Выбор оптимальных параметров и автоматизация режима скользящего давления мощных энергоблоков тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Цыпин, Александр Владимирович

• Цыпин, Александр Владимирович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Цыпин, Александр Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. УПРАВЛЕНИЕ НАГРУЗКОЙ ЭНЕРГОБЛОКОВ ТЭС И ИХ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРИ РАБОТЕ НА ЧАСТИЧНЫХ НАГРУЗКАХ.

1.1. Анализ режимов работы энергооборудования в современных условиях.

1.2. Анализ основных методов регулирования нагрузки турбины.

1.3. Преимущества применения режима скользящего регулирования давления.

1.4. Применение режима скользящего регулирования давления в пускоостановочных режимах.

1.5. Привлечение энергоблоков, работающих в режиме скользящего регулирования давления, к регулированию частоты в энергосистеме.

1.6. Обзор схем регулирования энергоблоков при работе в режиме скользящего давления.

1.7. Анализ факторов, затрудняющих реализацию систем автоматизации энергоблоков в режиме скользящего регулирования давления.

1.8. Постановка задачи.

1.9. Выводы по главе.

ГЛАВА 2. ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОЙ МЕТОДИКИ И ПАРАМЕТРОВ ПРИ РАБОТЕ ЭНЕРГОБЛОКОВ НА ЧАСТИЧНЫХ НАГРУЗКАХ.

2.1. Изменение условий работы котла в режиме скользящего регулирования давления.

2.2. Изменение условий работы турбины в режиме скользящего регулирования давления.

2.3. режимы и параметры турбопривода при работе блока на постоянном и скользящем давлении пара.

2.4. Энергетическая эффективность применения режима скользящего регулирования давления при работе энергоблоков на частичных нагрузках.

2.5. Энергетическая эффективность дополнительного повышения температуры перегрева пара в режиме скользящего регулирования давления.

2.6. Техническая и энергетическая эффективность мероприятий по расширению регулировочного диапазона энергоблока при работе его в режиме скользящего регулирования давления пара.

2.7. Выбор оптимальных параметров и методов работы энергоблока Т-250 при пониженном давлении.

2.8. Определение реальных ограничений, обусловленных оборудованием, при разработке автоматической системы управления блоком в режиме скользящего давления.

2.9. выводы по главе.

ГЛАВА 3. АВТОМАТИЗАЦИЯ РЕЖИМА СКОЛЬЗЯЩЕГО ДАВЛЕНИЯ.

3.1. Основные проблемы автоматизации режима скользящих начальных параметров.

3.2. Определение переходных характеристик по каналам регулирования.

3.3. Разработка алгоритма перевода блока на пониженные нагрузки в режиме скользящих начальных параметров.

3.4. Определение функциональных зависимостей для реализации программным задатчиком при автоматическом изменении нагрузки в режиме скользящего давления.

3.5. Анализ влияния изменений характеристик объекта на настройки автоматических систем регулирования.

3.5.1. Проблема выбора оптимальных настроек автоматических систем регулирования при изменении нагрузки энергоблока при скользящем давлении.

3.5.2. Получение оптимальных и выбор компромиссных настроек ACP температуры перегретого пара для схемы с дифференциатором.

3.5.3. Получение оптимальных и выбор компромисных настроек АСР температуры перегретого пара для схемы с динамическим преобразователем.

3.6. выводы по главе.

ГЛАВА 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕПЛОФИКАЦИОННОГО ЭНЕРГОБЛОКА 250 МВТ ПРИ ЕГО РАБОТЕ НА ЧАСТИЧНЫХ НАГРУЗКАХ В РЕЖИМЕ СКОЛЬЗЯЩЕГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ. ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ С ПОНИЖЕННЫМ ДАВЛЕНИЕМ НА ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ.

4.1. Определение энергетических характеристик энергоблока Т-250, работающего в режиме скользящих начальных параметров.

4.2. влияние режима скользящего давления на ресурсные характеристики поверхностей нагрева.

4.3. Надежность роторов турбины Т-250/300-240 при циклических разгрузках и нагрузках в режимах начального скользящего давления.

4.4. Выводы по главе.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Выбор оптимальных параметров и автоматизация режима скользящего давления мощных энергоблоков»

Особенность работы современной энергетики заключается в резкопеременном характере графиков электрической нагрузки, характеризующихся глубокими провалами при прохождении ночных минимумов нагрузки. Изменение конъюнктуры энергопотребления потребовало глубоких разгрузок теплофикационных блоков СКД. 6 С другой стороны, резкое увеличение стоимости топлива ставит задачу высокоэффективной эксплуатации оборудования на всех режимах работы. Если к этому добавить жесткие современные требования по экологической безопасности и надежности энергоснабжения, то становится очевидным, что от эксплуатации требуются новые подходы к решению проблемы прохождения провалов нагрузки.

