Метод поддержания расчетной температуры
охлаждающей воды в газоохладителях турбогенераторов
Груздев
Вячеслав Борисович,
кандидат технических наук, доцент
кафедры «Тепловые электрические станции» Казанского государственного
энергетического университета.
Решение проблемы поддержания расчетной
температуры охлаждающей воды в газоохладителях и охлаждающего газа (водорода) в
турбогенераторах электростанций, остается очень важной. Только за последние годы
на российских тепловых и атомных электростанциях произошло несколько аварийных
остановов турбогенераторов из-за повышения температуры охлаждающего газа.
Например, 11 января
В настоящее время все турбогенераторы с водородным
охлаждением имеют встроенные в корпус генератора кожухотрубные водяные
газоохладители, в трубчатку которых поступает охлаждающая вода, температура
которой строго ограничена заводом-изготовителем.
Для турбогенераторов производства завода-изготовителя
ОАО «Силовые машины» филиал «Электросила» (г. Санкт-Петербург) (бывший Ленинградский
завод «Электросила») в инструкциях по эксплуатации указывается, что температура
охлаждающей воды на входе в газоохладитель не должна быть ниже 15оС
и не выше 33 оС. Минимальный предел в 15 оС связан с температурой
«точки росы» водяных паров, растворенных в охлаждающем турбогенератор водороде,
при данном давлении в генераторе. Сконденсированная влага ведет к увеличению
плотности водорода и потерь на трение, вызывает обильное запотевание газоохладителей,
попадает в обмотку статора и ротора, приводит к корродированию электротехнического
железа генератора, к повреждению электрической изоляции, к разрушению торцевых
частей обмотки ротора и в итоге к аварийному останову поврежденного генератора (Циркуляры
Минтопэнерго РФ). Но если добиться того, что влажность водорода будет доведена
до нормативной величины (7,7 г/м3) и ниже, то температура «точки росы»
будет составлять менее 10 оС, что дает возможность понизить
температуру холодного водорода за счет снижения температуры охлаждающей воды в
газоохладителях.
Из [Аврух В.Ю] следует,
что повышение допустимых величин токов ротора и статора при постепенном
снижении температуры охлаждающего водорода может быть произведено из расчета
1,0% на каждые 2,0 оС снижения температуры охлаждающего газа. Таким
образом, снижение температуры холодного водорода на 10 – 15 оС
приведет к повышению токовой нагрузки генератора на 5,0 – 7,5% и соответственно
к увеличению его электрической мощности без термических последствий для обмотки
и электроизоляции.
За последние годы с летним повышением
температуры окружающего воздуха температура охлаждающей воды повысилась до
максимально-допустимых значений: 27-30 оС. Столь высокая температура
воды ведет к снижению электрической мощности генератора. В связи с этим, независимо
от погодных условий необходимо управлять температурой охлаждающей воды в
газоохладителях и постоянно поддерживать ее на расчетном уровне.
На российских и электростанциях СНГ управление
температурой охлаждающей воды в газоохладителях турбогенераторов выполняется по
количественному методу, т.е. изменением расхода охлаждающей воды через
газоохладитель за счет открытия или закрытия запорной арматуры, но это ведет к
ее эрозионному износу и выходу из строя.
На рис. 1 показана действующая принципиальная
схема количественного регулирования температуры охлаждающей воды в
газоохладителе с помощью арматуры ВО-2 – ее открытие или прикрытие позволяет
изменять расход охлаждающей воды через газооохладитель, что ведет к изменению
температуры газа. Но при температуре охлаждающей воды равной 33 оС даже
при полностью открытых входной (ВО-1) и выходной (ВО-2) задвижек, необходимого
снижения температуры газа не наблюдается, поэтому приходится аварийно разгружать
или отключать турбогенератор от сети.
Рис. 1. Принципиальная схема действующего
газоохладителя: ВО-1 - задвижка на входе холодной воды в газоохладитель; ВО-2 –
задвижка на выходе горячей воды из газоохладителя.
Конечно, нет острой необходимости в изменении
температуры всего потока охлаждающей воды. Достаточно охлаждать лишь некоторую
его часть и подмешивать ее в основной поток перед газоохладителем, тем самым,
создавая расчетную температуру воды.
На современных электростанциях температурный
контроль водорода и охлаждающей воды выполняется с помощью штатных термометров
на входе и выходе газа и воды, показания которых выведены как по месту
измерения, так и на блочный щит управления турбогенератором. Но автоматического
регулирования температуры воды до сих пор нет, хотя задвижки ВО-1,2
электрифицированы. В связи с этим для возможного регулирования и поддержания
постоянства расчетной температуры охлаждающей воды предлагается на подводящем
трубопроводе к газоохладителям установить дополнительный теплообменник (рис. 2).
Рис. 2. Принципиальная схема установки
термоэлектрического теплообменника (ТЭТО): ВО-1 - задвижка на входе холодной
воды в газоохладитель; ВО-2 – задвижка на выходе горячей воды из газоохладителя.
Принцип работы предлагаемого теплообменника
основан на применении термоэлектрического эффекта Пельтье. Как следует из
расчетов хладопроизводительность термоэлектрического охладителя вполне
достаточна, чтобы понизить температуру смеси основного потока воды до расчетной
температуры перед газоохладителем.
Управление температурой охлаждающей воды в
газоохладителях выполняется с помощью изменения количества термоблоков, включенных
в работу. ТЭТО способен создавать и неограниченно долго поддерживать необходимую
на выходе температуру охлаждающей воды, он не имеет хладагентов, вращающихся и
других механизмов, что повышает его надежность в работе.
На рис. 3 представлен внешний вид одного из
термоблоков ТЭТО, смонтированного на алюминиевой подложке и скоммутированного
из шести термоэлементов.
Рис. 3. Внешний вид одного термоблока ТЭТО.
Литература
1.
Аврух В.Ю. Повышение мощности отечественных турбогенераторов с водородным
охлаждением путем реконструкции. М., «Энергия». 1986.
2.
Циркуляры Минтопэнерго РФ Ц-3-98(э) и РАО «ЕЭС» ЭЦ-3-02(э). – Изд-во МТиЭ. - 2002.
3.
Сообщение «Интерфакса» на ЛАЭС 11-го января
Поступила в редакцию 09.02.2011 г.