Экраны стен газохода парогенератора и способ регулирования промперегрева при их включении в его тракт

Изобретения предназначены для регулирования температуры промперегрева и могут быть использованы на тепловых электростанциях. Экраны стен конвективной шахты включены по среде парогенератора во входную часть первичного тракта парогенератора или во входную часть тракта промперегрева пара через байпас с парораспределительным устройством. Способ регулирования температуры перегрева пара путем распределения расхода пара между конвективной поверхностью тракта промперегрева и ее байпасом в тракте промперегрева парогенератора заключается в том, что распределение расхода пара осуществляется либо между экранами стен конвективной шахты и трубопроводами «холодного» пара промперегрева и в этом случае экраны включены в тракт промперегрева до конвективной поверхности тракта промперегрева, либо между экранами стен конвективной шахты и конвективной поверхностью тракта промперегрева и в этом случае экраны включены в байпас конвективной поверхности тракта промперегрева. Изобретения обеспечивают повышение надежной работы экранов стен конвективной шахты в пусковых режимах в условиях значительных неравномерностей тепловыделения и обеспечение эффективного способа регулирования температуры промперегрева. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 12 ил, 2 табл.

 

1-е Изобретение - в составе группы - относится к энергетике, в частности к экранам стен вертикальных газоходов парогенераторов (котлов), в которых размещаются поверхности нагрева, оно может быть использовано на тепловых электростанциях.

2-е Изобретение - в составе группы - относится к энергетике, в частности к способу регулирования температуры промперегрева путем изменения расхода пара через байпас элемента тракта промперегрева, оно может быть использовано на тепловых электростанциях.

К 1-му изобретению в составе группы. Известны экраны, выполненные из труб с циркулирующей в них рабочей средой, образующих стены вертикальных газоходов парогенераторов - конвективные шахты - КШ, в которых размещаются конвективные поверхности нагрева [1].

Так, на котле П-67 блока 800 МВт сверхкритического давления первичного пара - СКД имеются вертикальные с опускным потоком газов газоходы с конвективными поверхностями нагрева, стены которых экранированы вертикальными трубами, образующими газоплотные поверхности нагрева - экраны стен конвективной шахты - экраны СКШ. Эти поверхности включены в первичный тракт котла. Они одноходовые, с подъемным ходом среды в параллельно включенных вертикальных трубах.

В существующих схемах прямоточных парогенераторов экраны СКШ включены в первичный тракт котла по ходу рабочей среды после топочных экранов и после экранов горизонтальных газоходов. Они «входят» в начальный участок пароперегревательной зоны первичного тракта. При этом отдельные экраны СКШ по среде включены параллельно и имеют подъемный ход. Экраны СКШ могут выполняться газоплотными путем сварки между собой труб, например 32×6, пластинами шириной до 40 мм (котел П-67). При «П» и «Т»-образных компоновках парогенераторов среда из более короткого внутреннего экрана КШ может поступать через промежуточный коллектор в трубы, пересекающие горизонтальный газоход, которые служат подвесными трубами внутреннего экрана КШ - ПТШ. Выходные участки других экранов СКШ образуют вертикальные стены поворотной камеры - ПК, в которую поступает поток газов из горизонтального газохода, размещенного за топкой. В ряде случаев в пределах КШ по ее оси размещается газозаборная шахта - ГЗШ для отбора газов от входа в ПК на пылеприготовительную установку. При этом панели боковых экранов СКШ образуют боковые стены ГЗШ (котел П-67). Перегородки ГЗШ у оси КШ разделяют газоходы КШ и ГЗШ.

Недостаток указанной схемы включения СКШ при наличии ПТШ и ГЗШ в первичном тракте прямоточного котла проявляется в нарушении температурного режима труб СКШ в период пуска котла: имеют место многократные выбеги температур металла на выходе из наружного экрана СКШ на 150°С и выше от среднего температурного уровня. В результате - трещины термоусталостного характера труб на выходе из наиболее широкого (23 м) и высокого (~30 м) наружного бокового экрана СКШ котла П-67 [2]. При этом увеличение массовой скорости среды в СКШ (в ~1,5 раза) за счет перевода перегородок ГЗШ в первичный тракт до СКШ не привело к предотвращению многократных температурных выбегов в СКШ при пуске котла. Выбеги отмечаются как при СКД, так и при пуске со скользящим докритическим давлением среды в первичном тракте.

Автоматической системой управления технологическими процессами - АСУ ТП фиксировались «выбеги» температур на выходе ряда труб наружного экрана СКШ до 550°С и выше над средним уровнем температур при каждом пуске. Постепенный, в течение примерно 3-х часов, «выбег» температур ряда витков завершается последующим резким и неодновременным сбросом температуры в каждом из «выбежавших» витков до среднего уровня. При резких сбросах скорость снижения температуры может достигать ~150 °С/мин. Применяемые подъемы давления до встроенной задвижки - ВЗ припуске на «докритике» не «спасают» экран от последующих «выбегов» температур металла витков.