На конденсационных электростанциях и на ТЭЦ в летнем режиме вопрос может быть решен традиционными методами поиска оптимальных способов резервирования оборудования (останов-пуск, перевод в моторный или другие малопаровые режимы, режимы глубоких разгрузок). В зимний же период, когда требуется обеспечение тепловой нагрузки в полном объеме, что накладывает ограничения на режимы работы паровых котлов и турбин, поиск оптимальных решений значительно затрудняется.

В настоящее время широкое распространение при работе на частичных нагрузках получил режим скользящего регулирования давления. Его эффективность не вызывает сомнений, однако, в технической литературе приводятся весьма противоречивые сведения о технологическом содержании режима, что делает актуальным разработку единой методики для оценки ^ энергетической эффективности перехода на скользящее давление.

При автоматизации этого режима возникает ряд сложностей. Часть из них, например, сложность выбора показателя нагрузки, характерна для энергоблоков с теплофикацией. Помимо этого, изменение параметров среды вызывает отклонения в динамике каналов регулирования. Системы автоматического регулирования мощности энергоблоков являются многосвязными, что указывает на необходимость создания координированных систем регулирования.

При выполнении работы была поставлена следующая цель: выбор оптимальных параметров и технологии применения скользящего регулирования давления пара и разработка алгоритма его автоматизации для теплофикационного энергоблока сверхкритического давления.

Задачи, требующие решения в рамках поставленной цели:

1. Исследование условий работы оборудования; разработка единой методики оценки энергетической эффективности; выработка рекомендаций по выбору оптимальных параметров и режимов эксплуатации оборудования энергоблоков сверхкритического давления с теплофикационными турбинами при их работе на частичных нагрузках со скользящим регулированием давления пара.

2. Выявление ограничений предъявляемых реальным оборудованием и учет их при разработке алгоритмов автоматизации режима скользящего давления.

3. Получение энергетических характеристик теплофикационного энергоблока 250 МВт при его работе на частичных нагрузках в режимах скользящего и комбинированного регулирования давления.

4. Проработка алгоритмов автоматического изменения нагрузки энергоблоков при работе на скользящем давлении. Анализ изменения динамики каналов регулирования при изменении нагрузки и выбор оптимальных настроек АСР.

В первой главе диссертации анализируются особенности работы энергоблоков в современных условиях и методы регулирования нагрузки паровых турбин. Приведен обзор технической литературы, описывающей работу оборудования в режиме скользящего давления, его преимущества и недостатки. Рассматриваются существующие схемы регулирования нагрузки блоков и факторы, препятствующие автоматизации режима скользящего давления. На основании рассмотренных материалов сделана постановка задачи.

Во второй главе рассматриваются особенности работы оборудования в режиме скользящего регулирования давления, дана единая методика оценки энергетической эффективности рассматриваемого режима. Приведены рекомендации по эксплуатации энергоблоков на скользящем давлении.

В третьей главе рассмотрены вопросы, связанные с автоматизацией энергоблока. Указаны основные задачи, которые требуется решать при реализации автоматической системы изменения нагрузки энергоблоков, приведен общий алгоритм автоматического разгружения оборудования, а также выведены функциональные зависимости для программных задатчиков. Также сделан расчет настроек АСР температуры острого пара при изменении нагрузки для стандартной схемы с дифференциатором, а также для схемы с корректором.

Четвертая глава посвящена вопросам технико-экономической эффективности. В ней проведены обобщенные расчеты согласно методикам, изложенным во второй главе. Также здесь рассмотрены вопросы изменения надежности ротора турбины, поверхностей нагрева котла.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Цыпин, Александр Владимирович

ВЫВОДЫ

1. Проведен анализ изменения условий работы основного и вспомогательного оборудования энергоблока Т-250 при переходе к скользящему регулированию давления, показывающий значительное изменение условий работы поверхностей нагрева котла, регулирующей ступени и ЦВД турбины в целом, турбопривода и питательной установки, деаэратора и других элементов энергоблока.

2. Разработана инженерная методика расчета энергетических показателей работы энергоблока при применении режима скользящего давления. Сравнение результатов расчетов по этой методике с результатами расчетов тепловой схемы блока в целом на ЭВМ показало их хорошую сходимость.

