CC BY
84
82
Современные технологии - транспорту
УДК 629.423.3
А. Б. Буянов, С. И. Степанов, В. И. Крылов
АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ПАРОТУРБОГЕНЕРАТОРА ПТГ-1500
В статье представлены результаты технологических испытаний миниэлектростанции и выполнен анализ полученных опытных данных.
пар, котельная, паротурбогенератор, турбина, электрогенератор, КПД, редуктор, теплоперепад, потери.
Введение
Для котельных предприятий железнодорожного транспорта все более актуальной становится задача выработки собственной электрической энергии, что обусловлено высокими монопольными тарифами на электроэнергию и обеспечением безопасности функционирования объектов теплоэнергетики.
При передаче электроэнергии от районной теплоэлектростанции к ее потребителям имеют место значительные потери этой энергии в проводниках, в понижающих трансформаторах, синхронизационные межсетевые потери и др. Эти потери, закладываемые в расчет тарифа на электроэнергию, составляют существенную величину - около 13%. Поэтому экономически выгодно создавать на предприятиях собственные миниэлектростанции на базе котельных, вырабатывающих пар давлением 1,3-
1,4 МПа. В этих котельных пар на нужды теплоснабжения и деаэрацию воды потребляется с давлением всего 0,25-0,30 МПа, которое достигается простым, но неэкономичным редуцированием давления котлового пара. Для таких котельных наиболее целесообразно применять электростанцию на основе противодавленческой паровой турбины, например на базе паротурбогенераторов серии ПТГ, изготавливаемых ОАО «Пролетарский завод ».
Паротурбогенератор ПТГ-1500 предназначен для выработки электрической энергии, покрывающей часть расхода электроэнергии на собственные нужды котельной, в которой он установлен. Технические характеристики паротурбогенератора ПТГ-1500 (заводской № 7210001) представлены в таблице 1.
Паротурбогенератор ПТГ-1500 был смонтирован в специально построенном для него вспомогательном здании, расположенном в 55 метрах от
2006/4
Proceedings of Petersburg Transport University
Современные технологии - транспорту
83
здания котельной, в конце 2001 года. В машинном зале этого вспомогательного здания установлено следующее оборудование [1]:
• паротурбогенератор ПТГ-1500;
• оборотная система водяного охлаждения (компактная вентиляторная градирня смонтирована на крыше здания, в машинном зале установлены бак охлажденной воды, два циркуляционных насоса, охладитель дренажа из турбины);
• система КИПиА и ручного регулирования паровой турбиной;
• высоковольтное оборудование;
• паропроводы свежего и отработанного пара;
• комната оператора со щитами контроля электрических параметров вырабатываемой электроэнергии.
1 Технические характеристики ПТГ -1500 и режимы испытаний
Основные технические параметры паротурбогенератора на номинальном режиме работы представлены в таблице 1.
ТАБЛИЦА 1. Основные параметры ПТГ-1500 на номинальном режиме работы
№ п/п Наименование параметра Единица измерения Величина
1 Номинальная мощность на клеммах электрогенератора кВт 1500
2 Напряжение В 6300
3 Частота электрического тока Гц 50
4 Частота вращения электрогенератора об/мин 1500
5 Избыточное давление пара перед турбиной МПа 1,2±0,1
6 Температура пара перед турбиной °С 190,7±3,5
7 Избыточное давление пара за турбиной МПа 0,3±0,02
8 Расход пара т/ч 42±2
9 Эффективный КПД по мощности на клеммах электрогенератора, не менее - 0,6
10 Модель электрогенератора ГСБ-1800-6.3-1500УХЛ2 (заводской № 125198) - -
11 КПД электрогенератора - 0,952
12 КПД понижающего редуктора турбины - 0,988
13 Тип паровой турбины - противодавленческая двухвенечная ступень скорости - -
14 Система смазки циркуляционная: масляный бак 700 л; пусковой масляный электронасос; основной масляный насос; маслоохладитель 1-МА-5-15 - -
15 Система охлаждения масла оборотная: вентиляторная градирня; бак охлажденной воды; водяные насосы; маслоохладитель - -
16 Масса ПТГ-1500 кг 18030
17 Г абаритные размеры м 6,07x1,87x3,11
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2006/4
8 4
Современные технологии - транспорту
Нагрузка паротурбогенератора во время проведения технологических испытаний изменялась от 73% до 87% номинального значения при различных параметрах свежего и отработанного пара: Ро = 1,16...1,29 МПа, Р 2 = 0,263.0,295 МПа. Отработанный пар после паровой турбины ПТГ-1500 возвращался в котельную на паровую гребенку низкого давления, где в основном расходовался на сетевые подогреватели и на сетевой деаэратор. Проект паротурбогенератора ПТГ-1500 является новаторским техническим решением, несмотря на имеющиеся эксплуатационные недостатки (явление «раскачки» тепловых режимов оборудования и отсутствие расходомера пара).
