Dobór warunków eksploatacji turbin parowych do aktualnego stanu technicznego, planowanego czasu pracy i zadanych ograniczeń

ZESZYTY NAUKOWE PO LITECH NIKI ŚLĄSKIEJ Seria: ENERGETYKA z. 125

1995 N r kol. 1280

G e ra rd KOSMAN

In s ty tu t Maszyn i U rządzeń E nergetycznych

D O B Ó R WARUNKÓW EKSPLOATACJI TUR BIN PAROWYCH DO AKTUALNEGO STANU

TECHNICZNEGO, PLANOWANEGO CZASU PRACY I ZADANYCH OGRANICZEŃ

S tr e sz c z e n ie . Przedm iotem rozw ażań są w ybrane problem y związa­

ne z m odernizacją w arunków eksploatacji tu rb in parowych i wprowa­

dzeniem nowych technik eksploatacyjnych tych m aszyn. Nowe w arunki eksploatacji, odpowiednie do aktualnego stopnia zużycia elem entów i planowanego czasu dalszej pracy należy dobrać wtedy, gdy możliwości bezpiecznej i efektywnej eksploatacji tu rb in y w dotychczasowych w a­

ru nk ach są ograniczone. W artykule omówiono metody i procedury mod­

ernizacji warunków eksploatacji turbin. Podano przykłady zastosowań.

TH E SELECTION OF STEAM TU R B IN E S O PERATING CONDITIONS F O R THEIR TECHNICAL STATE, PLANN ING WORKTIME AND G IV E N LIMITATIONS

Sum m ary. The subjects of th is article are selected problem s con­

nected w ith th e m odernisation of steam tu rb in e s operating conditions an d introducing new operating technologies. If safe and effective operatings are lim ited, new o perating conditions, for actual component life consum ption and p lan n in g w orktim e should be selected. Methods an d procedures of th e m odernisation of tu rb in e s operating conditions h a s been described. Exam ples of applications h a s been given.

AUSWAHL DER BETRIEBSBEDINGUNGEN VON DAMPFTURBINEN ZUM AKTUELLEN TECH NISC H EN ZUSTAND, ZUR VORGESEHENE B E TR IE BSZ EIT UN D VO RG EG EBENE BEGRENZUNGEN

Z u sa m m en fa ssu n g . Im A ufsatz w u rd en ausgew ählte Probleme erw ägt, die m it einer V erbesserung des B etriebes von D am pfturbinen u n d der E in fü h ru n g n euen B etriebstechniken der M aschinen verbun­

den sind. Die n eu e B etriebsbedingungen entsprechend der aktuellen A bnutzung von D am pfturb in en b aug rup p en u nd vorgesehener Zeit

186 Gerard Kosman

eines w eiteren B etriebs sollen n u r ausgew ählt w erden, w enn die M öglichkeiten eines sicheren u n d effektiven B etriebs arbeitenden in der bisherigen Bedingungen D am pfturbinen begrenzt sind. Im vor- ligender A rbeit w urden die M ethoden u nd Prozeduren der Moder- niesieru n g d er B etriebsbedingungen von D am pfturbinen erläu tert. Es sind einige Beispiele der A nw endungen und Lösungen hinzugefügt worden.

1. WPROWADZENIE

W eksploatacji tu rb in parowych spotykam y się z faktam i, które wymuszają m odernizację (dobór nowych) w arunków prow adzenia rozruchów, zmiany mo­

cy, a naw et pracy ciągłej przy obciążeniu nom inalnym lub częściowym. Do najw ażniejszych należą:

- a k tu a ln y s ta n techniczny głównych elem entów,

— planow any czas dalszej pracy,

- zm iana zakresu użytkow ania turbiny, np. w prowadzenie dodatkowych odbiorów p ary do celów technologicznych, przystosow anie tu rb in konde­

nsacyjnych dla celów ciepłowniczych, w prow adzenie ruchu skojarzonego tu rb in gazowych z blokam i konw encjonalnym i,

— zm niejszenie zapotrzebow ania n a energię elektryczną, powodujące pracę przy obciążeniu m inim alnym lub częstsze odstaw ianie i urucham ianie bloków eneretycznych.