3. На основе большого количества расчетов определены оптимальные параметры и технология изменения нагрузки энергоблока. Показано, что для теплофикационного энергоблока 250 МВт максимальную экономическую эффективность обеспечивает комбинированное регулирование давления с разгрузкой при постоянном давлении до 82% от номинальной производительности котла и с дальнейшим разгружением со скользящим давлением. В этом случае при разгрузке до 0,4 от номинальной снижение удельного расхода тепла на турбину составляет 3% в теплофикационном режиме и 6,4% - в конденсационном.

4. Разработаны рекомендации по расширению регулировочного диапазона блока при его работе на скользящем давлении посредством перевода деаэратора и турбопривода на скользящее регулирование давления пара и увеличение отпуска тепла от турбины путем отключения ПВД, рассчитана экономическая эффективность этих мероприятий; показана возможность увеличения экономической эффективности работы блока на 1 — 1.5% по удельному расходу тепла на выработку электроэнергии путем повышения температуры свежего пара на 30 - 40°С без снижения надежности работы поверхностей нагрева котла и паровпускных частей турбины.

5. На базе проведенных натурных экспериментов на действующем оборудовании Т-250 (ТЭЦ-25 ОАО»Мосэнерго») впервые получены реальные переходные характеристики систем регулирования котла ТГМП-314П.

6. На основании расчетов и натурных экспериментов определены основные технические условия и выявлены ограничения при переводе и работе энергоблока Т-250 в режим скользящего регулирования, разработан алгоритм автоматической разгрузки

7. Проведен расчет оптимальных и компромиссных настроек АСР температуры свежего пара для схем с дифференциатором и корректором в различных режимах работы энергоблока, выбрана оптимальная схема регулирования.

8. Впервые получены энергетические характеристики теплофикационного энергоблока 250 МВт при его работе на частичных нагрузках в режимах скользящего и комбинированного регулирования давления в виде зависимостей удельного расхода тепла (топлива) на выработку электроэнергии от тепловой и электрической нагрузок блока.

9. На основании оценочных расчетов изменения характеристик надежности поверхностей нагрева котла и анализа влияния режима на надежность турбоустановки при переходе к скользящему регулированию было показано значительное увеличение параметров надежности оборудования.

150

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Цыпин, Александр Владимирович, 2005 год

1. Аракелян Э.К. Методика выбора оптимальных параметров и режимов работы оборудования энергоблоков на частичных нагрузках // М., Теплоэнергетика, 2002, №4, стр. 67-69.

2. Аракелян Э.К., Старшинов В.А. Повышение экономичности и маневренности оборудования тепловых электростанций М.: Издательство МЭИ, 1993.

3. Аракелян Э.К., Макарчьян В.А., Панько М.А., Цыпин А.В. Исследование и разработка автоматизированной системы управления энергоблоком 250 МВт при работе на скользящих параметрах // Отчет о НИР: М., МЭИ (ТУ), 2003.

4. Аракелян Э.К., Макарчьян В.А.» Панько М.А., Цыпин А.В. Разработка АСУ скользящим давлением энергоблока Т-250/300-240 при работе на частичных нагрузках // Отчет о НИР: М., МЭИ (ТУ), 2004.

5. Аркадьев Б.А., Палей В.А., Иоффе В.Ю. О применении скользящего давления свежего пара для регулирования мощности энергоблоков АЭС // Теплоэнергетика, 1977, №1, стр. 39 42.

6. Белый В.В„ Биленко В.А., Никольский Д.Ю. и др. Модернизация АСУ ТП энергоблоков 800 МВт Березовской ГРЭС-1,// Электрические станции, 2004, №1, стр. 49-59.

7. Бененсон Е.И., Иоффе JI.C. Теплофикационные паровые турбины М.: Энергоатомиздат, 1986.

8. Боровков В.М., Самаренко В.Н., Богомольный Д.С. Проверка экономичности и надежности работы блока с турбиной Т-250/300-240 и котлом ТПП-210А при переводе на скользящее давление // Энергетик, 1978, №1, стр. 9-10.

9. Ю.Вульман Ф.А., Кривошей М.З. Математическое моделирование тепловых схем паротурбинных установок на ЭВМ, М., Машиностроение, 1985.

10. П.Вульман Ф.А., Орлова Т.Н. Математическое моделирование тепловых схем паротурбинных установок на ЭВМ. Руководство пользователя, М., ЦНИИКА, 1985.

11. Гиршфельд В.Я., Скловская Е.Г. К вопросу о ргулировании мощности энергоблоков скользящим начальным давлением пара // Теплоэнергетика, 1966, №3, стр. 24-29.

