Выводы

1. Установлена принципиальная возможность использования существующей компоновки паро­ вого котла ТП-170 для его работы на пониженных параметрах перегретого пара ( pïå = 4 ÌÏà,

tïå = 440°Ñ).

2. Ожидаемый КПД котла в пределах паропро­

84 – 87% при сжигании каменного угля. Удельный расход условного топлива порядка 37 – 37,5 кг ГДж при сжигании газового топлива и 39,1 – 40,3 кг ГДж при сжигании каменного угля.

3. Показана целесообразность отказа от первой ступени пароперегревателя для уменьшения на­ грузки на пароохладитель и гидравлических по­

терь в паровом тракте в условиях снижения температуры перегретого пара до 440°С.

Список литературы

1.Стырикович М. А., Катковская К. Я., Серов Е. П. Парогенераторы электростанций. Ì.-Ë.: Энергия, 1966.

2.Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод)

Под ред. Кузнецова Н. В., Митора В. В., Дубовско­ го И. Е., Карасиной Э. С. М.: Энергия, 1973.

3.Гидравлический расчет котельных агрегатов (нормативный метод) Под ред. Локшина В. А., Петерсона Д. Ф., Швар­ ца А. Л. М.: Энергия, 1978.

4.Тепловые и атомные электрические станции: Справочник Под общ. ред. Григорьева В. А., Зорина В. М. М.: Энерго­ атомиздат, 1989.

5.Правила технической эксплуатации электрических стан­ ций и сетей. М.: Энергоатомиздат, 1989.

ТЭЦ-26 АО Мосэнерго – АО “Фирма ОРГРЭС” – ВТИ

Решение вопроса автоматического регулирова­ ния температуры пара промперегрева при исполь­ зовании в эксплуатации технологических методов подавления оксидов азота (ступенчатое сжигание топлива, рециркуляция дымовых газов) зависит от возможности получения необходимого для автома­ тического регулирования значения температуры пара за впрыскивающими пароохладителями низ­ кого давления, установленного в паропроводах диаметром 426/386 перед второй ступенью пром­ перегревателя.

Важнейшим условием для решения данного вопроса является применение регулирующего кла­ пана, обеспечивающего надежное регулирование температуры пара промперегрева в эксплуатаци­ онном диапазоне нагрузок котла.

Технические характеристики регулирующей арматуры чеховского завода Энергомаш, использу­ емой в системе регулирования температуры пере­ гретого пара промперегрева котла ТГМП-344А, уже не соответствуют реальным условиям их экс­ плуатации. Вызвано это, в первую очередь, тем, что при проектировании котла впрыск питатель­ ной воды в тракт промперегрева предусматривал­ ся как аварийный, включаемый в работу периоди­ чески при нестационарных процессах и возникно­ вении нештатных ситуаций.

При работе в новом режиме к характеристикам клапанов предъявляются повышенные требова­ ния. Непрерывное использование с полной загруз­ кой одного или двух дымососов рециркуляции га­

зов (ДРГ) с целью снижения выбросов в атмосфе­ ру оксидов азота до нормативных значений вызвало необходимость введения автоматического регулирования температуры пара промперегрева при работе котла в эксплуатационном диапазоне нагрузок. В связи с изменившимися условиями работы конвективных поверхностей нагрева котла к клапанам должны предъявляться более жесткие требования.

Конструкция регулирующего органа должна обеспечить линейную характеристику при работе на небольших расходах (от 0 до 10 т ч) и относи­ тельно больших перепадах давлений (от 1,856 МПа при расходе 10 т ч до 2,33 МПа при расходе 3 т ч).

Регулирующие клапаны чеховского завода Энергомаш серии 870-50-Э не обеспечивают выполнение указанных требований.

