Потапов А. А., Какузин В. Б., Черняк В. Н., Никитин С. В.
Решение вопроса автоматического регулирования температуры пара промперегрева при использовании в эксплуатации технологических методов подавления оксидов азота (ступенчатое сжигание топлива, рециркуляция дымовых газов) зависит от возможности получения необходимого для автоматического регулирования значения температуры пара за впрыскивающими пароохладителями низкого давления, установленного в паропроводах диаметром 426/386 перед второй ступенью промперегревателя.
Важнейшим условием для решения данного вопроса является применение регулирующего клапана, обеспечивающего надежное регулирование температуры пара промперегрева в эксплуатационном диапазоне нагрузок котла.
Технические характеристики регулирующей арматуры чеховского завода Энергомаш, используемой в системе регулирования температуры перегретого пара промперегрева котла ТГМП-344А, уже не соответствуют реальным условиям их эксплуатации. Вызвано это, в первую очередь, тем, что при проектировании котла впрыск питательной воды в тракт промперегрева предусматривался как аварийный, включаемый в работу периодически при нестационарных процессах и возникновении нештатных ситуаций.
При работе в новом режиме к характеристикам клапанов предъявляются повышенные требования. Непрерывное использование с полной загрузкой одного или двух дымососов рециркуляции газов (ДРГ) с целью снижения выбросов в атмосферу 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 относительно 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 клапанов. 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. Альтернативой поворотно-дисковым клапанам является применение клапанов многоступенчатого дросселирования. В настоящее время на ряде электростанций применяется многоступенчатый регулирующий клапан Ду 40 мм, разработанный ВНИАМ совместно с ТОО “Интерарм”, предназначенный для систем впрыска прямоточных котлов ТЭС.
Испытания этого клапана на ТЭЦ-26 показали, что он имеет хорошие расходные характеристики, но в процессе эксплуатации выявился ряд недостатков:
неоднократно нарушалась герметичность штокового сальникового уплотнения;
более высокие ремонтные трудозатраты по сравнению с клапанами типа 870-50-Э;
изготовление отдельных деталей клапана, несмотря на сравнительно простое конструктивное исполнение, возможно лишь в заводских условиях.
В связи с этим возникла необходимость разработки клапана, лишенного указанных недостатков. По техническому заданию, представленному ВТИ, АО “Фирма ОРГРЭС” разработала двухступенчатый регулирующий клапан на базе установленных на котлах ТЭЦ-26 клапанов ЧЗЭМ 870-50-Э. Предложенная АО “Фирма ОРГРЭС” конструкция клапана (рис. 1) отличается сравнительной простотой, в ней максимально используются детали от клапана ЧЗЭМ. Изготовлению подлежали четыре детали: золотник 2, шток 3, втулка сальниковая 4 и седло 5. Реконструкция может быть проведена без демонтажа клапанов из трубопровода, если в корпусе 1 модернизируемого клапана установлено седло 6 исполнения 01 или 02, равное диаметру золотника.
Модернизация существующего регулирующего клапана состоит в следующем:
преобразование регулирующего органа клапана в регулирующий орган двойного дросселирования;
выполнение на клапане проходных сечений каждой ступени, рассчитанных исходя из реальных условий эксплуатации клапанов на узле промперегрева 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 мм , для выполнения которого при проектном ходе клапана 44 мм на золотнике следует выполнить две щели шириной 1 мм. Реализация такого решения связана с определенными трудностями, а главное, есть опасность, что в процессе эксплуатации щели будут забиваться содержащимися в рабочей среде инородными частицами.
Рис. 1. Рабочая часть регулирующего клапана конструкции ОРГРЭС
Применение двухступенчатого дросселирования позволило снизить в 2 раза перепад давлений на каждой ступени регулирования и тем самым увеличить требуемую максимальную площадь проходного сечения до 112 мм2 (рис. 2), что при ходе 34 мм позволило выполнить на каждой ступни по два ступенчатых отверстия с участками шириной 2,0 и 2,5 мм. Профилированное отверстие первой ступени выполнено на втулке, размещенной на входе воды из подводящего патрубка в камеру корпуса, а второй - на цилиндрической части золотника. Регулирование расхода воды на первой ступени осуществляется изменением площади отверстий на втулке, открытых для прохода среды в камеру корпуса при возвратно-поступательном перемещении буртика золотника, а на второй - изменением площади отверстий золотника, находящегося над седлом.
