Kompleksowa modernizacja turbiny parowej PT-80/100-130/13

Celem modernizacji jest zwiększenie mocy elektrycznej i cieplnej turbiny oraz zwiększenie sprawności instalacji turbinowej. Modernizacja w ramach wariantu głównego polega na zamontowaniu uszczelnień nasadowych HPC o strukturze plastra miodu i wymianie części przepływowej średniociśnieniowej na wykonanie nowego rotora LP w celu zwiększenia przepustowości HPC do 383 t/h. Jednocześnie zachowany jest zakres regulacji ciśnienia na wylocie produkcyjnym, nie zmienia się maksymalny dopływ pary do skraplacza.
Elementy wymienne przy modernizacji zespołu turbinowego w ramach opcji głównej:

Montaż uszczelek osłonowych o strukturze plastra miodu dla stopni HPC 1-17;
Kierownica CSND;
Siodła RK ChSD o większym przekroju przepływu z modyfikacją skrzyń parowych górnej połowy korpusu ChSD w celu montażu nowych pokryw;
Zawory sterujące SD i urządzenie rozprowadzające krzywkę;
Membrany 19-27 stopni CSND, wyposażone w uszczelnienia typu overband o strukturze plastra miodu i pierścienie uszczelniające ze sprężynami śrubowymi;
Wirnik SND z zainstalowanymi nowymi łopatami roboczymi 18-27 stopni TsSND z solidnie frezowanymi oponami;
Zaciski membrany nr 1, 2, 3;
Klatka uszczelniająca z przodu i pierścienie uszczelniające ze sprężynami śrubowymi;
Tarcze mocujące 28, 29, 30 stopni są przechowywane zgodnie z istniejącą strukturę, co pozwala na obniżenie kosztów modernizacji (pod warunkiem wykorzystania starych zamontowanych dysków).

Ponadto zakres opcji głównej przewiduje montaż uszczelnień osłonowych o strukturze plastra miodu 1-17 stopni silnika wysokociśnieniowego w osłonach membranowych z przyspawaniem wąsów uszczelniających do osłon łopatek wirnika.

W wyniku modernizacji zgodnie z opcją główną uzyskuje się:

Zwiększenie maksymalnej mocy elektrycznej turbiny do 110 MW i mocy ekstrakcji cieplnej do 168,1 Gcal/h, w związku z ograniczeniem ekstrakcji przemysłowej.
Zapewnienie niezawodnej i zwrotnej pracy zespołu turbinowego we wszystkich trybach pracy, w tym przy możliwie najniższych ciśnieniach w wyciągach przemysłowych i ciepłowniczych.
Zwiększenie sprawności instalacji turbinowych;
Zapewnienie stabilności osiąganych wskaźników technicznych i ekonomicznych w okresie remontowym.

Efekt modernizacji w zakresie oferty głównej:

Tryby turbinowe	Moc elektryczna, MW	Zużycie pary dla sieci ciepłowniczej, t/h	Zużycie pary do produkcji, t/h
Kondensacja
Nominalny
Maksymalna moc
Z maksimum ekstrakcja cieplna
Zwiększenie wydajności pompy
Wzrost wydajności HPC

Dodatkowe oferty (opcje) modernizacji

Modernizacja klatki stopnia sterującego HPC wraz z montażem uszczelnień nasadowych typu „plaster miodu”.
Montaż membran ostatniego stopnia z masą styczną
Wysoce szczelne uszczelki do prętów zaworów regulacyjnych wysokiego ciśnienia

Efekt modernizacji z dodatkowymi opcjami

№ p/s	Nazwa	Efekt
	Modernizacja klatki stopnia sterującego HPC wraz z montażem uszczelnień nasadowych typu „plaster miodu”.	Wzrost mocy o 0,21-0,24 MW - wzrost wydajności HPC o 0,3-0,4% - zwiększenie niezawodności działania wyłączenia turbin
	Montaż membran ostatniego stopnia z masą styczną	Tryb kondensacji: - wzrost mocy o 0,76 MW - wzrost wydajności DSND 2,1%
	Obrotowe uszczelnienie membranowe	Zwiększenie sprawności zespołu turbinowego przy pracy w trybie z całkowicie zamkniętą membraną obrotową o 7 Gcal/godz.
	Wymiana uszczelek nadcałunowych HPC i CSD na komórkowe	Zwiększona wydajność cylindrów (HPC o 1,2-1,4%, CVD o 1%); - wzrost mocy (HPC o 0,6-0,9 MW, CSND o 0,2 MW); - poprawa niezawodności zespołów turbinowych; - zapewnienie stabilności osiągniętego wyniku technicznego i ekonomicznego wskaźniki w okresie remontu; - zapewnienie niezawodności, bez zmniejszania efektywności działania uszczelnienia osłonowe komory wysokiego ciśnienia i centralnej pompy powietrza w stanach przejściowych, w tym podczas awaryjnych wyłączeń turbin.
	Wymiana zaworów regulacyjnych HPC	Wzrost mocy o 0,02-0,11 MW - wzrost wydajności HPC o 0,12% - zwiększenie niezawodności działania
	Montaż uszczelek końcowych o strukturze plastra miodu LPC	Eliminacja zasysania powietrza przez uszczelki końcowe - zwiększenie niezawodności pracy turbiny - zwiększenie sprawności turbiny - stabilność osiąganych wskaźników techniczno-ekonomicznych przez cały okres realizacji - niezawodne, bez zmniejszania wydajności, działanie końcówki Uszczelki LPC w warunkach przejściowych m.in. w nagłym wypadku wyłączenia turbin

Wstęp

W przypadku dużych fabryk wszystkich gałęzi przemysłu o dużym zużyciu ciepła optymalnym systemem zasilania jest sieć ciepłownicza okręgowa lub przemysłowa.

