火电厂汽水系统调节阀的选择.pdf

2 0 0 9年 第 4期 管 道 技 术 Pi pe l i n e Te c h ni q ue 5 设 备 a nd Eq u i p me n t 2 0 09 No ． 4 火 电厂汽水 系统调节 阀的选择 李学峰 ， 尹丽萍 鞍 山工装 自控仪表有 限公 司， 辽宁鞍 山1 1 4 0 1 2 摘要 汽水 系统是 电厂发 电机组的重要组成部分 ， 电厂 中使 用的关键调 节阀基本都集 中在 汽水 系 统中。详细了解该系统的工艺流程， 选择合适的调节阀对整个机组 的正常运转具有重要意义。 关键词 调节阀； 减温减压 ； 空化现象； 闪蒸现象 中图分类号 T P 2 1 6 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 4 9 6 1 4 2 0 0 9 0 4 0 0 5 5 0 3 0 引言 目前， 国内电厂的主要生产 系统有 汽水系统 、 燃 烧系统及电气系统 ， 其辅助生产系统有供水 、 输煤 、 除 灰 、 水处理、 厂用 电等系统。由于电厂 中使用 的关键 调节阀基本上都集 中于汽水系统 中， 因此 ， 必须 明确 对该系统的要求。 1 汽水系统工作原理 图 1是火电厂的汽水系统简化流程图， 包括最关 键的调节阀应用场合。 1 一 凝 结 水再 循 环 阀 ； 2 一 除 氧 器 液 位调 节 阀 ； 3 一 锅 炉给 水 冉 循 环 j谩 J ； 4锅炉给水起 动阀； 5 一锅炉主给水调节阀 ； 6 一过 热器减 温喷水 阀； 7 一再热器减温喷 水阀； 8 一高压汽机旁路 阀； 9 一 低压汽机 旁路 阀； 1 O 一除氧器进 汽调 节阀； 1 1 一 吹灰器阀； 1 2 一 高压加热器疏水 阀； 1 3 ～低压加热器疏水阀； A一高压加热器； B 一 低压加热 器 图 1 火 电厂的汽水循环 系统简 图 汽水系统 由锅炉 、 汽轮 机 、 凝 汽器 、 凝结水 泵、 低 压加热器 、 除氧器 、 给水泵 、 高压加热器等设 备组成。 经处理 的水从除氧器送 出， 由给水泵升压后 ， 经过高 压加热器 、 省煤器 ， 预热后进入锅炉的汽包 ， 加 热后变 成饱和蒸汽。饱和蒸汽从 汽包引入过热器 ， 逐 渐加热 到额定温度 ， 再经过主汽管道送入 汽轮机 ， 不断膨胀 ， 高速流动 ， 推动汽轮机的转子旋转 ， 带动发 电机转子 收稿 日期 2 0 0 9一 o 60 5 旋转产生电能。蒸汽在膨胀做功过程 中， 压力和温度 不断降低 ， 最后排人凝汽器 。冷却后凝结 成水 ， 再 由 凝结水泵升压 后 ， 流经低压加热器和除氧器 ， 以提高 凝结水温度和除去水 中的氧 防止金属腐蚀 。除过 氧的水再 由给水泵进一步升压 ， 经高压加热器加热后 再送 回汽包 ， 完成水一汽一水的循环。 为了充分利用水和蒸汽的能量 ， 上述循 环中有一 个中间再热过程 ， 就是把在汽轮机 内已经部 分膨胀降 低了气温 、 气压的蒸 汽引入 锅炉 内的再热 器中， 重新 加热 ， 再送 回汽轮机 的中压缸和低压缸继续做功。中 间再热可以提高机组效率 ， 降低汽轮机低压部分蒸汽 中的水份 ， 有利于安全经济运行。 2 汽水系统工艺流程 汽水系统由凝结水系统 、 给水系统 、 主蒸汽系统 、 加热器疏水系统组成 。 2 ． 1 凝结水 系统工艺流程及关键调节阀 图 2为凝结水系统简图。 来 自汽机 去除氧器 图 2凝结水 系统简 图 系统 中， 凝 汽器 是一个热交换器 ， 经过驱 动汽轮 机 ， 已经消耗了大部分热能和静能的低温低压蒸汽又 在其 中被 冷却水 降温 而变成凝 结水 ， 并 收集在热 井 中， 再 由凝 结水泵加压输 出 ， 经低压加热器加热后送 往除氧器循环利用 。蒸汽冷凝时体积缩小 ， 造成凝汽 器内处于真空状态 ， 降低 了汽轮机 出口压力。