M odernizacja pow inna przebiegać w dwóch płaszczyznach: technologicznej i eksploatacyjnej. W pierwszym przypadku chodzi o doskonalenie procesów cieplno-przepływow ych w poszczególnych w ęzłach instalacji i wynikające stą d nowe rozw iązania konstrukcyjne. D ruga spraw a je s t zw iązana z rozwo­

jem metodologii eksploatacji oraz z opracow aniem i wdrożeniem nowych tech­

n ik diagnostycznych i eksploatacyjnych [2].

Rozwiązywanie wym ienionych wyżej problemów powinno odbywać się przy możliwie szerokim zaangażow aniu krajow ych ośrodków naukowych. Instytut M aszyn i U rządzeń Energetycznych Politechniki Śląskiej od szeregu la t po­

dejm uje różne przedsięw zięcia badawcze, projektowe i eksploatacyjne zmie­

rzające do zw iększenia efektywności procesów i u rządzeń oraz zwiększenia ich dyspozycyjności. Świadczą o tym publikacje cytowane, np. w [1] i [2] oraz prace naukowo - badawcze w ykonane n a zlecenie energetyki, z których wię­

kszość została zastosow ana w praktyce.

2. CEL, ZAKRES I ZNACZENIE PROPONOWANYCH BADAŃ

P unktem wyjścia do określenia w arunków dalszej bezpiecznej eksploatacji tu rb in y je s t ocena sta n u technicznego jej głównych elementów. N a tej podsta-

Dobór warunków eksploatacji turbin parowych. 187

wie o kreśla się możliwość dalszej, bezpiecznej i efektywnej eksploatacji tu rb i­

n y w dotychczasowych w arunkach. Jeżeli możliwości te są ograniczone, to n ależy dobrać nowe w aru n k i pracy [2], Kolejność postępow ania je s t więc n astęp u jąca:

I. Kompleksowa ocena stopnia zużycia głównych elem entów turbiny.

II. A naliza możliwości dalszej eksploatacji w dotychczasowych warunkach.

III. Dobór nowych w arunków eksploatacji, adekwatnych do aktualnego sto­

p n ia zużycia i planow anego czasu pracy.

Z an alizy dostępnych danych w ynika, że dotychczas rozpatryw ane są wyłą­

cznie dw a pierwsze problemy. B rak je s t n a to m ia st b a d ań dotyczących opty­

m alnej eksploatacji tu rb in z uw zględnieniem aktualnego sta n u technicznego m aszyny i planowanego czasu dalszej pracy.

Przy formułowaniu zasad i warunków przyszłej eksploatacji należy również skorzystać z dodatkowych, obok oceny stan u technicznego, danych, a mianowicie:

■ dośw iadczeń z eksploatacji innych tu rb in w szczególności tu rb in tego sa­

mego typu, które p racują dłużej niż analizow ana m aszyna,

■ sym ulacji num erycznych pozwalających n a m odelowanie różnych w a ru n ­ ków przyszłej pracy i n a tej podstaw ie pozwalających oszacować przyszłe u by tki trwałości. Sym ulacje te pozw alają ocenić wpływ zmienionych w a­

run ków pracy (np.inne p a ra m etry pary, inny sposób prow adzenia rozru­

chów) oraz dobrać optym alny - dla danej tu rb in y - sposób przyszłej eksploatacji,

■ w yników badań laboratoryjnych polegających n a b ad an iu próbek pobra­

nych z elementów tu rb in y w w aru n k ach powodujących intensyfikację pro­

cesów zużycia. Wyniki tych bad ań prow adzonych w wyższej tem peraturze i przy większym obciążeniu ekstrapoluje się n a stęp n ie n a typowe w arunki eksploatacyjne i n a tej podstaw ie szacuje się bezpieczny czas dalszej eks­

ploatacji.

W n aw iązaniu do podanych uw ag celem prowadzonych bad ań je s t opraco­

w an ie m e to d i p roced u r m o d e r n iz a c ji w arunków eksploatacji tu rb in paro­

w ych z uwzględnieniem zadanych ograniczeń, aktualnego sta n u technicznego i planow anego czasu dalszej pracy.