Основной причиной переменной тепло-гидравлической разверки при работе экрана в зоне максимальной теплоемкости - ЗМТ при пуске при СКД, а также при скользящем давлении, является появление в ряде его витков среды с большим нивелирным напором в контуре, чем средний в экране. Причем этот напор может быть равным или превышать располагаемый «прямой» - по ходу среды - перепад давления в экране, что приводит к застою и «опрокидываншо» в этих витках. При этом температура газов в ПК может быть уже опасно высока при относительно небольшом расходе газов и их пониженной температуре на выходе КШ. Отмечается средний нулевой или отрицательный температурный напор - Δt между потоком газов, омывающим экран СКШ, и средой в нем, т.е. отсутствие теплосъема в экране СКШ в целом в этот период пуска.

В выходной части газохода КШ отрицательная величина Δt может достигать величины до -70°С. Это приводит к конденсации пара (в докритической области) или к резкому увеличению удельного веса пара в области ЗМТ (при СКД) в части витков при значительной неравномерности тепловосприятия элементов СКШ (наличие ГЗШ и ПТШ).

Ко 2-му Изобретению в составе группы. Известен способ регулирования температуры промперегрева - t″пп путем изменения расхода пара через байпас паропарового теплообменника - ППТО, который включен в тракт промперегрева перед конвективной поверхностью нагрева тракта промперегрева [1].

Известен также способ регулирования t″пп путем изменения расхода пара через байпас первой по ходу пара конвективной поверхности нагрева тракта промперегрева [4]. Такой способ был применен на парогенераторе Назаровской ГРЭС.

Недостатком способа регулирования t″пп изменением расхода через байпас ППТО является необходимость, во-первых, установки такого теплообменника, дополнительного к существующим поверхностям нагрева в парогенераторе, передающего регулируемое количество тепла от первичного тракта в тракт промперегрева. Для котла П-67 энергоблока 800 МВт поверхность нагрева проектного ППТО составляет 1856 м², а масса соединительных трубопроводов более 94 т. Во-вторых, пар первичного тракта, поступающий в ППТО, имеет температуру, значительно выше температуры на входе в тракт промперегрева, для обеспечения необходимого температурного напора. При этом в экраны СКШ, как было указано, также поступает пар с высокой температурой, соответствующей входному участку пароперегревательной зоны и также превышающей температуру на входе в тракт промперегрева. Это не соответствует оптимальному соотношению т.н. водяных эквивалентов по отношению, например, к варианту получения трактом промперегрева того же количества тепла непосредственно от газов в КШ. В связи с этим существующий резерв по снижению Тух и увеличению КПД - hка со снижением расчетного расхода топлива - Bp в схемах с ППТО не используется.

Недостатком способа регулирования t″пп изменением расхода пара через байпас первой по ходу пара конвективной поверхности нагрева является преимущественно конвективная характеристика этого байпассируемого пароперегревателя в рабочем диапазоне нагрузок, что требует повышенного расхода через байпас на номинальной нагрузке и поэтому увеличенной поверхности нагрева этого пакета. Поскольку после входного конвективного пароперегревателя по ходу газов в КШ расположен экономайзер, температура среды на выходе из которого значительно превышает температуру пара на входе в тракт промперегрева, то и здесь соотношение водяных эквивалентов в КШ не является оптимальным.

К 1-му Изобретению в составе группы. Целью изобретения является повышение надежности СКШ в пусковых режимах.

Указанная цель достигается переводом экранов СКШ в первичном тракте из зоны, соответствующей пароперегревательному тракту на номинальной нагрузке, во входной участок первичного тракта в область экономайзера - до или после него.

Указанная цель достигается также включением экранов СКШ во входную часть тракта промперегрева до конвективной поверхности нагрева, причем трубопроводы «холодного» пара промперегрева - ХПП являются при этом байпасом экранов СКШ. Трубопроводы ХПП имеют парораспределительное устройство: трехходовой или регулирующий клапан, обеспечивающий необходимое распределение расхода пара между экранами СКШ и их байпасом.

Указанная цель достигается включением экранов СКШ в линию байпаса первой по ходу пара конвективной поверхности промперегрева с парораспределительным устройством на входе.

Заявляемые экраны стен газоходов парогенераторов имеют следующие положительные отличительные особенности:

При «переводе» экранов СКШ в первичном тракте из зоны, соответствующей начальному участку пароперегревательного тракта на номинальной нагрузке, исключаются опасные условия для СКШ в пусковых режимах. Причем чем «дальше» оказываются от этой зоны экраны СКШ, тем надежней температурный режим витков СКШ при пуске. При этом экраны СКШ могут быть включены, например, перед экономайзером или перед топочными экранами, а также в тракт промперегрева. В таких компоновках экранов СКШ через них в период пуска не «проходит» ЗМТ при СКД и зона насыщения при докритическом давлении, когда возникает недопустимая переменная теплогидравлическая разверка в витках СКШ, особенно опасная при достижении высоких температур газов в ПК в период пуска.

При этом в пусковых режимах обеспечивается положительный средний температурный напор Δt между потоком газов, примыкающим к экранам СКШ, и средой в СКШ, температура которой значительно ниже, чем при существующей компоновке СКШ. Это исключает возможность роста удельного веса или конденсации пара в части витков экранов СКШ.

В новых компоновках экранов СКШ при замещении пара с высокой температурой средой со значительно более низкой температурой происходит снижение температуры уходящих газов - Тух в диапазоне базовых нагрузок в результате улучшения соотношения водяных эквивалентов.

При новых компоновках экранов СКШ в первичном тракте перед нижней радиационной частью - НРЧ1 или перед экономайзером из-за снижения температуры среды в них выше расчетная прочность труб и трубопроводов СКШ. Это позволит уменьшить металлоемкость и стоимость трубопроводов, в т.ч. при возможной замене стали 12Х1МФ на сталь 20.