Один из вариантов решений этой проблемы – установка хорошо зарекомендовавших себя на ряде электростанций поворотно-дисковых клапа­ нов. Однако для выполнения этого варианта необходимы изменение существующей трассировки трубопроводов и установка на клапанах встроенных приводов типа МЭОФ, что требует значительных материальных и трудовых затрат. Альтернати­ вой поворотно-дисковым клапанам является при­ менение клапанов многоступенчатого дросселиро­ вания. В настоящее время на ряде электростанций применяется многоступенчатый регулирующий

клапан Ду 40 мм, разработанный ВНИАМ совме­ стно с ТОО “Интерарм”, предназначенный для си­ стем впрыска прямоточных котлов ТЭС.

Испытания этого клапана на ТЭЦ-26 показали, что он имеет хорошие расходные характеристики, но в процессе эксплуатации выявился ряд недо­ статков:

неоднократно нарушалась герметичность штокового сальникового уплотнения;

более высокие ремонтные трудозатраты по сравнению с клапанами типа 870-50-Э;

изготовление отдельных деталей клапана, не­ смотря на сравнительно простое конструктивное исполнение, возможно лишь в заводских условиях.

В связи с этим возникла необходимость разра­ ботки клапана, лишенного указанных недостатков. По техническому заданию, представленному ВТИ, АО “Фирма ОРГРЭС” разработала двухступенча- тый регулирующий клапан на базе установленных на котлах ТЭЦ-26 клапанов ЧЗЭМ 870-50-Э. Пред­ ложенная АО “Фирма ОРГРЭС” конструкция кла­ пана (ðèñ. 1) отличается сравнительной простотой, в ней максимально используются детали от клапа­ на ЧЗЭМ. Изготовлению подлежали четыре дета­ ли: золотник 2, øòîê 3, втулка сальниковая 4 è ñåä­ ëî 5. Реконструкция может быть проведена без де­ монтажа клапанов из трубопровода, если в корпусе 1 модернизируемого клапана установлено седло 6 исполнения 01 или 02, равное диаметру золотника.

Модернизация существующего регулирующе­ го клапана состоит в следующем:

преобразование регулирующего органа клапа­ на в регулирующий орган двойного дросселирова­ ния;

выполнение на клапане проходных сечений каждой ступени, рассчитанных исходя из реальных условий эксплуатации клапанов на узле пром­ перегрева данного котла;

выполнение съемного, свободно подвешенного на штоке золотника;

уменьшение рабочего хода клапана с 44 до 34 мм.

Расчеты показывают, что при одноступенчатом регулировании и реальном перепаде давлений на клапане 1,865 МПа требуемое проходное сечение клапана равно 79 мм2, для выполнения которого при проектном ходе клапана 44 мм на золотнике следует выполнить две щели шириной 1 мм. Реа­ лизация такого решения связана с определенными трудностями, а главное, есть опасность, что в про­ цессе эксплуатации щели будут забиваться содер­ жащимися в рабочей среде инородными частица­ ми.

Применение двухступенчатого дросселирова­ ния позволило снизить в 2 раза перепад давлений на каждой ступени регулирования и тем самым увеличить требуемую максимальную площадь проходного сечения до 112 мм2 (ðèñ. 2), что при ходе 34 мм позволило выполнить на каждой ступе-

24

2

1

43

60

120

Рис. 1. Рабочая часть регулирующего клапана конструк­ ции ОРГРЭС

ни по два ступенчатых отверстия с участками шириной 2,0 и 2,5 мм. Профилированное отверстие первой ступени выполнено на втулке, размещен­ ной на входе воды из подводящего патрубка в ка­ меру корпуса, а второй – на цилиндрической части золотника. Регулирование расхода воды на первой ступени осуществляется изменением площади от­ верстий на втулке, открытых для прохода среды в камеру корпуса при возвратно-поступательном пе­ ремещении буртика золотника, а на второй – изме­ нением площади отверстий золотника, находяще­ гося над седлом.