Szczegółowe problemy badawcze podano w punkcie następnym . Znaczenie w ym ienionych problemów podkreślają następ u jące fakty:

a. w yraźnie zauw ażalny od początku la t osiem dziesiątych regres w budowie nowych instalacji tu rb in parowych,

b. starzejące się m aszyny i urządzenia,

c. tru dności w uzyskaniu środków finansowych n a szerszą m odernizację ele­

ktrow ni,

d. przejściowe zm niejszenie zapotrzebow ania n a energię elektryczną, e. konieczność dostosowania się do standardów europejskich,

f. rozwój ciepłownictwa,

188 Gerard Kosman

Pierw sze trz y spraw y (punkty a, b i c) nie w ym agają szerszego kom entarza.

Większość tu rb in parowych zainstalow anych w elektrow niach osiągnęła pro­

jektow any czas eksploatacji i wykazuje znaczny stopień zużycia. Konieczność dalszej ich eksploatacji nie podlega dyskusji. Do tego dochodzą pewne dodat­

kowe ograniczenia (np. p u n k ty d, e i f), k tó re należy uwzględnić w procesie doboru nowych w arunków pracy tych m aszyn.

Ad d.

W związku z przejściowym zm niejszeniem zapotrzebow ania n a energię elektryczną część bloków energetycznych je s t odstaw iona do rezerwy, część pracuje przy m niejszym obciążeniu lub w ru ch u przeryw anym z częstymi odstaw ieniam i i ponownymi rozrucham i. Prowadzi to generalnie do zmniej­

szenia godzin pracy tu rb in i zw iększenia liczby uruchom ień. D rugą cechą charaktery styczn ą w tych w aru n k ach pracy je s t dążenie do pracy przy możli­

wie m ałym obciążeniu (m inim um techniczne bloku). Pod względem merytory­

cznym pojaw iają się trzy nowe problemy:

- określenie m inim um technicznego bloku,

- określenie sposobu osiągnięcia m inim alnego obciążenia przy uwzględnie­

n iu w szystkich ograniczeń,

- określenie skutków techniczno-ekonom icznych pracy bloku przy niskich obciążeniach.

Ad e.

P lany rozwoju Krajowego System u Energetycznego (KSE) przew idują przy­

łączenie do systemów zachodnio-europejskich zjednoczonych w UCPTE. Wy­

magać to będzie spełnienia szeregu kryteriów staw ianych przez UCPTE swo­

im w spółpartnerom . K ryteria te w ym uszają podjęcie różnych działań techni- czno-m odernizacyjnych dotyczących bloków energetycznych. N iektóre przed­

sięwzięcia są obecnie sukcesyw nie w drażane w energetyce krajowej, ja k np.:

uruchom ienie regulacji pierwotnej n a blokach dużej mocy, m odernizacja ukła­

dów regulacji obciążenia, rozszerzenie p asm a regulacji wtórnej ARCM. Wdro­

żenie innych w ym aga podjęcia prac badawczych. N ależą do nich działania m ające zapewnić spełnienie, ostrzejszych, niż dotychczasowe wymagania Krajowej Dyspozycji Mocy, zaleceń UCPTE dotyczące szybkości zrzutów i naborów mocy, obniżenie m inim um technicznego bloku, zm niejszenie czasu rozruchu, zrzutów mocy oraz długotrwałej pracy n a potrzeby w łasne lub bieg luzem.

3. PODSTAWOWE PROBLEMY BADAWCZE

R ozpatryw ane zagadnienia podzielono n a k ilk a grup tem atycznych obejmu­

jących następujące zadania analizy i syntezy [2]:

Dobór warunków eksploatacji turbin parowych. 1 89

G ru p a A

Opracowanie m etod i procedur m odernizacji w arunków eksploatacji tu rb in parow ych z uw zględnieniem zadanych ograniczeń, aktualnego sta n u technicz­

nego i planowanego czasu dalszej pracy.

G ru p a B

O cena skutków techniczno-ekonom icznych (głównie wytrzymałościowych i trwałościowych) pracy tu rb in parow ych w zadanych, zmienionych w arunkach (z a d a n ia an alizy).

■ A naliza wpływu w arunków eksploatacji tu rb in parow ych n a trw ałość głów­

n ych elementów.