При указанных новых компоновках экранов СКШ в тракте промперегрева увеличивается радиационная доля тепловосприятия в этом тракте, в котором превалирует конвективная составляющая. В самих экранах СКШ в целом эта доля в ~2,3 раза больше конвективной составляющей. Тем самым улучшается регулировочная характеристика тракта промперегрева при изменении нагрузки парогенератора в рабочем диапазоне.

Сопоставительный анализ показывает, что совокупность признаков является новой. Решений, обладающих сходными признаками, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию "существенные отличия".

Ко 2-му Изобретению в составе группы. Целью изобретения является способ регулирования t"пп, при котором осуществляется передача регулируемого количества тепла от газов непосредственно элементу тракта промперегрева, с преимущественно радиационной долей тепловосприятия, расположенному в газоходе КШ, в т.ч. выходной его части.

Указанная цель достигается передачей регулируемого количества тепла от газов экранам СКШ, включенным в тракт промперегрева до первой конвективной поверхности нагрева, путем изменения расхода пара через байпас экранов СКШ - трубопроводы ХПП.

Указанная цель достигается передачей регулируемого количества тепла от газов экранам СКШ и конвективной поверхности нагрева, в байпас которой включены экраны СКШ.

Изменение расхода пара в байпасах осуществляется с помощью распределительного устройства, которым может быть трехходовой или регулирующий клапан.

Заявляемый способ регулирования температуры промперегрева парогенератора имеет следующие отличительные особенности:

Передача регулируемого количества тепла в тракт промперегрева осуществляется от газов КШ ко входному участку тракта промперегрева с байпасом трубопроводов ХПП, каким являются экраны СКШ, путем распределения расходов пара между экранами и трубопроводами ХПП.

Передача регулируемого количества тепла в тракт промперегрева осуществляется от газов КШ входному участку тракта промперегрева, которым является конвективная поверхность нагрева и экраны СКШ, включенные в байпас этой конвективной поверхности тракта промперегрева.

При этом в связи с включением экранов СКШ в тракт промперегрева не требуется дополнительная поверхность в виде ППТО, которая представляет собой довольно сложную конструкцию в конструктивном и технологическом отношении, для передачи регулируемого количества тепла от первичного тракта в тракт промперегрева.

В связи с подводом в СКШ пара «холодного» промперегрева вместо пара пароперегревательной зоны первичного тракта улучшается соотношение водяных эквивалентов в выходной части газохода КШ с соответствующим улучшением экономических показателей.

При включении СКШ в тракт промперегрева улучшается регулировочная характеристика тракта промперегрева в целом за счет относительного сокращения конвективной составляющей тепловосприятия тракта промперегрева в целом. При этом в варианте включения экранов СКШ в байпас конвективной поверхности нагрева необходимый диапазон изменения доли расхода пара в СКШ в процессе регулирования t″пп минимален при больших колебаниях тепловыделения в области промперегрева как на нагрузке 100, так и на нагрузке 60%.

Сопоставительный анализ показывает, что совокупность признаков является новой. Решений, обладающих сходными признаками, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию "существенные отличия".

К 1-му Изобретению в составе группы. Изобретение поясняется фигурами графического изображения, отображающими «выбеги» металла труб СКШ при пусках котла П-67, зафиксированных системой АСУ ТП, а также фигурами, выполненными по документации к вариантам реконструкции экранов СКШ котла П-67 (ссылки на номера расчетов в прилагаемой Таблице 1):

фиг.1 - «выбеги» температур металла труб наружного экрана СКШ котла П-67 ст.1 в период пуска котла при сверхкритическом давлении 28.06.2003.

фиг.2 - «выбеги» температур металла труб наружного экрана СКШ котла П-67 ст.2 в период пуска при докритическом давлении: А - пуск 22.05.2005. Б - пуск 03.10.2005 г.

фиг.3 - схема и результаты расчета котла П-67 на нагрузку 100% при СКШ в первичном тракте. Расход острого пара - Dпe=2550 т/ч, вторичного пара - Dпр/пе=2100 т/ч. Базовый вариант - расчет №1 при штатной существующей компоновке СКШ.

фиг.4, 5 - схемы и результаты расчетов котла П-67 на нагрузку 100% при СКШ в первичном тракте. Расход острого пара - Dпe=2550 т/ч, вторичного пара - Dпр/пе=2100 т/ч. Фиг.4 - вариант 2 - расчет №4 при компоновке СКШ перед НРЧ 1. Фиг.5 - вариант 3 - расчет №6 при компоновке СКШ перед экономайзером.

фиг.6, 7 - схемы и результаты расчетов котла П-67 на нагрузку 100% при СКШ в тракте промперегрева. Расход острого пара СКШ - Dпe=2550 т/ч, вторичного пара - Dпp/пе=2100 т/ч. Фиг.6 - вариант 4 - расчет №8, СКШ - до конвективного вторичного пароперегревателя - КВП, трубопроводы ХПП - байпас СКШ. Фиг.7 - вариант 5 - расчет №11, СКШ - байпас КВП.

фиг.8-12 - заявляемые схемы включения экранов СКШ в пароводяном тракте прямоточного парогенератора: Б, В, Г и Д.