Proces wytwarzania energii elektrycznej w elektrowniach cieplnych charakteryzuje się podwyższoną i wyższą sprawnością cieplną wskaźniki energetyczne w porównaniu z elektrowniami kondensacyjnymi. Wyjaśnia to fakt, że ciepło odpadowe turbiny, odprowadzane do źródła zimna (odbiornika ciepła o godz konsument zewnętrzny), jest w nim używany.

W pracy obliczono podstawowy schemat cieplny elektrowni opartej na produkcyjnej turbinie ciepłowniczej PT-80/100-130/13, pracującej w trybie projektowym przy temperaturze powietrza zewnętrznego.

Zadaniem obliczenia obwodu cieplnego jest określenie parametrów, natężenia przepływu i kierunków przepływu płynu roboczego w jednostkach i elementach, a także całkowitego zużycia pary, mocy elektrycznej i wskaźników sprawności cieplnej stacji.

Opis schematu obwodu cieplnego zespołu turbinowego PT-80/100-130/13

Blok energetyczny o mocy elektrycznej 80 MW składa się z kotła bębnowego wysokie ciśnienie E-320/140, turbina PT-80/100-130/13, generator i urządzenia pomocnicze.

Jednostka napędowa posiada siedem wyciągów. W zespole turbinowym istnieje możliwość dwustopniowego podgrzewania wody sieciowej. Istnieje kocioł główny i szczytowy, a także PCV, który włącza się, jeśli kocioł nie jest w stanie zapewnić wymaganego ogrzewania wody sieciowej.

Świeża para z kotła o ciśnieniu 12,8 MPa i temperaturze 555 0 C wchodzi do komory wysokiego ciśnienia turbiny i po przepracowaniu kierowana jest do komory ciśnieniowej turbiny, a następnie do pompy niskiego ciśnienia. Po odpowietrzeniu para wchodzi do skraplacza z jednostki niskociśnieniowej.

Zespół napędowy do regeneracji składa się z trzech nagrzewnic wysokociśnieniowych (HPH) i czterech nagrzewnic niskociśnieniowych (LPH). Numeracja grzejników pochodzi z ogona zespołu turbinowego. Kondensat pary grzewczej PVD-7 jest kierowany kaskadowo do PVD-6, do PVD-5, a następnie do odgazowywacza (6 ata). Odprowadzenie kondensatu z PND4, PND3 i PND2 odbywa się także kaskadowo w PND1. Następnie z PND1 kondensat pary grzewczej przesyłany jest do SM1 (patrz PrTS2).

Główny kondensat i woda zasilająca podgrzewane są sekwencyjnie w PE, SH i PS, w czterech podgrzewaczach niskociśnieniowych (LPH), w odgazowywaczu 0,6 MPa i w trzech podgrzewaczach wysokociśnieniowych (HPH). Para do tych nagrzewnic dostarczana jest z trzech regulowanych i czterech nieregulowanych wyciągów turbinowych.

Na bloku do podgrzewania wody w sieci ciepłowniczej znajduje się instalacja kotłowa, składająca się z podgrzewaczy sieciowych dolnego (PSG-1) i górnego (PSG-2), zasilanych parą odpowiednio z 6. i 7. ciągu oraz PCV. Kondensat z górnych i dolnych podgrzewaczy sieciowych dostarczany jest pompami spustowymi do mieszaczy SM1 pomiędzy LPH1 i LPH2 oraz SM2 pomiędzy podgrzewaczami LPH2 i LPH3.

Temperatura podgrzewania podawać wodę mieści się w przedziale (235-247) 0 C i zależy od ciśnienia początkowego pary świeżej oraz stopnia przegrzania w HPH7.

Pierwsza ekstrakcja parą (z HPC) polega na podgrzaniu wody zasilającej w HPH-7, druga ekstrakcja (z HPC) - do HPH-6, trzecia (z HPC) - do HPH-5, D6ata, do produkcji; czwarty (z ChSD) - w PND-4, piąty (z ChSD) - w PND-3, szósty (z ChSD) - w PND-2, odgazowywacz (1,2 ata), w PSG2, w PSV; siódmy (z ChND) - w PND-1 i PSG1.

Aby zrekompensować straty, program zapewnia ogrodzenie surowa woda. Woda surowa podgrzewana jest w podgrzewaczu wody surowej (RWH) do temperatury 35 o C, następnie po przejściu czyszczenie chemiczne, wchodzi do odgazowywacza 1,2 ata. Aby zapewnić podgrzanie i odpowietrzenie dodatkowej wody, wykorzystuje się ciepło pary z szóstego ekstrakcji.

Para z prętów uszczelniających w ilości D szt = 0,003D 0 trafia do odgazowywacza (6 ata). Para z zewnętrznych komór uszczelek kierowana jest do SH, z środkowych komór uszczelek – do PS.

Oczyszczanie kotła jest dwuetapowe. Para z ekspandera I stopnia trafia do odgazowywacza (6 ata), z ekspandera II stopnia do odgazowywacza (1,2 ata). Woda z ekspandera II stopnia doprowadzana jest do sieci wodociągowej w celu częściowego uzupełnienia strat sieciowych.

Rysunek 1. Zasada schemat termiczny CHPP na bazie TU PT-80/100-130/13

3.3.4 Zespół turbiny parowej PT-80/100-130/13

Turbina parowa grzewcza PT-80/100-130/13 z odciągiem pary przemysłowej i grzewczej przeznaczona jest do bezpośredniego napędzania generatora elektrycznego TVF-120-2 o prędkości obrotowej 50 obr/min i oddawania ciepła na potrzeby produkcyjne i grzewcze.