■ O cena skutków techniczno-ekonom icznych pracy tu rb in przy m inim alnym i m aksym alnym obciążeniu. A naliza w arunków determ inujących osiągnię­

cie m inim alnej lub m aksym alnej mocy.

■ A naliza możliwości i skutków przyspieszonych rozruchów tu rb in z różnych początkowych stanów cieplnych zgodnie z w ym aganiam i UCPTE.

■ O cena skutków szybkich, cyklicznych zm ian obciążenia tu rb in y zgodnie z w ym aganiam i UCPTE.

G ru p a C

Dobór warunków eksploatacji do aktualnego s ta n u technicznego i planow a­

nego czasu pracy (za d a n ia syn tezy ).

■ Opracowanie m etody m odernizacji tem p eraturow ych kryteriów rozruchu turbiny.

■ O ptym alizacja procesu rozruchu tu rb in y. N um eryczna sym ulacja ch ara­

k tery sty k rozruchowych z uw zględnieniem aktualnego stopnia zużycia i planow anego czasu dalszej pracy.

■ M odernizacja w arunków zm ian obciążenia tu rb in y w zakresie m aksi­

m u m - minim um .

■ Z m iana (obniżenie) param etró w p ary przed tu rb in ą.

■ Dobór nowych p aram etrów nastaw czych bloku ograniczeń term icznych z uw zględnieniem aktualnego stopnia zużycia.

G ru p a D

A daptacja tu rb in parow ych do zmienionych w arunków pracy.

K ażda grupa wym ienionych zagadnień stanow i odrębną, bardzo obszerną całość i wym aga w zasadzie om ówienia w oddzielnych publikacjach. W niniej­

szej pracy podano uw agi n a te m a t optym alizacji procesu rozruchu turbin y (g ru p a C) oraz adaptacji tych m aszyn do pokrycia zwiększonych potrzeb odbiorów pary do celów ciepłowniczych (grupa D). Przedstaw iono wybrane w yniki własnych bad ań prowadzonych w tym zakresie oraz przykłady p rak ty ­ cznych zastosow ań opracowanych m etod i procedur zapew niających optym al­

n ą eksploatację tu rb in parowych.

190 Gerard Kosman

4 OPTYMALIZACJA PROCESU ROZRUCHU TURBINY

4.1. K orek ta c h a r a k te r y sty k r o z r u c h o w y c h

Rozruch tu rb in y w układzie blokowym prowadzony je s t poprzez zmianę stru m ien ia i param etrów p ary n a wejściu do turbiny. Dotyczy to zwłaszcza rozruchów po dłuższych postojach, np. rozruchu ze sta n u zimnego. Przykłado­

w ą charak tery sty kę dla tego przypadku pokazano n a rys. 1. W czasie rozru-

Rys. 1. Charakterystyka rozruchowa turbiny (układ blokowy) Fig. 1. S tart-u p turbine characteristic (unit system)

D obór warunków eksploatacji turbin parowych. 191

ch u turbin y w układzie kolektorowym p a ra m e try p ary przed tu rb in ą są stałe.

Z m ienia się jedynie obciążenie (moc elektryczna) m aszyny (rys. 2).

Sposób prow adzenia rozruchu decyduje o w artości naprężeń i ich am p litu­

d ach w elem entach turbiny. W norm alnych w a ru n k a ch eksploatacji tu rb in y o w artości naprężeń w czasie rozruchu decyduje początkowy sta n term iczny elem entów i prędkość ich nagrzew ania.

Czas [min]

Rys. 2. Charakterystyka rozruchowa turbiny (układ kolektorowy) Fig. 2. S ta rt-u p turbine characteristic (collector system)

192 Gerard Kosman

Początkowy s ta n term iczny elem entów zależy od czasu postoju turbiny.

S tan te n opisuje początkowa różnica tem p e ra tu ry p a ra - m etal:

AT = T00- T m0 (1)

Prędkość nagrzew ania elementów:

V - (2)

Vm" dt (ż)

zależy od przebiegu czasowego te m p e ra tu ry p ary świeżej T0 = T0(t) i obciąże­

n ia m aszyny N = N(t). W związku z tym:

a = f(AT, V0, Vn, ...) (3)

gdzie:

„ dT0 dN ...