Фиг.8 - существующая компоновка экранов СКШ в первичном тракте;

Фиг.9 - СКШ перед экономайзером;

Фиг.10 - СКШ перед топочными экранами;

Фиг.11 - СКШ в тракте промперегрева до конвективной поверхности нагрева, трубопроводы ХПП - байпас СКШ;

Фиг.12 - СКШ в тракте промперегрева в байпасе первой по ходу пары конвективной поверхности нагрева.

Изобретение поясняется также Таблицей 1: «Результаты расчетов вариантов включения СКШ в первичном и вторичном тракте котла П-67 на нагрузке 100, 60 и 30%». Расчеты котла выполнялись по программе «Тракт» с учетом реальных коэффициентов эффективности и загрязнения, определенных программой «Реверс» [3].

На фиг.1 и фиг.2 приведены графики «выбегов» температур металла труб на выходе наружного бокового экрана СКШ котла П-67 ст.1 при пуске 28.06.2003 г. на сверхкритическом давлении и котла П-67 ст.2 при пусках 22.05. и 03.10.2005 г. на докритическом давлении. Приведенные графики, полученные системой АСУ ТП энергоблоков, иллюстрируют появление и характер возникающих при пусках многократных «выбегов» температур металла труб на выходе наружного бокового экрана СКШ на 150°С и выше среднего уровня, а также «возвращение» к этому уровню с недопустимой скоростью - до 150°С/мин.

Как видно из фиг.2, операции: подъем давления прикрытием клапана Д-1 перед встроенной задвижкой - ВЗ, расположенной за СКШ, а также последующее открытие ВЗ, способствующие ограничению максимального уровня выбегов, не исключают повторные «выбеги» температур и приводят к резким снижениям этих температур за счет появления расхода в «выбежавших» витках.

Существующая на котле П-67 схема включения СКШ в первичном тракте приведена на фиг.3. Экраны СКШ вместе с ПТШ включены после экранов горизонтального газохода и потолочного экрана - ПРЧ, покрывающего потолок ПК. За СКШ следует отключенный от первичного и вторичного пара паропаровой теплообменник - ППТО и ВЗ.

(ПТШ и экраны СКШ «образуют» вертикальные границы ПК; перегородки ГЗШ были ранее «переключены» из СКШ в байпас ПРЧ, после чего массовая скорость в СКШ увеличилась в ~1,5 раза при полном расходе среды через экраны СКШ, что все же не позволило исключить «выбеги» при пусках).

Расчетный прирост энтальпии в СКШ Δi скш=14,9 ккал/кг, приведенный в Таблице - расчет №1 - и относящийся к существующей компоновке СКШ в котле П-67 (фиг.3), близок к реальному на нагрузке ~100%. При этом расчетные температуры пара на входе/выходе СКШ - t′/t″ равны 413/419°С.

Из 5-ти возможных вариантов переключений СКШ в первичном и вторичном тракте с целью исключения «выбегов» в СКШ при пусках четыре варианта: 2, 3, 4 и 5, как более реальные для котла П-67, приведены на фиг.4, 5 - СКШ в первичном тракте и фиг.6, 7 - СКШ в тракте промперегрева.

Включение СКШ по варианту 2 в первичном тракте котла П-67 перед топочными экранами НРЧ 1 после подвесных труб змеевиков - ПТЗ, «венчающих» экономайзер - ВЭ (фиг.4), позволяет «переместить назад» СКШ на вход в НРЧ 1, увеличив температурный напор - Δt в СКШ при пуске котла. Величины t′/t″ в СКШ в этом варианте на нагрузке 100% равны 351/361°С. При этом увеличивается по отношению к базовому варианту температура и энтальпия на входе в НРЧ 1: от 352 до 361°С (от 387,8 до 403,9 ккал/кг) соответственно. Как и в существующем варианте включения СКШ, температура на выходе промперегрева - t″пп в варианте 2 остается значительно ниже номинальной, что соответствует реальным режимам работы котла П-67 после летнего ремонта и очистки поверхностей нагрева.

Включение СКШ по варианту 3 в первичном тракте котла П-67 перед экономайзером (фиг.5) позволяет еще более «переместить назад» СКШ - на вход экономайзера, увеличив температурный напор - Δt в СКШ при пуске котла до «рекордной» величины. Значения t′/t″ в СКШ в этом варианте на нагрузке 100% равны 274/291°С. При этом так же увеличивается по отношению к базовому варианту температура и энтальпия на входе в НРЧ 1: до 360°С (до 401,5 ккал/кг). Как и в существующем варианте, и в варианте 2 температура на выходе промперегрева - t″пп в варианте 3 остается значительно ниже номинальной

В варианте 4 СКШ включается в тракт промперегрева котла П-67 перед конвективным вторичным пароперегревателем - КВП. Причем байпас СКШ - трубопроводы ХПП (фиг.5). При этом на вход в СКШ в период пуска поступает пар холодного промперегрева низкого давления с относительно низкой долей расхода - dскш. Он «заменяет» собой пар в области ЗМТ (при СКД) или среду в области насыщения (при «докритике»), который поступает на вход в СКШ в базовом варианте, причем при «опасных» температурах газов в ПК. Во много раз увеличивается (и становится положительной) величина Δt на входном участке СКШ при пуске по отношению к базовому варианту и варианту 2. При dскш=0,18 на нагрузке 100% величины t′/t″ в СКШ равны 289/467°С, Δi скш=105 ккал/кг. Величина dcкш уточняется в пуско-нападочный период исходя из обеспечения надежного температурного режима труб СКШ в ПК.