Moc, MW

nominalne 80

maksymalnie 100

Oceny Steama

ciśnienie, MPa 12,8

temperatura, 0 C 555

Zużycie pary wydobytej na potrzeby produkcyjne, t/h

nominalna 185

maksymalnie 300

górny 0,049-0,245

dolny 0,029-0,098

Presja selekcyjna produkcji 1,28

Temperatura wody, 0 C

pożywne 249

chłodzenie 20

Zużycie wody chłodzącej, t/h 8000

Turbina posiada następujące regulowane poboru pary:

produkcja o ciśnieniu absolutnym (1,275 ± 0,29) MPa i dwa wyciągi grzewcze - górny o ciśnieniu absolutnym w zakresie 0,049-0,245 MPa i dolny o ciśnieniu w zakresie 0,029-0,098 MPa. Regulacja ciśnienia upustowego ogrzewania odbywa się za pomocą jednej membrany regulacyjnej zamontowanej w górnej komorze upustowej ogrzewania. Utrzymywane jest regulowane ciśnienie na wylotach ogrzewania: na wylocie górnym - gdy włączone są oba wyloty ogrzewania, na wylocie dolnym - gdy włączony jest jeden z wylotów ogrzewania dolny. Woda sieciowa musi być przepuszczana przez podgrzewacze sieciowe dolnego i górnego stopnia grzewczego sekwencyjnie i w równych ilościach. Należy kontrolować przepływ wody przepływającej przez grzejniki sieciowe.

Turbina jest jednostką dwucylindrową jednowałową. Część przepływowa HPC ma stopień regulacji z pojedynczą cewką i 16 poziomami ciśnienia.

Część przepływowa LPC składa się z trzech części:

pierwszy (aż do górnego wylotu ogrzewania) posiada stopień regulacyjny i 7 poziomów ciśnienia,

drugi (pomiędzy ekstrakcjami grzewczymi) dwa stopnie ciśnieniowe,

trzeci - stopień regulacyjny i dwa stopnie ciśnieniowe.

Wirnik wysokociśnieniowy jest solidnie kuty. Pierwsze dziesięć tarcz wirnika niskociśnieniowego jest kutych integralnie z wałem, pozostałe trzy tarcze są zamontowane.

Dystrybucja pary turbinowej odbywa się za pomocą dyszy. Na wyjściu z HPC część pary trafia do kontrolowanej ekstrakcji produkcyjnej, reszta kierowana jest do LPC. Ekstrakcje grzewcze przeprowadza się z odpowiednich komór LPC.

Aby skrócić czas nagrzewania i poprawić warunki rozruchu, zapewniono ogrzewanie parowe kołnierzy i śrub dwustronnych oraz dostarczanie pary świeżej do przedniego uszczelnienia HPC.

Turbina wyposażona jest w urządzenie do obracania wału, które obraca linię wałów zespołu turbinowego z częstotliwością 3,4 obr/min.

Aparatura łopatkowa turbiny jest zaprojektowana do pracy przy częstotliwości sieciowej 50 Hz, co odpowiada prędkości obrotowej wirnika zespołu turbinowego wynoszącej 50 obr/min (3000 obr/min). Dopuszczalna jest długoterminowa praca turbiny przy odchyleniach częstotliwości sieci od 49,0 do 50,5 Hz.

3.3.5 Zespół turbiny parowej R-50/60-130/13-2

Turbina parowa o przeciwciśnieniu R-50/60-130/13-2 przeznaczona jest do napędzania generatora elektrycznego TVF-63-2 z prędkością obrotową 50 s -1 i uwalniania pary na potrzeby produkcyjne.

Poniżej podano wartości nominalne głównych parametrów turbiny:

Moc, MW

Nominalny 52,7

Maksymalnie 60

Początkowe parametry pary

Ciśnienie, MPa 12,8

Temperatura, о С 555

Ciśnienie w rurze wydechowej, MPa 1,3

Turbina posiada dwa nieregulowane wyciągi pary przeznaczone do podgrzewania wody zasilającej w podgrzewaczach wysokociśnieniowych.

Konstrukcja turbiny:

Turbina jest jednostką jednocylindrową z jednym stopniem regulacyjnym korony i 16 stopniami ciśnieniowymi. Wszystkie tarcze wirnika są kute integralnie z wałem. Dystrybucja pary turbinowej z obejściem. Para świeża dostarczana jest do wolnostojącej skrzynki parowej wyposażonej w automatyczny zawór odcinający, skąd para poprzez obejście jest dostarczana do czterech zaworów regulacyjnych.

Aparat łopatkowy turbiny jest zaprojektowany do pracy z częstotliwością 3000 obr./min. Dopuszczalna jest długoterminowa praca turbiny, gdy odchyłka częstotliwości w sieci wynosi 49,0-50,5 Hz

Jednostka turbinowa jest wyposażona urządzenia ochronne aby jednocześnie wyłączyć pompę wysokiego ciśnienia i jednocześnie włączyć linię obejściową poprzez wysłanie sygnału. Atmosferyczne zawory membranowe instalowane na rurach wydechowych i otwierające się, gdy ciśnienie w rurach wzrośnie do 0,12 MPa.

3.3.6 Zespół turbiny parowej T-110/120-130/13

Turbina parowa grzewcza T-110/120-130/13 z odciągiem pary grzewczej przeznaczona jest do bezpośredniego napędzania generatora elektrycznego TVF-120-2 z prędkością obrotową 50 obr/s i oddawania ciepła na potrzeby grzewcze.

Poniżej podano wartości nominalne głównych parametrów turbiny.

Moc, MW

nominalna 110

maksymalnie 120

Oceny Steama

ciśnienie, MPa 12,8

temperatura, 0 C 555

nominalny 732

maksymalnie 770

Granice zmian ciśnienia pary na regulowanym wylocie ogrzewania, MPa

górny 0,059-0,245

dolny 0,049-0,196

Temperatura wody, 0 C

pożywne 232

chłodzenie 20

Zużycie wody chłodzącej, t/h 16000

Ciśnienie pary w skraplaczu, kPa 5,6

Turbina posiada dwa wyjścia grzewcze - dolny i górny, przeznaczone do stopniowego podgrzewania wody sieciowej. Przy etapowym podgrzewaniu wody sieciowej parą z dwóch wylotów ciepłowniczych, sterowanie utrzymuje zadaną temperaturę wody sieciowej za górnym podgrzewaczem sieciowym. Przy podgrzewaniu wody sieciowej jednym dolnym wyjściem grzewczym, temperatura wody sieciowej utrzymywana jest za dolnym podgrzewaczem sieciowym.