В клапанах ЧЗЭМ 870-50-Э ходовая втулка, обеспечивающая поступательное движение золот­ ника, находится на большом расстоянии от на­ правляющего отверстия седла. При выполнении золотника заодно со штоком, даже при небольшой несоосности этих элементов, возникают проблемы: при сборке клапана очень трудно обеспечить плотное прилегание уплотнительной поверхности золотника к уплотнительной поверхности седла. Для исключения этого явления золотник клапана свободно подвешен на Т-образный конец штока, что обеспечивает его самоустановку относительно седла.

Одним из существенных недостатков клапанов ЧЗЭМ 870-50-Э является нарушение герметично­ сти сальникового уплотнения при работе на больших перепадах давления из-за возникающей в

этом режиме вибрации штока. Предлагаемое решение устраняет этот недостаток.

Конструктивная характеристика клапана, рас­ считанная на базе исходных данных, предоставленных ВТИ, показана на ðèñ. 2.

Испытания клапана в рабочих условиях были проведены на ТЭЦ-26 Мосэнерго на котле ТГМП-344А ст. ¹ 7, где они используются в качестве регулято­ ров температуры перегретого пара промперегрева. Целью испытаний было определение температурных характеристик (диапазона регулирования тем-

GA1, ò/÷

обозначения см. рис. 3

пературы пара промперегрева), пропускной спо­ собности и работоспособности клапанов.

Для испытаний на котле были модернизированы четыре регулирующих клапана. Перед испытаниями была выполнена проверка показаний и тер­ мопар по температуре пара каждого ВПО перед и за впрыском, а также температуры пара промпе­ регрева за КПП НД второй ступени каждой из че- тырех ниток. Кроме того, была проведена провер­ ка расходомеров на трубопроводах впрыскиваемой воды, фиксировавших суммарные расходы воды на промперегрев по ниткам À è Á – G À è G Á.

Указатели положений (УП) всех четырех клапанов были выставлены в положение 0 (“закрыто”) и в положение 100% (“полностью открыто”).

При расходе свежего пара Dîï = 925 ò ÷ (Dïï = 740 т ч) проведены испытания, определившие расходные характеристики клапанов в диапа­ зоне УП от 0 до 100%. Результаты испытаний од­ ного из клапанов показаны на ðèñ. 3 è 4.

Полученные характеристики клапанов линейны и пригодны для настройки автоматического ре­ гулирования температуры пара промперегрева.

Íà ðèñ. 5 показан диапазон фактически необходимых изменений температуры пара промперегре­ ва. Так, в пароохладителе (ВПО) перемещение клапана на 19 мм хода дает примерно 10,5 т ч впрыска, что приводит к снижению температуры в зоне впрыска примерно на 66°С и изменению температуры за КПП НД второй ступени на 55°С. Из ðèñ. 5 следует, что клапан пригоден для регулиро­ вания температуры вторичного пара (tâò) îò 525 äî

577°С, что является достаточным условием надеж­ ной работы металла конвективного промперегре­ вателя.

Дальнейшее увеличение расхода воды при УП = 80 90% приводит к захолаживанию изме­

рительной гильзы температуры пара за впрыском и создает ложный скоростной сигнал для регуля­ тора температуры.

При настройке автоматического регулирования tâò должны быть соблюдены рекомендуемые огра­

ничения по ходу клапана (h) с помощью концевых выключателей электропривода.

Выводы

1.Разработан многоступенчатый регулирую­ щий клапан, имеющий достаточно небольшой нерегулируемый пропуск и линейную расходную ха­ рактеристику.

2.Клапан выполнен на базе серийного клапа­ на чеховского завода Энергомаш, имеет достаточ­ но простое конструктивное исполнение, техноло­ гичен в изготовлении и ремонте, может изготавли­ ваться в условиях ТЭС.

3.Клапан обеспечивает качественное автома­ тическое регулирование температуры перегретого пара в эксплуатационном диапазоне нагрузок.

4.Применение разработанных клапанов на современных ТЭС позволит повысить надежность и экономичность работы котлов.