В варианте 4, как и в варианте 5, при СКШ в байпасе КВП величина t″пп достигает номинального уровня 545°С, что позволяет использовать аварийный впрыск для регулирования t″пп. Величина расхода на аварийный впрыск в расчетах вариантов 4 и 5 на нагрузку 100% принята равной значению ~8 т/ч. Температура пара на входе в КВП в варианте 4 - t′ квп больше, чем на входе в СКШ, и равна 316°С. При dскш=0,18 на нагрузке 100% величины t′/t″ в СКШ равны 289/467°С, Δi скш=105 ккал/кг, а Δi квп=82,4 ккал/кг.

В варианте 5 СКШ включается в тракт промперегрева котла П-67 в линию байпаса КВП (фиг.5) перед аварийным впрыском. Условия работы СКШ в этом варианте при пуске котла столь же надежны, как и в варианте 4. На нагрузке 100% при dскш=0,18 величины t′/t″ в СКШ равны 289/465°С, Δi cкш=104 ккал/кг и Δi квп=100,6 ккал/кг. Расход пара в КВП меньше, чем в варианте 4, на долю dскш. Температура пара за КВП перед аварийным впрыском, как и в варианте 4, равна 459°С.

В Таблице 1 приведены дополнительные результаты расчетов рассматриваемых вариантов включения СКШ в тракты котла П-67. В т.ч. данные, соответствующие нагрузке котла 60% и 30% (пуск с «выбегами»). Помимо указанных выше параметров в Таблице 1 дана величина тепловосприятия СКШ - Qскш, температурного напора СКШ у экономайзера - Δt эк скш=T″эк-t′скш, где Т″эк - температура газов на выходе из экономайзера, a t′скш - температура среды на входе в СКШ, значение энтальпии на входе в НРЧ 1 - i′ нрч1, тепловосприятие тракта промперегрева в целом - Qпр/пе и отдельно КВП - Qквп. Приведена также доля расхода рециркулирующих «холодных» газов - R2, поступающих после экономайзера в горелки топочной камеры (максимальное значение R2 на нагрузке 100% равно 0,25-0,26), а также «экономические характеристики» расчетных вариантов: температура уходящих газов - Тух, КПД котла - hка и расчетный расход топлива - Bp.

В Таблице 1 не приведены данные расчета возможного варианта 1 с включением СКШ после первого пакета ширм по ходу пара - ШПП 1, т.к. условия работы СКШ при пуске в этом варианте могут быть близкими к условиям базового варианта. Примечания к Таблице 1:

* - в вариантах 4 и 5 величина t″скш представлена величинами t″птш/t″экш пк.

** - расчет №10 и №14 (варианты 4 и 5 - нагрузка 30%) и отмеченные его результаты относятся к принятой расчетной величине избытка воздуха на выходе из топки - а″т, равной 2, 3. В остальных расчетах на нагрузку 30% величина а″т принята равной 2,7.

Расчетное значение Gав=0,1 т/ч условно, впрыск закрыт.

Из приведенных в Таблице 1 данных следует:

- В вариантах 4 и 5 при нагрузке 30% (СКШ в тракте промперегрева) величины Δt эк скш равны 101 и 98°С, против значений Δt эк скш=-63°С и -10°С в базовом и во 2-м вариантах с СКШ в первичном тракте. Т.е. в вариантах 4 и 5 при пусках будет обеспечиваться надежность СКШ. При этом в вариантах 4 и 5 обеспечивается и номинальная величина t″пп=545°С при нагрузке 100 и 60% против значений t″пп=529-532°С в вариантах СКШ в первичном тракте, в т.ч. в варианте 3 - СКШ до экономайзера, в котором величина Δt эк скш равна 143°С.

Таким образом, предпочтительными для котла П-67 являются варианты 4 и 5 с СКШ в тракте промперегрева, хотя величина Δt эк скш при этом на ~40% меньше, чем в варианте 3, но обеспечивает достаточную надежность в отличие от базового варианта и варианта 2. В вариантах 4 и 5 на всех указанных нагрузках расчетные величины R2, используемые для обеспечения номинального уровня t″пп при сопоставимых значениях Gав, значительно меньше величин R2 во всех вариантах с СКШ в первичном тракте. При этом на нагрузке 30% дополнительно к уменьшенным величинам R2 в расчетах №10 и 14 приняты уменьшенные величины а″т, равные 2,3 против значения 2,7 в расчетах базового, 2 и 3 вариантов на такой же нагрузке. Это свидетельствует о существенном увеличении теплосъема тракта промперегрева при «переводе» в него СКШ из первичного тракта, что и подтверждается соответствующим увеличением значений Qпр/пе в вариантах 4 и 5 - 314,5 и 322, 1×10⁶ ккал/ч против ~293×10⁶ ккал/ч при СКШ в первичном тракте.

Экономические показатели Тух и hка при нагрузке 100% практически одинаковы во всех вариантах, в которых близки расчетные величины Gав. Величины Bp выше в расчетах с СКШ в тракте промперегрева - варианты 4 и 5 по отношению к вариантам с СКШ в первичном тракте, поскольку в последних величины t″пп существенно меньше номинального уровня и отсутствует аварийный впрыск.

