ВНЕДРЕНИЕ ПАРА ВЫСОКИХ И СВЕРХВЫСОКИХ ПАРАМЕТРОВ
Внедрение высоких и сверхвысоких параметров пара в энергетику Советского Союза началось на электростанциях Мосэнерго. В мае 1930 г. была пущена первая в Советском Союзе ТЭЦ высокого давления — ТЭЦ № 8 Мосэнерго. В котельной были установлены четыре котла на давление пара 60 ат с температурой перегретого пара 425° С. В машинном зале была установлена турбина мощностью 3 850 квт на начальные параметры пара 56 ата и 400° С и противодавление 5,5 ата с отдачей отработавшего пара тепловым потребителям. Питание котлов предусматривалось производить смесью конденсата, возвращаемого с производства (60%), и дистиллята испарительной установки.
Несмотря на небольшую мощность установки и сравнительно невысокую начальную температуру пара, ТЭЦ № 8 явилась базой для изучения и освоения в эксплуатации ряда станционных элементов, связанных с повышенными начальными параметрами пара,— питательных насосов, арматуры, водяных экономайзеров, собственно котла, а также вопросов водоподготовки и водных режимов котлов.
Схема прямоточного котла ТЭЦ № 9 системы Рамзина.
1—нижняя радиационная часть; 2—верхняя радиационная часть; 3—пылевые горелки; 4— конвективный перегреватель; 5—водяной экономайзер; 6—промежуточный перегреватель; 7—трубчатый воздухоподогреватель; 8—водяной экономайзер низкого давления; 9—растопочный бак; 10— регенеративные подогреватели, 11—в сеть высокого давления; 12—в сеть низкого давления; 13—в растопочный бак.
Следующим крупным шагом на пути внедрения пара высоких параметров был пуск в эксплуатацию в 1933 г. ТЭЦ № 9 Мосэнерго с начальными параметрами пара у котлов 130 ата и 500° С. Первоначально электростанция предполагалась как экспериментальная установка Всесоюзного теплотехнического института, но впоследствии ввиду ее большого значения для теплоснабжения прилегающего района она была передана в систему Мосэнерго. На ТЭЦ № 9 было установлено уникальное по тому времени оборудование высоких параметров пара: котлы системы Леффлера производительностью по 150 т/ч, предвключенная турбина с начальным давлением пара 125 ат, мощностью 24 тыс. квт. На ТЭЦ был установлен первый советский прямоточный котел высокого давления системы проф. Рамзина производительностью 200 т/ч, изготовленный из отечественных материалов на Невском заводе имени В. И. Ленина.
Монтаж сложного оборудования ТЭЦ производился собственными силами строительства. На строительстве имелся лишь один иностранный шеф-инженер — представитель Витковицких заводов, поставлявших котлы Леффлера. Представители других фирм вызывались лишь для пуска и наладки некоторых особенно сложных частей оборудования и для приемо-сдаточных испытаний.
При монтаже оборудования высокого давления впервые в союзной энергетике были применены новые способы соединения труб котлов и паропроводов. Котельные трубы и трубы паропроводов, работающие при давлении 130 ат и ниже, смонтированы при помощи автогенной и термитной сварки. В период освоения и наладки оборудования ТЭЦ встретился ряд серьезных трудностей как из-за дефектов поставленного оборудования, так и из-за отсутствия необходимого эксплуатационного опыта в освоении пара высоких параметров.
Котлы Леффлера и прямоточный котел имели много аварий из-за разрывов труб водяного экономайзера, повреждений труб радиационной части и перегревателей, прогара обмуровки прямоточного котла. Часто выходили из строя сальники центробежных питательных насосов, работающих при, температуре питательной воды 210° С. Была выявлена сильная ползучесть металла паропроводов и пароперегревателей, изготовленных из углеродистой стали, вследствие чего температура острого пара, была ограничена до 440—450° С. Большие осложнения в работу. ТЭЦ вносили неплотности запорной и дроссельной арматуры. Парения и утечки были велики и вызывали потери тепла на станции до 8%.