Ciśnienie na regulowanych wylotach ogrzewania może zmieniać się w następujących granicach:

w górnym 0,059 - 0,245 MPa przy włączonych dwóch ekstrakcjach grzewczych,

w dolnym 0,049 - 0,196 MPa przy wyłączonym górnym zasilaniu grzewczym.

Turbina T-110/120-130/13 jest jednostką jednowałową składającą się z trzech cylindrów: HPC, CSD, LPC.

HPC jest jednoprzepływowy, posiada stopień regulacji z dwiema wężownicami i 8 poziomów ciśnienia. Wirnik wysokociśnieniowy jest solidnie kuty.

CSD jest również jednoprzepływowy i ma 14 poziomów ciśnienia. Pierwsze 8 tarcz wirnika średniociśnieniowego jest kutych integralnie z wałem, pozostałych 6 jest zamontowanych. Kierownica pierwszego stopnia CSD jest zamontowana w obudowie, pozostałe membrany są zamontowane w klatkach.

LPC jest dwuprzepływowy, ma dwa stopnie w każdym strumieniu, lewy i prawy obrót (jeden stopień sterujący i jeden stopień ciśnieniowy). Długość łopatki roboczej ostatniego stopnia wynosi 550 mm, średnia średnica wirnika tego stopnia wynosi 1915 mm. Wirnik niskociśnieniowy ma 4 zamontowane tarcze.

W celu ułatwienia rozruchu turbiny ze stanu gorącego i zwiększenia jej manewrowości podczas pracy pod obciążeniem, temperaturę pary dostarczanej do przedostatniej komory przedniego uszczelnienia HPC zwiększa się poprzez zmieszanie gorącej pary ze sterownika pręty zaworów lub z głównego przewodu parowego. Z ostatnich przedziałów uszczelek mieszanina pary i powietrza jest odsysana za pomocą eżektora ssącego uszczelki.

Aby skrócić czas nagrzewania i poprawić warunki rozruchu turbiny, przewidziano ogrzewanie parowe kołnierzy i śrub dwustronnych HPC.

Aparatura łopatkowa turbiny jest zaprojektowana do pracy przy częstotliwości sieciowej 50 Hz, co odpowiada prędkości obrotowej wirnika zespołu turbinowego wynoszącej 50 obr/min (3000 obr/min).

Dopuszczalna jest długoterminowa praca turbiny przy odchyleniach częstotliwości sieci od 49,0 do 50,5 Hz. W sytuacjach awaryjnych systemu dopuszcza się krótkotrwałą pracę turbiny przy częstotliwości sieciowej poniżej 49 Hz, ale nie poniżej 46,5 Hz (czas określony jest w specyfikacjach technicznych).

Informacja o realizacji prac „Modernizacja CHPP-2 Ałmaty poprzez zmianę reżimu wodno-chemicznego układu przygotowania wody uzupełniającej w celu podwyższenia temperatury wody sieciowej do 140–145 C”

Seminarium

Przedmowa do części pierwszej

Modelowanie turbin parowych to codzienność setek ludzi w naszym kraju. Zamiast słowa model często się mówi charakterystyka przepływu. Charakterystyki przepływowe turbin parowych służą do rozwiązywania takich problemów, jak obliczanie jednostkowego zużycia paliwa równoważnego na energię elektryczną i ciepło wytwarzane przez elektrownie cieplne; optymalizacja pracy CHP; planowanie i konserwacja trybów CHP.

Opracowany przeze mnie nowe charakterystyki przepływu turbiny parowej— zlinearyzowana charakterystyka przepływu turbiny parowej. Opracowana charakterystyka przepływu jest wygodna i skuteczna w rozwiązywaniu tych problemów. Jednak w tej chwili jest on opisany tylko w dwóch prace naukowe:

Optymalizacja pracy elektrowni cieplnych w warunkach hurtowego rynku energii elektrycznej i mocy w Rosji;
Metody obliczeniowe wyznaczania jednostkowego zużycia paliwa zastępczego z elektrowni cieplnych na dostarczoną energię elektryczną i cieplną w trybie wytwarzania skojarzonego.

A teraz na swoim blogu chciałabym:

po pierwsze, prostym i przystępnym językiem odpowiedzieć na główne pytania dotyczące nowej charakterystyki przepływu (patrz Zlinearyzowana charakterystyka przepływu turbiny parowej. Część 1. Pytania podstawowe);
po drugie, podaj przykład konstruowania nowej charakterystyki przepływu, który pomoże zrozumieć zarówno metodę konstrukcji, jak i właściwości cechy (patrz poniżej);
po trzecie, obalić dwa znane twierdzenia dotyczące trybów pracy turbiny parowej (patrz Zlinearyzowana charakterystyka przepływowa turbiny parowej. Część 3. Obalamy mity na temat działania turbiny parowej).

1. Dane wstępne

Początkowymi danymi do skonstruowania zlinearyzowanej charakterystyki przepływu mogą być:

rzeczywiste wartości mocy Q 0 , N, Q p, Q t zmierzone podczas pracy turbiny parowej,
nomogramy q t brutto z dokumentacji regulacyjnej i technicznej.

Oczywiście rzeczywiste chwilowe wartości Q 0 , N, Q p, Q t są idealnymi danymi początkowymi. Zbieranie takich danych jest pracochłonne.

W przypadkach, gdy rzeczywiste wartości Q 0 , N, Q p, Q t nie są dostępne, można przetworzyć nomogramy q t brutto. Te z kolei uzyskano na podstawie pomiarów. Przeczytaj więcej o testach turbin w V.M. itp. Metody optymalizacji trybów pracy systemu elektroenergetycznego.

2. Algorytm konstrukcji zlinearyzowanej charakterystyki przepływu

Algorytm konstrukcji składa się z trzech kroków.

Tłumaczenie nomogramów lub wyników pomiarów na formę tabelaryczną.
Linearyzacja charakterystyki przepływowej turbiny parowej.
Wyznaczanie granic zakresu regulacji pracy turbiny parowej.

