Задачи эксплуатации основного оборудования тепловой электростанции (ТЭС) в нормальных режимах работы

Основными задачами эксплуатации ТЭС являются обеспечение длительной надежной и безопасной работы оборудования при максимальной экономичности и выдерживании заданных графиков нагрузок. Важным является также обеспечение высокого качества производимой энергии.

В нормальных условиях эксплуатации турбины работают в автоматическом режиме (управление ими осуществляется системой регулирования). При этом термические напряжения в деталях турбины, как правило, не выходят за допустимые пределы.

Нагрузка турбоагрегатов задается диспетчерским графиком и должна изменяться в нормальных условиях со скоростью 0,5 – 1% номинальной в минуту. Турбина допускает изменение нагрузки с большими скоростями, однако при этом усложняется задача поддержания номинальных параметров пара за котлоагрегатами.

Частота в системе и скорость вращения ротора турбины должны находиться в пределах 49,5 – 50,5 Гц. Большее изменение частоты снижает вибрационную надежность турбоагрегата, так как уменьшается величина отстройки собственной частоты колебаний лопаточных аппаратов отдельных ступеней от резонансной. Могут произойти также нарушение нормальной работы системы регулирования и недопустимое изменение напора главного масляного насоса. Одновременно изменяются характеристики (производительность и напор), надежность и экономичность различных вспомогательных механизмов ТЭС – насосов и тягодутьевых установок.

Превышение скорости вращения турбины по сравнению с номинальной более чем на 10 – 12% недопустимо из-за опасного увеличения центробежных напряжений в деталях ротора. В этом случае должен срабатывать автомат безопасности и осуществляться аварийный останов турбины.

Основными параметрами работы барабанных котлоагрегатов являются давление и температура вырабатываемого пара. По давлению пара судят о соответствии паропроизводительности котлоагрегата потреблению пара и ведут регулирование топочного режима. Основной причиной изменения паропроизводительности и давления пара является изменение тепловосприятия поверхностей нагрева. Температура перегретого пара находится в сложной зависимости от конструктивных и режимных характеристик котлоагрегата, в частности от соотношения площади радиационных и конвективных поверхностей пароперегревателя, нагрузки котлоагрегата, величины шлакования поверхностей и др. Очень сильно проявляется влияние температуры питательной воды. Температура перегретого пара регулируется с помощью пароохладителей, разрешающая способность которых составляет несколько десятков градусов.

Особенностью прямоточных котлоагрегатов является то, что изменение тепловыделения в топке не ведет непосредственно к изменению их паропроизводительности и давления пара, а вызывает смещение зон подогрева воды, испарения и перегрева и изменение температуры перегретого пара. Смещение зоны испарения в сторону входа питательной воды приводит к изменению водяной емкости котлоагрегата и обусловливает некоторое увеличение паропроизводительности сверх расхода питательной воды. Регулирование нагрузки прямоточных котлоагрегатов осуществляется одновременным изменением подачи топлива и питательной воды, показателем правильного соотношения которых является температура перегретого пара. Более тонкое регулирование температуры перегрева производится впрысками:

При эксплуатации необходимо обеспечивать надежность собственно котлоагрегата, его вспомогательного оборудования, заданные производительность, параметры и качество пара, экономичный и бесшлаковочный режим работы. Режим работы котлоагрегата должен осуществляться в строгом соответствии с режимной картой, составленной на основе испытаний [3]. В режимной карте в регулировочном диапазоне нагрузок указываются значения основных параметров и показателей, обеспечивающих оптимальный режим работы котлоагрегата. Приводятся рекомендации по необходимому количеству и режиму работы горелок и вспомогательного оборудования. Важным показателем режимной карты является содержание О₂ или СО₂ в дымовых газах.

При эксплуатации котлоагрегата необходимо выдерживать надлежащий гидравлический и температурный режим поверхностей нагрева, строго соблюдать регламентированный местной инструкцией предел изменения параметров свежего пара и пара промперегрева. Превышение предельно допустимой температуры пара может привести к немедленному повреждению труб или вызвать ускорение ползучести и окалинообразования.

При организации эксплуатационного контроля температуры пара необходимо иметь в виду возможность разверок температуры, причиной которых является неодинаковое по ширине и глубине газоходов тепловосприятие параллельно включенных змеевиков. Поэтому число и расположение точек измерения температуры для каждого нового котлоагрегата определяются заводом-изготовителем.

На котлоагрегатах, работающих на сернистом мазуте, сжигание топлива должно осуществляться, как правило, при малых (1,02 – 1,03) избытках воздуха [3]. За счет этого достигается снижение температуры точки росы примерно до 70°С и уменьшается низкотемпературная коррозия поверхностей нагрева. Однако при работе с малыми избытками воздуха требуются высокая культура эксплуатации, хорошая плотность топки, равномерное распределение топлива и воздуха между горелками, наличие достаточного количества налаженных приборов контроля, в том числе кислородомеров и дымомеров. В противном случае при нарушении режима возможно значительное увеличение потерь с химическим недожогом, отложение на поверхностях нагрева сажи и ее загорание.

