一种集成机炉耦合系统的燃褐煤机组调控系统及工作方法与流程

本发明属于热力发电领域，涉及热力系统控制优化设计，具体涉及一种集成机炉耦合系统的燃褐煤机组调控系统及工作方法。

背景技术：

1、褐煤具有挥发分高、水分高、发热量低、灰含量高、灰熔点低、磨损性低和易自燃等特点。我国褐煤储量巨大，易开采，价格一般较低，主要分布于内蒙古、东北及云南等地区。褐煤的全水分一般在30％～60％。褐煤在进入锅炉炉膛之前，必须进行干燥处理，以便于后续的煤粉磨制和燃烧。由于机组燃用高水分褐煤，制粉系统必须具备足够的干燥能力，对于用热风做干燥剂的正压直吹式制粉系统，也就要求进入磨煤机的干燥用热风必须具有足够大的风量和比较高的风温，入磨风温一般需达到330℃～370℃，较常规烟煤的约260℃风温高出大约100℃，高风温是由较高温度的烟气通过回转式预热器加热而得，这也就决定了进入回转式预热器的烟气温度一般要达到420℃以上，因此褐煤炉的排烟温度较高。若采用增大空预器换热面积降低排烟温度，则空气预热器面积超出合理范围且不现实。若制粉系统采用抽炉烟干燥系统，即抽取部分600-800℃的锅炉烟气，和通过预热器的烟气一起送入磨煤机，干燥褐煤后再送入炉膛，这种方式虽能解决褐煤干燥问题，但是存在一些不足：需设置抽高温炉烟系统，降低烟气的热利用效率，增加系统复杂程度；抽出的烟气和燃煤中蒸发出的水分全部进入锅炉炉膛，增加了锅炉尺寸和锅炉造价；增加锅炉排烟量，风机电耗增加；磨煤机内增大通风量大，需增大磨煤机容量。

技术实现思路

1、针对褐煤含水量大，多者可以达到60％，本发明提供了一种集成锅炉再热蒸汽抽汽干燥的高水分褐煤发电热力系统，能够有效降低褐煤的水分含量，改善制粉系统的运行情况，提升锅炉燃烧效率，增大系统的发电效率，同时利用一次风再加热器和机炉耦合系统的调节，在机组调峰调频时可以增强机组自动发电控制调节性能，降低机组自动发电控制的响应时间和增大调节速率，增强机组的变负荷能力，提高了机组运行的灵活性。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种集成机炉耦合系统的燃褐煤机组调控系统，包括燃褐煤发电系统和机炉耦合系统；

4、燃褐煤发电系统包括锅炉、汽轮机和发电机；锅炉100主蒸汽出口与汽轮机高压缸201蒸汽入口相连，汽轮机高压缸201出口和锅炉低温再热器102进口相连，锅炉低温再热器102蒸汽出口分两路，一路与锅炉高温再热器103相连，另一路与一次风再加热器401的蒸汽入口相连；锅炉高温再热器103出口与汽轮机中压缸202相连，锅炉100二次风入口经过空气预热器105、二次风暖风器306与环境连通；锅炉一次风入口通过制粉系统101、一次风再加热器401、空气预热器105、一次风暖风器305与环境相通；汽轮机中压缸202出口与汽轮机低压缸203入口相连；汽轮机低压缸203的蒸汽出口与凝汽器204的蒸汽入口相连；凝汽器204的水工质出口依次与凝结水泵205、低压加热器206、除氧器207、给水泵208、高压加热器210相连；高压加热器210的给水出口与锅炉100的给水入口相连；汽轮机各个回热抽汽的抽汽口与汽轮机回热系统的高压加热器210和低压加热器206相连；发电机501通过机械传动设备与汽轮机相连；

