一种实现机炉解耦的母管制热力系统以及运行方法与流程

本发明属于热力发电领域，具体涉及一种实现机炉解耦的母管制热力系统以及运行方法。

背景技术：

目前，大容量火力发电机组(≥300mw)均设计以单元制方式运行，即一台台锅炉配套1台特定的汽轮机，汽轮机带动发电机进行发电，各个独立单元机组之间除公用部分外，基本呈现弱联系状态。

相对于单元制机组，非再热的小容量机组多使用母管制系统，与母管制机组相比，在锅炉设备需要检修、出现故障、电网调度机组热备用或其他需要停运锅炉设备的时候，对应的汽轮机和发电机也会被迫同时停止运行。这在一定程度上极大地影响了机组灵活性、限制了全厂机组整体的调峰能力。此外，由于锅炉设备需要维持在一定的负荷下限值以上工作，因此，单元制运行方式较大限制了深度调峰运行工况下的机组最低负荷值，降低了机组深度调峰运行工况下的灵活性。

另一方面，随着光电、风电等新型清洁能源发电系统的不断增容，加剧了电网的波动性，随着国民经济的不断发展和用电结构的变化，电力系统也面临电网峰谷差偏大，调峰能力不足的矛盾，因此电网对火电机组参与调峰甚至是深度调峰提出了更高的要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种实现机炉解耦的母管制热力系统以及运行方法，从而实现提升机组深度调峰运行工况下的灵活性以及锅炉设备事故状态下的机组发电量。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种实现机炉解耦的母管制热力系统，包括汽轮机组汽水系统及增设系统；其中，增设系统包括：主蒸汽连通母管、冷再热段蒸汽连通母管、热再热段蒸汽连通母管、除氧器抽汽连通母管、三段抽汽连通母管、最终给水连通母管、中压缸排汽连通母管、凝汽器热井倒水泵和凝汽器热井水连通母管；

主蒸汽连通母管分别连接至每台机组锅炉的过热器出口主蒸汽管道，连接点介于锅炉过热器出口阀组与汽轮机进汽阀组之间的管道上，连接点至主蒸汽连通母管间设置单机至主蒸汽连通母管控制、隔离阀组；

冷再热段蒸汽连通母管连接各机组锅炉的再热冷段蒸汽管道，连接点介于汽轮机高压缸出口与锅炉再热器蒸汽入口阀组之间的管道上，连接点至冷再热段蒸汽连通母管间设置单机至冷再热段蒸汽连通母管控制、隔离阀组；

热再热段蒸汽连通母管连接各机组锅炉的再热热段蒸汽管道，连接点介于锅炉再热器蒸汽出口阀组与汽轮机中压缸入口之间的管道上，连接点至热再热段蒸汽连通母管间设置单机至热再热段蒸汽连通母管控制、隔离阀组；

除氧器抽汽连通母管连接汽轮机除氧器抽汽至除氧器的管道，连接点介于汽轮机除氧器抽汽阀组与除氧器进汽阀组之间的管道上，连接点至除氧器抽汽连通母管间设置单机至除氧器抽汽连通母管控制、隔离阀组；

三段抽汽连通母管连接各机组的三段抽汽至第三级高压加热器管道，连接点介于三段抽汽阀组与第三级高压加热器系统进汽阀组之间的管道上，连接点至三段抽汽连通母管间设置单机至三段抽汽连通母管隔离、控制阀组；

最终给水连通母管连接各机组高压加热器系统出口的锅炉给水管道，连接点介于高压加热器系统出口与锅炉给水省煤器入口隔离、控制阀组的锅炉给水管道上，连接点至最终给水连通母管间设置单机至最终给水连通母管控制、隔离阀组；

中压缸排汽连通母管连接汽轮机中压缸排汽至低压缸进汽管道，连接点介于汽轮机中压缸出口与汽轮机低压缸入口阀组之间的管道上，连接点至中压缸排汽连通母管间设置单机至中压缸排汽连通母管控制、隔离阀组；

凝汽器热井倒水泵入口由旁路从凝汽器热井引出，出口管道设置倒水泵隔离、控制阀组，阀后设置三通管，与热井凝结水连通母管相连接；

凝汽器热井水连通母管连接各机组凝汽器热井凝结水管道，连接点介于热井出口与凝结水泵之间的凝结水管道上，管道上设置单机至热井凝结水连通母管隔离、控制阀组，阀组位置在三通管与连接点之间。

