§ 52. Типовые пусковые схемы энергоблоков

До 50-х годов в СССР турбинные установки работали с одним общим коллектором, в который перегретый пар поступал от всех котлов электростанций. Подача в котлы питательной воды также осуществлялась из общей магистрали. Таким образом, все котлы и турбинные установки электростанции были связаны по пару и питательной воде, т. е. имели так называемые поперечные связи по рабочему телу (рис.147, а). При этом рост выработки электроэнергии вызывает необходимость увеличения единичной мощности котлов и турбин, а следовательно, электростанции в целом, что требует упрощения схем соединительных общестанционных коммуникаций. Одновременно ставится вопрос об увеличении экономичности электростанций повышением основных параметров вырабатываемого пара (давления и температуры). Повышение давления пара влечет за собой рост его влажности в последних ступенях турбины, что снижает экономичность и надежность ее работы.

В результате были предложены блочные энергоустановки (рис. 147, б), в которых паровой котел, турбина, генератор и трансформатор технологически связаны между собой. Необходимость тесной взаимосвязанной работы элементов блочной энергоустановки выдвинула проблему разработки режимов ее эксплуатации в различных условиях, особенно при пуске, останове, сбросе нагрузки и переменных режимах.

Развитие электрификации увеличило неравномерность загрузки электростанций в течение суток. Так, графики нагрузки имеют характерные провалы мощности в ночные и обеденные часы и интенсивный рост в утренние, что вынуждает повышать нагрузку блоков со скоростью до 0,5—0,65% в минуту от номинальной. Еще с большей скоростью приходится снижать мощность блока в условиях разгрузки. Необходимость обеспечения маневренности и мобильности блоков, сохранение их высокой надежности и экономичности при различных режимах работы требуют большого внимания к разработке тепловых и пусковых схем.

Структурную схему пароводяного тракта энергоблока, предназначенного для производства теплоты и выработки электроэнергии, называют принципиальной тепловой схемой.

Схему оборудования, обеспечивающего проведение пусковых и остановочных операций, поддержание режима холостого хода и защиту при переменных режимах называют пусковой. Специфическими элементами пусковых схем являются пусковые сеператоры редукционно-охладительные (РОУ), быстродействующие редукционно-охладительные (БРОУ) или пускосбросные быстродействующие (ПСБУ) установки, соединительные трубопроводы с арматурой. На пусковых схемах обычно показывают эти элементы, а также значительную часть основного и вспомогательного оборудования блока и связи между ними. Пусковые схемы должны обеспечивать надежный пуск блоков из любого теплового состояния при минимальных продолжительности, затратах теплоты и электроэнергии, а также Удерживать их в работе при сбросе нагрузки до холостого хода или До нагрузки собственных нужд. В связи с проведением при этих режимах множества операций в относительно короткие сроки необходимо стремиться к унификации и упрощению пусковых схем и программ автоматического регулирования.

Разнообразие пусковых схем объясняется применением различных типов котлов, турбин, растопочных и пускосбросных устройств, методов регулирования температуры основного и промежуточного пара, а также конструкций и способов охлаждения промежуточного пароперегревателя. В зависимости от типа котла различают пусковые схемы моноблоков и дубль-блоков с прямоточными и барабанными котлами, одно- и многопоточные схемы и т. д. По способу регулирования турбин различают пусковые схемы с дроссельным и с сопловым регулированием. По месту установки растопочных устройств пусковые схемы бывают с встроенными и выносными сепараторами, а по типу пускосбросных устройств и способу охлаждения промежуточного пароперегревателя—одно- и двухбайпасные.

Рассматривая пусковые схемы, уделим основное внимание блокам с прямоточными паровыми котлами сверхкритического давления как наиболее распространенным и перспективным.

При разработке пусковой схемы основное внимание уделяют надежности работы поверхностей нагрева котла, паропроводов и турбин. Надежность блока в пусковых режимах сводится:

• к поддержанию работы испарительных поверхностей при отсутствии значительных выбегов температур и расходов по отдельным змеевикам;

• плавному прогреву перегревательных поверхностей, паропроводов и турбин паром постепенно повышающихся параметров (давления и температуры);

• обеспечению сопоставимых (по условиям возникновения температурных напряжений) начальных температур греющего пара и стенок прогреваемого оборудования;

• прогреву или охлаждению оборудования с допустимыми скоростями при исключении резких бросков;

• поддержанию температуры наиболее напряженной. поверхности в допустимых пределах.