Podczas pracy z nomogramami q t brutto pierwszy krok wykonuje się szybko. Ten rodzaj pracy nazywa się digitalizacja(digitalizacja). Digitalizacja 9 nomogramów dla bieżącego przykładu zajęła mi około 40 minut.

Drugi i trzeci krok wymagają użycia pakietów matematycznych. Uwielbiam MATLAB i używam go od wielu lat. Właśnie w nim jest wykonany mój przykład konstruowania zlinearyzowanej charakterystyki przepływu. Przykład można pobrać z linku, uruchomić i samodzielnie zrozumieć metodę konstruowania zlinearyzowanej charakterystyki przepływu.

Wykreślono charakterystykę przepływu rozpatrywanej turbiny dla następujących stałych wartości parametrów modowych:

jednostopniowy tryb pracy,
ciśnienie pary średniociśnieniowej = 13 kgf/cm2,
ciśnienie pary niskociśnieniowej = 1 kgf/cm2.

1) Nomogramy jednostkowego zużycia q t brutto do wytwarzania energii elektrycznej (zaznaczone czerwone kropki są digitalizowane i przenoszone na tabelę):

PT80_qt_Qm_eq_0_digit.png,
PT80_qt_Qm_eq_100_digit.png,
PT80_qt_Qm_eq_120_digit.png,
PT80_qt_Qm_eq_140_digit.png,
PT80_qt_Qm_eq_150_digit.png,
PT80_qt_Qm_eq_20_digit.png,
PT80_qt_Qm_eq_40_digit.png,
PT80_qt_Qm_eq_60_digit.png,
PT80_qt_Qm_eq_80_digit.png.

2) Wynik digitalizacji(każdy plik csv ma odpowiadający mu plik png):

PT-80_Qm_eq_0.csv,
PT-80_Qm_eq_100.csv,
PT-80_Qm_eq_120.csv,
PT-80_Qm_eq_140.csv,
PT-80_Qm_eq_150.csv,
PT-80_Qm_eq_20.csv,
PT-80_Qm_eq_40.csv,
PT-80_Qm_eq_60.csv,
PT-80_Qm_eq_80.csv.

3) Skrypt MATLAB-a z obliczeniami i wykresami:

PT_80_linear_characteristic_curve.m

4) Wynik digitalizacji nomogramów i wynik konstrukcji zlinearyzowanej charakterystyki przepływu w formie tabelarycznej:

PT_80_linear_characteristic_curve.xlsx.

Krok 1. Tłumaczenie nomogramów lub wyników pomiarów na formę tabelaryczną

1. Przetwarzanie danych początkowych

Początkowymi danymi dla naszego przykładu są nomogramy q t brutto.

Aby przekonwertować wiele nomogramów na postać cyfrową, potrzebne jest specjalne narzędzie. Wielokrotnie korzystałem w tym celu z aplikacji internetowej. Aplikacja jest prosta i wygodna, ale nie ma wystarczającej elastyczności, aby zautomatyzować proces. Część prac trzeba wykonać ręcznie.

Na tym etapie istotna jest digitalizacja skrajnych punktów nomogramów, które wyznaczają granice zakresu regulacji turbiny parowej.

Praca polegała na zaznaczeniu punktów charakterystyki przepływu w każdym pliku png za pomocą aplikacji, pobraniu powstałego pliku csv i zebraniu wszystkich danych w jedną tabelę. Wynik digitalizacji można znaleźć w pliku PT-80-linear-characteristic-curve.xlsx, arkusz „PT-80”, tabela „Dane początkowe”.

2. Przeliczanie jednostek miary na jednostki mocy

$$display$$\begin(równanie) Q_0 = \frac (q_T \cdot N) (1000) + Q_P + Q_T \qquad (1) \end(equation)$$display$$

i zmniejsz wszystkie wartości początkowe do MW. Obliczenia przeprowadza się przy użyciu programu MS Excel.

Wynikowa tabela „Dane początkowe (jednostki mocy)” jest wynikiem pierwszego kroku algorytmu.

Krok 2. Linearyzacja charakterystyki przepływu turbiny parowej

1. Sprawdzenie działania MATLAB-a

Na tym etapie musisz zainstalować i otworzyć MATLAB w wersji nie niższej niż 7.3 (this stara wersja, obecnie 8.0). W MATLAB-ie otwórz plik PT_80_linear_characteristic_curve.m, uruchom go i upewnij się, że działa. Wszystko działa poprawnie jeśli po uruchomieniu skryptu wiersz poleceń zobaczyłeś następujący komunikat:

Wartości odczytano z pliku PT_80_linear_characteristic_curve.xlsx przez 1 sekundę. Współczynniki: a(N) = 2,317, a(Qп) = 0,621, a(Qт) = 0,255, a0 = 33,874 Średni błąd = 0,006, (0,57%) Liczba punktów granicznych zakresu kontrolnego = 37

Jeśli masz jakieś błędy, dowiedz się, jak je naprawić samodzielnie.

2. Obliczenia

Wszystkie obliczenia zaimplementowano w pliku PT_80_linear_characteristic_curve.m. Przyjrzyjmy się temu w częściach.

1) Podaj nazwę pliku źródłowego, arkusza, zakresu komórek zawierających tabelę „Dane początkowe (jednostki mocy)” uzyskaną w poprzednim kroku.

XLSFileName = "PT_80_linear_characteristic_curve.xlsx"; XLSSheetName = "PT-80"; XLSRange = "F3:I334";

2) Obliczamy dane początkowe w MATLABIE.

sourceData = xlsread(XLSFileName, XLSSheetName, XLSRange); N = dane źródłowe(:,1); Qm = Dane źródłowe(:,2); Ql = dane źródłowe(:,3); Q0 = Dane źródłowe(:,4); fprintf("Wartości odczytane z pliku %s w %1.0f sec\n", XLSFileName, toc);

Używamy zmiennej Qm dla średniego przepływu pary pod ciśnieniem Q p, indeks M z środek- przeciętny; podobnie używamy zmiennej Ql dla przepływu pary niskociśnieniowej Qn, indeks l z Niski- krótki.

