Отработка технологии пуска паровой турбины к-300-240-2 в составе дубль-блока

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

УДК 621.165

ОТРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПУСКА ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ К-300-240-2 В СОСТАВЕ ДУБЛЬ-БЛОКА

А.Ю. КУЛТЫШЕВ, В.Л. ПОХОРИЛЕР, В.Н. ГОЛОШУМОВА

Уральский государственный технический университет - УПИ

В работе представлены результаты отработки технологии пуска паровой турбины К-300-240-2. В процессе исследования изучены тепловое и термонапряженное состояния высокотемпературных роторов. Выполнена оптимизация режима пуска турбины по термонапряженному состоянию ротора среднего давления.

На большинстве отечественных энергоблоков, в том числе и на дубль-блоках 300 МВт, используется типовая пусковая схема с одноступенчатым байпасированием турбины. Применительно к этой схеме используется так называемая унифицированная технология пуска [1]. Одним из самых серьезных недостатков этого решения является проблема регулирования температуры пара промперегрева в пусковых режимах. При унифицированной технологии пуска стартовое тепловыделение в топке котла и начальный режим его растопки выбираются из условия получения “толчковых” параметров свежего пара, необходимых по условиям прогрева элементов цилиндра высокого давления (ЦВД). В то же время ротор высокого давления (РВД) существенно уступает массивности и диаметру ротора среднего давления (РСД) современных мощных паровых турбин. В связи с тем, что через промежуточный пароперегреватель при развороте в такой пусковой схеме проходит только пар, поступающий в ЦВД, его расход оказывается пропорционально малым по сравнению с расходом топлива, что приводит к быстрому росту температуры пара на входе в цилиндр среднего давления (ЦСД). В результате при пусках турбины, в особенности при пусках из холодного состояния, в РСД возникают разности температур по радиусу (200...220 0С), что более чем в 2 раза превышает допустимые значения. В связи с этим возникают чрезмерные температурные напряжения [2].

На Рефтинской ГРЭС опробовано несколько вариантов пускового регулирования температуры пара промперегрева: использование пускового байпаса, установка различных пусковых впрысков воды и парового распыливания, а также комбинированные варианты. В ходе экспериментальной проверки и эксплуатации были выявлены существенные недостатки всех средств пускового регулирования, связанные с необходимостью частых ремонтов тройников смешения холодного и горячего потоков, с выходом из строя форсунок распыления, с усложнением конструкций, а также с неполнотой диапазонов применения таких способов регулирования соответствующей температуры пара.

С учетом описанных недостатков существующих вариантов регулирования температуры пара промперегрева проанализировано несколько других вариантов с изменением самой технологии пуска энергоблока. Причины, связанные с трудностями осуществления различных способов регулирования температуры пара промперегрева и реализации пусков по типовой инструкции, привели к © А.Ю. Култышев, В.Л. Похорилер, В.Н. Голошумова Проблемы энергетики, 2007, № 11-12

разработке новой технологии с использованием пара из растопочного расширителя Р-20 для разворота турбины [3]. При таком варианте технологии пуска устанавливается стартовое тепловыделение в топке котла на уровне, обеспечивающем получение на выходе тракта промперегрева температуры пара, соответствующей температуре ЦСД, а параметры свежего пара, сбрасываемого на этой стадии через пуско-сбросное устройство в конденсатор, не регулируются. Толчок и разворот ротора до 900...1000 мин-1 и прогрев РСД на этой частоте вращения - за счет подачи пара в ЦСД. РВД вращается в безрасходном режиме, который опробован ранее. Опытная апробация на Рефтинской ГРЭС новой технологии пуска показала, что ее применение позволяет исключить возникновение недопустимых температурных напряжений в РСД. При этом можно отказаться от традиционных средств регулирования температуры пара промперегрева, что заметно упрощает пусковую схему блока.

Для численного подтверждения благоприятного состояния высокотемпературных роторов при пуске по новой технологии проведен анализ их теплового и термонапряженного состояния [4]. Выполнено моделирование последних методом конечных элементов в программном комплексе ANSYS (лиц. согл. № 00106919) в осесимметричной постановке с учетом полной геометрической формы. Расчет граничных условий теплообмена на участках роторов проведен с использованием критериальных уравнений и графиков реальных пусков блоков с турбинами К-300-240-2. Начальное состояние принималось по результатам моделирования предварительного прогрева роторов с учетом различных условий течения греющего пара в уплотнениях цилиндров.