Топка является важнейшей частью котла, от ко­ торой в большой степени зависит его экономич­ ность и надежность. Однако стационарные системы контроля температурного режима экранов топ­ ки в настоящее время не находят широкого приме­ нения ввиду низкой надежности датчиков и трудо­ емкости их замены. И только на некоторых станциях прошли опробование системы техниче­ ской диагностики экранов [1].

В экспериментальных работах по оценке теп­ лового состояния топки проводятся измерения лу- чистых тепловых потоков, локальных температур факела и температуры труб экранов. При этом применяются различные средства и методы изме­ рений.

Так, например, на московской ТЭЦ-26 в опытной эксплуатации находится установка тепловизи­ онного контроля горения в топке котла на базе новых ПЗС-камер (прибор зарядовой связи) [2]. В [3]

1 В порядке обсуждения. Р е д .

показано, что контроль светимости факела осуще­ ствлялся переносным пирометром типа “Про­ минь”; в [4] – температура факела в топочном объ­ еме определялась с помощью отсосных термопар; в [5] – тепловые потоки измерялись с помощью переносных торцовых и поворотных сдвоенных термозондов с двусторонними приемниками пото­ ка; в [6] – тепловое излучение пламени фиксирова­ лось с помощью радиометра; в [7] – тепловая на­ грузка панелей экранов определялась по интен­ сивности циркуляции среды, для чего необходимо было определять скорость движения воды в опускных трубах.

Для контроля температурных условий работы экранов чаще всего применяются радиометриче­ ские [1, 8, 9] и температурные вставки [10, 11]. Ра­ диометрические вставки в отличие от температурных имеют встроенные термопары как у наруж­ ной, так и у внутренней поверхности трубы, что позволяет кроме температуры трубы определить воспринятый тепловой поток.

qïàä

123°Ñ

180

115

92

115

77

Рис. 1. Эпюры температур наружной стенки по периметру плавниковой трубы

qïàä

Рис. 2. Схема установки датчиков температуры

Температурные вставки несколько проще, име­ ют термопары только у наружной поверхности трубы и применяются в основном на барабанных котлах, где температура внутренней стенки трубы определяется по давлению насыщения в барабане котла. Максимальная длительность работы температурных вставок без их замены составляет 12 мес [12]. И только термопары, изготовленные из тер­ моэлектродного жаростойкого кабеля, могут рабо­ тать более длительное время [11].

Температурная вставка представляет собой от­ резок трубы длиной 200 – 300 мм диаметром и толщиной стенки, равными экранным трубам. По периметру этого отрезка трубы делается проточка, в которую укладывается термопара. От выгорания ее защищают нихромовой пластинкой. Концы холодных спаев через специальные, защищенные от влияния высоких температур выводы подключают к вторичному прибору. У плавниковых труб в мес­ те прохода термопары применяется специальная технология крепления плавника.

Для установки такой вставки требуется предва­ рительно вырезать отрезок трубы экрана и вварить на его место вставку. Для их замены требуется

Рис. 3. Места расположения датчиков температуры

останов и расхолаживание котла. В связи с тем, что состояние наружной и внутренней поверхно­ сти металла вставки отличается от состояния экранных труб котла, то и температура, измеряемая такими вставками, может значительно отличаться от реальной температуры экранных труб [10].

В целом ряде задач, связанных с эксплуатацией котла, важно знать не столько действительную температуру экранов, сколько тенденции ее изме­ нения.

Влияние вида топлива, нагрузки котла, рецир­ куляции газов, реконструкции горелочных устройств, изменения режима сжигания топлива и ряд других задач – вот область, в которой эксплуа­ тационному персоналу интересно знать, где и на­ сколько изменяется температура металла экранов, особенно, если бы система контроля изменения температуры была дешевой, простой в изготовле­ нии и надежной в эксплуатации.

Учитывая высокую теплопроводность стали, можно принять, что температура плавника (или приваренной проставки между трубами) с внешней стороны достаточно жестко связана с локальным падающим потоком излучения.

