一种高压工业蒸汽供应系统和控制方法与流程

本发明涉及一种高压工业蒸汽供应系统和控制方法，属于火电机组应用领域。

背景技术：

热电联产作为一种多产品输出的工业技术手段，利用发电后的低品质蒸汽用于工业制造或是采暖供热，达到能量最大化利用的目的。这种在发电的同时，还利用汽轮机的抽汽或排汽为用户供热的火电厂称为热电厂，对应机组也称为热电联产机组。传统大型发电厂的发电效率一般为30％～40％，60％以上燃料能量被转化成无用的热，最终释放到环境中；而经过能源的梯级利用热电联产系统使能源利用效率从常规发电系统的40％左右提高到80～90％，燃料利用率明显提高。

工业蒸汽的主要用途有加热、加湿、清洗、产生动力、作为驱动等，参数不尽相同，用于动力和驱动消耗工业蒸汽品质要求较高。若生产工业中同时存在多种工艺需求，则可先使用高品质蒸汽转换为动力输出，乏汽再用于低品质工艺生产，这样能源梯级利用，满足生产工艺同时减少不必要能量使用，降低生产成本，提高企业效益。因此，近年来，工业用汽需求品质逐渐承上升趋势，高压工业用汽需求不断增加。

对于热电联产机组来说，由于其热电偶合运行特性，机组负荷变动时处于滑压运行，汽轮机单纯使用抽汽无法满足稳定的高压工业蒸汽生产需求，若直接使用主蒸汽减温减压，则蒸汽品质浪费较为严重。

鉴于上述，本申请人积极加以研究创新，发明一种汽轮机中调门参与控制且基于机组效率调节的高效工业蒸汽供应系统和控制方法，其可以适用热电联产机组高压工业蒸汽供应，更具有产业上的利用价值。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种高压工业蒸汽供应系统，其大大减少主蒸汽的用汽量，提高能源利用率，同时，本发明还使用汽轮机中调门参调控制，在机组电负荷和对外高压工业供气量变动时，调整再热蒸汽参数，使机组整体保持较高效率。

本发明的技术方案一如下：

一种高压工业蒸汽供应系统，包括锅炉、汽轮机高压缸、汽轮机中压缸和热压机，锅炉的主蒸汽进入汽轮机高压缸后排出冷再蒸汽，所述冷再蒸汽进入锅炉再热器，锅炉再热器加热后输出热再蒸汽进入汽轮机中压缸，汽轮机中压缸排出的汽体进入汽轮机低压缸，所述热压机包括高压侧进汽口和低压侧进汽口，高压侧进汽口的汽源来源于主蒸汽，低压侧进汽口的汽源来源于两路，其中一路是汽轮机高压缸排出的冷再蒸汽，一路是锅炉再热器输出的热再蒸汽，所述热再蒸汽进入热压机的管路上设置第一隔离阀，所述冷再蒸汽进入热压机的管路上设置第二隔离阀；所述热压机的出汽口提供工业用汽，所述热压机内部进汽侧混合室中设置针型阀，通过针型阀调节高压侧进汽口汽源的进汽流量。

更优地，所述主蒸汽进入热压机的管路上设置调节阀。

更优地，所述热再蒸汽进入汽轮机中压缸的管道上设置汽轮机中调门。

本发明还提供一种高压工业蒸汽供应系统的控制方法。

本发明技术方案二如下：

一种高压工业蒸汽供应系统的控制方法，包括步骤s1：

s1、机组正常运行时，第一隔离阀关闭，打开调节阀和第二隔离阀，根据机组负荷及工业用汽量，主蒸汽同时进入热压机高压侧进汽口和汽轮机高压缸，主蒸汽作为热压机的高压动力汽源，汽轮机高压缸输出的冷再蒸汽作为低压汽源进入热压机低压侧进汽口，同时冷再蒸汽还进入锅炉再热器转换为热再蒸汽，热再蒸汽进入汽轮机中压缸；热压机通过调整其内部的针型阀，输出满足用户需求的高压工业蒸汽。

