1. Настоящая Методика расчета норм расхода водорода на тепловых электростанциях (далее - Методика) разработана в соответствии с подпунктом 70-14) статьи 5 Закона Республики Казахстан от 9 июля 2004 года «Об электроэнергетике».
Методика расчета норм расхода водорода на тепловых электростанциях
Данная редакция действовала до внесения изменений от 16.03.2025 г.
2. В настоящей Методике применяются следующие основные понятия и определения:
1) электрическая машина - электротехническое устройство, предназначенное для преобразования энергии на основе электромагнитной индукции и взаимодействия магнитного поля с электрическим током, содержащее, по крайней мере, две части, участвующие в основном процессе преобразования и имеющие возможность вращаться или поворачиваться относительно друг друга;
2) электростанция - энергетический объект, предназначенный для производства электрической и тепловой энергии, содержащий строительную часть, оборудование для преобразования энергии и необходимое вспомогательное оборудование;
3) водород - бесцветный горючий газ без запаха.
Примечание: Плотность водорода при нормальных условиях равна 0,09 килограмм/кубический метр (далее - кг/м3 ), плотность по воздуху - 0,07 кг/м3 , теплота сгорания - 28670 килокалорий/килограмм, минимальная энергия зажигания - 0,017 мега Джоуль. С воздухом и кислородом образует взрывоопасную смесь.
Иные понятия и определения, используемые в настоящей Методике, применяются в соответствии с законодательством Республики Казахстан в области электроэнергетики.
3. Для охлаждения электрических машин (генераторов и синхронных компенсаторов) на тепловых электростанциях, теплоэлектроцентралях, гидроэлектростанциях или других промышленных объектах в диапазоне установленной мощности агрегатов от 30 до 300 мегаватт (далее - МВт) применяется водород в системах косвенного (поверхностного) или непосредственного (внутреннего) охлаждения обмоток статора и ротора, что позволяет повысить коэффициент полезного действия электрической машины по сравнению с воздушным охлаждением.
4. Для выработки водорода в водородном хозяйстве всех электростанций используются электролизеры, после которых водород поступает в водородные ресиверы, где накапливается для последующей подачи в генераторы для эксплуатационных продувок, подпиток или заполнения газового объема генератора после ремонта.
5. Чистота водорода, вырабатываемого электролизной установкой, высокая, не ниже 99 %, согласно Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей, утвержденных приказом Министра энергетики Республики Казахстан от 30 марта 2015 года № 247 (зарегистрирован в Реестре государственной регистрации нормативных правовых актов за №11066) (далее - Правила технической эксплуатации).
6. В генераторах требования по чистоте водорода немного ниже и составляют от 95 до 98 % для различных типов генераторов, согласно Правилам технической эксплуатации.
Для поддержания заданной частоты водорода периодически производится продувка газового объема генератора со сбросом водорода в атмосферу, также в атмосферу иногда выполняется сброс избыточного давления в ресиверах хранения водорода, которое меняется в зависимости от температуры наружного воздуха, для предотвращения отключения электролизной действием защиты по повышению давления водорода.
7. При плановом или неплановом выводе генератора или других элементов водородного хозяйства электростанции в ремонт производится сброс водорода в атмосферу путем его вытеснения углекислотой, азотом или аргоном. Нормируют суточную утечку водорода в каждом генераторе не более 5%, а также суточный расход с учетом продувок не более 10 %, от общего количества газа в генераторе при рабочем давлении, согласно Правилам технической эксплуатации. Первая норма 5%, жестко контролируется на электростанциях, так как связана с качеством работы масляных уплотнений генератора - плотностью газоохладителей и газовой плотностью арматуры и трубопроводов водородного хозяйства. Вторая величина 10 %, фактически не контролируется, так как не требуется останова основного оборудования и влияет только на величину затрат электроэнергии на собственные нужды. Фактический суточный расход водорода превышает плановый.