Для котла ТГМЕ-464, у которого топочная ка­ мера экранирована трубами диаметром 60 48 мм с вваренными проставками (плавниками) шириной 20 мм и толщиной 6 мм для теплового потока

qïàä = 580 êÂò ì2 при отсутствии внутренних от­ ложений в [13] приведены эпюры температуры по

наружному периметру плавниковой трубы, полу- ченные на стенде электрического моделирования тепловых процессов (ðèñ. 1).

Эпюры представлены в избыточных темпера­ турах tè = tíñ – tñð, ãäå tíñ – температура наружной стенки; tñð – температура среды в трубе. Из ðèñ. 1 следует, что максимальная температура будет на плавнике посередине между трубами со стороны топки. Температура металла плавника для приведенных условий оказалась на 88°С выше, чем на лобовом участке экранной трубы. Если принять, что температура среды составляет 335°С, то тем­ пература экранной трубы будет достигать 458, а плавника 546°С. Несколько ниже температура ме­ талла плавника будет со стороны теплоизоляции – 505°С.

Оптимальным местом для удобства монтажа датчика температуры представляется центральная часть наружной стороны плавника. Установка и при необходимости замена термопары по сравне­ нию, например, с термовставкой значительно упрощается. При этом не требуется не только вырезка трубы, но и вообще отпадает необходимость проведения работ со стороны топки. Схема уста­ новки термопары показана на ðèñ. 2.

Определение температуры плавника интересно не только с точки зрения температурных условий работы экранных труб, но также имеет и самосто­ ятельное значение. Длительные высокие температуры плавника могут вызвать его прогорание, что приведет к фильтрации газов высокой температуры через обмуровку и к ускоренному разогреву металла рядом с появившейся неплотностью, в том числе и экранной трубы, а также к разрушению теплоизоляции.

Учитывая, что в результате внутренних отло­ жений температура металла трубы может увеличи­ ться на 60 – 70°С, а также возможный наброс пла­ мени при переходных процессах в топке, для го­ ловной системы контроля в области максимальных тепловых потоков устанавливают термопары ТХА-1489 с рабочим диапазоном до 900°С. Термопары с помощью компенсационного провода типа М соединены с автоматическим потенциометром КСП-2-028.

Целевым назначением разработанной системы является исследование влияния на экраны режи-

мов нестехиометрического сжигания мазута и проверка возможности их применения для уменьшения падающего лучистого потока в зоне максимальных температур. В связи с этим было выбрано четыре уровня установки датчиков по высоте, а к установке принято 24 датчика. Места установки датчиков показаны на ðèñ. 3.

Предложенная система внедрена на котле ТГМЕ-464 Нижнекамской ТЭЦ-2, ст. ¹ 1 в конце 2000 г. Технология установки аналогична установ­ ке датчиков температуры необогреваемой части пароперегревателя.

Натурные испытания системы показали, что температура на внешней стороне проставок оказа­ лась существенно ниже ожидаемой и составляла в основном от 330 до 400°С, что даже несколько ниже средних температур лобовой части экранных труб для аналогичных условий [14].

Оказалось также, что показания термопар си­ льно зависят как от индивидуальных особенно­ стей, имевших место при монтаже каждой термопары, так, по-видимому, и от состояния поверхно­ сти плавника, обращенной в сторону топки, и сварного шва между проставкой и экранной тру­ бой. В результате непосредственные показания термопар не дают характерных профилей темпера­ тур по высоте и ширине топки и для их получения требуют дополнительной индивидуальной тари­ ровки. Однако по изменению показаний термопар можно судить об изменении теплового воздейст-

вия на экраны в результате тех или иных меропри­ ятий.

Влияние нагрузки котла и вида топлива на температуры плавников экранов показано на ðèñ. 4. Приведенные данные получены на котле после кислотной промывки. Как и следовало ожидать, температура плавников при сжигании мазута ока­ залась выше, чем при сжигании природного газа. Объясняется это более сильным излучением ма­ зутного факела. Разница температур в данном слу­ чае составляет для разных термопар от 3 до 15°С (в зависимости от места их установки). Из ðèñ. 4 также следует, что предлагаемая система на изме­ нение температурного режима топки реагирует примерно так же, как и термовставки [14].