3) Wyznaczmy współczynniki α i .

Przypomnijmy ogólny wzór na charakterystykę przepływu

$$display$$\begin(równanie) Q_0 = f(N, Q_P, Q_T) \qquad (2) \end(równanie)$$display$$

i wskazać zmienne niezależne (x_cyfra) i zależne (y_cyfra).

x_cyfra = ; % energii elektrycznej N, pary przemysłowej Qп, pary ciepłowniczej Qт, wektor jednostkowy y_digit = Q0; % zużycia pary świeżej Q0

Jeśli nie rozumiesz, dlaczego w macierzy x_digit znajduje się wektor jednostkowy (ostatnia kolumna), przeczytaj materiały na temat regresji liniowej. Na temat analizy regresji polecam książkę Draper N., Smith H. Stosowana analiza regresji. Nowy Jork: Wiley, In press, 1981. 693 s. (dostępne w języku rosyjskim).

Równanie zlinearyzowanej charakterystyki przepływu turbiny parowej

$$display$$\begin(equation) Q_0 = \alpha_N \cdot N + \alpha_P \cdot Q_P + \alpha_T \cdot Q_T + \alpha_0 \qquad (3) \end(equation)$$display$$

jest modelem regresji liniowej wielokrotnej. Wyznaczymy współczynniki α i za pomocą „wielka korzyść cywilizacyjna”— metoda najmniejszych kwadratów. Osobno zauważam, że metodę najmniejszych kwadratów opracował Gauss w 1795 roku.

W MATLAB-ie odbywa się to w jednej linii.

A = regres(y_cyfra, x_cyfra); fprintf("Współczynniki: a(N) = %4,3f, a(Qп) = %4,3f, a(Qт) = %4,3f, a0 = %4,3f\n",... A);

Zmienna A zawiera żądane współczynniki (patrz komunikat w linii poleceń MATLAB-a).

Zatem otrzymana zlinearyzowana charakterystyka przepływu turbiny parowej PT-80 ma postać

$$display$$\begin(equation) Q_0 = 2,317 \cdot N + 0,621 \cdot Q_P + 0,255 \cdot Q_T + 33,874 \qquad (4) \end(equation)$$display$$

4) Oszacujmy błąd linearyzacji otrzymanej charakterystyki przepływu.

y_model = x_cyfra * A; err = abs(y_model - y_digit) ./ y_digit; fprintf("Średni błąd = %1,3f, (%4,2f%%)\n\n", średnia(błąd), średnia(błąd)*100);

Błąd linearyzacji wynosi 0,57%(patrz komunikat w wierszu poleceń MATLAB-a).

Aby ocenić łatwość wykorzystania zlinearyzowanej charakterystyki przepływu turbiny parowej, rozwiążmy problem obliczenia natężenia przepływu pary wysokociśnieniowej Q 0 przy znane wartości obciążenia N, Q p, Q t.

Niech N = 82,3 MW, Q p = 55,5 MW, Q t = 62,4 MW, wówczas

$$display$$\begin(równanie) Q_0 = 2,317 \cdot 82,3 + 0,621 \cdot 55,5 + 0,255 \cdot 62,4 + 33,874 = 274,9 \qquad (5) \end(equation)$$ display$$

Przypomnę, że średni błąd obliczeniowy wynosi 0,57%.

Wróćmy do pytania: dlaczego zlinearyzowana charakterystyka przepływu turbiny parowej jest zasadniczo wygodniejsza niż nomogramy jednostkowego zużycia q t brutto na produkcję energii elektrycznej? Aby zrozumieć zasadniczą różnicę w praktyce, rozwiąż dwa problemy.

Oblicz wartość Q 0 z określoną dokładnością, korzystając z nomogramów i oczu.
Zautomatyzuj proces obliczania Q 0 za pomocą nomogramów.

Oczywiście w pierwszym problemie określenie wartości q t brutto na oko jest obarczone poważnymi błędami.

Drugie zadanie jest trudne do zautomatyzowania. Ponieważ wartości q t brutto są nieliniowe, to dla takiej automatyzacji liczba zdigitalizowanych punktów jest kilkadziesiąt razy większa niż w bieżącym przykładzie. Sama cyfryzacja nie wystarczy, konieczne jest także wdrożenie algorytmu interpolacja(znalezienie wartości między punktami) nieliniowe wartości brutto.

Krok 3. Wyznaczenie granic zakresu regulacji turbiny parowej

1. Obliczenia

Aby obliczyć zakres regulacji, użyjemy innego „błogosławieństwo cywilizacji”— metoda kadłuba wypukłego, kadłub wypukły.

W MATLAB-ie robi się to w następujący sposób.

indeksCH = convhull(N, Qm, Ql, „uprość”, prawda); indeks = unikalny(indeksCH); regZakres = ; regRangeQ0 = * A; fprintf("Liczba punktów granicznych zakresu kontroli = %d\n\n", rozmiar(indeks,1));

Metoda convhull() definiuje punkty graniczne zakresu regulacji, określone przez wartości zmiennych N, Qm, Ql. Zmienna indeksCH zawiera wierzchołki trójkątów skonstruowanych przy użyciu triangulacji Delaunaya. Zmienna regRange zawiera punkty graniczne zakresu regulacji; zmienna regRangeQ0 - natężenia przepływu pary wysokociśnieniowej dla punktów granicznych zakresu regulacji.

Wynik obliczeń można znaleźć w pliku PT_80_linear_characteristic_curve.xlsx, arkusz „PT-80-result”, tabela „Granice zakresu regulacji”.

Skonstruowano zlinearyzowaną charakterystykę przepływu. Reprezentuje wzór i 37 punktów, które określają granice (obwiednię) zakresu regulacji w odpowiedniej tabeli.