При условном обеспечении номинального уровня t″пп в базовом варианте при величине Gaв, равной ~8 т/ч, например, за счет увеличения поверхности нагрева КВП (на 17%) при прежнем предельном значении R2, т.е. в сопоставимых условиях, расчетная величина Bp - не меньше, чем при СКШ в тракте промперегрева. Причем возрастает гидравлическое и аэродинамическое сопротивление КВП.

Таким образом, данные Таблицы 1 подтверждают вывод о целесообразности «перевода» СКШ котла П-67 в тракт промперегрева для обеспечения надежности СКШ при пуске и для обеспечения номинального промперегрева в рабочем диапазоне нагрузок.

Приведенные на фиг.6 заявляемые схемы включения СКШ в пароводяном тракте парогенератора включают все рассмотренные варианты. В т.ч. варианты схем с СКШ в первичном тракте: существующий вариант фиг.8, СКШ на входе в экономайзер фиг.9, перед топочными экранами фиг.10 и варианты с СКШ в тракте промперегрева: СКШ перед первой по ходу пара конвективной поверхностью нагрева с трубопроводами ХПП - байпасом СКШ фиг.11 и СКШ в байпасе первой по ходу пара конвективной поверхности нагрева фиг.12. Предпочтительными являются варианты включения СКШ в тракт промперегрева. При этом в экранах СКШ могут использоваться трубы, применяемые в пакетах промперегрева, но в газоплотном исполнении - с вваренными между труб пластинами. Для обеспечения необходимого расхода пара через СКШ в вариантах схем Г и Д могут применяться парораспределительные устройства: трехходовые или регулирующие клапаны.

Ко 2-му Изобретению в составе группы. Изобретение поясняется Таблицей 2 «Результаты расчетов варианта с условно восстановленным ППТО и вариантов 4 и 5 с СКШ в тракте промперегрева котла П-67 в диапазоне регулирования температуры, промперегрева - t″пп», содержащем результаты расчетов котла П-67 по программе Тракт. Условные обозначения, те же что и в Таблице 1.

В Таблице 2 приведены результаты расчетов (№№1 и 2) котла П-67 с условно восстановленным проектным паропаровым теплообменником - ППТО на нагрузку 100 и 60%. Поверхность нагрева ППТО - Нппто=1856 м². Во всех расчетах были приняты одинаковые «современные» показатели состояния поверхностей нагрева первичного и вторичного трактов. Регулирование t″пп осуществляется в расчетах №№1 и 2 аварийным впрыском.

Для сопоставления условий регулирования t″пп байпасом ППТО с условиями регулирования t″пп при СКШ в тракте промперегрева в Таблице 2 приведены пары расчетов отдельно на нагрузку 100 и 60% при ППТО с уменьшенной вдвое поверхностью - Нппто=930 м². Это расчеты соответственно №№3.1 и 3.2 и №№4.1 и 4.2. Регулирование t″пп осуществляется в расчетах по программе «Тракт» автоматически изменением доли расхода через байпас ППТО - dбспп. Диапазон изменения dбспп определяется задаваемыми величинами R2 и Gав, которые были приняты такими же, как и в парах расчетов варианта 4 с СКШ на входе КВП, как близкий вариант по структуре тракта промперегрева.

К варианту 4 с СКШ на входе КВП относятся расчеты №№5.1 и 5.2 на нагрузку 100% и расчеты №№6.1 и 6.2 - 60%.

Соответственно к варианту 5 с СКШ в байпасе КВП относятся расчеты №№7.1 и 7.2 - 100% и №№8.1 и 8.2 - 60%. Регулирование t″пп в расчетах вариантов 4 и 5 выполняется изменением доли расхода через СКШ - dскш. Во всех расчетах, приведенных в Таблице 2, регулирование t″пп выполняется автоматически.

Из приведенных в Таблице 2 данных следует:

Восстановление ППТО в проектном исполнении при Нппто=1856 м² в тракте котла П-67 с целью обеспечения номинальной величины t″пп является чрезмерным и неоправданным мероприятием. Существенно ухудшаются экономические показатели котла - Тух, hка и Bp, а также энергоблока в целом в связи с необходимостью значительного расхода на аварийный впрыск - Gав: ~52 т/ч на нагрузке 100% и ~39 т/ч - 60% при одинаковой доле расхода через байпас ППТО - dппто=0,5 и реальных величинах R2 - 0,185 и 0,175 соответственно.

При Нппто=930 м² обеспечиваются сопоставимые условия регулирования t″пп по отношению к варианту 4 при СКШ на входе КВП. При одинаковых величинах Gaв и R2 экономические показатели в соответствующих расчетах этих вариантов близки между собой. При этом лучшими являются показатели варианта 4 в результате оптимального соотношения водяных эквивалентов в газоходе КШ, как было указано выше.

При равных «возмущениях» в парах расчетов изменениями R2 на 28 и 21% на нагрузке 100 и 60% диапазон изменений «регулятора» dбспп составляет 10% (нагрузка 100%) и 6% (нагрузка 60%) против диапазона изменения «регулятора» dскш в варианте 4 с СКШ на входе КВП соответственно в 4,5 и 4,9 раза. При близких величинах теплосъемов тракта промперегрева в этих вариантах резкое различие в диапазонах «регуляторов» объясняется отличием теплообмена в ППТО и в СКШ. При этом регулирование байпасом ППТО очень чувствительно к изменению положения регулирующего клапана.