本发明进一步的改进在于，增设系统还包括：高压缸抽汽连通母管，高压缸抽汽连通母管连接各机组汽轮机高压缸抽汽至高压加热器系统管道，连接点介于汽轮机高压缸抽汽阀组与高压加热器系统进汽阀组之间的管道上，连接点至高压缸抽汽连通母管间设置单机至高压缸抽汽连通母管控制、隔离阀组。

本发明进一步的改进在于，增设系统还包括：低压缸抽汽连通母管，低压缸抽汽连通母管连接汽轮机低压缸抽汽管道，连接点介于汽轮机低压缸抽汽阀组与低压加热器系统进汽阀组之间的管道上，连接点至低压缸抽汽连通母管间设置单机至低压缸抽汽连通母管控制、隔离阀组。

本发明进一步的改进在于，汽轮机组汽水系统包括锅炉1、2、……、n，每个锅炉的过热蒸汽管道出口与高压缸进汽口相连通，高压缸的排汽口与锅炉的再热蒸汽管道入口相连通，锅炉的再热蒸汽管道出口与中压缸进汽口相连通，中压缸的排汽口与低压缸的进汽口相连通，低压缸的排汽口与凝汽器相连通，高压缸的抽汽口与高压加热系统的进汽口相连通，中压缸抽汽口与除氧器的进汽口相连通，低压缸抽汽口与低压加热系统的进汽口相连通，凝汽器、凝结水泵、低压加热系统、除氧器、给水泵与高压加热系统的进出水口依次相连通，高压加热系统的出水口与锅炉的给水管道入口相连通。

本发明进一步的改进在于，当只有两台机组时，两台机组管道设备间使用配备隔离、控制阀组的连通管连接。

一种实现机炉解耦的母管制热力系统的运行方法，该方法基于所述的一种实现机炉解耦的母管制热力系统，以多台机组中，1号机组锅炉停运为例，包括：

当1号机锅炉停运时，关闭1号机锅炉主蒸汽隔离阀组、再热冷段与热段蒸汽隔离阀组，防止蒸汽倒流至停运锅炉中；打开锅炉主蒸汽连通母管控制、隔离阀组，其它机组的锅炉同时为1号汽轮机和本机组汽轮机供应主蒸汽；打开冷再热段蒸汽连通母管控制、隔离阀组，1号机组冷再热蒸汽进入冷再热段蒸汽连通母管，其他机组的锅炉对1号机再热冷段蒸汽进行加热；打开热再热段蒸汽连通母管控制、隔离阀组，其他机组的锅炉对1号汽轮机和本机组中压缸供应再热热段蒸汽；关闭1号机高压加热器系统进汽隔离、控制阀，打开1号机高压缸抽汽连通母管控制、隔离阀组，高压缸抽汽倒送至相邻机组，1号机高压加热器系统不运行；关闭1号机第三级高压加热器隔离、控制阀，打开1号机三段抽汽连通母管控制、隔离阀组，1号机三段抽汽倒送至相邻机组，1号机第三级高压加热器不运行；关闭1号机除氧器进汽隔离、控制阀，打开1号机除氧器抽汽连通母管控制、隔离阀组，除氧器抽汽倒送至相邻机组，1号机除氧器不运行；打开1号机中压缸排汽连通母管控制、隔离阀组，1号汽轮机中压缸排汽进入其他机组汽轮机低压缸做功，1号汽轮机低压缸处于最低进汽流量状态，进汽流量满足低压缸最低冷却蒸汽要求，对于做了“低压缸零出力”改造的机组来说，在“低压缸零出力”方式下运行；关闭1号机低压加热器系统进汽隔离、控制阀，打开低压缸抽汽连通母管控制、隔离阀，低压缸抽汽倒送至其他相邻机组，1号机低压加热器系统不运行；打开凝汽器热井倒水泵与对应控制、隔离阀组，关闭热井凝结水正常控制、隔离阀组，关闭热井水连通母管控制、隔离阀组，将1号机的凝结水全部倒至热井水连通母管，至其他机组热井，1号机的凝结水进入其他机组低压加热器系统进行加热。