7. Все работающие и находящиеся в резерве на электростанции генераторы находятся под рабочим давлением водорода, величина суточного расхода водорода на электростанции получается значительной. Например, для теплоэлектроцентрали, на которой имеются четыре генератора (два ТВ-60 и два ТВФ-60 и ТВФ-120), эксплуатируются два электролизера типа СЭУ-4М, номинальной производительностью водорода 2 кубических метра/час (далее - м3 /ч) и максимальной производительностью - 4 м3 /ч. Согласно расчетных данных, исходя из газовых объемов генераторов и рабочего давления водорода в них, суточный расход водорода на электролизной составляет 2 м3 /ч, фактически в летнее время находиться в работе 1 электролизер, а в зимнее время 2 электролизера с номинальной нагрузкой. Фактический суточный расход водорода составляет около 3 м3 /ч, из которого только 1 м3 /ч расхода приходиться на восполнение неплановой утечки водорода в нормируемых границах 5%. Поэтому расход водорода, который бесцельно выбрасывается в окружающую среду, в данном случае составляет около 2 м3 /ч.
8. Количество водорода, необходимого для заполнения газовой системы охлаждения 2,5 - 3 от объема газовой системы.
9. Минимальный запас водородных баллонов для перевода генератора на водородное охлаждение указывается для каждого генератора в инструкциях завода-изготовителя, по эксплуатации системы охлаждения генератора.
Пример, для генератора мощностью 150 МВт минимальное количество водородных баллонов составляет 120 (емкость баллона 40 литров).
10. Промежуточный газ при переходе на работу с воздушным охлаждением вытесняется сжатым воздухом, который подается в корпус генератора от компрессора через фильтр-осушитель, установленный на газовом посту. Чистота водорода в баллонах соответствует не менее 99,5%.
11. Водород расходуется на пополнение утечек и продувку для поддержания необходимой чистоты газа, а также на заполнение корпуса генератора при проведении переходных режимов. Нормы расхода для поддержания заданной чистоты водорода приведены в таблице 1 согласно приложению к настоящей Методике.
12. Расход водорода на проведение переходных режимов приведен в таблице 2 согласно приложению к настоящей Методике и определен из расчета необходимости двух заполнений каждого генератора в год при неподвижном роторе.
13. Суточная утечка водорода в генераторе, определенная по формуле (1), соответствует не более 5%, а суточный расход с учетом продувок для поддержания чистоты водорода, согласно пункту 17 настоящей Методики - не более 10% от общего количества газа в машине при рабочем давлении.
14. Суточный расход водорода в синхронном компенсаторе соответствует не более 5% общего количества газа в нем.
15. Значение суточной утечки воздуха в процентах определяется по формуле:
где Рн и Рк - абсолютное давление в системе водородного охлаждения в начале и в конце испытания, МПа;
ύн и ύк - температура воздуха в корпусе генератор в начале и конце испытания, градус Цельсия (далее - о С).
Вычисленная по формуле (1) суточная утечка воздуха не превышает 1,5%.
16. В поступающем в генератор водороде содержание кислорода по объему не более 0,5%.
17. Содержание водорода в охлаждающем газе в корпусах генераторов с непосредственным водородным охлаждением обмоток и синхронных компенсаторов с непосредственным и косвенным водородным охлаждением не менее 98%, в корпусах генераторов с косвенным водородным охлаждением при избыточном давлении водорода 50 кило Паскаль (далее - кПа) и выше - 97%, при избыточном давлении водорода до 50 кПа - 95%.
18. Содержание кислорода в газе у турбогенераторов с водородным охлаждением всех типов и синхронных компенсаторов, не превышает при эксплуатации 1,2%, а при вводе в эксплуатацию и после капитального ремонта при чистоте водорода 98 и 97% - соответственно 0,8 и 1,0%, в поплавковом гидрозатворе, бачке продувки и водородоотделительном баке маслоочистительной установки - не более 2%.
