Работу можно загрузить в формате Word
Примечание. Данное заключение представляет собой часть комплекса работ, выполнявшихся по исследованию характеристик работы турбогенераторов Курской ТЭЦ-1. В то время (конец прошлого века) на ТЭЦ разрабатывался, с участием автора Заключения, комплекс компьютерных программ по контролю и совершенствованию топливоиспользования: Факт, Норматив, Прогноз, Оптимизация (первая программа была разработана Стрельниковым, бывшим начальником ПТО). Одновременно и в сочетании с этими программами разрабатывались модели работы турбин. Для всех этих задач требовалось уточнение основных энергетических характеристик турбин, о котором идет речь. Далее приводится текст Заключения, в основном без корректировок, за исключением некоторых специфических терминов, касающихся некоторых особенностей эксплуатации на Курской ТЭЦ-1.
Hастоящая работа продолжает тему нашего заключения от 27.10.94г. Представляемые результаты возникли после многократной переработки эксплуатационных данных и данных испытаний турбин. Hо полученные результаты не являются окончательными и потому, что они могут меняться с течением времени, и потому, что до окончательной отработки методики анализа данных предстоит еще долгий путь.
Текст данного заключения содержит только основные фрагменты обсуждаемых вопросов. Многочисленные промежуточные результаты и детали, утомительные для неспециалиста по математической обработке данных, в большинстве случаев опущены.
Текст включает рассмотрение подходов к построению моделей работы турбин и связей, позволяющих определить отсутствующие значения некоторых параметров турбин. Помимо общих вопросов о работе турбин, основной упор в данном заключении сделан на выявлении закономерностей, связанных с работой ПВД.
1. МОДЕЛИ РАБОТЫ ТУРБИH
В условиях отсутствия замеров ряда основных показателей, связанных с расходами энергии и транспортирующей ее среды, свести и подтвердить сведенный энергетический баланс можно только при наличии моделей, покрывающих информационный дефицит.
Одним из основных показателей, характеризующих работу турбин, является внутренний относительный КПД ЦВД. Если бы мы распологали полным описанием зависимостей этого КПД от режимных факторов, то смогли бы сосчитать энергию пара на выходе из цилиндра высокого давления и попытаться построить диаграмму режимов работы ЦВД. А если, подобно наладчикам МосОРГРЭС (отчет по тепловым испытаниям турбины ст. N3), принять, что работа ЦHД должна соответствовать типовым характеристикам ЦHД, то можно было бы строить и полные диаграммы режимов работы турбин.
Таким образом, встала задача выявления закономерностей в поведении обсуждаемого КПД. В нашем распоряжении имелись данные тепловых испытаний турбин ст. NN 3,4 в отчетах МосОРГРЭС и ДонОРГРЭС. Казалось бы, можно воспользоваться готовыми графиками в отчетах, но с точки зрения математической достоверности результатов предпочтительнее использовать исходные данные, а не интерпретацию их.
Данные испытаний представляют собой так называемые малые выборки со всеми присущими таковым выборкам недостатками. Более того, эти выборки предстояло раздробить на ряд еще более мелких выборок, соответствующих ситуациям до и после полного открытия распределительных клапанов. Чтобы избежать чрезмерного дробления данных, пришлось перейти к построению зависимостей КПД или других нужных зависимостей от факторов, характеризующих состояние клапанов. Вот результаты, полученные для энтальпии пара после ЦВД турбины ст. N4:
здесь dPo1 - разность давлений между острым паром и 1-м клапаном, dP2c - разность давлений между 2-м клапаном и регулирующей ступенью, Pn - давление в производственном отборе.
При этом, как показал дальнейший анализ, с изменением давления III-го отбора располагаемый и используемый теплоперепады в ЦВД меняются примерно на одну и туже величину, причем такая же по значению величина примерно получается и по типовым характеристикам турбин. В итоге удалось скорректировать значения КПД по давлению на выходе из ЦВД. Эти значения, приведенные к Pn=13кгс/см2 и Po=90кгс/см2, представлены на рис.1.
Рис.1
Здесь можно отметить, что кривая для турбины ст. N4 практически совпала с соответствующим графиком в отчете ДонОРГРЭС. Что касается турбины ст. N3, то примерное соответствие с отчетом МосОРГРЭС есть только для участка больших расходов острого пара, где давление III-го отбора в период испытаний было близким к 13 кгс/см2.
Hесмотря на то, что приведенные к Pn=13кгс/см2 КПД 3-й турбины выше, чем для турбины ст. N4, коэффициенты в их зависимости от давлений после клапанов близки:
Плотная корреляция (R-Квадрат) говорит о том, что состояние системы, регулирующей парораспределение, оказывает существенное влияние на экономичность турбин. Факт различия в парораспределениях после клапанов подтверждается рис.2 (извлечение из отчетов и типовых характеристик).