При малых величинах dскш (на уровне ~0,12), соответствующих условно принятым наибольшим значениям R2 (0,185 и 0,280 - нагрузка 100 и 60%), температуры пара на выходе СКШ - t″скш в варианте 4 превышают 500°С (526 и 537°С), хотя и остаются на допустимом уровне по условиям тепломеханического расчета пакетов промперегрева.

В варианте 5 с СКШ в байпасе КВП при «размахе возмущающих значений R2» в ~1,5 раза диапазон изменений «регулятора» dскш составляет 45% и 67% на нагрузке 100% и 60%.

При этом величины t″скш не превышают 410°С на нагрузке 100% и 470°С - 60%. Максимальная температура пара в варианте 5 на выходе КВП - t″квп на нагрузке 100% достигает 506°С при R2=0,185 и dскш=0,385. Во всех других расчетах величины t″квп не превышают 460°С. «Компенсация» возмущений в тепловыделении в области тракта промперегрева в варианте 4 происходит за счет изменения только теплосъема СКШ, а в варианте 5, кроме того, и за счет изменения теплосъема КВП, который в ~4 раза превышает теплосъем СКШ. Этим объясняется различие в диапазонах изменений dcкш в этих вариантах и более низкие величины t″скш в варианте 5.

Поэтому для котла П-67 предпочтительным может быть вариант 5 с СКШ в байпасе КВП.

Таблица 1
Результаты расчетов вариантов переключения СКШ в первичном тракте и тракте промперегрева котла П-67 на нагрузке 100, 60 и 30%
№ п/п - № расчета	Нагрузка %	t′/t″* скш °C	Δt/Q106 скш ккал/кг ккал/ч	Δt* эк скш °C	i′ нрч 1 ккал/кг	Q.106 пр/пе КВП ккал/ч	t″пп °C	R2 Gав т/ч	Тух °С	hка %	Bp т/ч
Существующее расположение штатных элементов СКШ, dскш=0,911. (Базовым вариант - I, реальный режим работы котла после летнего ремонта)
1	100	413	14,3		387,8	293,8	532	0,262	168	90,47	477,3
1z75c0С		419	36,1			189,4		0,1
2	60	405	14,7		378,6	192,9	529	0,302	141	91,1	309,9
1z60c0c		411	19,2			130,3		0,1
3	30	398	15,4	-63	378	114,2	520	0,262	144	88,77	122,6
1z30c0c		404	12,2			88,3		4,8
Вариант II - СКШ за экономайзером перед НРЧ1, dскш=0,911.
4	100	351	16.5		403,4	293	531	0,262	168	90,51	476,7
1z75c0c		361	41,7			188,4		0,1
5	30	343	18,2	-10	395,3	113,8	520	0,282	143	88,92	122,0
1z30c2c		347	14,4			87,7		4,3
Вариант III - СКШ перед экономайзером, dскш=0,911.
6	100	274	19,6		401,5	293,4	532	0,262	170	90,37	477,6
1z75c3c		291	49,5			188,4		0,1
7	30	200	28,9	143	390,1	114,2	520	0,262	147	88,48	123,0
1z30c3c		227	22,9			87,7		4,9
Вариант IY - СКШ - байпас ХПП, на входе в КВП, dскш=0,18Gxпп общ.
8	100	289	102		387	314,5	545	0,185	167	90,51	483,0
1z75bx4c		444/467	38,6			173,3		8,04
9	60	280	109,4		331,6	204,6	545	0,262	142	91,01	313,8
1z60bx4c		441/464	26			118,5		0,3
10	30	210	120	101	357	114,1	520	0,185	138	90,64	123,0
1z3bx4ra		423/444	14,7			72,2		4,9
Вариант Y - СКШ - байпас КВП, dскш=0,18Gxпп общ.
11	100	269	103,2		382,7	322,1	545	0,185	171	90,28	486,5
1z75bk5c		434/470	39			179,3		19,9
12	100	289	101		377,8	314,1	545	0,125	167	90,53	482,8
1z75bk5r		443/465	38,2			173,2		7,9
13	60	280	107,9		369,7	204,1	545	0,175	144	90,86	314,0
1z60bk5r		439/461	25,6			118,4		0,8
14	30	210	119,5	98	342,5	114,7	520	0,102	137	90,76	119,5
1z3b5r2a		422/441	14,627			72,4		5,5

