8.3. Регулирование перегрева пара барабанных котлов

Температура перегрева пара на выходе котла относится к важ­нейшим параметрам, определяющим экономичность и надежность работы паровой турбины и энергоблока в целом. В соответствии с требованиями ПТЭ допустимые длительные отклонения темпера­туры перегрева пара от номинального значения, например, для па­раметров пара р_ПП=13МПа ( 130 кгс/см²) и t_ПП=540°С составляют в сторону увеличения 5 °С, а в сторону уменьшения — 10 °С.

Конструктивно первичный пароперегреватель энергетических котлов — ряд последовательно включенных в паровой тракт труб­ных поверхностных теплообменников, часть из которых — ради­ационные размещают вверху топки, а другие — конвективные — в газоходах поворотной камеры П или Т-образных котлов.

Изменения паровой нагрузки котла приводят к перераспределе­нию тепловосприятий конвективной КПП и радиационной РПП частей. Качественная картина изменчивости статических харак­теристик КПП и РПП по тепловосприятию в зависимости от па­ровой нагрузки показана на рис. 8.13, а.

Различие статических характеристик составных частей паропе­регревателя используют в целях первичного регулирования тем­пературы пара на выходе котла — t_ПП. Для этого характеристики КПП и РПП совмещают при расчете и проектировании так, как это показано на рис. 8.13, а. Такое совмещение станет условием — t_ПП= const.

Однако абсолютно точного их совмещения достичь невозможно из-за влияния множества эксплутационных факторов (различная степень загрязнения внутренних и наружных поверхностей нагре­ва, изменчивость энтальпий и скоростей потоков газа и пара, сме­щение факела по высоте топки и др.). Вследствие этого и в силу различий тепловой инерционности КПП и РПП температура пара на выходе котла начинает изменяться при всех внешних и внутритопочных возмущениях как в статике, так и в динамике. От­клонения t_ПП в процессе эксплуатации устраняют действиями опе­ративного персонала и АСР.

Рис. 8.13. Регулирование температуры перегрева первичного пара

а — статические характеристики пароперегревателя по температуре; б — прин­ципиальная схема регулирования; 1 — барабан; 2, 3 — ступени пароперегрева­теля;

4 — пароохладитель; 5 — регулирующий клапан впрыска; 6 — охлади­тель пара;

7 — сборник конденсата; 8 — гидрозатвор; 9 — дифференциатор; 10 — регулятор; t_РП, t_РП,0 — температура пара на выходе радиационного перегревате­ля; t_КП, t_KП,0 — то же на выходе конвективного; у — отношение температур

Регулирование температуры первичного пара. Для барабанных котлов наиболее распространен способ регулирования температу­ры пара на выходе при помощи пароохладителей. Конструктивно участок регулирования первичного перегрева образует часть по­верхности нагрева пароперегревателя, включая обогреваемые и не-обогреваемые трубы, от места ввода охлаждающего агента до вы­ходного коллектора, в котором необходимо поддержать заданную температуру t_ПП. Схема участка представлена на рис. 8.13, б. К возмущающим воздействиям относят расход потребляемого пара G_ПП и количество теплоты, воспринимаемое от топочных газов Q''_Т. Входной и выходной величинами участка служат энтальпии на входе h_ВХ и на выходе из пароперегревателя h₀. Регулирующим воздействием служит расход охлаждающего агента G_ПВ.

Динамические характеристики пароперегревателя по каналам возмущающих и регулирующего воздействий различны, но обла­дают общим свойством — значительной инерционностью. Термо­электрические термометры (термопары), являющиеся датчиками измерительных регулирующих приборов, также обладают инерци­онностью. Ее учитывают обычно при определении эксперимен­тальных динамических характеристик пароперегревателей, так как t_ПП определяют по ЭДС, развиваемой термопарой. Тепловая инерционность пароперегревателей по каналу регулирующего воз­действия в основном зависит от конструкции пароохладителя.

Известны два типа пароохладителей: поверхностные и впрыскивающие.

Поверхностный пароохладитель — паровой коллектор, внутри которого распо­ложены змеевики охлаждающей воды. Температуру пара на выходе из коллектора регулируют изменением расхода хладоагента через змеевик. Преимущество поверх­ностных пароохладителей состоит в том, что в роли хладоагента используют сильно минерализованную питательную воду, недостаток — большая инерционность по температуре пара на выходе при изменениях расхода охлаждающей воды.

Современные энергетические барабанные котлы оснащают для регулирования температуры первичного пара впрыскивающими пароохладителями, представляю­щими собой теплообменники смешивающего типа. Принцип их действия основан на изменении энтальпии частично перегретого пара за счет теплоты, отбираемой на испарение охлаждающей воды, впрыскиваемой в паропровод. Конструкции впрыскивающих пароохладителей весьма разнообразны. Одна из них изображе­на на рис. 8.14. Кривые изменения t_ПР, t_ПП по каналу, G_ВПР — t_ПР приведены на рис. 8.15.

Недостаток впрыскивающего пароохладителя — загрязнение пара охлаждаю­щей водой — частично устраняют использованием в роли охлаждающего агента собственного конденсата.

Рис. 8.14. Впрыскивающий пароохладитель

1 — температура в промежуточной точке t_ПР

(=18 с, Т₁=42 с); 2 — тем­пература на выходе t_ПП (= 45 с,Т₂ = 195с)

Для этого насыщенный пар из барабана G_б (см. рис. 8:13) поступает в охладитель пара — конденсатор 6 и из сборника конденсата 7 подают на впрыск в пароохладитель 4.

Схемы автоматического регулирования первичного перегрева пара. В общепринятой схеме АСР температуры регулятор перегре­ва 10 получает основной сигнал по отклонению температуры пара на выходе пароперегревателя t_ПП и воздействует на расход охлаж­дающей воды. Дополнительный сигнал, пропорциональный скорос­ти изменения температуры пара в промежуточной точке (непо­средственно за пароохладителем) dt_ПР/dt, упреждая изменения температуры на выходе при изменениях этальпии частично пере­гретого пара h_ПР, исчезает в установившемся режиме. Для форми­рования исчезающего сигнала обычно используют реальное диф­ференцирующее звено.

Приближение точки впрыска к выходу пароперегревателя уменьшает инерционность участка и, следовательно, улучшает ка­чество процессов регулирования. В то же время это приводит к ухудшению температурного режима металла поверхностей нагре­ва, расположенных до пароохладителя. Поэтому на мощных энер­гетических котлах с развитыми пароперегревателями применяют многоступенчатое регулирование. С этой целью по ходу пара ус­танавливают два и более впрыскивающих устройств, управляемых автоматическими регуляторами температуры.

Это позволяет более точно регулировать температуру пара на выходе из котла и одновременно защитить металл предвключенных ступеней пароперегревателя.

Автоматический регулятор на выходе каждой ступени также действует по двухимпульсной схеме: с основным сигналом по от­клонению температуры пара на выходе и дополнительным исче­зающим сигналом по температуре пара после пароохладителя. При наличии нескольких потоков пара регулирование температу­ры первичного перегрева осуществляют раздельно. Установка ав­томатических регуляторов предусматривают на каждом из паро­проводов.