一种空冷机组全工况可切换真空系统的控制方法与流程

文档序号：11726442阅读：407来源：国知局

本发明涉及发电厂机组抽真空系统的应用领域，尤其是涉及发电厂机组抽真空系统及空冷岛防冻设备，更具体地，是涉及一种空冷机组全工况可切换真空系统与控制方法。

背景技术：

近些年来，由于国家对电源项目建设的环境保护和节约用水的重视，采用空气作为冷却介质的空冷机组在电力建设中得到了快速的发展。而直接空冷机组由于结构简单，所需空冷元件少等特点，在我国华北、内蒙、新疆等地方被大量采用，有效的解决了富煤贫水地区的发电问题。随着我国电站直接空冷系统的运行及推广，其系统不需要冷却水、传热温差大、系统简单、空气量调节灵活可靠、抗腐蚀性强、占地面积小等优点已逐渐达成共识，与湿冷机组相比，空冷发电厂机组单位水耗仅为2kg/kwh，节水效果非常明显，已成为北方缺水地区新建电厂首选的型式。

但直接空冷机组固有的特点，决定了在冬季运行时应时刻注意冻结问题，在我国的“三北”地区，直接空冷凝汽器冻结的问题几乎每年都会发生，轻者汽轮机热耗值增加，机组长期处于不经济运行工况，重者机组被迫停机，给电网运行带来重大影响，同时一些冻结严重的电厂，由于空冷凝汽器管束冻裂，不得不重新采购安装空冷凝汽器，因设备购置及非计划停机给自身带来了巨大的财产损失。由于现在抽真空设备性能制约，现在直接空冷机组冬季运行防冻背压较高，有较大节能潜力。

抽真空系统作为电厂的重要辅机之一，其主要作用是在机组启动期间，使冷端凝汽器迅速建立真空，而在机组正常运行期间，能够维持凝汽器内部真空。目前电厂常用的抽真空设备为水环式真空泵，此套设备运行中易受工作液温度的影响，不但制约了抽气能力，而且易发生汽蚀，导致叶片产生裂纹或者断裂，影响机组运行安全，增加了检修维护费用。另外由于真空泵自身的特点，其在维持机组真空时工作效率也偏低。

申请号为201520433961.1的中国专利公开了一种大型火力发电机组真空保持系统，其核心设备为水环式真空泵+罗茨泵的串联组合，该系统解决了水环真空泵汽蚀的问题，在一定程度上也提高了抽真空系统的效率，但抽吸湿空气易造成罗茨泵的乳化、内部腐蚀等故障，另外增加了旋转设备，维护工作量大。该专利所述系统受系统配置并不能解决本发明能解决的在保证机组空冷岛不结冻的情况下，显著降低机组的冬季运行背压等问题。对于空冷机组宽泛背压变化及真空严密性较差特性，该专利是否适用并未提及。申请号为201420174151.4中国专利公开一种双背压凝汽器多级蒸汽喷射器抽真空系统，该系统包括：汽轮机、第一凝汽器、第二凝汽器、低压凝汽器热井、消音器、第一蒸汽喷射器、第二蒸汽喷射器、第三蒸汽喷射器、第四蒸汽喷射器、第一蒸汽冷凝器、第二蒸汽冷凝器和设置于上述各个部件之间的多个控制阀和管路；该系统由于采用了一台启动蒸汽喷射器，两台蒸汽喷射器对高低压侧进行分别抽吸，采用高压蒸汽为动力，出力稳定，能够维持凝汽器的最佳真空，其蒸汽喷射器采用高温蒸汽为动力，整套系统为静设备，无需厂用电，也可以减少维护成本。但鉴于直接空冷机组背压变化范围较广，该专利系统对直接空冷机组并不适用，而且直接空冷机组冬季防冻背压较高，如何通过有效手段降低防冻背压在该专利中也并未提及。