° = "dT v»= dT (4>

N = N(t) - przebieg czasowy obciążenia turbiny, T0 = T0(t) - przebieg czasowy te m p e ra tu ry p a ry świeżej,

T00 - początkowa w artość te m p e ra tu ry p ary świeżej,

Tm = Tm(t) - przebieg czasowy tem peratury w wybranym punkcie metalu, Tmo - początkowa w artość te m p e ra tu ry w wybranym punkcie me­

talu.

C h arak tery styki tu rb in (przebiegi czasowe T0 = T0(t) i N = N(t) oraz począt­

kową różnicę tem p e ra tu ry AT) należy dobrać ta k , by naprężenia, wyznaczone z (3) dla każdego elem entu były m niejsze od przyjętych w artości dopuszczal­

nych.

Poprzez odpowiednią korektę ch arak tery sty k m ożna zmieniać stan naprę­

żenia elem entów turb in, am plitudy n ap rężeń i w konsekwencji tem po zużycia zmęczeniowego niskocyklicznego. W spom niana k o rek ta może dotyczyć prze­

biegu T0 = T0(t) lub N = N(t), tzn. prędkości V0 lub VN oraz początkowej różnicy tem p e ra tu ry AT.

N a rys. 3 pokazano uproszczoną zależność m aksym alnych naprężeń w w irniku od początkowej różnicy tem p e ra tu ry AT. Uproszczenie polegało na przyjęciu prostego m odelu geometrycznego w irnika w postaci grubościennego wału. Zm niejszenie AT o 50 K prowadzi do zm niejszenia naprężeń o ok.

60 MPa.

Przykładowy wpływ podgrzania w stępnego kołnierza kadłu ba w obrębie stopnia regulacyjnego o 100 K n a n ap rężen ia pokazano n a rys. 4 [1]. W porów­

n a n iu ze stanem bez podgrzewu w stępnego am p lituda naprężeń je s t mniejsza o około 28%. Rozruch prowadzono zgodnie z c h a rak tery sty k ą podaną n a rys.2.

Dobór warunków eksploatacji turbin parowych. 193

AT [ K ]

Rys. 3. Zależność maksymalnych naprężeń wirniku od początkowej różnicy temperatury AT Fig. 3. Maximal rotor stresses as a function of the initial tem perature difference

N a rys. 5 pokazano uproszczoną zależność m aksym alnych naprężeń w w irn ik u od prędkości zm ian obciążenia VN. Zm niejszenie VN z 0,3 MW/min n a 0,2 M W /m in zm niejsza n ap rężen ia o ok. 40 MPa.

Z m ianę naprężeń m ożna również uzyskać poprzez zm ianę sposobu rozru­

chu tu rb in y (rys. 2). Proponow ane zm iany polegają n a w ydłużeniu okresów w y trzy m an ia mocy n a poziomach 10 MW oraz 16 MW. Dla ta k prowadzonego ro zru ch u przebiegi czasowe naprężeń w kadłubie pokazano n a rys. 6. Porów­

n an o m aksym alne n aprężen ia w kadłubie dla 2 typów rozruchu (dotychcza­

sowego i zmodernizowanego) [1].

194 Gerard Kosman

4.2. O p ra co w a n ie n o w y ch c h a r a k te r y sty k r o z ru ch o w y c h , próba o p ty m a liz a c ji p r o c e su r o z r u c h u

Podane w punkcie poprzednim w yniki obliczeń stanow ią szczególne (upro­

szczone) przypadki pełnego rozw iązania zagadnienia optymalizacji procesu rozruchu i w yznaczenia ch arak tery sty k rozruchowych. Optym alizację prze­

biegu czasowego tem p e ra tu ry pary n a wejściu do tu rb in y m ożna podzielić na następ u jące etapy [3]:

Czas [min]

Rys. 4. Porównanie masksymalnych naprężeń w kołnierzu dla 2 typów rozruchu:

a - aktualny, b - proponowany [¹]

Fig. 4. The comparison of maximal stresses in the flange for 2 types of start-up, a - actual, b - suggested [1]

D obór warunków eksploatacji turbin parowych. 195

- dobór początkowej te m p e ra tu ry pary, - w yznaczenie optym alnych prędkości,

- w yznaczenie optym alnych odcinków czasowych w ygrzew ania turbiny.