Результаты моделирования показали, что “критическим” элементом является РСД с “опасными” сечениями в зоне паровпуска ЦСД. Радиальные разности температур по ротору при прогреве в процессе самых неблагоприятных пусков из холодного и неостывшего состояний по усовершенствованной технологии достигают, соответственно, 134 и 105 0С. Максимальные

эквивалентные по Мизесу температурные напряжения возникают на дне тепловых канавок в опасных сечениях зоны переднего концевого уплотнения и придисковых галтелей диска первой ступени ЦСД в момент выхода на частоту вращения ротора 900.1000 мин-1, при пуске из холодного состояния достигают 330 МПа. В других сечениях подобные напряжения достигают значений меньше 300 МПа, что почти в 2 раза меньше предела текучести стали ротора при соответствующей температуре. Для сравнения максимальные температурные напряжения в аналогичный момент времени при пуске по типовой технологии достигают 430.480 МПа.

В целях оптимизации графиков пуска по усовершенствованной технологии проведено моделирование прогрева РСД [5]. При этом путем перебора выбраны возможные, с учетом выполнения технологических операций, скорости повышения температуры пара и продолжительности выдержек. Выбор проводился по критерию приближения максимальных температурных напряжений к предельно допустимому уровню по малоцикловой усталости для обеспечения “щадящих” условий по ресурсу лимитирующей зоны - участка РСД в зоне паровпуска и переднего концевого уплотнения.

1. Разработана и опробована на Рефтинской ГРЭС новая технология пуска дубль-блока мощностью 300 МВт с турбиной К-300-240-2, основанная на развороте турбины подачей пара от растопочного расширителя блока в ЦСД.

2. Численные результаты моделирования теплового и термонапряженного состояния таких лимитирующих пуск элементов, как РВД и РСД, показали

© Проблемы энергетики, 2007, № 11-12

значительно более благоприятное их состояние при пуске по новой технологии относительно типовой. Значения температурных разностей и напряжений при пуске по новой технологии не превышают допустимый уровень по малоцикловой усталости.

3. При оптимизации графиков-заданий пуска по новой технологии сокращена продолжительность выдержки на мощности, соответствующей полной нагрузке одного корпуса котла.

Summary

The present paper reports the results of investigation of the start-up technology of K-300-240-2 steam turbine. In the course of investigation we tested a thermal and thermal-stressed conditions of the high-temperature rotors. The work carries out an optimization of a turbine start-up regime by thermal-stressed intermediate pressure rotor condition.

Литература

1. Типовая пусковая схема дубль-блока мощностью 300 МВт. - М.: СЦНТИ Энергонот ОРГРЭС, 1969.

2. Култышев А.Ю. Термонапряженное состояние ротора среднего давления паровой турбины К-300-240-2 при пусках из холодного состояния I А.Ю. Култышев, В.Л. Похорилер II Труды XXVI Российской школы «Наука и технологии» (27-29 июня, г. Миасс). - Москва: РАН, 2006. - С. 253-260.

3. Похорилер В.Л. Разработка усовершенствованной технологии пуска дубль-блоков 300 МВт I В.Л. Похорилер, Л.Л. Грехов II Электрические станции. -2002. - №5. - С. 8-13.

4. Култышев А.Ю. Анализ температурного поля ротора среднего давления

паровой турбины К-300-240-2 при прогреве в процессе пуска I А.Ю. Култышев, В.Л. Похорилер, А.А. Ивановский II Труды XVI Школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках» (21-22 мая, г.

Санкт-Петербург). - М.: Издательский дом МЭИ, 2007. - Т. 2. - С. 139-141.

5. Похорилер В.Л. Моделирование термонапряженного состояния прогрева ротора паровой турбины для задачи оптимизации технологии пуска энергоблока по продолжительности и надежности I В.Л. Похорилер, В.Н. Голошумова, А.Ю. Култышев II Труды VII Всероссийской научно-технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона» (19-21 апреля). - Новосибирск: НГТУ, 2006. - С. 377-379.

Поступила 22.06.2007

© Проблемы энергетики, 2007, № 11-12