现有技术中存在的主要缺陷还在于：

1、空冷机组冬季较高防冻背压运行问题，现有抽真空系统设备本身无法解决。

2、空冷机组抽真空系统能耗指标较高。

3、现有抽真空节能技术无法较好适用于空冷机组。

4、现有抽真空技术只在抽真空系统方面并且在特定工况环境下节能，无相应逻辑控制功能，使得现有技术不能满足全工况降背压提效。

5、夏季环境温度较高时，水环真空泵有汽蚀现象。

技术实现要素：

为了克服现有技术中的上述问题，本发明提供了一种空冷机组全工况可切换真空系统与控制方法，其通过系统配置与逻辑控制结合，在实现抽真空系统节能降耗前提下，降低空冷机组防冻背压。通过系统配置与逻辑控制结合，实现抽真空系统节能降耗。针对空冷机组研发，适应空冷机组宽背压变化情况。在变工况条件下，通过控制模块实现自调节，使真空系统始终处于高效工况下运行，节省抽真空系统能耗。并且本发明提供了配套相应的逻辑控制功能及相关控制策略。在夏季温度高时，可防止水环真空泵的汽蚀。

为了实现上述目的，本发明的一种空冷机组全工况可切换真空系统与控制方法如下：所述系统配置主要包括：汽轮机排汽装置（101），凝结水泵（102），低压换热器（103），空冷岛（104），空冷岛顺流区（105），空冷岛逆流区（106），空冷岛顺流区（107），原水环真空泵一（108），原水环真空泵二（109），前置抽真空装置（110），抽真空冷凝器（111），小功率水环真空泵（112），原水环真空泵隔离门（201），前置抽真空系统总隔离门（202），前置抽真空装置隔离门（203），前置抽真空装置旁路门（204），小功率水环真空泵隔离门（205），抽真空冷凝器前开式水隔离门（206），抽真空冷凝器后开式水隔离门（207），抽真空冷凝器前凝结水隔离门（208），抽真空冷凝器后凝结水隔离门（209），抽真空冷凝器凝结水旁路门（210），抽真空冷凝器疏水门（211），开式水（301），凝结水（302），及连接上述设备的阀门及管件。本发明专利系统的示意图为附图1。

所述系统中，空冷岛（104）由空冷岛顺流区（105）、空冷岛逆流区（106）、空冷岛顺流区（107）组成，空冷岛内不凝结气体经逆流区域顶部由抽真空系统排出到大气，所述抽真空系统分为两部分，一部分由原水环真空泵一（108）、原水环真空泵二（109）、以及原水环真空泵隔离门（201）及管道连接组成，另外一部分由前置抽真空系统总隔离门（202）、前置抽真空装置隔离门（203）、前置抽真空装置旁路门（204）、前置抽真空装置（110）、抽真空冷凝器（111）、小功率水环真空泵（112）及其连接管道连接组成，两部分之间通过阀门的开启闭合可实现切换，且原水环真空泵一、原水环真空泵二与小功率水环真空泵之间设有小功率水环真空泵隔离门（205），可实现三个水环真空的互为备用；抽真空冷凝器连接有两路冷却水，一路为开式水（301），开式水管路上连接有抽真空冷凝器前开式水隔离门（206），抽真空冷凝器后开式水隔离门（207），另外一路为凝结水（302），凝结水取水点位于凝结水泵（102）出口，经抽真空冷凝器前凝结水隔离门（208）到抽真空冷凝器换热后再经抽真空冷凝器后凝结水隔离门（209）返回到主凝结水管路，两路冷却水可通过阀门控制切换；所述系统中主机凝结水由排汽装置流出，经凝结水泵升压后一路去抽真空冷凝器换热，换热后的凝结水与另外一路流经抽真空冷凝器凝结水旁路门（210）的凝结水汇合后去往低压换热器（103）。

所述系统逻辑控制示意图为附图2所示，本技术配有专门的计算判断模块，该模块接受检测反馈信号、主参量信号、修正量信号，通过计算判断发送指令控制原水环真空泵、前置抽真空装置，也可控制前置抽真空装置冷却水类型。其中主参量信号包括：背压、负荷、环境温度；修正量信号包括：严密性、供热量、清洁系数、湿度。

本发明所述技术构成主要有：前置抽真空装置、小功率水环真空泵、抽真空冷凝器、计算判断模块及其逻辑控制方法。

控制策略及典型工况流程有以下三种：

工况一：冬季寒冷季节，环境温度较低，一般空冷机组防冻运行背压在6kpa-12kpa，本发明所述技术应用后，利用前置抽真空装置的投运，以及计算判断模块的应用，可将机组防冻背压降低至4kpa-10kpa，显著改善空冷岛逆流区（106）上部低温区，有效防止空冷岛上部的结冰。

