适用于超临界机组深度调峰状态下的干湿态无扰切换系统及控制方法与流程

1.本发明涉及燃煤发电机组技术领域，具体涉及一种适用于超临界机组深度调峰状态下的干湿态无扰切换系统及控制方法。


背景技术：

2.燃煤发电机组是将煤燃料的化学能转化为电能的机械设备。燃煤发电机组工作原理：是将煤燃烧产生的热能，通过发电动力装置(电厂锅炉、汽轮机和发电机及其辅助装置等)转换成电能。燃煤发电机组主要由燃烧系统(以锅炉为核心)、汽水系统(主要由各类泵、给水加热器、凝汽器、管道、水冷壁等组成)、电气系统(以汽轮发电机、主变压器等为主)、控制系统等组成。前二者产生高温高压蒸汽；汽轮机和电气系统实现由热能、机械能到电能的转变；控制系统保证各系统安全、合理、经济运行。
3.为充分挖掘存量煤电机组的调节能力，推进风光火(储)一体化发展，提升可再生能源消纳水平，促进能源行业转型升级”，明确要求火电机组实施灵活性改造。
4.深度调峰就是受电网负荷峰谷差较大影响而导致各发电厂降出力、发电机组超过基本调峰范围进行调峰的一种运行方式；深度调峰的负荷范围超过该电厂锅炉最低稳燃负荷(一般深度调峰的调峰深度为60％
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70％bmcr)。纯凝工况下，影响机组深度调峰的主要因素有：低负荷稳燃、宽负荷脱硝、水动力循环等。对于超临界机组参与深度调峰，机组在低负荷工况下采用干态运行方式，还是湿态运行方式，是机组目前面临的一大难题。工程实践表明，大部分超临界机组干态向湿态转换工况为20～30％bmcr之间，当机组深度调峰改造目标为 30％bmcr工况时，锅炉无需由干态向湿态转换，无干、湿态交替转换运行状态。当机组负荷进一步降低时，若锅炉继续保持干态运行，水冷壁等受热面发生超温的风险增大。当机组深度调峰至30％bmcr工况以下时，机组建议使用湿态方式运行，以增加水冷壁工质流量，避免发生超温问题。
5.超临界机组锅炉本生设计工况为30％～100％bmcr，大部分机组未配备启动用循环泵，机组启动时，热工质几乎外排。当机组深调至30％负荷工况以下时，必须重新调整水煤比，增加燃烧，减少给水，保证较高过热度，才能避免分离器见水问题发生。低负荷工况下，保证机组较高过热度运行情况下，极易造成水冷壁垂直管段发生超温问题。此外，机组低负荷工况下进行过热度调整困难，因此，如何进行超临界机组深度调峰状态下干湿态无扰切换的研究是十分必要的。


技术实现要素：

6.本发明旨在提供一种适用于超临界机组深度调峰状态下的干湿态无扰切换系统及控制方法，能够实现机组20％～40％负荷干湿态运行的无扰切换，保证受热面运行安全的同时，满足了调度要求。
7.为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种适用于超临界机组深度
调峰状态下的干湿态无扰切换系统，包括：储水罐，出口处连接有三通，入口与分离器出口连通；分离器，具有与储水罐连通的第一出口、与过热器连通的第二出口以及与水冷壁连通的入口；热水循环系统，与所述储水罐的出口连通，配置为采用热水循环泵的方式将所述储水罐的饱和水循环至省煤器入口，再流经水冷壁到达分离器，实现工质再循环；储水罐微调节系统，包括与储水罐出口连通的高压加热器，配置为用于将储水罐的饱和水引至高压加热器处理后循环至省煤器和水冷壁，最后到达分离器，回到储水罐。
8.根据本发明，在高压加热器入口前端的储水罐微调节系统管路上依次设置有流量计、电动闸阀、液体流量调整阀、止回阀和节流组件。
9.根据本发明，在所述高压加热器和节流组件之间的管路上，还设置有除氧器，配置为用于将储水罐的饱和水先引至除氧器内除氧，之后进入高压加热器加热；在除氧器入口前设置有消能器，以消除汽水混合物进入除氧器后出现的闪蒸现象。
10.根据本发明，还包括设置在所述节流器组件后端的换热系统；所述换热系统包括水水换热器以及设置在入口前端的限流装置；所述水水换热器具有第一入口、第二入口以及设置在出口端的疏水管路；所述第一入口与储水罐出口连通，配置为将水引至水水换热器的内管换热，之后经疏水管路输送至高压加热器内；所述第二入口与高压加热器的出口连通，配置为将水引至水水换热器的外管换热；之后循环至省煤器和水冷壁，最后到达分离器。
11.根据本发明，所述换热系统还包括旁路系统以及设置在旁路系统管路上的电动闸阀，所述旁路系统的入口和出口分别设置在水水换热器入口和出口管路上，用于将水水换热器入口和出口联通，以对水水换热器进行故障检测；所述水水换热器入口前设置有消能器，以消除汽水混合物进入水水换热器后出现的闪蒸现象。
