8.8. Регулирование перегрева пара прямоточных котлов

Регулирование температуры первичного перегрева. Прямоточ­ные котлы СКД имеют более развитую перегревательную часть водопарового тракта по сравнению с барабанными. Кроме того, по условиям температурного режима металла поверхностей нагрева ее следует стабилизировать по всей длине пароперегревательного тракта. Вследствие этого регулирование температуры перегрева пара в прямоточных котлах — более сложная задача по сравнению с барабанными. Перегревательная часть прямоточных котлов со­стоит из отдельных последовательно включенных участков, раз­граниченных конструктивно и размещенных в различных темпе­ратурных зонах газового тракта.

Поверхности нагрева отдельных участков, соединительные тру­бопроводы и паросборные коллекторы, а также устройства впрыс­ка охлаждающей воды образуют объект регулирования. Послед­ний — сложная динамическая система, подверженная воздейст­вию внутритопочных и внешних возмущений. Для первичной ста­билизации t_ПП в прямоточных котлах используют принцип совме­щения статических характеристик КПП и РПП (см. рис. 8.13, а).

Температуру на выходе каждого участка стабилизируют с по­мощью автономных автоматических регуляторов, воздействую­щих на впрыскивающие устройства, устанавливаемые между от­дельными поверхностями нагрева. Динамические характеристики пароперегревательных участков получают экспериментально или по данным теплового расчета. Экспериментальные временные за­висимости для прямоточных котлов по каналу впрыск — темпе­ратура по своей форме аналогичны, приведенным на рис. 8.15.

Способы и схемы регулирования. Регулирование температуры пара последовательно включенных перегревательных участков первичного тракта осуществляют с помощью АСР впрысков, ра­ботающих по двухимпульсной схеме.

Схема автоматической системы регулирования температуры первичного пара одного из циркуляционных контуров прямоточ­ного котла с двумя впрысками изображена на рис. 8.26. Введение дополнительного входного сигнала по заданию (расходу пара — линия а) для регулятора 9, первого по ходу пара впрыска, позволяет поддерживать температуру пара на выходе промежуточной ступени пароперегревателя в соответствии с тепловой нагрузкой агрегата.

Рис. 8.26. Схема автоматической системы регулирования температуры первичного пара

1 — 3 — ступени пароперегревателя; 4 — сужающее устройство; 5,6 — паро­охладитель; 7 — дифференциатор; 8 — регулятор температуры перегрева пер­вичного пара на выходе котла; 9 — предвключенный регулятор температуры перегрева пара; 10 — вспомогательный корректирующий регулятор; 11 — ре­гулирующий клапан

Переменный сигнал по заданию может быть сформиро­ван и по положению регулирующего органа регулятора, второго по ходу пара впрыска (линия б). В этом случае сигнал от датчика положения исполнительного механизма поступает на вход вспо­могательного корректирующего регулятора, а с его выхода — на вход регулятора первого впрыска 9.

Регулирование температуры вторичного перегрева. На совре­менных мощных паротурбинных установках предусматривают по­вторный перегрев пара после ЦВД (см. рис. 3.1). Температуру вто­ричного перегрева пара также следует поддерживать с высокой точ­ностью в допустимых пределах при различных нагрузках турбины и изменениях топочного режима котла. Конструктивные особен­ности участка регулирования включающего поверхности нагрева в газоходах котла и соединительные трубопроводы до места измерения t_BП, а также его динамические свойства определяются вы­бранным способом регулирования.

Способы и схемы регулирования. Для регулирования вторично­го перегрева применяются различные способы. При этом регули­рование с помощью впрыска оказывается неэкономичным: пар, об­разовавшийся в результате испарения охлаждающей воды, не про­ходит через цилиндр высокого давления турбины, что приводит к снижению КПД теплосиловой установки в целом.

Кроме того последние ступени ЦНД турбины не рассчитаны на пропуск пара, образуемого испарением охлаждающей воды. Для регулирования температуры вторичного перегрева пара обычно используют поверхностные теплообменники.

