков 150, 200 и 300 МВт. Отчет ЮжОРГРЭС, 1975.

65. Давыдов Н.И. Расчет демпфирующих устройств для сглаживания пульсации давления. Известия ВТИ, №1, 1952.

66. Испытания защиты ПВД при переполнения корпуса до первого аварийного процесса. Отчет ЮжОРГРЭС, 1979.

67. Определение значений параметров, влияющих на динамические свойства ПВД, и условия максимальных скоростей заполнения ПВД при разуплотнении. Урал ВТИ ,1979.

68. Лабунцов Д.А., Корнюхин И.П., Захарова Э.А. Паросодержание двухфазного адиабатного потока в вертикальных каналах. Теплоэнергетика, 1968, №4, с.62-67.

69. Дементьев А.П., Скотников А.П. Экспериментальное исследование гидродинамических процессов при разгерметизации сосуда. Теплоэнергетика, 1979, №10, с.65-68.

70. Дементьев Б.А. Кипение жидкости при сбросе давления. Теплоэнергетика, 1978, №12, с.66-69.

71. Антропов В.Н., Букринский А.М. Исследование изменения уровня в конденсаторах-барботёрах АЭС. Теплоэнергетика, 1983, №2, с.64-66.

72. Стырикович М.А., Сурков A.B., Винокур Я.Г. Экспериментальные данные по гидродинамике двухфазного слоя. Теплоэнергетика, 1961, №9, с.56-60.

73. Кутателадзе С.С., Стырикович М.А. Гидродинамика газожидкостных систем. М.:Энергия, 1976, 487 с.

74. Журавкин А.П., Дементьев Б.А., Свистунов Е.П. Исследование паро-содержания вскипающего теплоносителя кондуктометрическим методом. Теплоэнергетика, 1983, №1, с.64-66.

75. Кобер К.И., Лейстер Г. ,3иммерман М. Исследование процессов в во-доохлаждаемых реакторах атомных электростанций при разуплотнении 1-го контура. 41" Теплоэнергетика. Экспресс информация, 1969, №242 ,с.13-19.

76. Лейстер Г., Рудигер Б. ,3иммерман М. Исследование процессов в во-доохлаждаемых реакторах атомных электростанций при разуплотнении 1-го контура. 42" Теплоэнергетика. Экспресс информация, 1970, №30, с. 15-22.

77. Дементьев Б.А., Ионов Б.А. Экспериментальное исследование гидродинамических процессов при истекании теплоносителя из сосуда. Теплоэнергетика, 1979, №5, с.36-39.

78. Архипов Г.В. Автоматическое регулирование поверхностных теплообменников. М.: Энергия, 1971, 304с.

79. Трифонов H.H. Совершенствование системы регенерации паротурбинных установок со смешивающими теплообменниками низкого давления. Диссертация, 1984, с. 176.

80. Серов Е.П. ,Корольков Б.П. Динамика парогенераторов.-М.: Энергия, 1972,416 с.