В результате осуществления ряда реконструктивных мероприятий по котлам: замены металла трубопроводов, работающих при высокой температуре пара, на легированные стали^ переделки сальниковых уплотнений питательных насосов, замены части импортной арматуры высокого давления на арматуру, изготовленную из отечественных материалов отчасти в мастерских электростанции, и сокращения числа фланцевых соединений, ТЭЦ № 9 к 1946—1947 гг. превратилась в надежно работающую электростанцию высокого давления и стала неуклонно улучшать свои технико-экономические показатели.
Опыт, накопленный на ТЭЦ № 9 по пару высоких параметров, был единственным в Советском Союзе собственным эксплуатационным опытом, на котором базировались советские энергетики, работники научно-исследовательских организаций, заводов энергетического машиностроения и проектных организаций при разработке конструкций, изготовлении и внедрении отечественного оборудования на высокие параметры пара.
Особое значение имел опыт ТЭЦ № 9 в подборе различных марок сталей для оборудования высоких параметров пара, разработки правил эксплуатации оборудования высокого давления и контроля за ползучестью металла трубопроводов. На ТЭЦ № 9 выросли квалифицированные кадры эксплуатационного и ремонтного персонала, опыт которого использовался на других станциях.
Широкое внедрение пара высоких параметров (100 ата и 500° С) в энергетику Советского Союза и на электростанциях Мосэнерго началось в четвертом послевоенном пятилетии восстановления и развития народного хозяйства. Пятилетний план на 1946—1950 гг. в области энергетики предусматривал восстановление и строительство электростанций на базе применения новейшей техники и широкого внедрения пара высоких параметров. Высокие темпы наращивания энергетических мощностей потребовали укрупнения единичных мощностей основных агрегатов электростанций. К началу пятилетки благодаря накопленному опыту эксплуатации оборудования высоких параметров, развитию отечественной металлургии и энергомашиностроения энергомашиностроительные заводы приступили к серийному выпуску мощных котлов и турбин высокого давления.
Удельные расходы топлива на выработку электроэнергии по ТЭЦ № 9.
Большинство головных образцов отечественного оборудования высокого давления было установлено на станциях системы Мосэнерго, где раньше, чем на других электростанциях Советского Союза, приступили к широкому внедрению пара высоких параметров. В системе Мосэнерго были установлены и проходили промышленное опробование и отработку первые отечественные турбины Ленинградского металлического завода типа ВК-Ю0 и ВК-50 на начальные параметры 90 ата и 480—500° С, котлы ТП-230 с барабанно-шаровыми и с шахтными мельницами, прямоточные котлы 67СП с шахтными мельницами, питательные насосы, подогреватели высокого давления и арматура Венюковского арматурного завода.
Внедрение высокого давления на электростанциях системы Мосэнерго шло в направлении расширения существующих электростанций блоками высокого давления, строительства новых электростанций и надстройки старых станций низкого и среднего давления предвключенными турбинами. К настоящему времени из 16 тепловых электростанций Мосэнерго без Черепетской ГРЭС высокое давление пара внедрено на 12 электростанциях. Суммарнаямощность установленных котлов и турбин высоких и сверхвысоких параметров на 1 января 1957 г. составляла соответственно 63,8 и 67,8% от общей установленной мощности (рис. 4-5).
На электростанциях системы установлены главным образом современные барабанные и прямоточные котлы высокого давления отечественного изготовления — котлы типов ТП-230-1, ТП-230-2, ТП-170, ПК-Ю, 51СП и 67СП. Котлы высокого давления работают на всех видах топлива, сжигаемого в системе: на мазуте, газе, торфе, тощих углях с малым выходом летучих и подмосковном угле.
Ввод установок высоких и сверхвысоких параметров пара.
1-установленная мощность турбин высокого давления и сверхвысокого давления, 2- то же котлов.
