Методы регулирования температуры пара

Поддержание номинальной температуры пара при пониженных нагрузках Пароперегреватели современных паровых котлов по характеристикам тепловосприятия являются комбинированными, так как состоят из частей с разными условиями теплообмена поверхности перегревателя газовым потоком (радиационный, полурадиационный, конвективный). Во всех случаях поверхность конвективного теплообмена несколько превышает другие, поэтому в целом комбинированный пароперегреватель имеет слабо выраженную конвективную характеристику и при подъеме нагрузки на котле температура перегрева пара несколько растет.

В виду необходимости глубокого изменения графика нагрузки электростанции желательно иметь возможно больший диапазон регулирования паропроизводительности при сохранении номинальной температуры пара. Номинальная температура пара с допустимыми отклонениями не более +5 и -10°С должна обеспечиваться: по пару высокого давления - в регулировочном диапазоне нагрузок 0,3- 1,0 Dном в прямоточных газомазутных котлах и 0,51,0 Dном в барабанных и прямоточных на твердом топливе, по вторичноперегретому пару - в регулировочном диапазоне 0,6-1,0 Dном.

Классификация методов регулирования температуры пара высокого давлении и промежуточного перегрева

Регулирование температуры пара высокого давления на барабанных котлах основано на понижении температуры по мере перегрева пара при ее превышении заданного значения в регулируемой точке. Поэтому размер поверхности пароперегревателя устанавливают такой, чтобы при нагрузке 0,5Dном без каких-либо воздействий обеспечить номинальный перегрев пара. При нагрузках выше 0,5Dном излишний перегрев пара снимается в пароохладителях. В прямоточных котлах поддержание номинальной температуры обеспечивается изменением соотношения Вк/Gпв при расчетных поверхностях нагрева радиационных и конвективных перегревателей.

Устройства для регулирования температуры пара в нескольких местах пароперегревательного тракта используются при переходных режимах для стабилизации температуры пара в этих местах. Регулирование промежуточного перегрева пара обеспечивается путем догрева пара до необходимой температуры при нагрузках ниже номинальной. Для этих целей применяются как паровые, так и газовые методы регулирования.

Впрыскивающий пароохладитель. Для поддержании установленной температуры пара высокого давления почти исключительно применяются впрыскивающие пароохладители путем ввода (впрыск.1) в поток частично перегретого пара питательной воды или конденсата, имеющих температуру на °С ниже охлаждаемого пара. Впрыскивающий пароохладитель (рис. 7.10) устанавливают на прямом участке паропровода или в коллекторе длиной 6-7 м, охлаждающая вода или конденсат вводится в поток пара через форсунку-распылитель с несколькими отверстиями диаметром 3- 6 мм.

Впрыскивающий пароохладитель: а с цилиндрической защитной рубашкой; б с соплом Вентури; 1 водяная форсунка; 2 штуцер; 3 корпус пароохладителя; 4 защитная рубашка; 5 сопло Вентури; 6 - вход охлаждающей воды; 7 - вход пара.

Во избежание попадания относительно холодных струй воды на горячие стенки корпуса (коллектора) внутри него установлена разгруженная от давления защитная рубашка цилиндрической формы или в виде сопла Вентури. Ее размер (3-5 м) определяется расчетной длиной участка испарения капель влаги.

Снижение температуры перегретого пара впрыскивающим пароохладителем достигается на некотором расстоянии от места ввода воды, так как на испарение капель конденсата и последующий перегрев образовавшегося из них пара требуется некоторый промежуток времени, а скорость потока пара в пароохладителе более 40 м/с. Уменьшения этого расстоянии достигают более тонким распылением воды за счет уменьшения диаметра отверстий форсунки и увеличения перепада давления между впрыскиваемой водой и паром и по возможности увеличением разности температур пара и конденсата.