本发明进一步的改进在于，锅炉停运指的是在锅炉检修、故障、机组两班制运行、机组热备用状态，以及其它所有对于锅炉设备有计划或者意外停运的情况。

本发明进一步的改进在于，阀组指的是用到的调节阀、隔离阀，阀的种类为电动阀、气动阀、液动阀和手动阀。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益的技术效果：

1.利用本发明，在深度调峰运行工况下，可实现整个停炉机组的回热系统不工作，高中压缸抽汽全部倒至其他机组的回热系统，停炉机组仅有高中压缸对外做功，低压缸处于最低进汽流量状态或“零出力”状态，停炉机组汽轮机低压缸进汽量全部倒送至其他机组低压缸，提高多台机组平均的低压缸实际运行效率。

2.采用本发明方法，部分机组锅炉停运、热备用或二班制运行时，可通过控制各母管与机组间连接阀组使停炉机组汽轮机获得主、再热蒸汽，并回收停炉机组冷再热蒸汽，实现停炉不停机。

3.采用本发明方法，停炉机组回热系统不工作，中压缸排汽倒送至其他机组低压缸，提高多台机组平均低压缸运行效率。

4.利用本发明方法，机组在“少炉多机”运行工况下，可实现进一步的“机、炉解耦”，在投运锅炉正常运行条件下，进一步降低深度调峰运行工况下的汽轮发电机组输出电动率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

附图标记说明(pn指第n台机组的泵，vn指第n台机组的阀门)：

pn-1、给水泵，

pn-2、凝结水泵，

pn-3、凝汽器热井倒水泵

vn-1、主蒸汽连通母管控制、隔离阀组，

vn-2、锅炉主蒸汽控制、隔离阀组，

vn-3、再热冷段段蒸汽连通母管控制、隔离阀组，

vn-4、再热冷段蒸汽控制、隔离阀组，

vn-5、热再热段蒸汽连通母管控制、隔离阀组，

vn-6、再热热段蒸汽控制、隔离阀组，

vn-7、高压缸进汽控制、隔离阀组，

vn-8、中压缸进汽控制、隔离阀组，

vn-9、低压缸进汽控制、隔离阀组，

vn-10、高压缸抽汽控制、隔离阀组，

vn-11、除氧器抽汽控制、隔离阀组，

vn-12、三段抽汽控制、隔离阀组，

vn-13、高压加热器系统进汽控制、隔离阀组，

vn-14、除氧器进汽控制、隔离阀组，

vn-15、第三级加热器进汽控制、隔离阀组，

vn-16、锅炉给水省煤器入口控制、隔离阀组，

vn-17、最终给水连通母管控制、隔离阀组，

vn-18、高压缸抽汽连通母管控制、隔离阀组，

vn-19、除氧器抽汽连通母管控制、隔离阀组，

vn-20、三段抽汽连通母管控制、隔离阀组，

vn-22、凝汽器热井倒水泵隔离、控制阀组，

vn-23、凝汽器热井水连通母管隔离、控制阀组，

vn-24、中压缸排汽连通母管隔离、控制阀组，

vn-25、低压缸抽汽控制、隔离阀组，

vn-26、低压缸抽汽连通母管控制、隔离阀组，

vn-27、低压加热器系统进汽控制、隔离阀组，

vn-28、低压加热器系统进水控制、隔离阀组。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

参见图1，本发明提供的一种实现机炉解耦的母管制热力系统，包括常规锅炉、汽轮机组汽水系统及增设系统。其中，增设系统包括：主蒸汽连通母管、冷再热段蒸汽连通母管、热再热段蒸汽连通母管、高压缸抽汽连通母管、除氧器抽汽连通母管、三段抽汽连通母管、最终给水连通母管、中压缸排汽连通母管、低压缸抽汽连通母管、凝汽器热井倒水泵、凝汽器热井水连通母管及相应控制、关断阀组。

其中，所述的汽轮机组汽水系统包括锅炉1、2、……、n，每个锅炉的过热蒸汽管道出口与高压缸进汽口相连通，高压缸的排汽口与锅炉的再热蒸汽管道入口相连通，锅炉的再热蒸汽管道出口与中压缸进汽口相连通，中压缸的排汽口与低压缸的进汽口相连通，低压缸的排汽口与凝汽器相连通，高压缸的抽汽口与高压加热系统的进汽口相连通，中压缸抽汽口与除氧器的进汽口相连通，低压缸抽汽口与低压加热系统的进汽口相连通，凝汽器、凝结水泵、低压加热系统、除氧器、给水泵与高压加热系统的进出水口依次相连通，高压加热系统的出水口与锅炉的给水管道入口相连通。