Для предупреждения интенсивной низкотемпературной коррозии воздухоподогревателя и поддержания температуры поверхностей нагрева его выше температуры точки росы температура воздуха на входе в воздухоподогреватель должна поддерживаться на определенном уровне. В частности, при сжигании (сернистого мазута она должна быть не менее 110°С перед трубчатыми воздухоподогревателями и не менее 70°С перед регенеративными воздухоподогревателями [3]. Такая температура воздуха обеспечивается за счет подогрева его в калориферах.

Непременным условием нормальной эксплуатации котлоагрегатов является правильное питание их водой и поддерживание нормального уровня в барабане. Питание котлоагрегата осуществляется автоматически, перепад давления на регулирующем питательном клапане выбирается примерно 10% рабочего давления, что создает необходимый резерв для усиленного питания в аварийных случаях.

Для обеспечения надежной работы турбоагрегатов необходимо тщательно контролировать их вибрационное и механическое состояние, обеспечивать заданные параметры масла в системе смазки и давление жидкости в системе регулирования. Поддерживать уровень масла в баке, давление водорода и расход охлаждающей воды в системе охлаждения и перепад давления «масло – водород» в системе уплотнения генератора, контролировать температуру выхлопного патрубка, давление пара в контрольных ступенях турбины.

Контроль за вибрационным состоянием турбоагрегата производится по амплитудам вибрации подшипников, измеряемым в трех направлениях: вертикальном, горизонтальном и осевом. Причинами повышения вибрации могут быть: нарушение центровки роторов, в частности из-за чрезмерного и быстрого разогрева выхлопного патрубка или корпусов подшипников; заклинивание в направляющих шпонках, мешающее нормальному тепловому расширению цилиндров; появление динамической неуравновешенности роторов вследствие ослабления посадки деталей на валу или его прогиба, обрыва бандажей и лопаток, неравномерного заноса солями лопаточного аппарата и др.; подплавление или нарушение формы баббитовой заливки подшипников; работа в области резонансных чисел оборотов; потеря устойчивости вала на масляной пленке, например вследствие сильного изменения вязкости масла; появление возмущающих сил электромагнитного происхождения (двойное замыкание на землю); уменьшение статической жесткости системы из-за нарушения нормальных тепловых расширений турбины или некачественного монтажа турбоагрегата; заброс воды в турбину и др.

Снижение уровня масла в баке и давления масла в системе смазки является аварийным режимом и может произойти в результате появления утечки масла, повреждения главного масляного насоса, попадания инородного тела в маслопроводы и их закупорки, ухудшения условий всасывания главного масляного насоса, например из-за неисправности инжектора.

Температура масла в подшипниках турбоагрегата в нормальных условиях работы должна быть в пределах 40 – 65° С. Причиной медленного роста температуры масла чаще всего бывает загрязнение маслоохладителей с водяной стороны. Быстрое повышение температуры масла может быть следствием прекращения подачи охлаждающей воды на маслоохладители, закупорки маслопровода к данному подшипнику, повреждения баббитовой заливки подшипника. Контроль перепада давления «масло – водород» необходим в связи с тем, что падение давления масла может привести к утечкам водорода и пожару на генераторе.

Осевой сдвиг ротора контролируется по показаниям реле осевого сдвига, а нагрузка на упорный подшипник – по температуре колодок подшипника с помощью зачеканенных в них термопар.

Задачи обеспечения высокой экономичности и надежной работы ТЭС являются взаимосвязанными. Для успешного их решения требуется обеспечивать хорошее техническое состояние оборудования и высокую культуру эксплуатации.

Необходимо поддерживать заданное качество питательной воды и пара, достаточную плотность топки и газового тракта, предупреждать образование накипи, шлакование и занос поверхностей нагрева котлоагрегатов. Газовое сопротивление тракта не должно заметно отличаться от данных режимных карт, периодически нужно производить обдувку и очистку поверхностей нагрева. Для очистки конвективных поверхностей нагрева широко применяется дробеочистка, которая должна быть постоянно готова к действию и включаться регулярно с первых же дней после пуска котлоагрегата [3].

Техническое состояние подогревателей регенеративной системы турбин контролируется по величине температурного напора. Необходимо обеспечивать минимальную величину недогрева питательной воды в каждом подогревателе, оптимальный режим работы испарителей, деаэраторов, сетевой установки, минимальные величины переохлаждения конденсата и температурного напора в конденсаторе.

Большое значение имеет осуществление эксплуатационного контроля состояния проточной части турбин и степени заноса их солями, а также своевременное проведение промывки турбин и вывода их в ремонт.

При эксплуатации ТЭС возникает также комплекс вопросов, связанных с защитой окружающей среды, которым в настоящее время уделяется большое внимание.