Таблица 2
Результаты расчетов варианта с условно восстановленным ППТО и вариантов IY и Y с экранами СКШ в тракте промперегрева котла П-67 в диапазоне регулирования температуры промперегрева - t″пп
(Определение диапазона величины dскш в вариантах IY и Y при регулировании t″пп котла П-67 при изменении тепловыделения в области промперегрева в парных расчетах задаваемой величиной R2 и при постоянной величине Gaв)
№ п/п - № расчета	Нагруз- ка %	t′/t″* скш °C	Δt/Q106 скш ккал/кг ккал/ч	dскш dб-с ппто	t′/t″ КВП °С	Q.106 пр/пе КВП ккал/ч	t″пп °С	R2 Gав т/ч	Тух °С	hка %	Bp т/ч
Вариант с условно восстановленным ППТО с проектной поверхностью - Нппто=1856 м2 и существующей компоновкой СКШ при регулировании t″пп аварийным впрыском
1	100	424	14,3	0,991	344	343,6	545	0,185	172	90,19	493,3
	432	36,1	0,5	483	164		51,7
2	60	418	14,3	0,991	329	217,2	545	0,175	143	90,92	317,6
	427	22,5	0,5	475	103,4		38,8
Вариант с уменьшенной вдвое поверхностью нагрева ППТО - Нппто=930 м2 и существующей компоновкой СКШ при регулировании t″пп байпасом ППТО
3.1	100	420	13,9	0,991	319	312,1	545	0,145	166	90,59	481,9
	426	35,1	0,622	458	168,4		5,0
3.2	100	419	14,1	0,991	315	311,9	545	0,185	168	90,48	482,4
	425	35,6	0,685	458	173,9		5,0
4.1	60	411	14,6	0,991	296	204,5	545	0,232	142	91,01	313,6
	419	23,2	0,735	458	116,0		0,3
4.2	60	410	14,9	0,991	290	204,6	545	0,280	148	90,6	315,0
	417	23,5	0,778	459	120,6		0,3
Вариант IY - СКШ - байпас ХПП на входе в КВП, регулирование t″пп изменением dскш.
5.1	100	289	134,6	0,125	314	312,4	545	0,185	167	90,52	482,3
	505/528	35,3	-	458	174,7		5,0
5.2	100	289	36,7	0,563	320	311,8	545	0,145	165	90,66	481,5
	340/349	43,4	-	458	166,3		5,0
6.1	60	260	146,9	0,118	289	204,7	545	0,280	143	90,96	313,8
	509/537	22,9	-	459	121,6		0,3
6.2		260	40,8	0,574	300	204,7	545	0,232	140	91,16	313,1
60	323/333	30,9	-	459	113,7		0,3
Вариант Y - СКШ - байпас КВП, регулирование t″пп изменением dскш.
7.1	100	289	68,2	0,286	289	308,9	545	0,125	167	90,5	481,4
	388/405	41,0	-	478	165,7		0,5
7.2	100	289	53,7	0,385	289	308,7	545	0,185	172	90,22	483,0
	365/378	43,4	-	506	162,2		0,5
8.1	60	260	114,0	0,167	260	204,4	545	0,175	140	91,1	313,3
	464/469	25,1	-	457	119,7		0,8
8.2	60	260	74	0,299	300	204,8	545	0,262	145	90,76	314,6
	379/396	29,2	-	459	115,0		0,8

Источники информации

1. Сотников И.А., Окерблом Ю.И., Итман Л.Л., Харкин Ю.А., Маршак Ю.Л. Основные проектные и конструктивные решения по паровому котлу на канско-ачинских бурых углях для энергоблоков мощностью 800 МВт, Теплоэнергетика, №8, 1978, с. 3.

2. Демб Э.П., Петерс В.Ф., Порозов С.В., Усачев В.В. "Опыт освоения и модернизации котлов П-67 ст. 1 и 2 БГРЭС-1" в сборнике Международной научно-практической конференции 20-22 ноября 2002 г. "Эксплуатация и модернизация энергоблоков мощностью 800 МВт". Шарыпово, 2002, с. 41.

3. Э.П. Демб, В.Я. Шифрин, В.Ф. Петерс, Г.П. Сокач, А.Д. Александров. "Программа "Реверс" и мониторинг показателей состояний поверхностей нагрева котлоагрегатов". Эксплуатация и модернизация энергоблоков мощностью 800 МВт". Сборник докладов на международной научно-практической конференции 20-22 ноября 2002 г. Шарыпово, 2002, С. 213.

4. А.с. № 115279, кл. 13d, 11 02. Заявка № 571933 от 26.04.1957 г.

1. Экраны стен конвективной шахты, включенные по среде в тракт парогенератора, отличающиеся тем, что они включены по среде парогенератора во входную часть первичного тракта парогенератора или во входную часть тракта промперегрева пара через байпас с парораспределительным устройством.

2. Экраны по п.1, отличающиеся тем, что они включены в первичном тракте парогенератора перед экономайзером.

3. Экраны по п.1, отличающиеся тем, что они включены в первичном тракте парогенератора перед топочными экранами.

4. Экраны по п.1, отличающиеся тем, что они включены в тракт промперегрева в байпас перед первой по ходу пара конвективной поверхностью тракта промперегрева.

5. Экраны по п.1, отличающиеся тем, что они включены в тракт промперегрева в байпас первой по ходу пара конвективной поверхностью тракта промперегрева.

6. Экраны по любому пп.1,4 и 5, отличающиеся тем, что парораспределительным устройством может быть трехходовой регулирующий клапан.

7. Способ регулирования температуры перегрева пара путем распределения расхода пара между конвективной поверхностью тракта промперегрева и ее байпасом в тракте промперегрева парогенератора, отличающийся тем, что распределение расхода пара осуществляется либо между экранами стен конвективной шахты и трубопроводами «холодного» пара промперегрева и в этом случае экраны включены в тракт промперегрева до конвективной поверхности тракта промперегрева, либо между экранами стен конвективной шахты и конвективной поверхностью тракта промперегрева и в этом случае экраны включены в байпас конвективной поверхности тракта промперегрева.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что распределение расхода пара осуществляется с помощью парораспределительного устройства.