關于火力發電廠汽機旁路閥的研究
火力發電廠的旁路系統起滑參數啟停時對機組蒸汽參數進行調整和實現停機不停爐的作用,而旁路系統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電機組的正常運行,不斷改進旁路閥結構進而阻止了旁路閥門泄漏缺陷的發生,減少了發電機組因旁路閥的故障而停機檢修的次數,延長了機組的安全經濟運行壽命。
汽機旁路系統是火力發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,保證機組安全經濟運行有重要作用,其作用有兩大方面,其一,保護作用,當機組跳閘自動主汽門突然關閉時,鍋爐產生的大量蒸汽無處排放以及高壓缸無排汽則會導致鍋爐的再熱器干燒。為保證再熱器的不干燒,當自動主汽門關閉時,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,經過已開啟的低壓旁路的蒸汽減壓閥減溫減壓后排到凝結器凝結,以回收工質。使停機不停爐得以實現,為機組的迅速恢復提供了可能。其二,在機組滑參數啟停時,利用旁路系統進行機組蒸汽參數的調整,而且目前來說此作用是最常用的。
旁路系統可以滿足機組在冷態、溫態、熱態、滑壓和定壓各種不同方式下啟動的要求。當電網或機組故障時,快速甩負荷,使機組在短時間內低負荷運行、帶廠用電。汽機旁路系統的主要工作條件可分為3種情況:即機組冷態啟動、機組熱態啟動和事故投運。其中,冷態啟動時多采用滑參數啟動,在主蒸汽未達到汽機沖轉參數前,旁路系統參加組成蒸汽通路,此時系統溫度的上升相對緩慢,閥體內溫度梯度小,所以熱應力也較小。在熱態啟動時,一般停機時間短且保溫良好,蒸汽先在由旁路組成的系統中多次循環,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,熱應力也不大。當事故投運時,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,從而在閥體內形成較大的溫度梯度,進而導致閥體局部產生很大的熱應力。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:高壓旁路串聯低壓旁路;再并聯大旁路的三級旁路;高、低壓兩級串聯旁路;一級大旁路等。具體采用型式要根據機組的需要而定。現在一般都采用高低壓兩級串聯的形式。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,在材料選用和結構等方面都充分考慮了耐溫耐壓、耐交變應力。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距離之處,否則閥門得不到最佳的預熱溫度。過低的預熱溫度會在閥門進口產生過度的熱氣旋,過高的會使出口產生同樣的情況。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。管道安裝應有一定的傾斜度,使凝結水不致積聚于閥體內,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、多孔節流板、管道支點的性質和間距、管道間的夾角以及多路并聯的不對稱布置等,也都不可忽視。另外還需考慮為操作、保養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,決定了它的結構形式。該型閥門大多為籠罩式結構,此結構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重的損傷而使閥門泄漏。其次,由于角行程執行機構安裝在運行平臺上,冷熱態工況標高固定不變,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。
旁路系統的蒸汽減溫減壓閥,作為旁路系統的核心部件,長期工作在高溫高壓條件下,在服役過程中可能會發生蠕變、熱疲勞、過熱氧化、滲碳、腐蝕等現象,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大的內壓,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溫度劇烈變化所引起的熱沖擊和熱載荷。閥前蒸汽參數為超高壓或亞臨界甚至達到超臨界參數,因此閥前管道一般設計為低合金鋼(10CrMo910等),而閥后參數經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發生蠕變、熱疲勞、腐蝕等現象,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蒸汽的泄漏直接影響機組的熱經濟性。而且低壓旁路減溫減壓閥的泄漏還會使排汽缸溫度升高。降低凝結器的真空度,嚴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,根本的應是盡量提高爐側檢修工藝標準減少爐側金屬雜質顆粒的產生與留存,當然達到無金屬顆粒雜質存在比較困難。
經過實踐證明,對減溫減壓閥進行修復后,在閥內加裝一濾網把從鍋爐沖過來的雜質顆粒“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致閥門泄漏的缺陷發生。其次將噴水調節閥的噴水點移到減壓閥的密封面后,將原先先噴水減溫,后節流減壓改為減壓擴容與噴水減溫同時進行,并從結構上作了改進,以提高減溫水霧化性能,保證了與蒸汽之間的良好混合,避免了因噴水調節閥泄露而導致將冷卻水帶入汽機的危險。現在的旁路系統減溫減壓閥和噴水調節閥已選用直行程執行機構,防止了閥門冷態,熱態的閥門零位變化,有效地避免了閥門因調節不當造成的閥門泄露或壓傷。噴水調節閥完全調引進技術和材料標準,如閥體由鑄鋼論為模鍛、閥桿、閥座材料均采用DIN標準。