В клапанах ЧЗЭМ 870-50-Э ходовая втулка, обеспечивающая поступательное движение золотника, находится на большом расстоянии от направляющего 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.
График зависимости площади проходного сечения от относительного хода клапана
Рис. 2. График зависимости площади проходного сечения от относительного хода клапана
Рис. 4. График зависимости изменения температуры пара в ВПО от УП:
Одним из существенных недостатков клапанов ЧЗЭМ 870-50-Э является нарушение герметичности сальникового уплотнения при работе на больших перепадах давления из-за возникающей в этом режиме вибрации штока. Предлагаемое решение устраняет этот недостаток.
Конструктивная характеристика клапана, рассчитанная на базе исходных данных, предоставленных ВТИ, показана на рис. 2.
обозначения см. рис. 3
Рис. 5. График зависимости изменения температуры вторичного пара за КПП НД второй ступени от УП: обозначения см. рис. 3
Рис. 3. Расходная характеристика регулирующего клапана на нитке А1:
+ - прямой ход; о - обратный ход
Испытания клапана в рабочих условиях были проведены на ТЭЦ-26 Мосэнерго на котле ТГМП-344А ст. № 7, где они используются в качестве регуляторов температуры перегретого пара промперегрева. Целью испытаний было определение температурных характеристик (диапазона регулирования температуры пара промперегрева), пропускной способности и работоспособности клапанов.
Для испытаний на котле были модернизированы четыре регулирующих клапана. Перед испытаниями была выполнена проверка показаний и термопар по температуре пара каждого ВПО перед и за впрыском, а также температуры пара промперегрева за КПП НД второй ступени каждой из четырех ниток. Кроме того, была проведена проверка расходомеров на трубопроводах впрыскиваемой воды, фиксировавших суммарные расходы воды на промперегрев по ниткам А и Б - G^A и G^e.
Указатели положений (УП) всех четырех клапанов были выставлены в положение 0 (“закрыто”) и в положение 100% (“полностью открыто”).
При расходе свежего пара = 925 т/ч (Dm = 740 т/ч) проведены испытания, определившие расходные характеристики клапанов в диапазоне УП от 0 до 100%. Результаты испытаний одного из клапанов показаны на рис. 3 и 4.
Полученные характеристики клапанов линейны и пригодны для настройки автоматического регулирования температуры пара промперегрева.
На рис. 5 показан диапазон фактически необходимых изменений температуры пара промперегрева. 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 рис. 5 следует, что клапан пригоден для регулирования температуры вторичного пара (tem) от 525 до 577°С, что является достаточным условием надежной работы металла конвективного промперегревателя.
Дальнейшее увеличение расхода воды при УП = 80 ^ 90% приводит к захолаживанию измерительной гильзы температуры пара за впрыском и создает ложный скоростной сигнал для регулятора температуры.
При настройке автоматического регулирования tem должны быть соблюдены рекомендуемые ограничения по ходу клапана (h) с помощью концевых выключателей электропривода.
Выводы
- Разработан многоступенчатый регулирующий клапан, имеющий достаточно небольшой нерегулируемый пропуск и линейную расходную характеристику.
- Клапан выполнен на базе серийного клапана чеховского завода Энергомаш, имеет достаточно простое конструктивное исполнение, технологичен в изготовлении и ремонте, может изготавливаться в условиях ТЭС.
- Клапан обеспечивает качественное автоматическое регулирование температуры перегретого пара в эксплуатационном диапазоне нагрузок.
- Применение разработанных клапанов на современных ТЭС позволит повысить надежность и экономичность работы котлов.
