Портал по тригенерации, когенерации и мини-ТЭЦ

Эксплуатация энергетической паровой турбины

К.т.н. Б. Э. Капелович, к.т.н. С. И. Хмельник,А. Ю. Левшин, к.т.н. Д. Б. Капелович, Е. Б. Бененсон
Научно-Производственная Компания " Mathematics in Computers ", Тель-Авив, Израиль;
Государственный НИИ теплоэнергетики, Горловка, Украина; Научно-Производственная Компания "Дельфин-Информатика", Россия.

Оглавление

1. Проблема

2. Kомпьтерная cистема текущего эксплуатационного анализа экономичности работы энергетической паровой турбины

3. Эффект от реализации системы

4. О внедрении системы

5. Варианты реализации системы.

А. Автоматизированная система

В. Неавтоматизированная система

С. Теледиагностическая система

6. Пример


1. Проблема

В настоящее время развитие энергетики идет по пути укрупнения мощности тепловых электростанций, а также увеличения мощности отдельных агрегатов. Современный уровень энергопотребления требует использования больших количеств топлива. Экономичность энергетических агрегатов, в этих условиях приобретает первостепенное значение, поскольку даже самые незначительные отклонения работы агрегата от расчетных условий приводит к значительным перерасходам топлива и большим материальным потерям.

В этих условиях большое значение приобретает непрерывный текущий контроль экономичности не только всего агрегата, но и отдельных его узлов и элементов.

Современные электростанции имеют достаточное количество точной измерительной аппаратуры и возможность компьютерной обработки результатов измерений. Однако существующие системы выдают лишь общие энергетические и экономические показатели по всей станции в целом, отдельным энергоблокам и цехам. Анализировать источники энергетических потерь, с целью их устранения, при таком подходе невозможно. Необходимо эти потери уметь определять в отдельных элементах агрегатов и комплексов с целью анализа причин их возникновения и устранения.

            Таким образом, эксплуатация энергетической паровой турбины (ЭПТ) характеризуется следующими факторами:

· однако очень сложно обнаружить неисправный элемент ЭПТ, который вызывает отклонение состояния всей ЭПТ от нормального,

· достаточно просто обнаруживается отклонение общего состояния всей ЭПТ от нормального (в котором все элементы ЭПТ исправны),

· очень сложно определить вызываемый этим экономический ущерб.

Для решения этих задач можно опираться только на опыт эксплуатационников. При этом далеко не всегда удается точно и быстро установить причину ненормального состояния ЭПТ. Очевидно, это резко снижает экономичность ЭПТ, поскольку даже самые незначительные отклонения работы ЭПТ от расчетных условий приводят к значительным перерасходам топлива и большим материальным потерям.

В связи с этим разрабатывается система, которая

· формализует поиск неисправного элемента в ЭПТ,

· осуществляет непрерывный мониторинг состояния элементов ЭПТ и ЭПТ в целом,

· определяет энергетические потери от неисправности оборудования,

· выдает рекомендации персоналу электростанции о действиях по устранению неисправностей,

· оценивает экономический эффект от реализации этих рекомендаций,

· собирает статистику изменения состояния элементов ЭПТ для оптимальной организации ремонтов.

В этой системе используется новый метод анализа энергетических потерь во всех элементах ЭПТ по результататам текущих измерений. Результаты этого анализа используются далее для выделения неисправного элемента и формирования рекомендаций.

2. Kомпьютерная cистема текущего эксплуатационного анализа экономичности работы энергетической паровой турбины.

Предлагаемая система выполняет сбор и обработку информации по отдельным элементам и узлам энергетической паровой турбины с целью определения локальных энергетических потерь. На основе анализа таких потерь эта система позволяет решить следующие вопросы:

 Определение уровня и источника энергетической потери в паротурбинном цикле.

· Нахождение наиболее значительных по величине потерь с целью их оперативного устранения.

· Анализ изменения потерь во времени. Исследование динамики различных потерь позволяет прогнозировать дальнейшую работу турбоустановки.

· Исследование локальных потерь, особенно в динамике, позволяет правильно планировать текущие и капитальные ремонты, вести рациональную подготовку к этим ремонтам,

· Анализ локальных потерь позволит увеличить межремонтные сроки или наоборот производить внеплановые ремонты с целью избежания аварийных ситуаций.