12.根据本发明，所述热水循环系统包括热水再循环泵和管路；所述热水再循环泵入口前管路上设置有电动闸阀，所述热水再循环泵出口至省煤器入口管路上依次设有流量计、止回阀、电动闸阀和循环水调节阀；所述热水再循环泵的出口处还设置有泵启动用再循环系统，所述泵启动用再循环系统包括电动闸阀和流量计。
13.根据本发明，在高压加热器的出口管路上设置有循环泵过冷水管路和电动截止阀，将高压加热器出口管路上的给水引至热水再循环泵入口，以防止泵前介质汽化；所述储水罐的出口通过管路还连通有大气扩容器，且大气扩容器前端管路上设置有361阀。
14.根据本发明的另一方面，还提供了一种适用于超临界机组深度调峰状态下的干湿态无扰切换系统的控制方法，包括以下步骤：s1，对于超临界机组，当机组在30％以上负荷，保证一定过热度，机组干态运行；s2，当监测系统监测到发电系统整体给水流量接近于锅炉最低保护流量时，开启储水罐微调节系统的电动闸阀和流量调节阀，进行系统暖管和水位调节，保证储水罐的水位在正常水位以下运行；s3，当监测系统监测到发电系统整体给水流量低于锅炉最低保护流量时，加大锅炉给水流量，储水罐水位上升，逐渐开启储水罐微调节系统的电动闸阀，以调整储水罐水位使其低于正常水位；当通过给水泵控制发电系统整体给水流量接近于锅炉最低给水流量时系统转湿态运行；s4，随着机组负荷进一步降低，当储水罐内的水量变大，储水罐微调节系统无法保证储水罐水位低于正常值时，启动热水循环系统的热水再循环泵，实现工质再循环，调整储水罐水位不高于正常值；s5，待开启热水循环系统的循环水调节阀和关闭泵启动用循环系统的电动闸阀之后，逐步关闭储水罐微调节
系统的流量调节阀；反之，当系统升负荷时，按照上述操作反向处理；s6，当负荷高于30％时，停运热水再循环泵；当负荷介于30％～35％时，处于微过热状态运行；当负荷高于35％时，转干态运行，关闭储水罐微调节系统。
15.根据本发明，所述步骤s3中开启热水循环系统的步骤包括：s31，启动热水再循环泵，启动泵启动用循环系统的电动闸阀，泵打循环运行；s32，关闭泵启动用循环系统的电动闸阀，逐步开启热水再循环泵至省煤器入口之间的电动闸阀和循环水调节阀，开启热水循环系统，将储水罐内的饱和水循环至省煤器入口，实现工质再循环。
16.根据本发明，所述步骤s4中，逐步关闭所述储水罐微调节系统的流量调节阀，使得所述储水罐微调节系统的电动闸阀开度为5％，只起到暖管作用。
17.本发明的有益效果：
18.1)本发明的超临界机组深度调峰状态下干湿态无扰切换系统能够实现机组干湿态灵活转换，能够实现超临界机组20％～100％负荷长周期灵活性调峰，保证机组安全稳定运行，并且在机组启动阶段，当水质合格后，可以采用储水罐微调节系统或者热水循环泵进行热工质回收，减少了工质和热量外排，实现了热量有效回收，减少了机组启动时间。机组调峰阶段，能够降低机组爆管机率，单台机组每年可节约检修和运行费用500万以上。
19.2)本发明的干湿态无扰切换系统能够更好的参与电网调峰工作，消纳新能源，减少碳排放；同时能够有效降低机组发生超温、氧化皮堵塞或热应力造成的爆管问题发生，提升了火电系统运行的可靠性。
20.3)本发明的干湿态无扰切换系统能够在深调阶段避免热水循环泵的频繁启停，在深度调峰阶段，机组调峰幅度较低时，可以采用微调节系统进行储水罐水位调节，当调峰幅度较大时，热水循环泵启动参与水位调整，该系统能够大大增加热水循环泵的使用寿命和提高检修周期，提升了湿态调整的灵活性。
21.4)本发明的干湿态无扰切换系统同时考虑了低负荷工况下机组宽负荷脱硝问题，可以通过储水罐微调节系统，用炉水加热给水，从而提高脱硝入口烟温，实现宽负荷脱硝。
附图说明
22.图1是本发明一种实施例中适用于超临界机组深度调峰状态下的干湿态无扰切换系统的流程示意图。
23.图2是本发明另一种实施例中换热系统的流程示意图。
24.图3是本发明另一种实施例中具有换热系统的干湿态无扰切换系统的流程示意图。
具体实施方式
25.下文将结合附图和具体实施例对本发明的结构和应用做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
26.如图1至图3所示，本发明提供了一种适用于超临界机组深度调峰状态下的干湿态无扰切换系统，包括储水罐100、热水循环系统300和储水罐微调节系统500。其中，储水罐100入口与分离器200出口连通，储水罐100的出口处引出三通，分别通过管路连通储水罐微
调节系统500、热水循环系统300和泵启动循环系统。