Большинство установленных турбин высоких параметров пара — мощные конденсационные и теплофикационные турбины отечественного производства типов В К-100, ВК-50, ВР-25, ВТ-25 и ВПТ-25. Установленные в послевоенные годы в небольшом количестве турбины высокого давления иностранных фирм (14 турбин суммарной мощностью 357 тыс. квт) представляют собой в основном турбины с противодавлением или с регулируемым отбором пара средней мощности на начальное давление пара от 55 до 70 ата. Значительная часть этих турбин была приспособлена по противодавлению или давлению отборного пара для надстройки или расширения существующих станций.
Первая крупная послевоенная установка высокого давления была пущена на Сталиногорской ГРЭС. По проекту восстановления и расширения Сталиногорской ГРЭС, выполненному Проектно-конструкторским бюро Мосэнерго, были установлены на электростанции два конденсационных турбогенератора мощностью по 100 тыс. квт. В ноябре 1946 г. был пущен первый турбогенератор, а в конце 1948 г. второй турбогенератор и последний, пятый по счету, котел высокого давления. Турбины высокого давления Ленинградского металлического завода типа ВК-Ю0-2 с начальными параметрами пара 90 ата и 480° С явились первыми в мире быстроходными одновальными турбинами высокого давления такой мощности. Для питания котлов помимо импортных турбонасосов были установлены питательные насосы ЛМЗ типа ПЭ-150-150 с электроприводом.
В котельной были установлены четыре котла типа Шихау производительностью по 220 т/ч на начальные параметры пара 100ата и 500° С и один из первых изготовленных Таганрогским заводом котлов типа ТП-230-1 с барабанно-шаровыми мельницами. Установленное на Сталиногорской ГРЭС отечественное оборудование высокого давления было в подавляющем большинстве первыми головными образцами. Полученный опыт при опробовании и освоении в работе турбин ВК-ЮО-2, котла ТП-230-1, питательных электронасосов ПЭ-150-150 и подогревателей типа БИП-350 имел большое значение для повышения надежности этих видов оборудования, которые начали выпускаться отечественными заводами серийно и поставляться для других электростанций Советского Союза.
В 1948—1949 гг. введен в работу блок высокого давления на ТЭЦ № 15: два турбогенератора мощностью по 50 тыс. квт с турбинами типа ВК-50 и три котла типа ТП-230-1 с шахтными мельницами. Установленное на ТЭЦ № 15 оборудование высокого давления полностью, за исключением РОУ 100/30 и двух временно установленных питательных турбонасосов, было изготовлено на отечественных заводах. Котел ТП-230-1 с шахтно-мельничной топкой был первым котлом высокого давления этого типа, изготовленным Таганрогским котельным заводом. На трубопроводах высокого давления установлена арматура Венюковского арматурного завода.
В 1949—1951 гг. на ТЭЦ № 12 введен блок высокого давления, включавший два реконструированных импортных котла производительностью по 180 т/ч, котел ПК-10 Подольского завода и две теплофикационные турбины с начальными параметрами пара 70 ата и 490° С мощностью 40 и 22 тыс. квт.
В связи с ростом тепловой нагрузки в 1950—1952 гг. расширена ТЭЦ № 8 путем установки двух турбин мощностью 7,15 и 6 тыс. квт с противодавлением на начальные параметры пара 60 ата и 485° С и трех котлов производительностью по 65 т/ч.
Для увеличения тепловой мощности ГЭС № 1 в 1951 г. установлены турбины с противодавлением на начальные параметры 76 ата и 475° С и два котла высокого давления производительностью по 105 т/ч.
На двух электростанциях системы в послевоенные годы проведена надстройка путем установки предвключенных турбин и котлов высокого давления. В 1949 г. на ГРЭС имени Классона пущена предвключенная радиальная турбина мощностью 12 тыс. квт с параметрами пара 106 ата и 450° С. Отработавший пар предвключенной турбины используется после промежуточного перегрева для питания паром существующих турбин с параметрами пара 16 ата и 350° С. Установка предвключенной турбины на ГРЭС имени Классона привела к снижению удельного расхода топлива на выработку электроэнергии на 100—120 г/квт-ч.