1. Регулирование с помощью паропарового теплообменника (ППТО). Конструктивно ППТО представляет собой вынесенный из газоходов котла корпус, выполненный из трубы большого диа­метра (300—400 мм), внутри которого проходят змеевики труб ма­лого диаметра, укрепленные в трубных досках. Внутри этих змееви­ков проходит греющий агент G_ГП — частично перегретый пар (до450—520 °С) первичного тракта. Внутри трубы большого диаметра встречно проходит пар вторичного тракта с температурой 320—350 С.

Схема автоматической системы регулирования температуры вторичного перегрева пара с помощью ППТО приведена на рис. 8.27, линия а.

Регулирование температуры вторичного перегрева пара осуще­ствляют изменением его расхода через ППТО с помощью треххо­дового клапана и обводного паропровода. В качестве резервного средства регулирования на случай чрезмерного повышения t_BП, предусматривают аварийный впрыск.

2. Регулирование с помощью газопаропарового теплообменника (ГППТО). Теплообменник сконструирован по принципу труба в трубе и представляет собой размещенную в газоходе систему зме­евиков из труб диаметром 60x3,5 мм, внутри каждой из которых проходят две трубки диаметром 16x3 мм. По трубкам малого ди­аметра движется греющий пар первичного тракта, а навстречу ему по трубам большего диаметра проходит пар вторичного тракта. Трубы большего диаметра обогреваются топочными газами снару­жи, что требует их надежного охлаждения. В связи с этим через змеевики большего диаметра пропускают весь пар вторичного тракта и регулирование его температуры осуществляют изменени­ем расхода греющего пара.

Рис. 8.27. Схемы автоматической системы регулировании температуры вторичного пара с помощью паропарового (линия а) или газопарового (линия б) теплообмен­ников

1,3 — ступени вторичного пароперегревателя; 2 — паропаровой или газопаро-паровой теплообменник; 4 — термопара; 5 — дифференциатор; 6 — регулятор температуры пара на выходе; 7 — пароохладитель; 8 — трехходовой регулиру­ющий клапан; 9 — обводной клапан; 10 — аварийный впрыскивающий

пароохладитель

Схема регулирования температуры вторичного перегрева пара с помощью ГППТО изображена на рис. 8.27, линия б.

Способы регулирования с помощью теплообменников экономи­чески целесообразны, однако недостаток их состоит в появлении существенных взаимосвязей между системами регулирования пер­вичного и вторичного перегрева пара. Кроме того, эти способы не всегда обеспечивают достаточный диапазон регулирования.

3. Регулирование перепуском части пара в обвод конвективной поверхности нагрева вторичного пароперегревателя — паровой байпас. Схема регулирования при использовании парового байпасирования изображена на рис. 8.28.

Конструктивно "холодный пакет" 1 вторичного перегрева раз­мещается в зоне сравнительно низких температур газов, а "горя­чий пакет" 2 выносится в зону высоких температур газов. Тепловосприятие пароперегревателя регулируется трехходовым клапа­ном 3, перепускающим часть "холодного" пара помимо первого па­кета на вход второго.

Рис. 8.28. Схема регулирования температуры вторичного пара перепуском части пара помимо холодного пакета пароперегревателя

1 — холодный пакет; 2 — горячий пакет; 3 — трехходовой клапан; 4 — ПИ-регулятор температуры; 5 — дифференциатор; 6 — датчик; 7 — дополнительный

впрыск (аварийный); 8 — регулятор; 9 — клапан

При таком способе регулирования темпера­тура вторичного перегрева пара практически не зависит от работы АСР температуры первичного перегрева. В то же время диапазон регулирования может быть достаточно широким.

ПИ-регулятор температуры 4 действует от двух сигналов — по отклонению тем­пературы на выходе из вторичного пароперегревателя (основного) и дополнитель­ного (исчезающего), сформированного с помощью дифференциатора 5 и датчика 6, установленного после смешения холодного и частично перегретого пара.