27.本发明的储水罐微调节系统500能够实现机组微过热状态或储水罐100低水位情况时，不启动热水再循环泵就能够将饱和水回收利用的目的。如图1所示，储水罐微调节系统500包括与储水罐100出口依次连通的除氧器501和高压加热器502，当储水罐100水位较低时，采用储水罐微调节系统500调节储水罐100的水位。采用储水罐微调节系统500将储水罐100内的饱和水引至除氧器501内，除氧后饱和水进入高压加热器502，经高压加热器处理后汇集循环至省煤器400和水冷壁401，最后到达分离器200。该储水罐微调节系统500系统主要起到微调作用，整个管道设计最大通流量不超过100t/h。
28.如图1所示，根据本发明，在除氧器501入口前的管路上，先后依次设置有流量计503、电动闸阀504、液体流量调整阀505、止回阀506和节流组件507。由于储水罐100压力明显高于除氧器501压力，整个储水罐微调节系统在调节过程中存在减压汽化的问题，因此，在调整阀后管件通流截面还要考虑到扩容的问题。如图1所示，在储水罐100出口通过管路连通有大气扩容器700，大气扩容器 700前端管路上设置有361阀701。储水罐100内的高压饱和汽水混合物经361阀 701减压扩容后排入大气扩容器700，这样气体从大气扩容器逸出至空气中，水则从大气扩容器底部经水泵排出。
29.考虑到汽水混合物进入除氧器501后，会有闪蒸现象发生，在本发明一个实施例中，在除氧器501入口前设置有消能器，以消除汽水混合物进入除氧器后出现闪蒸现象。
30.如图1所示，根据本发明，在干湿态无扰切换系统的361阀前，新增热水再循环泵301和管路，泵前加装电动闸阀504，泵出口增设泵启动用再循环系统306。泵启动用再循环系统306的管路上设有电动闸阀504和流量计302。当打开热水循环系统300时，泵启动用再循环系统306关闭。
31.根据本发明，热水循环系统300与储水罐100出口连通，其采用热水循环泵的方式将储水罐100内的饱和水循环至省煤器400入口，再流经水冷壁401到达分离器200，实现工质再循环。本发明为较小循环流量的热水循环系统300(增设热水再循环泵)，便于机组转湿态后灵活快速调整。泵出口至省煤器400入口前管道处依次设有流量计302、止回阀303、电动闸阀504和循环水调节阀305。
32.为防治泵前介质汽化问题，还设置了循环泵过冷水保护装置，即在高压加热器502的出口管路上(主要是考虑到此处水温较低)设置了循环泵过冷水管路 307和电动截止阀308，将给水引至热水再循环泵入口。目的是防止热水再循环泵入口处有水汽，从而保证进入热水泵内的是水，而非水汽。
33.基于低负荷工况下，回热系统换热能力变差，锅炉给水温度降低，导致脱硝入口烟温降低，脱硝系统不能在正常温区工作。利用本发明的干湿态无扰切换系统，采用储水罐微调节系统500内的饱和水加热锅炉给水，即可实现上述宽负荷脱硝目的。
34.如图2和图3所示，在本发明的一个优选实施例中，干湿态无扰切换系统还包括设置在节流器组件505后端的换热系统(即#0高压加热系统)；所述换热系统包括水
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水换热器601以及设置在入口前端的电动闸阀504和限流装置602，且水水换热器601具有第一入口和第二入口，第一入口与储水罐100出口管路连通，第二入口与高压加热器502出口连通。该换热系统用于将储水罐100内饱和水以及从高压加热器502流出的水均引至水
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水换热器601内，经换热后循环至省煤器 400、水冷壁401，最后到达分离器200。水
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水换热器601疏水自
然疏至上一级高压加热器502(#1高压加热系统)。
35.优选地，所述换热系统还包括旁路系统604以及设置在旁路系统604管路上的电动闸阀504，旁路系统入口和出口分别设置在水水换热器601入口和出口管路上，用于将水水换热器601入口和出口联通。旁路系统的设置是阻断水进入水水换热器601，以便对水水换热器601进行故障检测时。
36.本发明通过新增换热系统，可使得储水罐微调节系统500的饱和水不再进入除氧器，而是进入换热系统(0#高压加热系统)。由于储水罐微调节系统500压力较高，通过流量调节阀505后会成为汽水混合物，为保证汽水混合物温度，流量调节阀505后压力保证在5mpa左右。为保证水
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水换601热器安全，在水
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水换热器601入口管道上加装有限流装置602。水