具体工作流程：依次关闭前置抽真空装置旁路门（204），开启前置抽真空系统总隔离门（202）及前置抽真空装置隔离门（203），开启抽真空冷凝器前凝结水隔离门（208），开启抽真空冷凝器后凝结水隔离门（209），关闭抽真空冷凝器凝结水旁路门（210），启动前置抽真空装置（110），启动小功率水环真空泵（112），关闭小功率水环真空泵隔离门（205），停运原水环真空泵一（108）及原水环真空泵二（109），关闭原水环真空泵隔离门（201）。整个原抽真空系统被前置抽真空装置（110）加小功率水环真空泵（112）替代。空冷岛内的不凝结气体和少量蒸汽经过前置抽真空装置（110）抽吸进入抽真空冷凝器（111），蒸汽经过冷却后形成疏水经由抽真空冷凝器疏水门（211）排至汽轮机排汽装置（101）中。不凝结气体被小功率水环真空泵（112）抽走后排至大气。原水环真空泵被隔离后不投运。此时

抽真空冷凝器（111）冷却水为汽轮机凝结水（302）。

工况二：春秋季节，环境温度适宜，机组背压控制在10kpa-18kpa，空冷岛不存在防冻的问题，而且此环境条件下原水环真空泵运行效率较高。计算判断模块根据各信号判断控制将抽真空系统投入原运行方式。

具体工作流程：开启原水环真空泵隔离门（201），启动原水环真空泵一（108）或原水环真空泵二（109）任意一台，停运小功率水环真空泵（112），停运前置抽真空装置（110），关闭前置抽真空系统总隔离门（202），关闭抽真空冷凝器前凝结水隔离门（208），关闭抽真空冷凝器后凝结水隔离门（209），开启抽真空冷凝器凝结水旁路门（210），整个抽真空系统切至原抽真空系统。

工况三：夏季高温季节，机组背压在18kpa以上，环境温度高致使水环真空泵冷却水温度温度在30℃以上，此时水环真空泵效率明显下降，为了避免水环真空泵处于低效区，以及降低整个抽真空系统能耗，抽真空系统切换至抽真空冷凝器（111）串联原水环真空泵一（108）或原水环真空泵二（109）。

具体工作流程：开启前置抽真空装置旁路门（204）、前置抽真空系统总隔离门（202），关闭前置抽真空装置隔离门（203），开启抽真空冷凝器前开式水隔离门（206）、抽真空冷凝器后开式水隔离门（207），关闭前置抽真空装置（110）、小功率水环真空泵（112），开启小功率水环真空泵隔离门（205），启动原水环真空泵一（108）或原水环真空泵二（109），关闭原水环真空泵隔离门（201）；空冷岛内的不凝结气体和少量蒸汽经过抽真空冷凝器（111），蒸汽经过冷却后形成疏水经由抽真空冷凝器疏水门（211）排至汽轮机排汽装置（101）中；不凝结气体被原水环真空泵一或原水环真空泵二（抽走后排至大气；小水环真空泵被隔离后不投运；此时抽真空冷凝器（111）冷却水为开式水（301）。