2. Sprawdź

Automatyzując procesy obliczania Q 0, należy sprawdzić, czy dany punkt o wartościach N, Q p, Q t znajduje się w zakresie regulacji, czy poza nim (tryb nie jest technicznie wykonalny). W MATLAB-ie można to zrobić w następujący sposób.

Ustawiamy wartości N, Q p, Q t, które chcemy sprawdzić.

n = 75; qm = 120; ql = 50;

Sprawdźmy.

in1 = inwielokąt(n, qm, regRange(:,1),regRange(:,2)); in2 = inpolygon(qm, ql, regRange(:,2),regRange(:,3)); in = in1 && in2; if in fprintf("Punkt N = %3,2f MW, Qp = %3,2f MW, Qt = %3,2f MW mieści się w zakresie regulacji\n", n, qm, ql); else fprintf("Punkt N = %3,2f MW, Qp = %3,2f MW, Qt = %3,2f MW jest poza zakresem regulacji (technicznie nieosiągalnym)\n", n, qm, ql); koniec

Kontrola odbywa się w dwóch etapach:

zmienna in1 pokazuje, czy wartości N, Q p mieściły się w rzucie powłoki na oś N, Q p;
podobnie zmienna in2 pokazuje, czy wartości Q p, Q t mieściły się w rzucie powłoki na osie Q p, Q t.

Jeżeli obie zmienne są równe 1 (prawda), to pożądany punkt znajduje się wewnątrz płaszcza, co określa zakres regulacji turbiny parowej.

Ilustracja wynikowej zlinearyzowanej charakterystyki przepływu turbiny parowej

Bardzo „hojne korzyści cywilizacyjne” musimy zilustrować wyniki obliczeń.

Przede wszystkim musimy powiedzieć, że przestrzeń, w której budujemy wykresy, czyli przestrzeń o osiach x - N, y - Q t, z - Q 0, w - Q p, nazywa się przestrzeń reżimu(patrz Optymalizacja pracy elektrowni cieplnych w warunkach hurtowego rynku energii elektrycznej i mocy w Rosji

). Każdy punkt tej przestrzeni wyznacza określony tryb pracy turbiny parowej. Tryb może być

technicznie wykonalne, jeżeli wewnątrz płaszcza znajduje się punkt określający zakres regulacji,
technicznie niewykonalne, jeśli punkt znajduje się poza tą powłoką.

Jeśli mówimy o kondensacyjnym trybie pracy turbiny parowej (Q p = 0, Q t = 0), to zlinearyzowana charakterystyka przepływu reprezentuje odcinek prosty. Jeśli mówimy o turbinie typu T, to zlinearyzowana charakterystyka przepływu jest płaski wielokąt w przestrzeni trybu trójwymiarowego o osiach x – N, y – Q t, z – Q 0, co jest łatwe do wizualizacji. W przypadku turbiny typu PT wizualizacja jest najbardziej złożona, ponieważ reprezentuje zlinearyzowaną charakterystykę przepływu takiej turbiny płaski wielokąt w przestrzeni czterowymiarowej(objaśnienia i przykłady patrz Optymalizacja pracy elektrowni cieplnych w warunkach rosyjskiego hurtowego rynku energii elektrycznej i mocy, rozdział Linearyzacja charakterystyk przepływu turbiny).

1. Ilustracja otrzymanej zlinearyzowanej charakterystyki przepływu turbiny parowej

Skonstruujmy wartości tabeli „Dane początkowe (jednostki mocy)” w przestrzeni reżimowej.

Ryż. 3. Początkowe punkty charakterystyki przepływu w przestrzeni reżimowej o osiach x – N, y – Q t, z – Q 0

Ponieważ nie potrafimy skonstruować zależności w przestrzeni czterowymiarowej, nie osiągnęliśmy jeszcze takiego dobrodziejstwa cywilizacyjnego, operujemy wartościami Q n w następujący sposób: wykluczamy je (ryc. 3), naprawiamy (ryc. 4) (zobacz kod do konstruowania grafów w MATLAB-ie).

Ustalmy wartość Q p = 40 MW i skonstruujmy punkty początkowe oraz zlinearyzowaną charakterystykę przepływu.

Ryż. 4. Punkty początkowe charakterystyki przepływu (punkty niebieskie), zlinearyzowana charakterystyka przepływu (zielony płaski wielokąt)

Wróćmy do wzoru, który otrzymaliśmy na zlinearyzowaną charakterystykę przepływu (4). Jeśli ustalimy Q p = 40 MW MW, wówczas wzór będzie wyglądał następująco

$$display$$\begin(równanie) Q_0 = 2,317 \cdot N + 0,255 \cdot Q_T + 58,714 \qquad (6) \end(equation)$$display$$

Model ten definiuje płaski wielokąt w przestrzeni trójwymiarowej o osiach x – N, y – Q t, z – Q 0 analogicznie do turbiny typu T (co widzimy na rys. 4).

Wiele lat temu, opracowując nomogramy q t brutto, na etapie analizy danych wyjściowych popełniono zasadniczy błąd. Zamiast zastosować metodę najmniejszych kwadratów i skonstruować zlinearyzowaną charakterystykę przepływu turbiny parowej, z nieznanego powodu wykonano prymitywne obliczenia:

$$display$$\begin(równanie) Q_0(N) = Q_e = Q_0 - Q_T - Q_P \qquad (7) \end(równanie)$$display$$

Od zużycia pary wysokociśnieniowej Q 0 odjęliśmy zużycie pary Q t, Q p i uzyskaną różnicę Q 0 (N) = Q e przypisaliśmy wytwarzaniu energii elektrycznej. Otrzymaną wartość Q0 (N) = Q e podzielono przez N i przeliczono na kcal/kWh, otrzymując specyficzne spożycie q brutto. Obliczenia te nie są zgodne z prawami termodynamiki.

Drodzy czytelnicy, może znacie nieznany powód? Udostępnij to!