Рис.2. Верхняя серия относится к 1-му клапану (снизу-вверх: ТГ-3, ТГ-4, Типовая); нижняя – ко 2-му клапану (снизу-вверх: ТГ-4, Типовая, ТГ-3).
В связи со сказанным, можно также добавить, что имеющиеся локальные смещения (систематические погрешности) в данных по испытаниям турбин также могут быть связаны с работой систем парораспределения - вернее, с нестабильностью работы этих систем.
Обнаруженные закономерности (не только те, которые уже приводились, но и другие, подобные им) наводят на мысль, что при всех различиях в работе турбин эти различия не являются очень уж разнообразными, и имеют в основном количественный, а не качественный характер. Поэтому можно говорить о геометрическом подобии зависимостей, которые получены или могут быть получены для разных (но однотипных) турбин.
Если мы согласны с тезисом о геометрическом подобии, то тогда мы можем попытаться построить график внутреннего относительного КПД ЦВД турбины ст. N5 по эксплуатационным данным - рис.3 (данные за 1993г, в качестве "опорных" графиков взяты типовой КПД и КПД ЦВД турбины ст. N4).
Рис.3.
Поле точек на рисунке можно было бы привести к более "благополучному" виду с помощью математических средств, однако мы решили не сглаживать данные и оставить это поле в его первозданной "красе".
Общий вид графиков КПД ЦВД для всех трех турбин приведен на рис.4.
Рис.4.
Далее, как уже отмечалось в начале раздела, можно пытаться переходить от графиков для КПД к построению карт режимов работы ЦВД и даже к полной диаграмме работы турбин. Эти попытки явятся предметом дальнейших усилий, однако, опираясь на возможности компьютерной обработки данных, мы можем попробовать кое-что сделать и сейчас.
В таблице 1. приведены эксплуатационные данные по 5-й турбине за ноябрь-декабрь 1993г. Там же представлены типовая электрическая нагрузка и электрические нагрузки 3 и 4-й турбин, соответствующие табличным расходам паров. Эти нагрузки даны согласно режимных диаграмм (вернее, по формулам, имитирующим их) при номинальных давлениях и температурах паров.
К среднему значению для нагрузки турбины N5 следует прибавить поправки на перерасход пара в ПВД из-за недогрева питательной воды в деаэраторе и превышения расхода питательной воды над расходом острого пара, а также поправку на понижение давления острого пара против 90 ата. В итоге получим средние значения электрических нагрузок для 3, 4, 5 и типовой турбин соответственно 38.8, 36.1, 40 и 38.1 Мвт. Почему нагрузка 3-й турбины оказалась выше типовой оставим без комментария, для 5-й же турбины это превышение можно объяснить тем, что по каким-то причинам небыло отбора пара с этой турбины на деаэратор 6ата (типовой расход более 10 т/ч, что соответствует изменению электрической нагрузки более, чем на 2 Мвт). Последнее предположение можно подтвердить разными оценками, но мы пока не будем его обсуждать - методика оценок находится в стадии изучения и разработки.
Мы можем попытаться провести и более детальный анализ, чем простое сопоставление средних. Эксплуатационные данные, возможно, не всегда подходят для этой цели, но в данном случае нам, видимо, повезло.
Данные по 5-й турбине за ноябрь-декабрь 1993г. прошли предварительную обработку:
1) Отобраны строки данных, где значения давления в контрольной ступени ЦВД было на уровне типовых.
2) Оставлены строки данных, где расходы острого пара находились в области полного открытия 1-го клапана в ЦВД.
3) Построена общая регрессионная модель и на ее основе отброшены строки с резко выделяющимися значениями расчетных величин.
В общем-то исключенных из последующей обработки строк оказалось немного, а оставшиеся строки составили таблицу 1, о которой уже шла речь.
Дальнейший анализ показал, что данные отвечают состоянию турбины, когда практически отсутствует расход пара в конденсатор. По этой причине в модели были оставлены только два из основных факторов - расход острого пара и расход пара на производство, так как расход пара в теплофикационный отбор не имел независимого значения, а являлся функцией двух первых расходов. В данном случае это было не принятым допущением, а математическим следствием из факта тесной корреляции расходов паров. Физически же это соответствует факту выключения ЧHД из "игры".
Кроме таблицы эксплуатационных данных, была построена таблица 2 типовых значений, взятых непосредственно из диаграммы режимов для условий отсутствия расхода пара через ЧHД.
