關(guān)于火力發(fā)電廠汽機旁路閥的研究
火力發(fā)電廠的旁路系統(tǒng)起滑參數(shù)啟停時對機組蒸汽參數(shù)進行調(diào)整和實現(xiàn)停機不停爐的作用,而旁路系統(tǒng)中的減溫減壓閥就是其中的核心部件,減溫減壓閥的泄露威脅著發(fā)電機組的正常運行,不斷改進旁路閥結(jié)構(gòu)進而阻止了旁路閥門泄漏缺陷的發(fā)生,減少了發(fā)電機組因旁路閥的故障而停機檢修的次數(shù),延長了機組的安全經(jīng)濟運行壽命。
汽機旁路系統(tǒng)是火力發(fā)電廠再熱機組重要的組成部分之一,它對縮短機組啟停時間、降低噪音,保證機組安全經(jīng)濟運行有重要作用,其作用有兩大方面,其一,保護作用,當(dāng)機組跳閘自動主汽門突然關(guān)閉時,鍋爐產(chǎn)生的大量蒸汽無處排放以及高壓缸無排汽則會導(dǎo)致鍋爐的再熱器干燒。為保證再熱器的不干燒,當(dāng)自動主汽門關(guān)閉時,高壓旁路蒸汽減壓閥快速的開啟,高溫高壓的蒸汽(30%)經(jīng)由該閥從高壓缸排汽管道流入再熱器,由再熱器加熱后的蒸汽,經(jīng)過已開啟的低壓旁路的蒸汽減壓閥減溫減壓后排到凝結(jié)器凝結(jié),以回收工質(zhì)。使停機不停爐得以實現(xiàn),為機組的迅速恢復(fù)提供了可能。其二,在機組滑參數(shù)啟停時,利用旁路系統(tǒng)進行機組蒸汽參數(shù)的調(diào)整,而且目前來說此作用是最常用的。
旁路系統(tǒng)可以滿足機組在冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)、滑壓和定壓各種不同方式下啟動的要求。當(dāng)電網(wǎng)或機組故障時,快速甩負荷,使機組在短時間內(nèi)低負荷運行、帶廠用電。汽機旁路系統(tǒng)的主要工作條件可分為3種情況:即機組冷態(tài)啟動、機組熱態(tài)啟動和事故投運。其中,冷態(tài)啟動時多采用滑參數(shù)啟動,在主蒸汽未達到汽機沖轉(zhuǎn)參數(shù)前,旁路系統(tǒng)參加組成蒸汽通路,此時系統(tǒng)溫度的上升相對緩慢,閥體內(nèi)溫度梯度小,所以熱應(yīng)力也較小。在熱態(tài)啟動時,一般停機時間短且保溫良好,蒸汽先在由旁路組成的系統(tǒng)中多次循環(huán),在溫度逐漸升高后才進入汽機,所以閥體的溫度變化也較緩慢,熱應(yīng)力也不大。當(dāng)事故投運時,減溫減壓閥快速投入運行,進入閥門的蒸汽溫度較高,而閥門后部高壓減溫水的給水溫度較低,從而在閥體內(nèi)形成較大的溫度梯度,進而導(dǎo)致閥體局部產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力。事實上,閥門開啟后,進口處突然被高溫蒸汽加熱,水室壁面突然被高壓減溫水冷卻,在某個瞬間閥體局部的溫度梯度會很大,因而局部熱應(yīng)力也會達到某個極大值。
汽機旁路形式有多種:高壓旁路串聯(lián)低壓旁路;再并聯(lián)大旁路的三級旁路;高、低壓兩級串聯(lián)旁路;一級大旁路等。具體采用型式要根據(jù)機組的需要而定,F(xiàn)在一般都采用高低壓兩級串聯(lián)的形式。高低壓旁路站一般均裝有減壓閥和噴水閥,由于高旁噴水取自給水母管,所以為了防止噴水閥泄漏,高旁噴水閥前還裝有噴水截止閥。汽機旁路閥門,特別是高旁減溫減壓閥,在材料選用和結(jié)構(gòu)等方面都充分考慮了耐溫耐壓、耐交變應(yīng)力。在具體安裝位置上必須注意:最好把高旁減溫減壓閥裝在離主蒸汽管道適當(dāng)距離之處,否則閥門得不到最佳的預(yù)熱溫度。過低的預(yù)熱溫度會在閥門進口產(chǎn)生過度的熱氣旋,過高的會使出口產(chǎn)生同樣的情況。如果不能保證最佳距離(往往是管道過長),則必須要有一路到閥進口的單獨再熱管道。管道安裝應(yīng)有一定的傾斜度,使凝結(jié)水不致積聚于閥體內(nèi),便于疏水,避免形成水囊造成水擊。此外為降低噪聲、防止共振所采用一定長度的直管、管徑與直段的比、多孔節(jié)流板、管道支點的性質(zhì)和間距、管道間的夾角以及多路并聯(lián)的不對稱布置等,也都不可忽視。另外還需考慮為操作、保養(yǎng)和維修拆裝留有足夠的空間。