На базе разработанных алгоритмов и математических моделей имеется возможность определять потери от

· снижения внутреннего относительного КПД в ЦВД,

· снижения внутреннего относительного КПД в ЦСД,

· заноса промежуточного пароперегревателя,

· ухудшения вакуума в конденсаторе,

· переохлаждения конденсата в конденсаторе,

· ухудшения работы каждого регенеративного подогревателя питательной воды.

Все эт и потери могут быть подсчитаны за час работы, за сутки, за месяц, за год и выражены в натуральном топливе, условном топливе и в денежном   исчислении. Величина этих потерь высвечивается на мониторе рядом с соответствующим элементом   мнемосхемы или технологической схемы. На той же схеме отображаются и замеряемые параметры, необходимые для расчетов. Эти параметры затем сравниваются с расчетными величинами, заданными заводом-изготовителем, или с результатами тепловых испытаний.

Расчет локальных потерь паротурбинной установки может быть выполнен двумя способами:

· Определение суточных потерь топлива. Замеры и расчеты производятся автоматически в течении суток многократно с последующим суммированием всех потерь топлива.

· Определение ведется на одной расчетной нагрузке.

Первый способ более трудоемкий и требует большого количества исходных данных, полученных   путем комплексного испытания турбоустановки в широком диапазоне нагрузок. Второй способ не требует широких испытаний оборудования и позволяет ограничиться лишь данными завода-изготовителя. Однако и второй метод анализа работы агрегата вполне позволяет произвести качественную оценку состояния оборудования.

Возможны следующие варианты системы:

· Анализ при фиксированной мощности оборудования.

· Анализ при переменной мощности оборудования.

· Анализ с формированием архива и статистики.

При этом анализ возможен

· с ручным вводом данных,

· с автоматизированным вводом данных.

3. Эффект от реализации системы

Экономический эффект от внедрения системы зависит от мощности, параметров тепловой схемы, режима работы и других факторов, характеризующих работу установки. Поэтому расчет экономического эффекта должен производиться индивидуально для каждого энергоблока.

Для оценочной характеристики были использованы данные реально действующей турбины мощностью 228 Мвт фирмы " Parsons". Даже при весьма умеренных отклонениях (см. ниже) от нормативных значений параметров суммарный перерасход в сутки составляет 17.31 тонн условного топлива. Если оперативно устранить неполадки и сократить хотя бы основные потери, то это даст экономию топлива в количестве 2854.3 тонны в год. При цене 100 $ за одну тонну условного топлива экономия денежных средств составит 285430 $ на одном энергоблоке.

Внедрение системы позволяет экономить до 1000 $ в год на 1 МВт установленной мощности (в зависимости от стоимости топлива, мощности и типа установки).

4. О внедрении системы

Предлагаемая система может найти широкое применение на всех энергоблоках любых электрических станций, а также на крупных судовых энергоустановках. Система может быть использована и на турбинном оборудовании ТЭЦ. Но наибольший эффект достгается на крупных конденсационных энергоблоках.

Установка системы не требует значительных капитальных затрат, поскольку основывается на использовании штатного контрольного оборудования электростанций. Основные затраты приходятся на разработку и внедрение данной системы.

При выборе первоочередных объектов для внедрения системы нужно учитывать, что экономический эффект будет зависить от мощности агрегата и стоимости топлива на электростанциях. Поэтому предпочтение следует оттдавать

· крупным энергетическим конденсационным блокам;

· станциям, использующим дорогое топливо.

Разработанный алгоритм определения локальных потерь базируется на данных завода-изготовителя, данных результатах тепловых испытаний турбоустановки (по возможности), а также общих основах термодинамики и теории паротурбинных установок. В связи с этим для реализации системы на конкретном оборудовании должна быть представлена следующая информация:

1. тепловая схема блока с обозначением всех расчетных параметров;

2. результаты последних тепловых испытаний агрегата;

3. следующие характеристики конденсатора:

, где

 - расход пара в конденсаторе,

 - температура охлаждающей воды на входе в конденсатор,

 - давление в конденсаторе,

 - мощность агрегата.

5. Варианты реализации системы.

Любой вариант реализации системы предполагает, что в систему с определенной периодичностью вводятся данные о текущем состоянии энергетической паровой турбины, а система

· Расчитывает локальные и суммарные потери паротурбинной установки за указанный период,

· Оценивает экономический эффект от устранения этих потерь.