2. Ilustracja zakresu regulacji turbiny parowej

Przyjrzyjmy się powłoce zakresu regulacji w przestrzeni reżimowej. Punkty wyjścia do jego budowy przedstawiono na ryc. 5. Są to te same punkty, które widzimy na ryc. 3, jednakże parametr Q 0 jest teraz wyłączony.

Ryż. 5. Początkowe punkty charakterystyki przepływu w przestrzeni reżimowej o osiach x – N, y – Q p, z – Q t

Wiele punktów na rys. 5 jest wypukły. Korzystając z funkcji convexhull() zidentyfikowaliśmy punkty definiujące zewnętrzną powłokę tego zbioru.

Triangulacja Delaunaya(zbiór połączonych trójkątów) pozwala nam skonstruować obwiednię zakresu regulacji. Wierzchołki trójkątów są wartościami granicznymi rozważanego przez nas zakresu regulacji turbiny parowej PT-80.

Ryż. 6. Powłoka zakresu regulacji reprezentowana przez wiele trójkątów

Sprawdzając, czy dany punkt mieści się w zakresie regulacji, sprawdzaliśmy, czy punkt ten leży wewnątrz, czy na zewnątrz powstałej powłoki.

Wszystkie przedstawione powyżej wykresy zostały zbudowane przy użyciu MATLAB-a (patrz PT_80_linear_characteristic_curve.m).

Obiecujące problemy związane z analizą pracy turbiny parowej z wykorzystaniem zlinearyzowanych charakterystyk przepływu

Jeśli robisz dyplom lub rozprawę doktorską, mogę zaproponować Ci kilka zadań, których nowość naukową możesz z łatwością udowodnić całemu światu. Ponadto wykonasz doskonałą i użyteczną pracę.

Problem 1

Pokaż, jak zmienia się płaski wielokąt, gdy zmienia się prężność pary Qt pod niskim ciśnieniem.

Problem 2

Pokaż, jak zmienia się płaski wielokąt pod wpływem zmiany ciśnienia w skraplaczu.

Problem 3

Sprawdź, czy współczynniki zlinearyzowanej charakterystyki przepływu można przedstawić w postaci funkcji dodatkowe parametry reżim, a mianowicie:

$$display$$\begin(równanie) \alpha_N = f(p_(0),...); \\ \alpha_P = f(p_(P),...); \\ \alpha_T = f(p_(T),...); \\ \alpha_0 = f(p_(2),...). \end(równanie)$$wyświetlanie$$

Tutaj p 0 to ciśnienie pary pod wysokim ciśnieniem, p p to ciśnienie pary średniociśnieniowej, p t to ciśnienie pary niskociśnieniowej, p 2 to ciśnienie pary wylotowej w skraplaczu, wszystkie jednostki to kgf/cm2.

Uzasadnij wynik.

Spinki do mankietów

Chuchueva I.A., Inkina N.E. Optymalizacja pracy elektrowni cieplnych w warunkach hurtowego rynku energii elektrycznej i mocy w Rosji // Nauka i edukacja: publikacja naukowa MSTU im. NE Baumana. 2015. nr 8. s. 195-238.

Rozdział 1. Sensowne sformułowanie problemu optymalizacji pracy elektrowni cieplnych w Rosji
Rozdział 2. Linearyzacja charakterystyk przepływowych turbiny

Dodaj tagi

Poniżej podano wartości nominalne głównych parametrów turbiny.

Moc, MW

nominalne 80

maksymalnie 100

Oceny Steama

ciśnienie, MPa 12,8

temperatura, 0 C 555

Zużycie pary wydobytej na potrzeby produkcyjne, t/h

nominalna 185

maksymalnie 300

Granice zmian ciśnienia pary na regulowanym wylocie ogrzewania, MPa

górny 0,049-0,245

dolny 0,029-0,098

Presja selekcyjna produkcji 1,28

Temperatura wody, 0 C

pożywne 249

chłodzenie 20

Zużycie wody chłodzącej, t/h 8000

Turbina posiada następujące regulowane poboru pary:

produkcja przy ciśnieniu absolutnym (1,275 0,29) MPa i dwóch ekstrakcjach grzewczych - górny o ciśnieniu absolutnym w zakresie 0,049-0,245 MPa i dolny o ciśnieniu w zakresie 0,029-0,098 MPa. Regulacja ciśnienia upustowego ogrzewania odbywa się za pomocą jednej membrany regulacyjnej zamontowanej w górnej komorze upustowej ogrzewania. Utrzymywane jest regulowane ciśnienie na wylotach ogrzewania: na wylocie górnym - gdy włączone są oba wyloty ogrzewania, na wylocie dolnym - gdy włączony jest jeden z wylotów ogrzewania dolny. Woda sieciowa musi być przepuszczana przez podgrzewacze sieciowe dolnego i górnego stopnia grzewczego sekwencyjnie i w równych ilościach. Należy kontrolować przepływ wody przepływającej przez grzejniki sieciowe.

Turbina jest jednostką dwucylindrową jednowałową. Część przepływowa HPC ma stopień regulacji z pojedynczą cewką i 16 poziomami ciśnienia.

Część przepływowa LPC składa się z trzech części:

pierwszy (aż do górnego wylotu ogrzewania) posiada stopień regulacyjny i 7 poziomów ciśnienia,

drugi (pomiędzy ekstrakcjami grzewczymi) dwa stopnie ciśnieniowe,

trzeci - stopień regulacyjny i dwa stopnie ciśnieniowe.

Wirnik wysokociśnieniowy jest solidnie kuty. Pierwsze dziesięć tarcz wirnika niskociśnieniowego jest kutych integralnie z wałem, pozostałe trzy tarcze są zamontowane.

Aby skrócić czas nagrzewania i poprawić warunki rozruchu, zapewniono ogrzewanie parowe kołnierzy i śrub dwustronnych oraz dostarczanie pary świeżej do przedniego uszczelnienia HPC.

Turbina wyposażona jest w urządzenie do obracania wału, które obraca linię wałów zespołu turbinowego z częstotliwością 3,4 obr/min.