5、机炉耦合系统包括一次风再加热器、空气预热器旁路系统和尾部烟气余热利用系统；空气预热器旁路系统与空气预热器并联，空气预热器旁路系统烟气入口通过空气预热器旁路系统调节挡板301与空气预热器105烟气入口相连，空气预热器旁路系统出口与空气预热器105烟气出口相连，空气预热器旁路系统包括位于上部的烟气给水换热器302和位于下部的烟气凝结水换热器303，烟气给水换热器302与汽轮机高压加热器210并联，烟气凝结水换热器303与汽轮机低压加热器206并联；

6、尾部烟气余热利用系统包括烟气热媒水换热器304、一次风暖风器305和二次风暖风器306，烟气热媒水换热器304出口分三路，第一路通过增压泵a308与烟气凝结水换热器303出口相连，第二路通过热媒水循环泵309后经过流量调节阀b312与一次风暖风器305进口相连，第三路通过热媒水循环泵309后经过流量调节阀c313与二次风暖风器306进口相连；烟气凝结水换热器303的凝结水出口分两路，一路与汽轮机低压加热器206的出口相连，另一路通过增压泵a308与烟气热媒水换热器304的热媒水出口相连；烟气热媒水换热器304进口第一路与一次风暖风器305出口相连，第二路与二次风暖风器306出口相连，第三路经过流量调节阀a307与烟气凝结水换热器303进口相连；通过设置流量调节阀a307和增压泵a308,使得烟气热媒水换热器304和烟气凝结水换热器303形成并联的结构。

7、优选的，与一次风再加热器401并联的高压加热器210抽汽段和一次风再加热器401抽汽段分别设置有流量调节阀e403和流量调节阀d402，用于调节两路的流量，关闭流量调节阀d402以切除一次风再加热器401与系统的连接；一次风再加热器401的蒸汽抽汽和高压加热器210抽汽并联运行或单独运行。

8、优选的，烟气给水换热器302水路与汽轮机高压加热器210并联，给水自给水泵208出口分两路，一路进入高压加热器210，另一路进入烟气给水换热器302，之后两路给水汇合后进入锅炉100给水入口；烟气凝结水换热器303水路与低压加热器206相并联，低压加热器206中60-80℃的凝结水分两路，一路进入下一级低压加热器206，另一路进入烟气凝结水换热器303，两路凝结水在除氧器207汇集；烟气给水换热器302入口设置有烟气给水换热器流量调节阀310，用于调节烟气给水换热器302的入口给水流量或者关断给水；烟气凝结水换热器303入口设置有烟气凝结水换热器流量调节阀311，用于调节进入烟气凝结水换热器303的凝结水流量或者关断凝结水。

9、优选的，空气预热器旁路系统设置有空气预热器旁路系统挡板301，用于调节进入空气预热器旁路系统的烟气流量或者切除空气预热器旁路系统。

10、优选的，所述一次风暖风器305和二次风暖风器306的出口温度设定值为45-60℃；一次风再加热器401的蒸汽入口温度为540-560℃，出口温度为360-390℃；一次风再加热器401的进口一次风温度为320-360℃，出口温度为380-420℃。

11、优选的，所述制粉系统101的磨煤机选取为中速磨煤机，磨煤机设计有8-12％份额的冷风旁路与再热一次风混合后进入磨煤机干燥褐煤，磨煤机出口乏气温度为60-70℃。

12、优选的，所述烟气凝结水换热器303的凝结水进口温度60-80℃，凝结水出口温度130-160℃，烟气给水换热器302的给水进口温度130-160℃，给水出口温度270-310℃；烟气热媒水换热器304烟气入口温度为120-140℃，烟气出口温度为80-100℃，烟气热媒水换热器304的热媒水进口温度为60-80℃，出口温度为110-120℃。