凝结水 泵采用离心泵 ， 离心泵不能运行于规定 的最小流量以 5 6 P i p e l i n e T e c h n i q u e a n d Eq u i p me n t 下， 以防止泵 内过热和空化 现象发生。因此， 泵 出口 有一条返回到凝汽器的再循环管线， 此管线上装有凝 结水再循环阀， 当送往除氧器的凝结水低于泵的最小 流量时， 它就会打开， 保证泵 出口流量大于最小流量 ， 该阀将始终承受泵出 口到凝汽器的整个压降 ， 易产生 闪蒸现象， 普通的调节 阀不适于这种工况。 在凝结水进入除氧器之前的管道上装有除氧器液 位调节阀， 它要经受非常大的流量和温度变化 ， 初始阶 段泵出口压力高、 流量小， 除氧器内压力尚未产生 ， 会在 阀内产生空化现象， 正常负荷时， 阀上的压降减小 ， 已无 空化问题 ， 只考虑阀具有足够大的容量即可。 2 ． 2 给水系统工艺流程及关键调节阀 图3为给水系统 的简图。 来 自凝络水泵 图 3给水 系统简图 该系统的关键调节阀有锅炉给水再循环 阀、 锅炉 给水启动阀、 锅炉主给水调节阀， 给水 系统包含了从 除氧器 出口至锅炉人 口这个部分 ， 其 中有给水泵 、 高 压加热器 、 省煤器等设备。经 除氧器除氧的给水 由给 水泵升压到工艺规定的泵出口压力后输送到锅炉 ， 在 此过程中， 水会经过高压加热器和省煤器等设备被加 热至一定 的温度 ， 再送入锅炉。给水流量的大小， 根 据电厂发电负荷 的高低决定。给水泵是能输 出很 高 压头和很大流量的高压离心泵， 在机组开停车或过小 负荷运行的过程中， 给水泵在小流量 时， 泵 内会产生 过热和空化现象 ， 以至受到损坏。为避免此类事故的 发生 ， 在泵 出 口和除氧器之 间设立 了一条再循 环管 线 ， 在这管线上装有给水再循环阀。当给水泵输出流 量小于一定程度时 ， 此阀即打开 ， 保证给水泵在不小 于最小流量的负荷下运行， 给水再循环阀是 电厂中承 受着最严格 工作条件的调节 阀， 它承受着最高静压 、 最高压差及高温， 压差在阀门全关到全开行程 中始终 保持不变 ， 这种工艺条件， 必须采用高性能的防空化 高压差调节阀 ， 也要求关闭时能严密切断， 给水系统必须使给水流量适应发电负荷的需要 ， 一 般给水控制系统都采用并联管路的两台阀 一个是 给水起动阀， 另一个是主给水调节 阀。机组起动时， 前者打开 ， 后者关闭； 开车完成后， 前者关 闭， 后者打 开。给水起动阀只在开车和停车的过程 中工作 ， 对它 仍然要求有 良好的防空化性能和严密的切断性能。 对于小容量机组 ， 也可采用一个给水调节阀替代 上述两个并联的阀。 2 ． 3 主蒸汽 系统工艺流程及关键调节阀 图 4为主蒸汽系统简图。 高压汽机旁路阗 厂 _f灯 去凝汽器 图 4 主 蒸 汽 系统 简 图 该系统的关键调节阀有过热器减温喷水 阀、 再热 器减温喷水阀 、 高压汽机旁路 阀、 低压汽机旁路阀、 除 氧器进汽调节 阀、 吹灰器 阀， 此系统范围是从锅炉出 口到凝汽器之 间蒸汽循环的部分。它的流程 包括了 饱和蒸汽从锅炉送出， 经过过热器， 升温变成过热蒸 汽送入高压汽轮机。在汽机内， 此蒸汽释放出部分能 量 ， 然后经过再热器升温再进入低压汽轮机， 最终 ， 在 释放 出所有 的热能并冷却成 冷凝水后贮存在凝汽器 里 ， 准备开始这该程的再一次循环。 主蒸汽系统的～级过热器和二级过热器之 间有 一 个减温器 ， 从给水泵辅助管线 中抽 出的水 由过热器 减温水阀喷入减温器中， 以降低和调节进人二级过热 器的蒸汽温度 ， 此 阀应满足高静压、 低流量和严密切 断要求。 高压汽机出来 的蒸汽在进入低压汽机之前有一 个再热升温过程 ， 再热器出口的过热蒸汽温度同样需 要进行严格控制。用再热器减温水阀把水喷人其 中， 对蒸汽进行降温和调节， 由于再热部分的蒸汽压力较 低 ， 所以减温水阀将 承受很高的压差 ， 要在 出现空化 的情况下实现小流量控制 ， 同时还需要严密切断。 