Тепловой баланс пароохладителя можно записать в форме двух уравнений: теплосъем в потоке пара Тепловосприятие впрыскиваемой воды

D/п Dвпр расход пара перед пароохладителем и воды на впрыск, кг/с; h/по, h//по энтальпия пара на входе и выходе пароохладителя, к Дж/кг; hв, hp -энтальпия недогрева воды до насыщения и перегрева насыщенного пара до окончательной температуры h//по, к Дж/кг; r - теплота парообразования, к Дж/кг. В результате осуществления впрыска воды в пар расход пара после пароохладителя возрастает на значение Dвпр. Разность hpо=h/по-h//по называют удельным теплосъемом в пароохладителе. Он составляет обычно(в целом на весь пароперегреватель) hpо=60-85 к Дж/кг или в пересчете на изменение температуры tпо= 30-45°С.

Расход воды на впрыск в пределах пароохладителя можно определить, составив тепловой и материальный баланс пароохладителя: Здесь дополнительно h впр энтальпия воды, поступающей на впрыск к Дж/кг. Уравнение позволяет определить необходимый расход воды на впрыск, если задан удельный теплосъем в пароохладителе hpо.

Изменение температуры перегретого пара при различном размещении пароохладителя в тракте пара: а общая схема установки впрыскивающих устройств; б изменение температуры пара; 1-3 места установки пароохладителей и изменение температуры пара в тракте пароперегревателя lпе; 4 предельно допустимая температура металла поверхности; РП радиационный перегреватель; КП конвективный перегреватель; tн.п, tп.п температура насыщенного и перегретого пара.

Пароохладитель можно устанавливать за пароперегревателем, в рассечку между ступенями пароперегревателя, либо на стороне насыщенном пара. При установке пароохладителя на выходе из него обеспечивается надежное поддержание заданной температуры пара перед турбиной, но металл пароперегревателя в его выходной части остается не защищенным от высокой температуры пара, и потому такой метод применять нельзя. Установка пароохладителя по остальным вариантам защищает металл пароперегревателя. Однако по мере удаления впрыскивающего устройства от выхода из перегревателя возрастает инерционность регулирования и снижается точность поддержания температуры.

Схема расположения впрыскивающих пароохладителей в тракте прямоточного парового котла: ВПР впрыскивающий пароохладитель; РПК регулирующий питательный клапан.

Обычно для регулирования температуры пара используют не один, и два-три пароохладителя, установленные между отдельными пакетами перегревателя. Один из них устанавливают чаще всего перед ширмовым перегревателем ШП (или в рассечку его) для обеспечения надежной работы металла этой сильно теплонапряженной поверхности. Этот впрыск является наибольшим по воздействию h1= (0,5-0. 6) hpо, его дополнительная задача состоит в стабилизации энтальпии пара на выходе из радиационных поверхностей с учетом неравномерности тепловыделения по стенам топки.

Второй рекомендуется устанавливать перед конвективными пакетами перегревателя - для стабилизации температуры пара после ширм. На барабанных котлах обычно второй пароохладитель отсутствует, а на прямоточных при его установке теплосъем принимают h II = (0,3-0,4)h по. Последний пароохладитель является под регулирующими устанавливается перед выходным пакетом перегревателя, имеющим небольшое тепловосприятие по пару ( к Дж/кг). Задача пароохладителя - окончательно стабилизировать температуру перегретого пара на выходе из котла.

Расчетное количество впрыскиваемой воды составляет G впр = (0,05-0,08)D ном на прямоточных котлах и до 0,1D ном на барабанных. Впрыскивающие пароохладители требовательны к качеству воды, используемой для впрыска. Прямоточные паровые котлы питаются в основном очищенным конденсатом и обессоленной добавочной водой, в связи с чем их оборудуют впрыскивающими пароохладителями, использующими питательную воду.

В барабанных паровых котлах при сильно минерализованной питательной воде конденсат для впрыска получается в самом котле за счет конденсации части насыщенного пара, отбираемого из барабана котла. Такой способ получения качественной воды для впрыска называется схемой впрыска собственного конденсата (рисунок 18)

Рисунок 18 - Схема регулирования перегрева пара впрыском собственного конденсата: 1 - барабан; 2 - линия перелива; 3 - конденсатор; 4 - сборник конденсата; 5 - впрыскивающий пароохладитель; 6 - экономайзер; 7 – регулятор

Конденсация насыщенного пара происходит за счет отвода теплоты к питательной воде, поступающей затем в экономайзер. В нижней части конденсатора установлен конденсатосборник, из которого конденсат поступает в пароохладители, а избыток его через линию перелива возвращается в барабан.