13、优选的，给水泵使用小汽轮机拖动，小汽轮机排汽引入凝汽器。

14、所述的一种集成机炉耦合系统的燃褐煤机组调控系统的工作方法，一次风经过一次风暖风器305和空气预热器105加热后，经过一次风再加热器401，低温再热器102的出口蒸汽在一次风再加热器401放热给一次风后与高压加热器210抽汽汇合后加热给水，根据原煤的水分、环境温度和机组负荷因素调节经过一次风再加热器401的蒸汽流量，将一次风温度增加40-60℃，经过加热后的一次风进入制粉系统101干燥褐煤，保证锅炉制粉系统的干燥出力，干燥后的煤粉和一次风混合后进入锅炉100炉膛中燃烧释放热量，加热锅炉水侧工质；二次风经过二次风暖风器306和空气预热器105的加热后也进入锅炉炉膛，提供足够的空气给煤粉燃烧；

15、锅炉100中水吸收热量后成为高温蒸汽，高温蒸汽进入汽轮机高压缸201做功，之后汽轮机高压缸201排汽分两路，一路进入低温再热器102和高温再热器103吸热后进入汽轮机中压缸，另一路提供给汽轮机抽汽以加热给水；汽轮机中压缸202排汽进入汽轮机低压缸，汽轮机低压缸203排汽进入凝汽器(204)中凝结，之后依次经过凝结水泵(205)、低压加热器(206)、除氧器207，再经由小汽轮机拖动209的给水泵208加压后进入高压加热器210，最后进入锅炉100完成工质的循环；此外，为协调机炉两侧的热量利用，部分给水经过烟气给水换热器调节阀310去往烟气给水换热器302吸收烟气热量后与高压加热器给水210混合后进入锅炉100给水入口，部分凝结水经过烟气凝结水换热器调节阀311去往烟气凝结水换热器303吸热后到除氧器207汇集，调节空气预热器旁路系统挡板301以调节进入空气预热器旁路的烟气量，以此调整烟气给水换热器302和烟气凝结水换热器303的吸热量；在烟气热媒水换热器304中吸收热量后的热媒水经过热媒水循环泵309加压后分两路分别进入一次风暖风器305、二次风暖风器306预热空气；若一次风暖风器305和二次风暖风器306的出口温度与设计值相差20℃及以上，则打开流量调节阀a307和增压泵a308，将烟气凝结水换热器303与一次风暖风器305和二次风暖风器306串联，将凝结水和热媒水掺混以提高热媒水出口温度，保证一次风暖风器305、二次风暖风器306的出口空气温度达到设定值。

16、能够增强机组自动发电控制调节性能，降低机组自动发电控制的响应时间和增大自动发电控制调节速率，具体为：当机组接收到自动发电控制升负荷指令时，减小流量调节阀e403开度，增大流量调节阀d402开度，从而使汽轮机缸体的回热抽汽点的流量减小，汽轮机出力相应增大，而锅炉低温再热器102到一次风再加热器401的抽汽量增大，以补偿汽轮机回热抽汽量的减小，使汽轮机回热系统的高压加热和低压加热器的给水出口温度达到预定值；若机组接收到自动发电控制降负荷的指令，增大流量调节阀e403开度和减小流量调节阀d402开度，利用一次风再加热器401的蓄热加热一次风，使汽轮机的回热系统的高压加热和低压加热器的给水出口温度达到预定值。