Наиболее полно условия надежного пуска блока удовлетворяются при режиме скользящего изменения параметров свежего и промежуточного пара. Для обеспечения температурной и гидравлической устойчивости потоков в испарительных поверхностях прямоточного котла целесообразно стремиться к повышению давления. В то же время прогрев пароперегревателя, паропроводов и турбин желательно вести паром невысоких начальных параметров. Удовлетворение этих двух условий возможно, если в тракте котла имеются встроенные задвижки. Тогда перед задвижкой давление поддерживается близким к рабочему, а за ней снижается до требуемого уровня (в зависимости .от условий прогрева последующих поверхностей и турбины).

Наиболее часто используют схему с встроенными сепараторами 4 (рис. 148), которые через трубопроводы с дроссельными клапанами 5 присоединяют к тракту 2 котла перед встроенной задвижкой 6. Сепараторы устанавливают на каждый поток рабочего тела.

Отсепарированная влага через систему трубопроводов и дроссельный клапан 3 сбрасывается в конденсатор 14 турбины, а пар поступает в перегревательный тракт 8 за .встроенной задвижкой. Расход пара регулируется открытием редукционно-охладительной установки 9 (РОУ) или пускосбросного устройства 10 (ПСБУ).

При расчете пусковых схем важное значение имеет выбор начальных расходов топлива и рабочего тела, особенно в зоне максимального тепловыделения – в топочных экранах. По условиям охлаждения топочных экранов при пуске целесообразно поддерживать расход рабочего тела около 30% номинального. Максимальный расход топлива при пуске определяется температурными условиями работы первого пакета пароперегревателя за встроенной задвижкой. По результатам исследований температуры стенки этого пакета на обеспаренном режиме стартовый расход топлива при пуске из холодного состояния должен быть не более 10—12% (иногда до 20%) номинального. Контрольным параметром является температура газов перед этой поверхностью или за ней, которая зависит от расхода топлива.

Кроме того, важное значение придается обеспечению равномерности обогрева (и охлаждения) участков и деталей паропроводов и паровых турбин. Наибольшая разность температур может возникать в толстостенных деталях. В связи с этим предусматривается обогрев по всему периметру паровпускных клапанов, фланцев и шпилек турбины. В начальные моменты пуска для обогрева используют пар от постороннего источника (общественной магистрали) или из растопочного узла котла.

При сбросе нагрузки, особенно в аварийных режимах, необходимо быстро перевести котел на растопочную нагрузку, а турбину — на холостой ход или нагрузку собственных нужд. Появившиеся значительные избытки пара необходимо быстро сбросить в конденсатор (или деаэратор), для чего используют пускосбросные устройства (ПСБУ, БРОУ), имеющие электрический или электрогидравлический привод. При сбросе нагрузки, несмотря на прекращение поступления основного пара из сепаратора 4, необходимо обеспечить охлаждение промежуточного пароперегревателя, для чего используют пар от постороннего источника или сбрасываемый из паропровода свежего пара. В зависимости от схемы сброса пара и охлаждения в этот момент промежуточного пароперегревателя различают одно- и двухбайпасные пусковые схемы блоков.

В двухбайпасной схеме (рис. 149, б) предусмотрен сброс пара из паропровода свежего пара в «холодный» паропровод промперегрева, а затем после прохождения промежуточного пароперегревателя из «горячего» паропровода промперегрева в конденсатор 7. Для этой цели устанавливают два пускосбросных устройства 8 и 9 (БРОУ-1 и БРОУ-2), которые должны работать синхронно. Двухбайпасную схему применяют, когда промежуточный пароперегреватель располагается в зоне высоких температур газа (около 1000°С) и его необходимо обязательно охлаждать.

Для работы промежуточного пароперегревателя в зоне высоких, температур вместо труб из перлитных сталей необходимы аустенитные, что снижает экономичность, а следовательно, целесообразность применения двухбайпасных схем.

Исходя из этого в качестве типового решения для блоков 300— 800 МВт, рассчитанных на длительное удержание нагрузки холостого хода (до 10—15 мин), рекомендуются однобайпасные схемы с встроенными задвижками и сепараторами и сбросом пара от ПСБУ в пароприемное устройство конденсатора, а также из горячих паропроводов промежуточного перегрева в верхнюю часть конденсатора через быстровключающийся клапан (БВК) с гидравлическим приводом, связанным с системой регулирования турбины. Промежуточный пароперегреватель размещают в зоне умеренных температур (700—800°С). На рис.150 в качестве примера приведена пусковая схема моноблока СКД мощностью 300 МВт.