Podane niżej przykłady stanow ią ilu strację rozpatryw anych zagadnień.

Celem optym alizacji w przykładzie pierw szym je s t osiągnięcie ja k n a j­

m niejszych n ap rężeń podczas rozruchu. Podstaw owym ograniczeniem je s t z a d an y czas rozruchu. Z m ienną optym alizow aną je s t prędkość przyrostu tem ­ p e ra tu ry pary. P a ra m e tra m i są w ym iary geom etryczne, dane m ateriałow e oraz początkowe w artości te m p e ra tu ry p a ry i m etalu. W yniki optymalizacji przedstaw iono n a rys. 7. Przebiegi te uzyskano dla początkowej różnicy tem ­ p e ra tu ry pary i m etalu równej 100 K [3],

D rugie zadanie sprow adza się do m inim alizacji czasu rozruchu turbiny.

Z m ienną optym alizow aną je s t podobnie, ja k poprzednio przyrost tem p eratu ry p a ry . Przyjętym ograniczeniem je s t poziom n ap rężeń w w irniku. W analizie num erycznej przyjęto a max = 100 M Pa. Dodatkowo założono szybkie przejście p rzez obroty krytyczne w irn ik a (od 2000 do 2100 obr/min). W ielkościami d an y m i były w ym iary geom etryczne, d an e m ateriałow e i w aru n k i początko­

we. W yniki optym alizacji przedstaw iono n a rys. 8. Podobnie ja k poprzednio przyjęto początkową różnicę te m p e ra tu ry p a ry i m eta lu rów ną 100 K [3],

Rys. 5. Zależność maksymalnych naprężeń w wirniku od prędkości zmian obciążenia V (drugie maksimum)

Fig. 5. Maximal rotor stresses as a function of the loading changes V (second maximum)

196 Gerard Kosman

5. ADAPTACJA TURBIN PAROWYCH DO ZMIENIONYCH WARUNKÓW PRACY

O sta tn ią g ru p ą zagadnień zw iązanych z m odernizacją w arunków eksplo­

atacji tu rb in parowych je s t adaptacja tych m aszyn do pracy w warunkach odbiegających od nom inalnych. Najczęściej adap tacja t a wiąże się z konieczno­

ścią przystosow ania tu rb in kondensacyjnych dla celów ciepłowniczych i wpro­

w adzenia dodatkowych odbiorów p ary do celów technologicznych.

Czas [min]

Rys. 6. Porównanie maksymalnych naprężeń w kadłubie w obrębie stopnia regulacyjnego dla ² typów rozruchu: a - aktualny, b - proponowany [¹]

Fig. 6. The comparison of maximal stresses in the turbine cylinder in the regulation stage area for 2 types of sta rt-u p a - actual, b - suggested [1]

Dobór warunków eksploatacji turbin parowych. 197

Rozw iązanie sform ułowanego z a d an ia może być bardzo różne. W dotych­

czasow ych pracach w łasnych rozpatryw ano następujące możliwości:

■ Zw iększenie poborów p ary z upustów nieregulow anych - ograniczenia poborów p a ry z turbiny ,

- an aliza pracy tu rb in y z uw zględnieniem dodatkowych poborów p ary do ciepłownictwa,

- niezbędne m odernizacje.

Czas [min.]

Rys. 7. Optymalny przebieg rozruchu dla zadanego czasu 120 min dla AT = 100 K [3]: 1 - naprężenia w wale [MPa], 2 - naprężenia w kadłubie [MPa], 3 — tem peratura pary [°C], 4 -

obroty [l/s], 5 - ciśnienie [MPa], 6 - moc [MW], 7 - dTp/dt [K/min]

Fig. 7. The optimal sta rt-u p for given time t = 120 and AT = 100 K [3]: 1 - rotor stresses [MPa], 2 -co u sin g stresses [MPa], 3 -ste a m te m p e ra tu re [°C], 4 - rototional speed [1/s], ⁵ -

pressure [MPa], ⁶ - power [MW], 7 - dTp/dt [K/min]

198 Gerard Kosman

• i—i ö

£

H"Ö

Czas [min.]