相对于现有技术，本发明的优点在于：

1、通过系统配置与逻辑控制结合，在实现抽真空系统节能降耗前提下，降低空冷机组防冻背压。

2、通过系统配置与逻辑控制结合，实现抽真空系统节能降耗。

3、针对空冷机组研发，适应空冷机组宽背压变化情况。

4、变工况条件下，通过控制模块实现自调节，使真空系统始终处于高效工况下运行，节省抽真空系统能耗。

5、本技术配套相应的逻辑控制功能及相关控制策略。

6、夏季温度高时，可防止水环泵的汽蚀。

附图说明

接下来将参考附图对本发明作进一步的描述，其中：

图1：空冷机组全工况可切换真空系统示意图

图2：空冷机组全工况可切换真空系统控制逻辑示意图

图中：汽轮机排汽装置（101），凝结水泵（102），低压换热器（103），空冷岛（104），空冷岛顺流区（105），空冷岛逆流区（106），空冷岛顺流区（107），原水环真空泵一（108），原水环真空泵二（109），前置抽真空装置（110），抽真空冷凝器（111），小功率水环真空泵（112），原水环真空泵隔离门（201），前置抽真空系统总隔离门（202），前置抽真空装置隔离门（203），前置抽真空装置旁路门（204），小功率水环真空泵隔离门（205），抽真空冷凝器前开式水隔离门（206），抽真空冷凝器后开式水隔离门（207），抽真空冷凝器前凝结水隔离门（208），抽真空冷凝器后凝结水隔离门（209），抽真空冷凝器凝结水旁路门（210），抽真空冷凝器疏水门（211），开式水（301），凝结水（302）。

具体实施方式

参考附图1，本发明提供了一种空冷机组全工况可切换真空系统与控制方法，其通过系统配置与逻辑控制结合，在实现抽真空系统节能降耗前提下，降低空冷机组防冻背压。通过系统配置与逻辑控制结合，实现抽真空系统节能降耗。针对空冷机组研发，适应空冷机组宽背压变化情况。在变工况条件下，通过控制模块实现自调节，使真空系统始终处于高效工况下运行，节省抽真空系统能耗。并且本发明提供了配套相应的逻辑控制功能及相关控制策略。在夏季温度高时，可防止水环真空泵的汽蚀。

为了实现上述目的，本发明的一种空冷机组全工况可切换真空系统与控制方法如下：所述系统主要包括：汽轮机排汽装置（101），凝结水泵（102），低压换热器（103），空冷岛（104），空冷岛顺流区（105），空冷岛逆流区（106），空冷岛顺流区（107），原水环真空泵一（108），原水环真空泵二（109），前置抽真空装置（110），抽真空冷凝器（111），小功率水环真空泵（112），原水环真空泵隔离门（201），前置抽真空系统总隔离门（202），前置抽真空装置隔离门（203），前置抽真空装置旁路门（204），小功率水环真空泵隔离门（205），抽真空冷凝器前开式水隔离门（206），抽真空冷凝器后开式水隔离门（207），抽真空冷凝器前凝结水隔离门（208），抽真空冷凝器后凝结水隔离门（209），抽真空冷凝器凝结水旁路门（210），抽真空冷凝器疏水门（211），开式水（301），凝结水（302），及连接上述设备的阀门及管件。

本发明所述技术构成主要有：前置抽真空装置、小功率水环真空泵、抽真空冷凝器、计算判断模块及其逻辑控制方法。

控制策略及典型工况流程有以下三种：

抽真空冷凝器（111）冷却水为汽轮机凝结水（302）。

实例说明：

某600mw亚临界直接空冷凝汽式汽轮机组，抽真空系统配3台170kw水环真空泵，运行方式为两用一备。冬季防冻运行背压最低8kpa，两台水环真空泵平时运行功率120kw，抽真空系统总运行功率240kw。综合考虑原抽真空系统电耗较高，冬季环境温度下若不考虑空冷岛防冻，运行背压可进一步降低。

采用本发明所述技术后，冬季防冻运行背压将至6kpa，下降2kpa，冬季抽真空系统整体功率为80kw；夏季机组背压下降0.2kpa，夏季抽真空系统整体功率为80kw；则降低背压折年节煤约3060吨，抽真空功率下降折年节电量约64万kwh，标煤单价按500元/吨，上网电价按0.35元/kwh考虑，则年节能收益约175.4万元。节能效益显著。

本发明所述统逻辑控制示意图中监测反馈可以为单一温度测点，或温度场监测，或压力测点，或流量测点。

本发明所述运行方式不局限于上述三种典型运行工况，前置抽真空装置、小功率水环真空泵与原水环真空泵的不同运行组合也在本发明的保护范围。

本发明附图2所述系统逻辑控制示意图中计算判断模块，可以为dcs逻辑功能，或者plc控制模块，也可为服务器中软件程序。

本发明技术所述系统中前置抽真空装置（110），优先选用蒸汽喷射器，也可选择罗茨式真空泵、高速离心真空泵。