Регулирование температуры пара вторичного перегрева
Стремление к повышению тепловой экономичности паротурбинных установок (ПТУ) привело в начале 50-х годов к широкому изменению промежуточного перегрева пара. Практически все турбинные агрегаты мощностью выше 100 МВт имеют промежуточный перегрев пара.
В ПТУ большой единичной мощности на сверхкритических параметрах пара в случае применения дорогостоящего топлива может быть целесообразен двукратный промперегрев пара.
Для промежуточных пароперегревателей впрыскивающие пароохладители обычно не применяются. Впрыск воды в промперегреватель приводит к образованию пара, не прошедшего цилиндр высокого давления турбоагрегата , что снижает экономичность всей ПТУ.
Для паротурбинных блоков (ПТБ) при работе с переменными нагрузками температура вторичного пара должна поддерживаться с высокой точностью в допустимых пределах.
Для ПТБ, работающих в базовом режиме, необходимость в глубоком регулировании температуры промперегрева не очевидна, что позволяет отказаться от специального регулирования температуры пара на выходе из промперегревателя.
Способы регулирования температуры пара вторичного перегрева. Для регулирования температуры пара вторичного перегрева используются паропаровые и газопаропаровые теплообменники. Способ регулирования основан на передаче части тепла от пара высокого давления к пару, поступающему на вторичный перегрев после цилиндра высокого давления турбины.
Паропаровые теплообменники (ППТО) представляют собой вынесенный за пределы газохода корпус, выполненный из трубы большего диаметра (300-400 мм), внутри которого помещено большое количество (10-20 шт.) труб малого диаметра (25-38 мм) объединенных трубными досками. Греющий пар высокого давления с температурой 450-520оС двигается внутри трубок. Внутри трубы большого диаметра встречно проходит вторичный пар (с температурой 320-350оС), получая тепло от пара высокого давления (греющего).
Регулирование температуры вторичного перегрева пара производится путем изменения его расхода через ППТО с помощью трехходового клапана и обводного паропровода (рис. 12.13).
При сокращении расхода пара через байпас теплообмен между паровыми средами усиливается, и температура пара промперегрева за ППТО после смешения с байпасируемой частью повышается.
Температурный напор на «горячем» (на пару низкого давления) конце ППТО по технико-экономическим соображениям выбирается при всех режимах не менее 25оС. Расход регулируемого потока пара через теплообменник не должен быть ниже 20 % от полного.
Газопаропаровые теплообменники чаще выполняются в виде ширм, расположенных в газоходе котла. В этом случае пар более низкого давления (вторичный) наряду с получением регулируемой доли тепла от первичного пара воспринимает также тепло продуктов сгорания.
Рис. 12.13 Схема включения поропарового теплообменника.
1 – паропаровой теплообменник, 2 – трехходовой кран, 3 – обводной паропровод (байпас).
Поверхность теплообмена выполняется по принципу «труба в трубе». Пар высокого давления (первичный) протекает по внутренним трубкам, а пар низкого давления по кольцевому сечению между трубками.
В связи с расширением ширм ГППТО в зоне высоких температур газов необходимо надежное охлаждение наружных труб. Поэтому в таких конструкциях ширм предусмотрено регулирование путем переменного пропуска через ширмы только первичного (греющего) пара. Пар вторичного перегрева проходит через ширмы всегда полным расходом.
В обоих случаях (ППТО и ГППТО) в качестве резервного средства регулирования на случай чрезмерного повышения температуры вторичного перегрева предусмотрен в АСР аварийный впрыск.
Принципиальная схема АСР температуры вторичного перегрева представлена на рис. 12.14.
Рис. 12.14 Принципиальная схема регулирования температуры вторичного перегрева пара.
1,3 – ступени вторичного промперегрева, 2 – паровой или газопаровой теплообменник, 4 – байпасный паропровод, 5 – трехходовой регулирующий клапан, 6 – аварийный впрыскивающий пароохладитель, 7 – обводной клапан, Р - регулятор, ИМ – исполнительный механизм, Д – дифференциатор, Зд – задатчик.,
Схема реализуется как для варианта использования ППТО, так и для ГППТО. Регулятор температуры пара вторичного перегрева получает сигналы по температуре пара на выходе из пароперегревателя θ и скорости изменения температуры пара за байпасом 
.
Вариант использования ГППТО менее инерционен, однако использование его не всегда обеспечивает достаточный диапазон регулирования температуры.
Регулирование температуры пароперегрева перепуском части пара вторичного перегрева в обвод конвективной поверхности пароперегревателя (байпасирование пара). Особенностью такого регулирования является изменение тепловосприятия промперегревателя при очень слабом влиянии на тракт первичного пара. В этом отношении регулирование температуры пара вторичного перегрева практически является автономным.
Принципиальная схема регулирования при использовании парового байпасирования (рис. 12.15).
Конструктивно «холодный пакет» (1-я ступень промперегрева) размещается в зоне сравнительно низких температур газов, а «горячий пакет» (2-я ступень промперегрева) выносится в зону высоких температур газов. Тепловосприятие промежуточного пароперегревателя регулируется трехходовым клапаном, перепускающим часть «холодного» пара, помимо 1-го пакета пароперегревателя, на вход второго (горячего). При таком способе регулирования температура вторичного пара практически не зависит от температуры первичного, но диапазон регулирования может быть достаточно широким.
Рис. 12.15 Принципиальная схема регулирования температуры вторичного перегрева пара способом байпасирования.
1 – первичный «холодный» пакет (первая ступень промперегрева), 2 – вторичный «горячий» пакет (вторая ступень промперегрева), 3 – трехходовой клапан, 4 – впрыскивающий пароохладитель.
На ПИ-регулятор температуры подаются сигналы: основной – по отклонению температуры на выходе из вторичного пароперегревателя и дополнительный скоростной, исчезающий в статике, по температуре пара после смешения холодного и частичного перегретого пара.
Для предотвращения чрезмерного повышения температуры на выходе пароперегревателя предусматривается дополнительный впрыск (4). При этом заданное значение температуры на выходе пароперегревателя для основного регулятора устанавливается меньшим, чем у регулятора впрыска, с тем, чтобы клапан аварийного впрыска в нормальном режиме работы был закрыт. Возможность открытия клапана впрыска допускается только после полного открытия трехходового клапана.
Газовое регулирование.При этом способе регулирования изменение температуры вторичного пара осуществляется за счет изменения количества теплоты, передаваемой поверхностями нагрева топочными газами. Чтобы общий расход топочных газов оставался неизменным перераспределяют поток газов между газоходами конвективного пароперегревателя и водяного экономайзера.
Схема газового регулирования температуры вторичного пара перераспределением потока газов показана на рис 12.16.
На вход регулятора температуры вторичного пара при газовом регулировании подаются два сигнала: основной - по температуре вторичного пара на выходе вторичного пароперегревателя, дополнительный - по скорости изменения температуры газов перед вторичным пароперегревателем, исчезающий в статике.
Рис. 12.16 Схема газового регулирования температуры вторичного перегрева пара.
1 – вторичный пароперегреватель, 2 – экономайзер, 3 – поворотные заслонки, 4 – регулятор температур,. Dпв – расход питательной воды, Dвп – расход вторичного пара, Dг – расход топочных газов, tвп – температура вторичного пара.