В рабочем проекте паротурбогенератора ПТГ-1500 был предусмотрен расходомер свежего пара перед паровой турбиной. После монтажа ПТГ-1500 при наладочных испытаниях агрегата оказалось, что на дроссельной диафрагме расходомера свежего пара происходит значительное падение давления пара, ухудшающее работу паровой турбины. Поэтому перед пуском агрегата в эксплуатацию дроссельная диафрагма была удалена и в настоящее время отсутствует.
Так как в настоящее время на ПТГ-1500 отсутствует измеритель расхода пара, а эксплуатационные параметры свежего и отработанного пара значительно отличаются от паспортных, то при обработке опытных данных были определены расчетные значения расхода пара для пяти режимов технологических испытаний (табл. 2).
Относительный эффективный КПД паровой турбины равен [2]:
эл 1
Лое =Ле.-------;-------
Лэл.ген Лредук
где лэл - эффективный КПД по мощности на клеммах электрогенератора; < = 0,6 (табл. 1);
Лэлген - КПД электрогенератора, Лэлген = 0,95 (т. к. нагрузки во время проведения испытаний были ниже 100%);
Лредук - КПД реду^р^ Лредук = 0,988 (табл. 1).
2 Результаты испытаний
Результаты технологических испытаний паротурбогенератора ПТГ-1500 представлены в таблице 2, а результаты термометрирования наружных поверхностей основного оборудования паротурбогенератора ПТГ-1500 - в таблице 3.
2006/4
Proceedings of Petersburg Transport University
Современные технологии - транспорту
85
ТАБЛИЦА 2. Сводная таблица результатов технологических испытаний паротурбогенератора ПТГ -1500
№ п/п Наименование величин Размерность Номер опыта при нагрузке, %
1 2 3 4 5
73,3% 83,3% 83,3% 84,7% 86,7%
1 2 3 4 5 6 7 8
I Пар
1 Давление пара перед турбиной кгс/см2 11,5 11,9 10,6 10,8 10,9
Давление пара соплами кгс/см2 9,4 9,7 9,5 9,8 9,9
2 Температура пара перед турбиной °С 181,4 182,7 182,0 182,5 183,5
3 Давление отработавшего пара кгс/см2 1,95 1,65 1,68 1,63 1,65
4 Давление пара после БРУ* кгс/см2 1,41 1,40 1,42 1,23 1,40
5 Температура пара после БРУ °С 126 125,5 126,1 123,5 125,5
II Масло
1 Давление масла на смазку кгс/см2 2,5 2,48 2,55 2,56 2,53
2 Давление масла на регуляторах кгс/см2 8,25 8,25 8,39 8,4 8,4
3 Температура масла перед охладителем °С 41,6 43,1 46,0 43,8 45,3
4 Температура мала за охладителем °С 37,5 38,1 38,4 38,4 37,9
5 Расход масла т/ч 11,2 11,2 11,2 11,2 11,3
III Вода
1 Давление охлаждающей воды кгс/см2 3,0 3,2 3,3 3,45 3,35
2 Расход охлаждающей воды т/ч 7,6 7,6 7,52 7,60 7,55
3 Температура воды на входе °С 13,3 14,6 15,1 14,7 15,2
4 Температура воды на выходе °С 14,7 16,8 18,4 17,7 18,5
IV Элементы ПТГ
1 Частота вращения турбины об/мин 4200 4206 4209 4205 4205
2 Температура переднего подшипника турбины °С 59,1 60,0 60,1 59,2 60,1
3 Температура заднего подшипника турбины °С 51,2 51,3 51,4 51,0 51,4
4 Температура переднего подшипника редуктора °С 51,6 51,7 51,5 51,3 51,8
5 Температура заднего подшипника редуктора °С 52,9 52,8 52,9 52,3 52,9
6 Температура переднего подшипника генератора °С 57,3 57,8 58,9 56,9 50,5
7 Температура заднего подшипника генератора °С 52,6 52,8 50,6 58,7 49,4
V Электроэнергия
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2006/4
86 Современные технологии - транспорту
№ п/п Наименование величин Размерность Номер опыта при нагрузке, %
1 2 3 4 5
73,3% 83,3% 83,3% 84,7% 86,7%
1 Активная мощность кВт 1100 1250 1250 1270 1300
2 Реактивная мощность кВ Ар 250 330 293 300 295
* БРУ - быстродействующее редукционное устройство.