Для регулирования температуры промежуточного перегрева пара чаще всего применяются паро паровые теплообменники (ППТО), в которых часть теплоты пара высокого давления передается пару, поступающему на вторичный перегрев. Первая часть пароперегревателя высокого давления, находящаяся до ППТО, обладает в основном радиационной характеристикой, а промежуточный перегреватель является конвективным (рисунок 19).

Рисунок 19 - Схема включения ППТО в тракте котла СКД.

При снижении нагрузки на котле температура пара высокого давления после прохождения радиационной части перегревателя перед ППТО будет несколько возрастать, а в конвективном промежуточном перегревателе - снижаться. Изменение тепловосприятия ППТО обеспечивается пропуском части вторично перегреваемого пара помимо ППТО через байпасную линию с регулирующим клапаном.

Если уменьшить расход пара через байпасную линию (увеличить через ППТО), то температура пара в точке смешения за ППТО (или что то же самое - перед конвективной поверхностью перегревателя) повысится, компенсируя снижение тепловосприятия конвективной поверхности при пониженной нагрузке.

Секция паро парового теплообменника состоит из системы трубок диаметром мм, помещенных в коллектор диаметром мм. Для лучшей компенсации температурных удлинений трубной системы и компактности устройства теплообменнику придают U- образную форму. Диапазон регулирования температуры пара в ППТО составляет 30-40°С.

Паропаровые теплообменники можно рассматривать как часть поверхности нагрева промежуточного пароперегревателя, так как через них всегда проходит небольшой поток пара. По тракту вторично перегреваемого пара теплообменники устанавливают перед входом в конвективную поверхность.

Методы газового регулирования Газовое регулирование применяется для поддержания требуемой температуры пара промежуточного перегрева путем догрева пара при пониженной нагрузке. В этом случае конвективная поверхность устанавливается таких размеров, чтобы при номинальной нагрузке была обеспечена заданная температура пара, а при пониженной нагрузке расход газов через поверхность увеличивается.

Газовое регулирование вызывает дополнительные расходы энергии на тягу и увеличение потерь теплоты с уходящими газами. Определенное влияние изменение расхода газов оказывает на температуру перегрева свежего пара, что усложняет эксплуатацию.

С учетом инерционности газового регулирования в мощных котлах этот метод применяется совместно с паровым. Рециркуляция продуктов сгорания обеспечивается возвратом части газов V рц из газохода после экономайзера с температурой t рц = 350 – 450 °С в топочную камеру. Газы рециркуляции вводятся либо в кольцевой канал вокруг горелки, либо непосредственно в короб воздуха горелок (рисунок 20).

Поскольку абсолютное давление газов в топке выше, чем в месте отбора их на рециркуляцию, подача газов в топку возможна только специальным дымососом рециркуляции газов. В связи с этим возрастают общие собственные затраты энергии котлом на перекачку газов. Кроме того, возврат части газов в топку увеличивает общий объем газов в тракте от топки до места отбора газов и сопротивление этого тракта, отчего дополнительно увеличиваются затраты энергии на тягу в основных дымососах.

Доля рециркуляции изменяется обычно от 5 до 40% и увеличивается по мере снижения нагрузки, когда заметно уменьшается тепловосприятие конвективных поверхностей промежуточного перегревателя.

В результате ввода рециркулирующих газов в топку происходит снижение температуры горения в топке, уменьшение тепловосприятия топочных экранов и увеличение тепловосприятия конвективных поверхностей. В итоге в среднем 1% рециркуляции газов обеспечивает повышение температуры пара на 1,0-1,5°С.

Рециркуляция дымовых газов в широком диапазоне применяется преимущественно на газомазутных котлах, на которых ввод инертных газов в зону горения практически не влияет на полноту сгорания топлива и поверхности которых не подвержены золовому износу при повышенной скорости газов в газоходах.

Наличие рециркуляции газов приводит к некоторому повышению температуры уходящих газов и, следовательно, потерь теплоты с ними. При этом несколько возрастет расход топлива по сравнению с режимом без рециркуляции.