12. Гулько О.В., Павлов Ф.А., Алгоритм контроля термического износа металла пароперегревателей в АСУ ТП энергоблока. В кн.: Системы автоматизированного управления непрерывными процессами. Киев Наукова думка. 1978.

13. Гуторов В.Ф., Симою Л.Л., Эфрос Е.И., Пути повышения экономичности паротурбинных установок ТЭЦ // Теплоэнергетика, 2001, №6, стр. 32 37.

14. Давыдов Н.И. Козырева Е.Г., Павлова М.Ф., Филатьева Р.И., Шилова Ю.С. Упрощенный алгоритм формирования сигнала по фактическому расходу пара за котлом // Теплоэнергетика, 1999, №10, стр. 17 22.

15. Джалалян М.К. Разработка и исследование систем управления мощностью энергоблока, работающего в переменном режиме. Диссертация на соискание степени кандидата технических наук, М.:, МЭИ, 1984.

16. Директор Б.Я., Лошак С.Б. Общая оценка и условия внедрения режимов скользящих параметров на блоках сверхкритического давления // М., Энергетик, 1974, №4, стр. 55 59.

17. Елизаров Д.П. Теплоэнергетические установки ТЭС, М., Энергоиздат, 1982.

18. Жителенко Н.В. Показатель качества электроэнергии на промышленных предприятиях//М., 1977.21.3арянкин А.Е., Этт В.В., Зарянкин В.А. Сравнительная оценка регулирующих клапанов паровых турбин, // Теплоэнергетика, 2001, №3, стр. 53-57.

19. Иванов В.А. Режимы мощных паротурбинных установок // JL, Энергия, 1971.

20. Иванов В.А. Регулирование энергоблоков JL: Машиностроение, 1982.

21. Иванов В.А. Стационарные и переходные режимы мощных паротурбинных установок, JL, Энергоатомиздат, 1986.

22. Инструкция по работе энергоблоков 250/300 МВт ст.№3, 4, 5 ТЭЦ-25 ОАО «Мосэнерго» в режиме скользящего давления, М., ТЭЦ-25, 1998.

23. Касьянов К.А., Ительман Ю.Р., Качин Ф.Л. Проблемы активизации участия тепловых электростанций России в регулировании частоты и перетоков мощности в ЮС // Теплоэнергетика. 2002. №10. С. 10 —15.

24. Каховский Е.А., Данилович Я.Б. Аномальные режимы работы крупных синхронных машин Л., Наука, 1969.

25. Kimura Н., Mutsuda J. Sakai К. Latest experience of coal fired supercritical sliding pressure operation boiler and application for overseas utility // Babcock-Hitachi K.K. 2003.

26. Корягин A.B. Методика моделирования на ЭВМ тепловых схем паротурбинных установок. Диссертация на соискание степени кандидата технических наук, М.:, ЦНИИКА, 1988.

27. Leung Т., Peet J. Control System Retrofits to Improve Plant Efficiency// Canadian Electrical Association Thermal Generating Station Construction and Commissioning Session, 1995.

28. Михайлов B.B. Тарифы и режимы энергопотребителей М., Энергия, 1974.

29. Modern control solutions. Unit control systems MOD AN and MODAKOND, ABB, Mannheim, 2004.

30. Нормативно техническая документация по топливоиспользованию ТЭЦ-25. Энергетические характеристики группы 240 кгс/см ТЭЦ-25, М., Фирма ОРГРЭС, 2004.

31. Панько М.А. Расчет автоматических систем регулирования с дифференцированием вспомогательной регулируемой переменной //

32. Теплоэнергетика. 1998. № 10. С. 28 33.

33. Панько М.А. Расчет и моделирование автоматических систем регулирования в среде Mathcad. М.: Издательство МЭИ. 2004.

34. Плетнев Г.П., Мухин B.C. Эксперементальное определение спектральных характеристик колебаний промышленной частоты // М, Электричество, 1974, №8, стр. 59-61.

35. Плоткин Е.Р. Лейзерович А.Ш. Пусковые режимы паровых турбин энергоблоков М., Энергия, 1980.

36. Постоев B.C., Пермяков В.А., Трифонов Н.Н. и др. Совершенствование схемы регенерации турбин мощностью 300 МВт при переводе деаэратора в режим скользящего давления//Энергомашиностроение, 1984, №11,стр. 12-17.

37. Прокопенко А.Г., Леонов А.М. Исследование и внедрение режимов скользящего давления на теплофикационном блоке 250/300 МВт // Теплоэнергетика, 1983, №8, стр. 6-10.

38. Ротач В. Я. Теория автоматического управления теплоэнергетическими процессами. М.: Энергоатомиздат, 1985.