2006/4
Proceedings of Petersburg Transport University
Современные технологии - транспорту
87
ТАБЛИЦА 3. Температурные режимы наружных поверхностей оборудования ПТГ-1500
Наименование оборудования Значения температур наружной поверхности, °С
Минимальное Максимальное Среднее
Корпус паровой турбины 110 170 140
Корпус редуктора 41 52 46,5
Корпус электрогенератора 38 51 44,5
Примечания: 1. Средняя температура воздуха в машинном зале +25°С.
2. На наружном корпусе паровой турбины отсутствует тепловая изоляция, при которой её наружная температура должна составлять +45°С.
3. При измерениях электрическая нагрузка ПТГ-1500 составляла 1,1 МВт.
3 Обработка результатов испытаний
При обработке результатов технологических испытаний ПТГ-1500 расчетным путем находились его основные параметры.
Определялась эффективная мощность паровой турбины
Ne = Аж
где Аэл - электрическая мощность электрогенератора на каждом режиме нагрузки, кВт.
Вычислялся располагаемый адиабатный теплоперепад на паровой турбине, кДж/кг:
ho~h - ^
где /1 - энтальпия пара перед соплами турбины;
/2 - энтальпия пара на выходе из турбины.
Рассчитывался часовой расход пара через турбину по формуле, т/ч:
Gn =
3,6-Ne h h
о !ое
Результаты расчетов расходов пара на каждом опыте сведены в таблицу 4. Они хорошо согласуются с паспортными расходными характеристиками паровой турбины агрегата ПТГ -1500.
ТАБЛИЦА 4. Результаты расчетов расхода пара
№ п/п Наименование параметра Номер опыта
1 2 3 4 5
1 Располагаемый адиабатный теплоперепад hG, кДж/кг 240 251 248 255 251
2 Эффективная мощность паровой турбины Ne, кВт 1201,7 1377,4 1367,9 1390,3 1420,3
3 Часовой расход пара Gn, т/ч 28,3 31,0 31,1 30,8 31,9
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2006/4
88
Современные технологии - транспорту
Масляная система паротурбогенератора ПТГ-1500 предназначена для смазки и охлаждения подшипников паровой турбины, редуктора и электрогенератора. Нагретое масло охлаждается в водяном маслоохладителе.
Количество теплоты, отводимое от масла в водяном маслоохладителе агрегата ПТГ-1500 (опыт № 1), составит:
G 112
Ом = G • См ом- С) Т-т • 1,946(41,6 - 37,5) = 24,8 кВт,
3,6 3,6
здесь Ом - массовый расход масла, Ом = 11,2 т/ч;
См - изобарная теплоемкость турбинного масла марки Т22,
С
м
1,946
кДж кг • К
Тепловой баланс паротурбогенератора представлен в таблице 5.
ТАБЛИЦА 5. Тепловой баланс агрегата ПТГ-1500, кВт
°подв ^эл Q нар турб Q нар *3 ред Q нар ^ генер Q нар труб °масла Оут гл генер 2^ охл.воз
1215,85 1128,00 11,40 0,49 1,27 1,20 24,8 0,84 47,85
Примечания: 1. Тепловой баланс представлен для режима 1 (см.табл. 2).
2. °подв _ GnK рое . о уо генер
3. Q охл воз - отведенная теплота от электрогенератора с охлаждающим воздухом;
л нар нар нар ха нар
4. Q турб , Q ред , Q генер , Q труб - теплотА отведенная ОТ наружных Поверхностей оборудования (турбины, редуктора, электрогенератора, трубопроводов).
На наружном корпусе паровой турбины отсутствует тепловая изоляция, рекомендуемая заводом-изготовителем, что обусловливает значительные тепловые потери в окружающий воздух естественной конвекцией и излучением:
• потери в окружающий воздух конвективным теплообменом
Ок = ак • F (4р - 1воз) • 10-3 = 30 • 2,5(140 - 25) • 10-3 = 8,6 кВт,
где ак - коэффициент теплообмена, Вт/(м2К); Fn - наружная поверхность
теплообмена, м2; потери излучением
Ол = Вн • Со • F [(
х[(
100 140+273
-)4] • 10-3= 0,94 • 5,67 • 2,5 х
С + 273)4 - ( ^воз + 273 )4 ] ^ 10-3 ; 1 100 ; у
)4 - (24 + 273 )4] • 10-3 = 2,8 кВт:
100
100
2006/4
Proceedings of Petersburg Transport University
Современные технологии - транспорту
89
где ен - степень черноты поверхности теплообмена;
Со - коэффициент излучения абсолютно черного тела;
• суммарные потери тепловой энергии
Qe = бк + бл = 8,6 + 2,8 = 11,4 кВт = 41,04 МДж/ч,
что эквивалентно потере тепловой энергии 19,5 кг пара в час, или 171 т/год.