На случай чрезмерного повышения t_ВП предусматривается дополнительным впрыск (аварийный) 7, управляемый автоматическим регулятором 8. Заданное значение t_ВП основного регулятора 4 устанавливается меньшим, чем у регулятора 8, с тем, чтобы клапан аварийного впрыска 9 в нормальном режиме работы был закрыт. Кроме того, наличие блокировки в электрической схеме управления пре­дусматривает возможность открытия клапана 9 лишь после полного открытия трех­ходового клапана 3.

4. Газовое регулирование. Изменение тепловосприятия паропе­регревателя вторичного тракта может быть достигнуто за счет из­менения количества теплоты, передаваемого поверхностям нагре­ва топочными газами. При этом можно использовать три способа.

Регулирование изменением количества газон, проходящих через пакеты вторич­ного пароперегревателя, посредством перераспределения потока газов между газо­ходами конвективного пароперегревателя и водяного экономайзера. Принципиаль­ная схема этого варианта газового регулирования изображена на рис. 8.29, а. Ре­гулирующие органы — поворотные заслонки, с помощью которых осуществляется перераспределение газового потока, должны быть выполнены из жаропрочного ма­териала и оборудованы специальной системой воздушного охлаждения;

Регулирование изменением температуры топочных газов перед пароперегрева­телем. Этот способ предусматривает изменение температуры топочных газов при помощи поворотных горелок или переключения ярусов работающих горелок, ины­ми словами, смещением ядра факела по высоте топки. Однако положение факела в топке зависит также от ряда других причин (неравномерности подачи пыли, за­грязнения поверхностей нагрева, герметичности топки и т. п.) и в свою очередь оказывает влияние на все параметры агрегата. Поэтому этот способ целесообразно применять лишь при отладке топочного режима в целях стабилизации t_ВП в статике.

Регулирование одновременным изменением количества и температуры топоч­ных газов перед пароперегревателем посредством рециркуляции уходящих газов в нижнюю часть топки. Принципиальная схема этого способа регулирования изо­бражена на рис. 8.29, б. В этом случае часть потока уходящих газов специальным вентилятором рециркуляции 8 направляют в нижнюю часть топки. В результате снижают температуру факела, уменьшают тепловосприятие радиационных повер­хностей нагрева, затягивают процесс сгорания топлива, что приводит к увеличению температуры и скорости газов на выходе из топки и в конечном итоге к увеличению тепловосприятия конвективных поверхностей нагрева первичного и вторичного па­роперегревателей.

Применение рециркуляции приводит к некоторому увеличению потерь с ухо­дящими газами и расхода электроэнергии на собственные нужды котла. Однако этот способ, помимо возможности регулирования температуры вторичного пара воз­действием на подачу вентилятора рециркуляции, позволяет уменьшить поверх­ность вторичного перегревателя по сравнению с другими способами.

На вход автоматических регуляторов вторичного перегрева пара при газовом ре­гулировании подают два сигнала: первый основной — по t_ВП, второй упреждающий (исчезающий) — по температуре газов перед вторичным пароперегревателем.

Наличие промежуточного пароперегревателя и нежелатель­ность поддержания температуры вторичного пара с помощью впрысков существенно усложняют задачу регулирования перегре­ва пара в целом. Различные способы газового регулирования t_ВП позволяют рас­ширить диапазон действия АСР, но нарушают стабильность топо­чного режима, оказывают влияние на условия теплообмена пер­вичных пароперегревателей. Поэтому их используют лишь в комбинациях с другими способами регулирования или при отладке то­почного режима для получения требуемых статических характе­ристик пароперегревателей.

Om сервопривода регулятора 7 температуры

a

Рис. 8.29. Газовое регулирование температуры вторичного пароперегревателя

a — перераспределением потока газов; б — рециркуляцией топочных газов;

1 — вторичный пароперегреватель; 2 — водяной экономайзер; 3 — поворотные заслонки; 4 — воздухоподогреватель; 5 — дымосос; б — дымосос;

7 — регулирующие заслонки

Для непрерывного регулирования температуры вторичного пе­регрева пара с помощью автоматических регуляторов чаще всего используют теплообменники и паровое байпасирование.