· Выдает рекомендации по оптимизации ремонтов оборудования

Варианты реализации системы отличаются только способом ввода данных. Однако этот способ существенно влияет на стоимость системы и стоимость ее эксплуатации. Мы предлагаем следующие варианты.

А. Автоматизированная система

Такая система базируется на основе компьютерного обеспечения современной электростанции. В качестве датчиков измеряемых параметров используются штатные приборы измерения, имеющие выход на блочный щит управления. Для оценки уровня потерь и их сравнительного анализа точность эти приборов вполне достаточна. Все приборы должны иметь электрический выход для подсоединения к компьютерной сети. Такая система позволяет вводить данные автоматически с определенной периодичностью и с той же периодичностью выдавать указанные выше результаты.

В. Неавтоматизированная система

Этот вариант является отличается от предыдущего тем, что не требует монтажных работ. Единственное условие - наличие программы. Программа позволяет вводить данные вручную из суточной ведомости по одной расчетной нагрузке , а затем выдавать указанные выше результаты.

С. Теледиагностическая система - ТДС

Этот вариант является является для пользователя простейшим. Эксплуатация организуется следующим образом. дежурный персонал энергетической паровой турбины (в дальнейшем - абонент) по электронной почте (например, с промощью Интернета) связывается с фирмой, выполняющей текущую диагностику (в дальнейшем - сервер). Абонент эпизодически или регулярно (рекомендуется - раз в сутки) отправляет на сервер определенные данные из суточной ведомости по одной расчетной нагрузке. Сервер в ответ на это возвращает абоненту

· локальные и суммарные потери ЭПТ за указанный период и в динамике,

· рекомендации по диагностике и эксплутации,

· оценки экономического эффекта от реализации этих рекомендаций.

Предлагаемая ТДС решает эти задачи на основе анализа локальных потерь. Для этого анализа достаточны только данные из суточной ведомости .

6. Пример

В качестве примера приводятся результаты работы системы для турбины мощностью 228 Мвт фирмы " Parsons" с параметрами P 0 = 140 kg / cm 2 , t 0 / t 01 = 538/538 o C. Отклонения от расчетных значений составляют:

По температуре пара на выходе из ЦВД ( Т1)

+2оС

По температуре пара на выходе из ЦСД ( Т2)

+3оС

По потере давления в промперегревателе

11%

По температуре пара в конденсаторе (t к)

+3оС

По переохлаждению конденсата (t к 1)

-1оС

По температуре питательной воды за ПВД-5 (t51)  

-3оС

По температуре конденсата за ПНД-3 (t31)

-2оС

По температуре конденсата за ПНД-2 (t21)

-2оС

Ниже приведена схема ЭПТ, которую наблюдает на дисплее оператор. На этой схеме отображаются результаты расчета и используется следующая терминология:

· Потери - потери топлива из-за неисправностей оборудования, измеряемые в единицах "тонна условного топлива / сутки".

· Элемент - часть агрегата, состояние которой влияет на потери в агрегате.

· Параметр - измеряемый параметр.

· Отклонение параметра - величина отклонения параметра от расченого значения.

На схеме ЭПТ каждый элемент сопровождается информационным элементом следующего вида

1

2

3

В информационном элементе выделяются

· область 1 - номер элемента,

· область 2 - потери в элементе (в данной программе они измеряются в "тоннах условного топлива / сутки"),

· область 3 - поле ввода отклонения параметра.

Кроме того, оператору доступны и нформационные таблицы. В таблице "Loss" перечислены потери в элементах и соответствующие им отклонения параметров. Для последних указаны физические пределы изменения, дискретность представления и их зависимость от измеряемых параметров. Измеряемые параметры перечислены в таблице "Measurements".

В систему вводятся измеряемые парамеры, а величина отклонения параметра вычисляется в зависимости от величин измеряемых параметров. Возможен также непосредственный ввод отклонения параметров.

Величина отклонения параметра влияет на потерив элементе. В связи с этим потеря в элементе может быть определена как некоторая функция соответствующего отклонения. Определение этих функций является основным предметом разработки программы. В примере они определены для реального блока 228 Мвт фирмы "Parsons". Для расчета потерь необходимо определить значения всех отклонений параметров и, нажав на кнопку "Расчет потерь", расчитать потери в элементах турбины и в турбине в целом.

При автоматическом вводе измерений программа работает постоянно, выдавая значения потерь в on-line.

"Laboratory.Ru", http://www.laboratory.ru