Rys. 8. Optymalny przebieg rozruchu dla zadanej wartości O m a x = 100 MPa (oznaczenia wg rys. 7)

Fig 8 . The optimal sta rt-u p for given o m a x = 1 0 0 MPa

Przystosow anie tu rb in y kondensacyjnej do pracy ciepłowniczej - p raca tu rb in y kondensacyjnej z pogorszoną próżnią,

- u sunięcie ostatnich stopni - p raca w układzie ciepłowniczym, - praca w układzie kondensacyjnym, - likw idacja części NP.

Przystosow anie tu rb in y kondensacyjnej do pracy w układzie upustowo- kondensacyjnym

- organizacja u p u stu regulowanego, - regulow any pobór p ary z przelotni.

D o b ó r warunków eksploatacji turbin parowych. 19 9

W każdym rozpatryw anym p rzypadku należy jeszcze rozpatrzyć zagadnie­

n ia techniczno-ekonom iczne przebudow y tu rb in y , w tym ocenę sta n u techni­

cznego turbiny oraz u w aru n kow an ia techniczne adaptacji tu rb in y do pracy w no w y m układzie ciepłowniczym i zak res niezbędnych m odernizacji (np. układ przepływow y, kondensator, łożyska, siła osiowa, regulacja, a p a ra tu ra pom ia­

ro w a i zabezpieczenia). N ależy również wyznaczyć now ą charaktery stykę en ergetyczn ą turbiny.

Przystosow anie tu rb in y kondensacyjnej do pracy ciepłowniczej wymaga w z a sa d z ie indywidualnego podejścia do każdego rozwiązywanego przypadku.

D otyczy to zarówno koncepcji rozw iązania problem u, ja k i szczegółów techni­

czn y ch realizowanego w a ria n tu m odernizacji. W yniki badań w łasnych zaw ar­

to m iędzy innym i w następujących opracow aniach:

— O cena możliwości pracy bloku 200 MW w El. R ybnik w układzie gospodar­

ki skojarzonej bez obniżenia mocy elektrycznej.

— Koncepcja i an aliza układów stacji ciepłowniczych i technologicznych współpracujących z tu rb in a m i kondensacyjnym i 13K215 w El. Połaniec.

— C h a ra k te ry sty k i tu rb in kondensacyjnych z dodatkow ym i poboram i ciepła d la celów technologicznych i ciepłowniczych.

— A naliza możliwości pracy tu rb in TG1 - TG4 w nowym układzie ciepłowni­

czym E C -1 B ielsko-B iała.

— Przystosow anie tu rb in y 3K6.3 do pracy ciepłowniczej w Elektrociepłowni KW K Moszczenica.

— A naliza możliwości pracy tu rb in 1 - 4 w nowym układzie ciepłowniczym E lektrow ni H alem ba.

— Zw iększenie u p u stu nieregulow anego oraz przystosow anie tu rb in y AEG 15 MW do pracy z pogorszoną próżnią.

— A naliza możliwości przystosow ania tu rb in y AEG (TG-4) w Elektrow ni Chorzów n a potrzeby pracy ciepłowniczej.

— Przystosow anie tu rb in y 9C50 do pracy w w a ru n k a ch EC „Zabrze” SA.

Je że li w ym agane dodatkow e pobory p a ry nie są zbyt duże, to bardzo często w ystarczy zwiększony pobór p a ry z istniejących upustów regeneracyjnych:

Podstaw ow ym k ry te riu m ograniczającym stru m ie ń pobranej p ary je s t spadek ciśnienia pom iędzy kolejnymi u p u stam i. Przykładow e, dopuszczalne spadki ciśn ien ia w cz. W P i SP tu rb in y (rys. 9) są równe:

Api.dop = 5,5 M Pa Ap2.doP = 1 ,4 M Pa

AP3,dop = 3,3 M Pa Ap4,doP = 0,16 M Pa

W artości te w ynikają bezpośrednio z ograniczeń wytrzymałościowych.

200 Gerard Kosman

Rys. 9. Dopuszczalne spadki ciśnienia w cz. WP i SP turbiny Fig. 9. Allowable pressure difference in HP and IP turb ine parts

Dla większych mocy cieplnych w ym agana je s t m odernizacja turbiny. Dla m aszyn wielokadłubowych rozw iązaniem optym alnym je s t zwiększony pobór pary z przelotni przed częścią NP.