В 1953 г. на ТЭЦ № 11 пущена предвключенная турбина ВР-25-1 Харьковского турбогенераторного завода с начальными параметрами пара 90 ата и 500° С. Отработавший пар с температурой около 370° С используется для питания паром теплофикационных турбин среднего давления. В 1956 г. установлена турбина ВПТ-25. Обе турбины снабжаются паром от трех прямоточных котлов типа 51СП и 67СП.
Помимо расширения действующих электростанций с установкой на них блоков и надстроек высокого давления, как это сделано на ГРЭС имени Классона и Сталиногорской, ГЭС № 1, ТЭЦ № 8, 11, 12 и 15, в системе Мосэнерго был сооружен ряд электростанций полностью на высоком давлении пара. В очень сжатые сроки была сооружена крупнейшая тепловая электростанция системы Мосэнерго — Щекинская ГРЭС. Щекинская ГРЭС расположена вблизи мест добычи подмосковного угля.
Первая очередь электростанции, имеющая шесть конденсационных турбогенераторов мощностью по 35 тыс. квт и шесть котлов производительностью по 160 т/ч с шахтными мельницами, с параметрами пара у котлов 63 ат и 500° С, была введена в эксплуатацию в течение одного года с июня 1950 г. по июнь 1951 г.
В Москве сооружены две новые ТЭЦ с установкой на них отечественных теплофикационных турбин высокого давления типа ВТ-25-4 и котлов ТП-170 и ТП-230-2. К числу этих электростанций относятся пущенная в 1952 г. ТЭЦ № 20 и пущенная в 1955 г. ТЭЦ № 16.
Накопленный опыт проектирования, изготовления и эксплуатации оборудования высокого давления (100 ата и 510°С), а также успехи отечественной металлургии сделали в можным переход на более высокие начальные параметры пара.
Турбина СВК-150-1 Черепетской ГРЭС
Тепловая схема блока Черепетской ГРЭС
Первая в Советском Союзе электростанции на сверхвысокие параметры пара — Черепетская ГРЭС — полностью на отечественном оборудовании, была сооружена в системе Moсэнерго. Черепетская ГРЭС расположена, близ угольных шахт Подмосковного бассейна з р. Черепеть..Сооружение этой электростанции началось в конце 1949 г., первый турбогенератор введен в декабре 1953 г.
Установленные на Черепетской ГРЭС турбины ЛМЗ типа СВК-150 являются самыми мощными турбинами отечественного изготовления и работают паром с начальными параметрами 170 ата и 550°С. Турбины – конденсационные трехцилиндровые с промежуточным перегревом пара до 520°С, с семью регенераторными отборами для подогрева питательной воды до 225°С. Котлы Черепетской ГРЭС – барабанные типа ТП-240 с шаровыми мельницами, изготовлены Таганрогским заводом «Красный котельщик». Параметры пара после пароперегревателя 175 ата и 555°С, после промежуточного пароперегревателя 525°С.
Для питания котлов установлены питательные агрегаты Ленинградского металлического завода производительностью по 280 т/ч, состоящие из главного насоса ПГ-220-280 на 6000 об/мин, предвключенного насоса ПП-60-280 на 3000 об/мин, зубчатого редуктора и электродвигателя типа АТМ-3500-2. Подогреватели высокого давления расположены на нагнетании предвключенного насоса и работают при давлении с водяной стороны 60 ат. Восполнение потерь питательной воды производится обессоленной химически очищенной водой от химводоочистки, включающей в себя, кроме обычного оборудования, дополнительные анионитовые фильтры для замены содержащихся в воде анионов на группу ОН.
Первоначальная схема Черепетской ГРЭС предусматривала резервный котел, в связи с чем предполагались горизонтальные связи по острому и промежуточному пару. Впоследствии резервный котел из схемы был изъят и паропроводы острого и промежуточного пара реконструированы на чисто блочную схему.