В соответствии с инструкцией по эксплуатации ПТГ-1500 концевые утечки пара через лабиринтные уплотнения вала паровой турбины отводятся в атмосферу через две полудюймовые трубы, выведенные через стену здания на улицу.
Потери тепловой энергии с этим паром утечек составляют: pd2 "
Qn = 3600 • 2 • ^вн • ж;-рп 0п — /пв) 0,84 кВт 3036 КДж/ч » 3 МДж/ч,
а сами потери пара (и конденсата) за год равны 5,2 т/год.
Эту тепловую энергию можно утилизировать в пределах машинного зала установки ПТГ-1500, например для отопления подсобного помещения (рабочее место оператора ПТГ) в отопительный период со сбросом конденсата в бак запаса оборотной воды системы охлаждения агрегата. Данное мероприятие будет особенно актуально после теплоизоляции корпуса турбины и стопорного клапана.
Заключение
По результатам проведенного обследования эксплуатации паротурбогенератора ПТГ-1500 можно сделать следующие выводы.
1. Паротурбогенератор ПТГ-1500 эксплуатируется на пониженном противодавлении пара за турбиной по сравнению с паспортным значением (3,98-4,2 атам) и при практически расчетном давлении свежего пара Ро. Это приводит к нерасчетному расширению пара в косом срезе сопловых сегментов, к изменению угла атаки рабочих лопаток и к снижению окружного и относительного эффективного КПД паровой турбины (ориентировочно на 2-3%).
2. Масляная система паротурбогенератора работает эффективно в расчетном режиме. Измеренный расход турбинного масла через маслоохладитель соответствует паспортному 15-18 м /ч.
3. Оборотная система водяного охлаждения паротурбогенератора полностью обеспечивает необходимый температурный режим системы смазки.
4. Для контроля технических показателей паротурбогенератора ПТГ-1500 и котельной в целом рекомендуется смонтировать расходомер пара. Место установки диафрагмы расходомера выбрать в пределах территории машинного зала на обратной линии паропровода за паровой турбиной с
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2006/4
90
Современные технологии - транспорту
учетом ничтожно малой величины потери пара через лабиринтные уплотнения вала паровой турбины. Это позволит исключить влияние расходомерного устройства на параметры свежего пара перед турбиной и приблизит величину противодавления к номинальной.
5. Тепловой эксплуатационный режим элементов ПТГ-1500 во время проведения обследования (подшипников, корпуса редуктора и корпуса электрогенератора) находился в рекомендуемых инструкцией по эксплуатации пределах.
6. Коэффициент использования тепловой энергии пара в паротурбогенераторе ПТГ-1500 определяется по формуле:
Лисп
к
i - и
0,92,
tt
где i - энтальпия пара в паровом коллекторе котлоагрегатов ДКВР-10-13.
Следовательно, 4% тепловой энергии теряется при транспортировании пара от здания котельной к машинному залу агрегата ПТГ-1500, а с учетом прямой и обратной линий паропровода доля потерь тепловой энергии на транспортировку пара составляет 8%.
Библиографический список
1. Буянов А. Б. Перспективы применения паровых турбин на предприятиях железнодорожного транспорта / А. Б. Буянов // Вестник ПГУПС. - Вып. 3. - 2006. - С. 26-28.
2. Киселев И. Г. Нагнетатели и тепловые двигатели на железнодорожном транспорте / И. Г. Киселев, А. Б. Буянов. - М.: Маршрут, 2005. - 331 с.
УДК 656.25
С. М. Веселков
АЛГОРИТМИЗАЦИЯ СИНТЕЗА СХЕМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ
Проектирование систем железнодорожной автоматики является задачей повышенной ответственности. В ближайшие годы планируется оборудование сети железных дорог современными системами автоматики. Поэтому возникает необходимость быстрого и качественного выполнения большого объёма проектных работ и, следовательно, развития средств проектирования. В статье рассматриваются основные задачи развития систем автоматического проектирования и пример разработки алгоритмов синтеза схем управления стрелками.
2006/4
Proceedings of Petersburg Transport University