19. В газовой системе турбогенератора, в которой происходит постоянная циркуляция газа (корпус генератора, трубопроводы осушителя, импульсные трубки газоанализатора), проверяется его влажность. При этом температура точки росы водорода в корпусе турбогенератора при рабочем давлении ниже, чем температура воды на входе в газоохладители, но не выше 15 °С.
20. Температура точки росы воздуха в корпусе турбогенератора с полным водяным охлаждением не превышается значения, указанного в инструкции завода-изготовителя.
Приложение к Методике расчета норм расхода водорода на тепловых электростанциях
Таблица 1.
Нормы расхода водорода для поддержания заданной чистоты
|
Серия или тип генератора |
Номинальная мощность, МВт |
Тип уплотняющих устройств |
Избыточное давление водорода, атм. |
Норма расхода водорода, не более |
||
|
Кубический метр/сутки (далее - м3 /сут) |
Кубический метр/год (далее - м3 /г) |
Баллонов в год (40 литров, 150 атм) |
||||
|
ТВ2, ТГВ, ТВС |
30 |
Торцовый |
До 1 |
7 |
2450 |
410 |
|
ТВ, ТВ2 с косвенным охлаждением |
50-100 |
Кольцевой и торцевой |
До 1,5 |
12 |
4200 |
700 |
|
ТВФ с форсированным водородным охлаждением |
60-100 |
Торцевой |
До 2 |
15 |
5300 |
880 |
|
ТВ2 с косвенным охлаждением |
150 |
Кольцевой и торцевой |
До 1,5 |
20 |
7000 |
1160 |
|
ТВФ и ТВВ с форсированным и непосредственным водородным охлаждением |
150 - 200 |
Торцевой |
До 3 |
20 |
7000 |
1160 |
|
ТГВ -200 с непосредственным водородным охлаждением |
200 |
Торцевой |
3 |
40 |
14000 |
2340 |
*Норма расхода водорода дана из условия необходимости поддержания чистоты водорода в генераторах:
1) серия ТВФ, ТВВ и ТГВ (исключая ТГВ-25) - не ниже 98%;
2) с косвенным охлаждением при давлении до 0,5 - 1 атм. - не ниже 97%;
3) при давлении до 0,5 атм. Не ниже 95%.
Таблица 2.
Расход водорода на проведение переходных режимов
|
Тип генератора |
Объем корпуса с вставленным ротором, кубический метр (далее - м3 ) |
Избыточное давление водорода, атмосфер |
Расход водорода на одно заполнение, м3 |
Количество заполнений в год |
Расход водорода для заполнения генераторов |
|
|
м3 /г |
Баллонов в год (40 литров, 150 атмосфер) |
|||||
|
ТВ2-30-2 ТВС-30 ТГВ-25 |
26 |
1 |
70 |
2 |
140 |
24 |
|
ТВ-50-2 ТВ-60-2 |
50 |
2 |
175 |
2 |
350 |
58 |
|
ТВФ-60 ТВФ-100 |
50 |
2 |
175 |
2 |
350 |
58 |
|
ТВ-100-2 |
70 |
1 |
175 |
2 |
350 |
58 |
|
ТВ2-100-2 |
65 |
1,5 |
195 |
2 |
390 |
65 |
|
ТВ2-150-2 |
100 |
1,5 |
300 |
2 |
600 |
100 |
|
ТВВ-165-2 |
53 |
3 |
240 |
2 |
480 |
80 |
|
ТВВ-200-2 |
56 |
3 |
250 |
2 |
500 |
84 |
|
ТВВ-320-2 |
87 |
3 |
392 |
2 |
784 |
131 |
|
ТВФ-200-2 |
80 |
2 |
280 |
2 |
560 |
94 |
|
ТГВ-200 |
70 |
3 |
315 |
2 |
630 |
105 |
|
ТГВ-300 |
75 |
3 |
340 |
2 |
680 |
113 |
|
ТВВ-500-2 |
100 |
4,5-5 |
450 |
2 |
900 |
150 |
Полная версия