Пусковые режимы энергооборудования ТЭС

Пуск энергоблока или отдельных котлов и турбин на неблочных ТЭС является нестационарным режимом, при котором тепловое состояние буквально всех элементов и узлов энергооборудования претерпевает максимальные изменения. К отличительным особенностям этого режима относится возникновение температурных напряжений в тех элементах оборудования (барабаны котельных агрегатов, корпуса турбин, паропроводы), в которых они отсутствуют при рабочих стационарных режимах. Другая особенность заключается в зависимости этих напряжений от скорости изменения температуры, т. е. от интенсивности подвода теплоты. Это означает, что при неосмотрительно выбранной скорости прогрева оборудования в металле некоторых его узлов в пусковом режиме могут появиться температурные напряжения, превосходящие предел прочности или текучести.

Положение осложняется неодинаковостью массы и конфигурации отдельных элементов оборудования и различием условий подвода теплоты к неподвижным и вращающимся частям оборудования и т. д. В результате этого могут возникнуть локальные неоднородности температурного поля и местные повышенные температурные напряжения. Это обстоятельство также ограничивает темп прогрева и требует применения безопасных приемов повышения температуры и специальных устройств для обеспечения надежного пуска котельного и турбинного оборудования.

В то же время всегда существует необходимость быстрого ввода резервного оборудования в работу и максимального сокращения длительности пускового периода, что, очевидно, может быть выполнено в основном за счет сокращения продолжительности прогрева. Кроме этого, при любых пусках сокращение пусковых расходов топлива и потерь конденсата до минимума является обязательным условием. Наконец, в связи с неравномерностью остывания после остановки отдельных элементов и узлов энергооборудования и рассогласованием их температур во времени из-за неодинаковых темпов остывания, ставится требование надежного пуска оборудования из любого теплового состояния. Большое разнообразие тепловых состояний энергооборудования по отношению к способам пуска обычно делят на две категории: «холодное» и «горячее», соответственно и способы пуска носят условные названия — «холодный» и «горячий» пуск.

«Холодным» называют состояние оборудования после продолжительных простоев, когда котел охлаждается настолько, что давление среды в нем близко к атмосферному, а температура наиболее горячих узлов турбины (например, паровпуска ЦВД) не превышает 150 °С. Это состояние достигается обычно после простоя в течение 3—5 суток. «Горячим» называют состояние оборудования при простоях до 8 часов после остановки, когда в котле еще сохраняется избыточное давление среды, а температура наиболее горячих узлов турбины равна 400— 420 °С. Графики «холодного» и «горячего» пуска составляются таким образом, чтобы провести прогрев относительно охладившихся элементов с предельными по условиям температурных напряжений скоростями и в то же время не допустить расхолаживания узлов, сохранивших повышенную температуру. Эти требования и положены в основу определения разности температур греющего пара и металла, а также уровня температур свежего и вторичного пара перед паровпусками ЦВД и ЦСД турбины.

В эксплуатационных инструкциях указаны еще особенности пуска из промежуточных между «горячим» и «холодным» — «неостывших» состояний оборудования, а также пуска котлов и турбин из горячего резерва при простоях их до одного часа, когда параметры пара в котле сохраняют еще значения близкие к рабочим.

Из опыта эксплуатации известно, что после 50 часов простоя турбина не достигает еще «холодного» состояния, в то время как опыт остановки котельных агрегатов показывает, что температура самых горячих его элементов (выходные пакеты пароперегревателя, ширмы) становится меньше 120—140 °С уже через 40—48 часов после остановки.

Все указанные выше обстоятельства сильно усложняют пусковые режимы, требуют повышенного внимания и четкости действий эксплуатационного персонала во избежание аварийных последствий. Практика эксплуатации показывает, что из всего числа повреждений и отказов котельных агрегатов, турбин и вспомогательного теплосилового оборудования более 50 % возникает именно при пусках и остановках энергооборудования из-за недостаточного контроля за состоянием оборудования и нарушений правил пуска.

В связи с этим к пусковым режимам предъявляются в первую очередь требования надежности. В процессе растопки котельного агрегата и повышения параметров пара должен поддерживаться надежный гидравлический и температурный режим парогенерирующих экранов. Прогрев оборудования при его пусках не должен вызывать опасных температурных напряжений и тепловых ударов. Водный режим котельного агрегата должен поддерживаться в соответствии с установленными нормами. Как указывалось выше, другим обязательным требованием является всемерное сокращение продолжительности пуска, что необходимо для своевременного ввода энергооборудования в работу и сокращения пусковых расходов топлива и потерь конденсата. Особенно важно соблюдение этого условия для ускорения ввода резервного оборудования, заменяющего выбывшее из строя.

Для успешного пуска блоков, отдельных котлов и турбин неблочных ТЭС на основе многочисленных испытаний и опыта эксплуатации разработаны типовые пусковые схемы, учитывающие характерные особенности различных типов энергооборудования. Эти схемы отличаются от рабочих тепловых схем ТЭС наличием дополнительных устройств и элементов, предназначенных для ускорения, повышения надежности и экономичности пусков.

При разработке пусковых схем учитывались следующие требования:

• пуск энергоблока при любом тепловом состоянии котла, паропроводов, турбины без ущерба для их надежности;
• минимальная продолжительность пуска, пусковых затрат топлива и потерь конденсата при оптимальных условиях прогрева всех элементов котельного агрегата, паропроводов и турбины;
• обеспечение водного режима при пуске в соответствии с нормами;
• максимальное упрощение пусковых операций; унификация программы автоматического управления пуском; удержание энергоблока в работе при сбросах нагрузки до уровня нагрузки холостого хода или собственных нужд, что требуется для сохранения надежности энергосистемы в целом;
• ремонт одного из котлов дубль-блока при работе второго котла и турбины;
• обеспечение надежного гидравлического и температурного режима парогенерирующих экранов;
• поддержание в прямоточных котлах при всех пусковых и переменных режимах давления, равного рабочему;
• пуск энергоблока при скользящих параметрах пара, т. е. при постепенном нарастании расходов, давлений и температур свежего и вторично перегретого пара.

Процедура пуска энергооборудования разбивается на несколько этапов: подготовку к пуску, растопку котельного агрегата (пуск барабанных котельных агрегатов, пуск прямоточных котельных агрегатов), прогрев паропроводов и запорной арматуры, прогрев турбины, синхронизацию генератора, нагружение турбогенератора. Основу технологии пусковых режимов составляет пуск при скользящих параметрах пара, когда многие из указанных этапов совмещаются для сокращения длительности пуска и повышения его надежности. Такое совмещение пуска возможно лишь на блочных ТЭС, и поэтому на неблочных ТЭС, как правило, производится индивидуальный (независимый) пуск котлов и турбин (Пуск турбины на неблочной ТЭС).