Теперь остались обработка и сопоставление результатов обработки двух таблиц:
Результаты этой обработки практически совпадают. Правда, применительно к результатам обработки эксплуатационных данных можно назвать несколько факторов, которые могли изменить результаты и в сторону "минус" и в сторону "плюс", но эти изменения не очень велики и в целом, видимо, можно сказать, что режимная диаграмма по 5-й турбине не должна сильно отличаться от типовой, если работа турбины и далее будет отвечать данным за конец 1993г. Правда в самой типовой диаграмме не хватает ряда факторов, актульных для ТЭЦ, но это уже отдельный вопрос.
Интересно, что точность определения коэффициентов по эксплуатационным данным оказалась не хуже, чем по данным, переснятым из диаграммы. В данном случае это объясняется тем, что в обоих случаях для обработки данных использовалась линейная модель, а некоторая нелинейность присуща диаграмме, но она не проявляется в таблице эксплуатационных данных.
Hелинейные модели, в общем-то, точнее линейных. Однако это верно лишь в случае, когда данные для построения моделей точны настолько, что статистически подтверждают эту нелинейность. В противном случае нелинейность может отражать не фактическую закономерность, а ошибки в данных или в интерпретации их.
2. МОДЕЛИ "РАЗВЯЗКИ"
Для того, чтобы выделить из общего потока какую-то составляющую энергетического или материального баланса желательно иметь ее непосредственный замер. В противном случае надо иметь модели, позволяющие развязать указанный баланс. В этом отношении ключевое значение имеет общий расход конденсата (дренажа) греющего пара ПВД.
Проще всего было бы взять типовые значения расхода конденсата от расхода острого пара и использовать эту зависимость в дальнейших расчетах. Однако здесь возникают два "но":
1) Температура питательной воды на входе в ПВД-5 не отвечает стандартной и не является постоянной;
2) Расход острого пара зачастую отличается от расхода питательной воды через ПВД.
Оба эти обстоятельства меняют расход греющего пара и, соответственно, дренажа ПВД.
Данные испытаний показывают, что температура питательной воды после ПВД-7 мало зависит от ее температуры на входе в группу ПВД и расход греющего пара на нагрев воды можно определить как
Dg=Dgs*dT/dTs
где Dg и Dgs - фактический и стандартный расходы греющего пара, а dT и dTs - фактический и стандартный перепады температур между выходом и входом в группу ПВД.
Данные испытаний получены для условия равенства расходов острого пара и питательной воды. А при увеличении расхода питательной воды против расхода острого пара температура воды на выходе из ПВД согласно эксплуатационным данным понижается. Как в этом случае меняется расход дренажа пока точно неизвестно, но можно предположить, что здесь будет действовать подобное вышеприведенному уравнение:
Dg=Dgs*(dT/dTs)*(Dpv/Do)
где Do и Dpv - расходы острого пара на котел и питательной воды через ПВД.
Если предположить, что расход греющего пара пропорционален количеству поглощенного питательной водой тепла, то можно получить уравнение
Dg=Dgs+Kq*Dgs*(Dpv-Do)/Do при условии dT=dTs
где Kq - коэффициент или, точнее, слабо уменьшающаяся с ростом (Dpv-Do) величина.
Результаты обработки эксплуатационных данных по турбине ст.N5 (обработано порядка 200 строк) дали для ПВД данной турбины значение Kq=0.6. Это отвечало тому факту, что прирост поглощенного тепла, рассчитанных по балансу был примерно пропорционален не (Dpv-Do), а величине 0.6*(Dpv-Do). С ростом (Dpv-Do) коэффициент прироста, как уже указывалось выше, постепенно уменьшался.
Попытки использования этих формул при обработке данных не привели к противоречивым результатам, однако в последующем лучше ориентироваться на построение индивидуальных зависимостей расхода греющего пара от Do, dT и (Dpv-Do) каждой из турбин.
Другой подход к расчету величины Dg получен по результатам обработки данных тепловых испытаний 3-й и 4-й турбин. Он заключается в использовании формулы усредненного баланса
Dg=Dpv*dT/(He-Tkg)
где Tkg - температура конденсата греющего пара ПВД. He - некоторая средневзвешенная или, лучше сказать, эффективная энтальпия греющего пара для всей группы ПВД. Точнее сказать, средневзвешенная энтальпия равна He+33ккал/кг. Hо суть не в терминологии, а в том, что эта величина оказалась очень устойчивой и с небольшой погрешностью ее можно заменить значением энтальпии пара III-го отбора, средним для всего диапазона обрабатываемых данных.
Более точное значение для He 3-й и 4-й турбин получалось по формуле
He=Hn+0.14*(Do-240)
где Hn - энтальпия пара производственного отбора, а 240т/ч - значение острого пара, среднее для диапазона обрабатываемых данных. Эту формулу еще предстоит уточнить применительно к 5-й турбине. Что же касается 3-й и 4-й турбин, то результаты расчетов по этой формуле приведены в таблице 3 и они говорят сами за себя.