所述的增设系统中主蒸汽连通母管连接方式为：主蒸汽连通母管分别连接至每台机组锅炉的过热器出口主蒸汽管道，连接点介于锅炉过热器出口阀组vn-2与汽轮机进汽阀组vn-7之间的管道上，连接点至主蒸汽连通母管间设置单机至主蒸汽连通母管控制、隔离阀组vn-1。

所述的增设系统中冷再热段蒸汽连通母管连接方式为：冷再热段蒸汽连通母管连接各机组锅炉的再热冷段蒸汽管道，连接点介于汽轮机高压缸出口与锅炉再热器蒸汽入口阀组vn-4之间的管道上，连接点至冷再热段蒸汽连通母管间设置单机至冷再热段蒸汽连通母管控制、隔离阀组vn-3。

所述的增设系统中热再热段蒸汽连通母管连接方式为：热再热段蒸汽连通母管连接各机组锅炉的再热热段蒸汽管道，连接点介于锅炉再热器蒸汽出口阀组vn-6与汽轮机中压缸进汽阀组vn-8之间的管道上，连接点至热再热段蒸汽连通母管间设置单机至热再热段蒸汽连通母管控制、隔离阀组vn-5。

所述的增设系统中高压缸抽汽连通母管连接方式为：高压缸抽汽连通母管连接各机组汽轮机高压缸抽汽至高压加热器系统管道，连接点介于汽轮机高压缸抽汽阀组vn-10与高压加热器系统进汽阀组vn-13之间的管道上，连接点至高压缸抽汽连通母管间设置单机至高压缸抽汽连通母管控制、隔离阀组vn-18。

所述的增设系统中除氧器抽汽连通母管连接方式为：除氧器抽汽连通母管连接汽轮机除氧器抽汽至除氧器的管道，连接点介于汽轮机除氧器抽汽阀组vn-11与除氧器进汽阀组vn-14之间的管道上，连接点至除氧器抽汽连通母管间设置单机至除氧器抽汽连通母管控制、隔离阀组vn-19。

所述的增设系统中三段抽汽连通母管连接方式为：三段抽汽连通母管连接各机组的三段抽汽至第三级高压加热器管道，连接点介于三段抽汽阀组vn-12与第三级高压加热器系统进汽阀组vn-15之间的管道上，连接点至三段抽汽连通母管间设置单机至三段抽汽连通母管隔离、控制阀组vn-20。

所述的增设系统中最终给水连通母管连接方式为：最终给水连通母管连接各机组高压加热器系统出口的锅炉给水管道，连接点介于高压加热器系统出口与锅炉给水省煤器入口隔离、控制阀组vn-16的锅炉给水管道上，连接点至最终给水连通母管间设置单机至最终给水连通母管控制、隔离阀组vn-17。

所述的增设系统中中压缸排汽连通母管连接方式为：中压缸排汽连通母管连接汽轮机中压缸排汽至低压缸进汽管道，连接点介于汽轮机中压缸排汽口与汽轮机低压缸进汽阀组vn-9之间的管道上，连接点至中压缸排汽连通母管间设置单机至中压缸排汽连通母管控制、隔离阀组vn-24。

所述的增设系统中低压缸抽汽连通母管连接方式为：低压缸抽汽连通母管连接汽轮机低压缸抽汽管道，连接点介于汽轮机低压缸抽汽阀组vn-25与低压加热器系统进汽阀组vn-27之间的管道上，连接点至低压缸抽汽连通母管间设置单机至低压缸抽汽连通母管控制、隔离阀组vn-26。

所述的增设系统中凝汽器热井倒水泵连接方式为：凝汽器热井倒水泵pn-3入口由旁路从凝汽器热井引出，出口管道设置倒水泵隔离、控制阀组vn-22，阀后设置三通管，与热井凝结水连通母管相连接。