机组在正常运行时， 锅炉产生的蒸汽量和汽轮机 需要的蒸汽量是相互匹配的， 但是， 在机组启动 、 降负 第 4期 李学峰等 火电厂汽水 系统调节阀的选择 5 7 荷或甩负荷的情况下 ， 锅炉产生 的蒸汽量会大 于汽机 的需要量， 在主蒸汽系统中设置的汽轮机旁路系统能 合理地解决这个问题。 图 5为汽轮机旁路系统简图。 喷水* 一 蒸汽 、 汽机秀路通遁 图 5 汽 机旁路系统简图 高压汽机和低压汽机均设有旁路系统。高压旁 路系统可使多余 的高温高压蒸 汽不进入 汽机高压缸 而直接经过减温减压后进入再热器。蒸 汽是通过高 压旁路阀节流降压， 结合高压喷水阀喷水减温， 把压 力和温度调节到再热器入 口处 的蒸汽参 数后再进入 其 中。这个旁路可保护再热器不受 过热损坏 。该控 制系统要求旁路阀能在 5 s之 内迅速 开启 ， 具有耐高 温、 高压、 低噪声和严密切断的要求。低压旁路可使 再热器出来 的蒸 汽直接减 温减压后进入凝汽器 。低 压旁路阀结合低压喷水阀， 把通过的蒸汽压力和温度 降低和调节 到凝 汽器人 口处参数后再送入其 中。低 压旁路阀必须具有高温 、 低 噪声 、 严密切断和快速启 闭的功能。送人除氧器 的蒸 汽流量大小 ， 将根据锅炉 负荷的大小来确定 ， 蒸汽管线上除氧器进汽 阀可调节 蒸汽流量 ， 锅炉出 口与除氧器之 问有 巨大 的压差 ， 因 此进汽阀的使用条件严格 ， 选型时必须注意。 火力机组锅炉 的效率在很大程度 上取决于炉 管 有效的热交换作用。锅炉运行 中， 炉管 的受热面上会 积灰 和结 垢 ， 如 不清除 ， 可造成 热应力集 中， 炉管损 坏 ， 引起没漏事故 。为解决 以上问题 ， 须定期 吹灰 ， 可 从蒸汽管线 中抽出蒸汽定时吹扫， 吹扫蒸汽流量的大 小由吹灰器 阀进行控制。如果 吹扫蒸 汽取 自过热蒸 汽 ， 吹灰器阀会承受很高的压力 、 压差和温度 ， 阀内会 产生高分贝噪声 ， 阀内件产生振动和磨损 ， 由于周期 性操作 ， 阀要 承受周期性的温度变化 ， 同时关 闭时 的 严密切断性 ， 都应在选型时考虑。如果吹扫蒸 汽取 自 再热蒸汽 ， 吹灰阀的工作条件就会大大改善 。 2 ． 4 加热器疏水系统工艺流程及关键调节阀 图 6和图 7分别为低压加热器疏水系统和高压加 热器疏水系统简 图。 高液位排放阀 ⋯ 抽 汽 b I 一 加 热器疏水 阀 高液位 排放 阀 去高压加 热 器 疏水泵 来 自给水泵 一一 蒸汽 图 6低压加 热器疏水 系统 图 7高压加热 器疏 水系统 系统的关键调节阀有低压加热器疏水阀、 高压加热 器疏水阀。在典型的火电机组中， 一般设有 2套给水加 热器系统 ， 2套系统 除了加热介质不同， 都 以相同的方 式进行工作。为了控制凝结水的液位 ， 低压和高压加热 器的底部排放管上都装有疏水阀， 并根据加热器不同而 分为低压加热器疏水阀和高压加热器疏水阀。两种疏 水阀均把凝结水引到凝汽器 中， 凝汽器内部处于真空状 态 ， 而从加热器底部引出的凝结水却处于饱和状态 ， 因 此 ， 当凝结水通过疏水 阀节流降压后就会产生闪蒸现 象 ， 闪蒸过程中可能会存在水滴 ， 这些高速水滴对 阀和 管道都会有冲蚀作用， 选阀时必须注意。除了从结构上 考虑如何能把闪蒸现象消除或者降至最小以外 ， 材料选 择也是关键。系统 中还有一种高液位排放阀， 主要是在 加热器内部出现高液位异常情况下紧急开启工作， 排放 凝结水， 起保护加热器安全作用 ， 此阀的工作条件及功 能要求均与上述疏水阀相似。 3结束 语 综上所述 ， 明确 了汽水 系统 调节 阀工况 ， 为设计 选型提供了帮助 ， 为设备安全运行奠定 了基础。 参考文献 [ 1 ] 吴国熙． 调节 阀使用与维修． 北京 化学工业 出版社， 1 99 9． [ 2 ] 贾青， 陶正良． 从对我国电站调节阀的调研看其现状及发 展前 景． 水利 电力机械 ， 2 0 0 5 ， 2 7 1 8 1 0 ． [ 3 ] 李菁华． 论调节阀在供热系统中的应用． 新疆有色金属， 2 0 0 6 1 3 73 9 ． 作者简介 李学峰 1 9 7 5 一 ， 主要从事调节阀的设计及技术选 型工作 。