由于高低壓旁路減溫減壓閥的特殊作用,決定了它的結(jié)構(gòu)形式。該型閥門大多為籠罩式結(jié)構(gòu),此結(jié)構(gòu)的特點是只要不能通過閥芯減壓孔的雜物必將滯留在閥座的密封面處。其后果是使上下密封面將受到嚴(yán)重的損傷而使閥門泄漏。其次,由于角行程執(zhí)行機構(gòu)安裝在運行平臺上,冷熱態(tài)工況標(biāo)高固定不變,而閥門因焊接在管道上隨鍋爐汽溫度變化熱脹冷縮而上下左右浮動,這樣閥桿與閥座產(chǎn)生的脹差就會造成閥門密封面的泄露或壓傷,因此也造成閥門泄露,從而影響汽輪機組的正常運行。
旁路系統(tǒng)的蒸汽減溫減壓閥,作為旁路系統(tǒng)的核心部件,長期工作在高溫高壓條件下,在服役過程中可能會發(fā)生蠕變、熱疲勞、過熱氧化、滲碳、腐蝕等現(xiàn)象,這會使材料性能劣化并縮短使用壽命。在工作時不僅要承受相當(dāng)大的內(nèi)壓,而且由于工況的變化和噴水減溫的作用,還要承受在較短時間內(nèi)溫度劇烈變化所引起的熱沖擊和熱載荷。閥前蒸汽參數(shù)為超高壓或亞臨界甚至達到超臨界參數(shù),因此閥前管道一般設(shè)計為低合金鋼(10CrMo910等),而閥后參數(shù)經(jīng)過閥門后均有很大的降低,管材一般為普通碳鋼材料,一般只在閥門出口約5~8m為低合金材料。閥門密封面的泄漏將使機組正常運行時過熱蒸汽泄漏到閥后,閥后管道的長時間超溫運行會使管道材質(zhì)發(fā)生蠕變、熱疲勞、腐蝕等現(xiàn)象,這會危及機組的安全運行。同時,新蒸汽及再熱蒸汽等高品質(zhì)蒸汽的泄漏直接影響機組的熱經(jīng)濟性。而且低壓旁路減溫減壓閥的泄漏還會使排汽缸溫度升高。降低凝結(jié)器的真空度,嚴(yán)重時會直接影響汽輪機組的正常運行。要想使閥門的泄漏降到最低,根本的應(yīng)是盡量提高爐側(cè)檢修工藝標(biāo)準(zhǔn)減少爐側(cè)金屬雜質(zhì)顆粒的產(chǎn)生與留存,當(dāng)然達到無金屬顆粒雜質(zhì)存在比較困難。
經(jīng)過實踐證明,對減溫減壓閥進行修復(fù)后,在閥內(nèi)加裝一濾網(wǎng)把從鍋爐沖過來的雜質(zhì)顆粒“拒之門外”,是一個最佳的選擇,目前,已有多臺100W機組的旁路蒸汽減溫減壓閥已進行如此的改進,最早的一臺已運行兩年以上,再未有雜物損傷密封面而導(dǎo)致閥門泄漏的缺陷發(fā)生。其次將噴水調(diào)節(jié)閥的噴水點移到減壓閥的密封面后,將原先先噴水減溫,后節(jié)流減壓改為減壓擴容與噴水減溫同時進行,并從結(jié)構(gòu)上作了改進,以提高減溫水霧化性能,保證了與蒸汽之間的良好混合,避免了因噴水調(diào)節(jié)閥泄露而導(dǎo)致將冷卻水帶入汽機的危險,F(xiàn)在的旁路系統(tǒng)減溫減壓閥和噴水調(diào)節(jié)閥已選用直行程執(zhí)行機構(gòu),防止了閥門冷態(tài),熱態(tài)的閥門零位變化,有效地避免了閥門因調(diào)節(jié)不當(dāng)造成的閥門泄露或壓傷。噴水調(diào)節(jié)閥完全調(diào)引進技術(shù)和材料標(biāo)準(zhǔn),如閥體由鑄鋼論為模鍛、閥桿、閥座材料均采用DIN標(biāo)準(zhǔn)。