Przykładow y schem at modernizowanego u k ład u pokazano n a rys. 10. Para p ob ran a z przelotni zasila w ym iennik podstawowy XP. W nowym układzie nie pobiera się p a ry do celów ciepłowniczych z pozostałych upustów turbiny.

Dalszy podgrzew wody sieciowej odbywa się w w ym ienniku szczytowym XS zasilanym p a rą upustow ą z innych tu rb in lub p a rą świeżą.

W yniki analizy pracy tu rb in y z regulow anym poborem pary z przelotni zamieszczono n a rys. 10. W w ariancie podstawowym przyjęto ciśnienie

Dobór warunków eksploatacji turbin parow ych. 201

w przelotni 0,21 M Pa. O siągana moc cieplna je s t proporcjonalna do strum ie­

n ia p a ry upustowej i przykładowo wynosi:

Q = 63,0 MW dla mu = 100 T/h Q = 31,5 MW dla m n = 50 T/h

B ilan s cieplny podany n a rys. 10 dotyczy obszaru m aksym alnych mocy cieplnych. Zbiorczą c h a rak tery sty k ę energetyczną nowego u k ład u podano n a rys. 11. Przyjęto, że przez część N P płynie tylko stru m ień m inim alny, niezbęd­

n y d la właściwego chłodzenia.

Je ż e li tu rb in a m a stale pracow ać ze zwiększonym poborem p ary z przelotni, to n a le ż y rozważyć możliwość likw idacji części NP. U nika się w te n sposób kłopotów związanych z pracą części N P przy m ałych strum ieniach pary.

Rys. 10. Bilans cieplny turbiny Fig. 10. The turbine therm al balance

r\Do

Rys. 11. Zbiorcza charakterystyka układu

F ig . 11. T h e s y s te m c h a r a c te r i s t ic

GerardKosman

D obór warunków eksploatacji turbin parowych. 203

Podstaw ow ą wielkością wejściową, k tó ra decyduje o w aru n k ach pracy całości je s t w ym agana moc cieplna lub (co je s t prostsze do analizy) stru m ień pary wylotowej z części WP turb iny . S tru m ień p a ry świeżej i moc elektryczna są w ielkościam i wynikowymi.

LITERATURA

[1] Kosman G., R usin A.: Kom pleksowa ocena sta n u technicznego turbin.

E nergetyka z. 9, 1994.

[2] Kosm an G.: O ptym alna eksploatacja tu rb in parowych, dobór m etod i środków dla osiągnięcia tego zam ierzenia. E nerg ety k a z. 2, 1995.

[3] Kosman G., R usin A., Roskosz M.: Sym ulacja procesu rozruchu tu rb in y i próba jego optymalizacji. Problem y badaw cze energetyki cieplnej, W ar­

szaw a 1993.

Recenzent: Prof, d r hab. inż. Tadeusz CHMIELNIAK W płynęło do Redakcji: 20. 02. 1995 r.

A b str a c t

T he subjects of th is article a re selected problem s connected w ith the m odernisation of steam tu rb in e s operatin g conditions and introducing new o p eratin g technologies. If safe and effective operatings are lim ited, new o p eratin g conditions, for actu al com ponent life consum ption and planning w orktim e should be selected. M ethods and procedures of th e m odernisation of tu rb in e s operating conditions h a s been described. Exam ples of applications h a s been given.

T he p resented m ethod allows for defining th e approxim ate sta rtin g c h arcteristics of a tu rb in alread y a t th e design stage. Nowedays, when a tu rb in e is being designed, only th e prelim in ary characteristics are considered, a n d th ese are based on th e d a ta p e rtin e n t to th e sim ilar un its, and then , after th e testin g period of operation, m easu rem en ts an d th erm al tests, the corrections are introduced.

T he problem form ulation is m ade very general. The assum ed module s tru c tu re of solution algorithm allows, fu rth e r on, for m aking some of these frag m en ts more precise. D uring th e tim e-co u rse optim ization of flow and

204 Gerard Kosman

in le t steam p aram eters. M odelling of th erm al elongations w as taken into consideration, togeth er w ith th e possibility of correcting th e optimized courses in case of any dangerous reductions of axial gaps.