Во время проведения натурных испытаний был зафиксирован режим аварийного отключения кот­ ла из-за разрыва трубы левого экрана при работе на газе при нагрузке 450 т ч (ðèñ. 5). Èç ðèñ. 5 видно, что часть датчиков показала периодическое резкое охлаждение металла с последующим временным повышением температуры. По ðèñ. 5 так­ же можно судить о динамических характеристиках установленной системы.

Выводы

1.Предложена новая, простая в изготовлении

èотносительно недорогая система непрерывного температурного контроля экранов топки котла.

2.Предложенная система позволяет зафикси­ ровать изменение температуры экранов при том или ином воздействии на режим горения топлива

èоценить его влияние на надежность экранов.

3.Предложенная система имеет примерно та­ кую же чувствительность, как и системы, основанные на температурных вставках.

Список литературы

1.Соколов В. В., Литвинова Л. А. Тепловые нагрузки в топке котла энергоблока 800 МВт при сжигании природного газа. – Теплоэнергетика, 1998, ¹ 5.

2.Горюнов И. Т., Маханьков А. К. Внедрение научно-техни­ ческих разработок на предприятиях Мосэнерго. – Элект­ рические станции, 1997, Специальный номер.

3.Повышение эффективности использования технологии ступенчатого сжигания пыли кузнецкого угля на котлах ПК-40 с жидким шлакоудалением Осинцев В. В., Джун­ дубаев А. К., Дронов О. В. и др. – Электрические стан­ ции, 1995, ¹ 9.

4.Магидей П. Л., Воротников Е. Г. Изменение условий ло­ кального и суммарного теплообмена в топке при рецирку­ ляции газов под факел. – Энергомашиностроение, 1972, ¹ 3.

5.Магидей П. Л., Филонов А. Ф. Особенности локального теплообмена в топке и работа радиационных панелей при двух способах ввода рециркулирующих газов. – Энергомашиностроение, 1974, ¹ 2.

6.Локальные тепловые нагрузки в топке высоконапорного парогенератора Сторожук Я. П., Антоновский В. И., Павлов В. А., Черкун Ю. П. – Энергомашиностроение, 1967, ¹ 2.

7.Использование сигнала по тепловосприятию топочных эк­ ранов для оценки теплонапряженности поверхностей на­

грева барабанного котла Лесничук А. Н., Лошкарев В. А., Плетнев Г. П. и др. – Вестник МЭИ, 1999, ¹ 3.

8.Литвинова Л. А., Соколов В. В., Беляков И. И. Тепловосп­ риятие топки котла ÒÃÌÏ-344 и температурный режим ее экранов. – Электрические станции, 1984, ¹ 6.

9.Семеновкер И. Н., Генделев В. Г. Радиометрическая встав­ ка в экранные поверхности нагрева. – Теплоэнергетика, 1970, ¹ 4.

10.Щеткин В. С. Исследование работоспособности труб фронтового экрана котла БКЗ-420-140 НГМ Бобруйской ТЭЦ-2. – Теплоэнергетика, 1985, ¹ 1.

11.К вопросу измерения температуры металла труб экранов

парогенераторов Мотин Г. И., Пикус В. Ю., Его­ ров Э. Д. и др. – Теплоэнергетика, 1976, ¹ 11.

12.Красякова Л. Ю., Беляков И. И. Отложения окислов желе­ за в НРЧ котла на закритическое давление с мазутной топ­ кой. – Теплоэнергетика, 1970, ¹ 1.

13.Холщев В. В. Тепловые нагрузки и температурный режим экранных труб барабанного котла газоплотного исполне­ ния, работающего на мазуте. – Теплоэнергетика, 1986, ¹ 10.

14.Бреус В. И., Беляков И. И. Анализ температурного режима топочных экранов котлов ТГМЕ-464. – Электрические станции, 1986, ¹ 8.