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水换热器为汽水混合物与水换热器，水水换热亦可。
37.优选地，所述换热系统出口端还设有疏水管路602，用于将水
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水换热器601 内换热水输送至高压加热器502(#1高压加热系统)内。通过新增#0高压加热系统(即换热系统)，在回收热量的同时，能够提升给水温度，提高低负荷工况排烟温度，满足宽负荷脱硝要求。
38.根据本发明，所述分离器200出口处还连接有过热器800，使得分离器200流出的水进一步加热。过热器是锅炉中将蒸汽从饱和温度进一步加热至过热温度的部件，又称蒸汽过热器。
39.本发明还结合循环系统运行状态下水汽特性参数的监测，提出了一种适用于超临界机组深度调峰状态下干湿态无扰切换的控制方法，实现机组20％～40％负荷干湿态运行的无扰切换，保证受热面运行安全的同时，满足了调度要求。
40.本发明的适用于超临界机组深度调峰状态下的干湿态无扰切换控制方法，包括以下步骤：
41.对于超临界机组，当机组在30％以上负荷，保证一定过热度，机组干态运行。
42.当监测系统监测到发电系统整体给水流量接近于锅炉最低保护流量时(不同机组数值不同，约为额定值的30％
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35％)，开启储水罐微调节系统500的电动闸阀504和流量调节阀505，进行系统暖管和水位调节，保证储水罐100的水位在正常水位以下运行。
43.当监测系统监测到发电系统整体给水流量低于锅炉最低保护流量时，加大锅炉给水流量，由于水量增加，而负荷降低导致蒸发量降低，储水罐100水位上升，储水罐微调节系统500的电动闸阀504逐渐开启，以调整储水罐100水位使其低于正常水位。此时通过给水泵控制发电系统整体给水流量接近于锅炉最低给水流量即可系统转湿态运行。
44.随着机组负荷进一步降低，当储水罐100内的水量较大，当储水罐微调节系统500无法保证储水罐100水位低于正常值时，启动热水再循环泵301，启动泵启动用循环系统的电动闸阀504，泵打循环运行，之后关闭泵启动用循环系统306 的电动闸阀504，逐步开启热水循环系统300的再循环泵至省煤器400入口的电动闸阀504和循环水调节阀305，将储水罐100内的饱和水循环至省煤器400入口，实现工质再循环，以达到热水再循环泵301调整储水罐100水位不高于正常值的目的。
45.逐步开启循环水调节阀305，关闭泵启动用循环系统306的电动闸阀504，逐步关闭储水罐微调节系统500的流量调节阀505，反之，当系统升负荷时，按照上述操作反向处理。此时储水罐微调节系统500的调节电动闸阀504开度设置为 5％，只起到暖管作用，相当于关闭备用。整个过程结合热水泵再循环系统及储水罐微调节系统500的流量调节阀进行灵
活调整。
46.当负荷高于30％时，停运热水再循环泵；当负荷介于30％～35％时，可以处于微过热状态运行，当负荷高于35％时，转干态运行，关闭储水罐微调节系统500。结合水煤比和焓值控制逻辑的优化，可以实现机组干湿态无扰切换。
47.以600mw超临界锅炉为算例，结合机组热平衡计算和实用运行参数，在锅炉干态运行方式下，锅炉给水流量在40％负荷运行时，给水流量为720t/h左右，30％负荷为550t/h左右，由变工况计算，20％负荷应为380t/h左右。机组摸底试验表明，在30％负荷工况下，锅炉分离器处于微过热状态，此时锅炉水动力工况处于稳定运行状态，当机组进一步降低负荷时，维持机组30％负荷的水冷壁进水量，水量应在550t/h左右，考虑一定的富裕量，控制水冷壁循环水量在580～630t/h，可满足锅炉水冷壁的稳定运行。在机组25％负荷运行时，汽水分离器的排水量，应达到100～125t/h；20％负荷时应达到200～250t/h(参照多台600mw带循环泵机组参数)。这样锅炉干、湿态转换及湿态运行时排水系统的容量设计及回收系统的系统设备配置应按20％负荷下，回收250t/h饱和水来进行设计。
48.循环水泵最大流量为300t/h即可(常规机组循环水泵最大流量为600t/h设置)，300t/h调节量相当于单只361阀调整量，可满足系统正常运转，且减小了循环水调整阀的管径，增加了调整精准度和灵活性。此外，在系统启动初期，当水质合格后，可以采用该系统回收工质。
49.以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。