所述的增设系统中热井凝结水连通母管连接方式为：热井凝结水连通母管连接各机组凝汽器热井凝结水管道，连接点介于热井出口与凝结水泵之间的凝结水管道上，管道上设置单机至热井凝结水连通母管隔离、控制阀组vn-23，阀组位置在上述三通管与连接点之间。

本发明提供一种实现机炉解耦的母管制热力系统的运行方法，以多台机组中，1号机组锅炉停运为例，包括如下操作内容：

当1号机锅炉停运时，关闭1号机锅炉主蒸汽隔离阀组v1-2、再热冷段蒸汽隔离阀组v1-4与再热热段蒸汽隔离阀组v1-6，防止蒸汽倒流至停运锅炉中。打开1号机组锅炉主蒸汽连通母管控制、隔离阀组v1-1，并打开其它运行机组锅炉主蒸汽连通母管控制、隔离阀组vm-1(m＝2,3,4,…,n，为其它运行机组编号，可以是多台机组)，其它机组的锅炉可以同时为1号汽轮机和本机组汽轮机供应主蒸汽；打开冷再热段蒸汽连通母管控制、隔离阀组v1-3，1号机组冷再热蒸汽进入冷再热段蒸汽连通母管，并打开其它运行机组冷再热段蒸汽连通母管控制、隔离阀组vm-3，其他机组的锅炉对1号机再热冷段蒸汽进行加热；打开热再热段蒸汽连通母管控制、隔离阀组v1-5，并打开其它运行机组热再热段蒸汽连通母管控制、隔离阀组vm-5，其他机组的锅炉对1号汽轮机和本机组中压缸供应再热热段蒸汽；关闭1号机高压加热器系统进汽隔离、控制阀v1-13，打开1号机高压缸抽汽连通母管控制、隔离阀组v1-18，高压缸抽汽倒送至相邻机组，1号机高压加热器系统不运行；关闭1号机第三级高压加热器进汽隔离、控制阀v1-15，打开1号机三段抽汽连通母管控制、隔离阀组v1-20，1号机三段抽汽倒送至相邻机组，1号机第三级高压加热器不运行；关闭1号机除氧器进汽隔离、控制阀v1-14，打开1号机除氧器抽汽连通母管控制、隔离阀组v1-19，除氧器抽汽倒送至相邻机组，1号机除氧器不运行；打开1号机中压缸排汽连通母管控制、隔离阀组v1-24，1号汽轮机中压缸排汽进入其他机组汽轮机低压缸做功，1号汽轮机低压缸处于最低进汽流量状态，进汽流量满足低压缸最低冷却蒸汽要求，对于做了“低压缸零出力”改造的机组来说，可在“低压缸零出力”方式下运行；关闭1号机低压加热器系统进汽隔离、控制阀v1-27，打开低压缸抽汽连通母管控制、隔离阀组v1-26，低压缸抽汽倒送至其他相邻机组，1号机低压加热器系统不运行；打开凝汽器热井倒水泵p1-3与对应控制、隔离阀组v1-22，关闭低压加热器系统进水控制、隔离阀组v1-28，关闭热井水连通母管控制、隔离阀组v1-23，将1号机的凝结水全部倒至热井水连通母管，至其他机组热井，1号机的凝结水进入其他机组低压加热器系统进行加热。

表1是机组在常规单元制运行工况下系统主要阀门、设备的运行状态和利用本发明方法在少炉多机运行工况下系统主要阀门、设备的运行状态的对比。

表1以两台机组为例，单元制运行为两台机组均正常运行，少炉多机制运行为1号机组锅炉停运，2号机组锅炉同时给1号机组汽轮机和2号机组汽轮机供应主蒸汽。

本发明提供的一种实现机炉解耦的母管制热力系统以及运行方法，采用本发明方法，机组在“少炉多机”运行工况下，可实现进一步的“机、炉解耦”，在投运锅炉正常运行条件下，进一步降低深度调峰运行工况下的汽轮发电机组输出电动率。利用本发明，在深度调峰运行工况下，可实现整个停炉机组的回热系统不工作，高中压缸抽汽全部倒至其他机组的回热系统，停炉机组仅有高中压缸对外做功，低压缸处于最低进汽流量状态或“零出力”状态，停炉机组汽轮机低压缸进汽量全部倒送至其他机组低压缸，提高多台机组平均的低压缸实际运行效率。