17、能够增大机组的爬坡能力,提高机组的一次调频能力，具体为：当电网频率低于额定值、汽轮机转速低于额定转速时，机组需要快速升负荷，则减小流量调节阀e403开度，增大流量调节阀d402开度，从而汽轮机缸体的回热抽汽流量减小，汽轮机出力相应增大，而锅炉低温再热器102到一次风再加热器401的抽汽量增大，以补偿汽轮机回热抽汽量的减小；同时增大空气预热器旁路系统挡板301开度、烟气给水换热器流量调节阀310开度和烟气凝结水换热器流量调节阀311开度，利用更多的空气预热器旁路烟道的烟气热量加热给水和凝结水，减小汽轮机回热抽汽流量，快速增大汽轮机的出力，增大空气预热器旁路系统挡板301开度会导致流经空气预热器105的烟气流量减小，空气预热器105出口的一次风温度和二次风温度降低，此时通过减小甚至关闭流量调节阀b312开度，增大流量调节阀c313开度以利用烟气热媒水换热器304中更多的热媒水的热量加热位于二次风暖风器(306)中的二次风，提高空气预热器进口的二次风温度，一次风温度的降低通过增大流量调节阀d402开度以增加锅炉低温过热器102的抽汽量得到补偿，增加其抽汽量能够增大一次风再加热器401中一次风温度的提升幅度，保证制粉系统干燥出力匹配当前负荷；当电网频率高于额定值、汽轮机转速高于额定转速时，机组需要快速降负荷，则增大流量调节阀e403开度，减小流量调节阀d402开度，从而使汽轮机缸体的回热抽汽流量增大，汽轮机出力相应减小，而锅炉低温再热器102到一次风再加热器401的抽汽量减小，以保持回热系统的高压加热和低压加热器的给水温度达到预定值，减少的一次风再加热器的抽汽量所对应的放热量部分被一次风再加热器401的蓄热补偿；同时减小空气预热器旁路系统挡板301开度、烟气给水换热器流量调节阀310开度和烟气凝结水换热器流量调节阀311开度，减少利用空气预热器旁路烟道的烟气热量加热给水和凝结水，增加汽轮机回热抽汽流量，快速降低汽轮机的出力，减小空气预热器旁路系统挡板301开度导致空气预热器105的烟气流量增大，空气预热器105出口的一次风温度和二次风温度的提升幅度增大，此时通过增大流量调节阀b312开度，减小流量调节阀c313开度以利用烟气热媒水换热器304中更多的热媒水热量加热位于一次风暖风器中的一次风，提高空气预热器105进口的一次风温度，从而保证一次风再加热器401出口的温度达到预定值，保证制粉系统干燥出力匹配当前负荷，而因此导致的二次风暖风器306出口的二次风温度的降低通过减小空气预热器旁路系统挡板301开度增加二次风温度在空气预热器中的提升幅度得到补偿。

18、本发明提出利用低温再热蒸汽的再热热量对一次风进行再加热以保证制粉系统的干燥出力，温度提升后的一次风再进入制粉系统对褐煤进行干燥，结构简单、便于操作且安全防爆。集成一次风再加热器可以降低进入空气预热器的烟气温度与空气预热器排烟温度，提升锅炉效率，有较好的经济效益。

19、本发明还能增强燃褐煤发电机组的灵活性。一方面生活用电占全部用电比例增大，另一方面具有间歇性和不可预测的风能、光能等可再生能源并网比例在不断提高，电网的负荷侧和电源侧的波动性都增大，因此需要火电机组更多地参与调峰调频。本发明利用一次风再加热器和机炉耦合系统的调节，在机组调峰调频时可以增强机组agc调节性能，降低机组agc的响应时间和增大调节速率，增加机组的变负荷能力，提高了机组运行的灵活性。和现有技术相比较，本发明具备如下优点：

20、1.本发明以低温再热蒸汽为热源，利用一次风再加热器提高进入制粉系统的一次风温度，以此保证低环境温度和低负荷条件下制粉系统的干燥出力，系统的结构简单、制粉系统便于操作且安全防爆，增加了发电系统的安全性，改善炉膛内褐煤的燃烧情况，提高锅炉效率，有良好的经济效益；

21、2.本发明设置有包括一次风再加热器的机炉耦合系统，在响应机组自动发电控制指令时，可以调节一次风再加热器蒸汽流量调节阀、抽汽调节阀、空气预热器旁路系统挡板等，实现快速响应自动发电控制指令的目标；

22、3.设置有包括一次风再加热器的机炉耦合系统，在机组需要一次调频升降负荷时，可以调节一次风再加热器蒸汽流量调节阀、抽汽调节阀、空气预热器旁路系统挡板等，实现机组快速变负荷的目标，增强机组一次调频能力以及运行灵活性。