39. Ротач В. Я., Зверьков В.П., Кузищин В.Ф. Автоматизация проектирования и настройки систем регулирования в составе распределенных АСУ ТП // Теплоэнергетика. 1998. № 10. С. 20 27.

40. Ротач В. Я. Расчет систем автоматического управления методом многомерного сканирования. Теория и практика построения АСУТП: Труды Междунар. научн. конф. М.: Издательство МЭИ. 2004. С. 52 57.

41. Ротач В. Я. Теория автоматического управления М.: МЭИ, 2005.

42. Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции М., Энергоатомиздат, 1987.

43. Самойлович Г.С., Трояновский Б.М. Переменные и переходные режимы в паровых турбинах, М., Энергоиздат, 1982.

44. Симою Л.Л., Гуторов В.Ф., Эфрос Е.И. и др. Повышение эффективности теплофикационных турбин с двухпоточными ЦНД // Теплоэнергетика, 1970, №4, стр. 14-17.

45. Симою Л.Л., Гуторов В.Ф., Эфрос Е.И., Панферов С.И. Влияние режимныхфакторов на интенсивность эрозионных повреждений лопаточного аппарата теплофикационных турбин // Электрические станции, 2000, №10, стр. 12-18.

46. К. Saito, М. Richardson, Y. Shimogori, Y. Fukuda Reliability of supercritical boilers and it's advantages, Babcock-Hitachi K.K., Tokyo, 2004.

47. Семяков Ю.Е., Черкашина Г.Е., Кораблева Н.Ф. Эффективность работы блока 300 МВт с турбиной К-300-240 JIM3 на частичных нагрузках в режиме скользящего давления.

48. Серов Е.П., Корольков Б.П. Динамика парогенераторов М., Энергоатомиздат 1981.

49. Скляров В.Ф., Гуляев В.А. Диагностическое обеспечение энергетического производства. К.: Техниса, 1985.

50. Справочник по свойствам сталей, применяемых в котлотурбиностроении. Под ред. Канаева А.А. Л.: Машгиз, 1958.

51. Теплицкий М.Г., Прокопенко А.Г., Бузлуков В.А. Работа турбины 800 МВт на скользящем давлении // Теплоэнергетика, 1981, №9, стр. 22 26.

52. Трухний А.Д., Ломакин Б.В., Лунин А.П. Надежность роторов турбины Т-250/300-23,5 ТМЗ при циклических разгружениях и нагружениях в режимах начального скользящего давления // Теплоэнергетика. 2002. № 6. С. 9 18.

53. Типовая энергетическая характеристика турбоагрегата Т-250/300-240 ТМЗ (ТХ-30-70-023-86), М., СПО СТЭ, 1986.

54. Типовые схемы регулирования мощности моноблоков с прямоточными котлами мощностью 300 МВт и выше (нормальные режимы) М.: ОНТИ ВТИ, 1974.

55. Туляков Г.А. Термическая усталость в теплоэнергетике. М.: Машиностроение, 1978.

56. Усов С.В., Казаров, Режимы тепловых электростанций, Л., Энергоатомиздат, 1985.

57. Федосеев В.И. Сопротивление материалов. М.: Государственное изд-во физико-математической литературы. 1962.

58. Шварц А.Л. Промышленные испытания при освоении пусков на скользящемдавлении во всем пароводяном тракте котла сверхкритического давления энергоблока Т-250, // Теплоэнергетика, 2000, №8, стр. 6-10.

59. Шварц A.JL, Артемьев Ю.П., Глускер Б.Н., Капельсон JI.M. Обоснование разработки нового издания норм минимальных допустимых нагрузок энергоблоков 150 1200 МВт // Новое в российской энергетике, 2003, № 10.

60. Шелепов И.Г., Аркадьев Б.А., Иоффе В.Ю О переводе на скользящее давление деаэраторов турбоустановок мощностью 300 МВт ХТГЗ // Изв. .Вузов. Энергетика, 1978, №5, стр. 127 130.

61. Щегляев А.В. Паровые турбины, М., Энергоатомиздат, 1986.

62. Эфрос Е.И., Гуторов В.Ф., Симою JI.JI., Сущих В.М. Эффективность использования теплофикационных турбоустановок в переменной части графиков тепловых и электрических нагрузок // Теплоэнергетика, 2002, №6, стр. 2-9.

63. Эфрос Е.И., Симою JI.JI., Гуторов В.Ф. и др. Повышение эффективности эксплуатации современных теплофикационных турбин // Теплоэнергетика, 1999, №8, стр. 62-67.