更优地，当工业用汽流量由小增大时，所述控制方法还包括步骤s2：

s2、随着工业用汽流量增加，流入热压机高压侧进汽口的主蒸汽流量增加，流入热压机低压侧进汽口的冷再蒸汽量同时增大，汽轮机冷再抽汽量逐渐增加使得流入锅炉再热器的冷再蒸汽流量逐渐下降，锅炉再热器温度升高，当热压机低压侧进汽口的低压汽源进汽量达到设定的转换阈值时，控制系统发出指令，第一隔离阀逐渐开启，第二隔离阀逐渐关闭，热压机低压侧进汽口的汽源由冷再蒸汽切换至热再蒸汽，热再蒸汽作为热压机的低压汽源，热再蒸汽同时还输送至汽轮机中压缸；当热压机低压侧进汽口的低压汽源进汽量低于设定的转换阈值时，控制系统发出指令，第一隔离阀逐渐关闭，第二隔离阀逐渐开启，热压机低压侧进汽口的汽源由热再蒸汽切换回冷再蒸汽；不同的机组电负荷对应的转换阈值也不同，机组电负荷和转换阈值一一对应

更优地，所述转换阈值通过q0＝f(pe，t)确定，其中：q0为热压机低压侧进汽口的低压汽源进汽量，f(pe，t)为低压汽源进汽量与机组电负荷pe和锅炉再热器温度限值t的关系函数，根据机组实际运行特性通过试验拟合得出，具体地，确定当前机组电负荷pe，系统采用冷再蒸汽作为低压汽源，下列两条件中，达到任意其中一条件时，将当前热压机低压侧进汽口的低压汽源进汽量作为转换阈值，条件一：热压机低压侧进汽口的冷再抽汽量达到限值时，条件二：锅炉再热器达到温度限值。

更优地，当机组正常运行期间，热压机投入后，执行节能调节步骤s3：

s3、根据机组热耗公式

q0＝(d0×h0-dfw×hfw-drcw×hrcw+drh×hrh-drc×hrc-drhw×hrhw)/pe，得出当前机组的整体热耗水平，调节汽轮机中调门，改变再热蒸汽参数；再热蒸汽参数改变后，进入热压机的高压蒸汽和低压蒸汽的比例发生变化，热压机通过所述针型阀进行主蒸汽流量调整，保持对外供汽量不变；通过汽轮机中调门连续配合进行再热蒸汽参数调整，使热压机消耗高压蒸汽占比减小，从而在满足对外供汽量的同时，使机组整体热耗水平最低，其中，其中，q0为机组热耗率；d0为主蒸汽流量；h0为主蒸汽焓值；dfw为主给水流量；hfw为主给水焓值；drcw为过热器减温水流量；hrcw为过热器减温水焓值；drh为再热蒸汽流量；hrk为再热蒸汽焓值；drc为高压缸排汽流量；hrc为高压缸排汽焓值；drhw为锅炉再热器减温水流量；hrhw为锅炉再热器减温水焓值；pe为机组电负荷。

更优地，当机组处于高负荷运行时，锅炉的主蒸汽气流量大大增加，主蒸汽进入汽轮机高压缸的管道内的压力和主蒸汽进入热压机高压侧进汽口的管道内的压力同时增大，所述控制方法还执行步骤s4：

s4、调整调节阀的开度，使热压机高压侧进汽口的压力处于其承压范围内，保证热压机输出稳定的高压工业蒸汽。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明工业蒸汽供应系统中，热压机使用汽轮机主蒸汽引射再热蒸汽，汇流形成高压工业蒸汽，与传统使用主蒸汽直接减温减压相比，避免过度节流和使用减温水，具有较高经济性。

2、本发明工业蒸汽供应系统中，热压机使用冷再蒸汽和热再蒸汽两路引射汽源，优先使用冷再蒸汽，可以根据汽轮机运行情况和用汽量需求进行切换，具有良好运行灵活性和用户负荷适应性。

3、本发明工业蒸汽供应系统中，根据机组实际运行情况，采用汽轮机中压调门参调方式，基于整个机组经济性调整热压机汽源参数，相比传统单纯追求热压机自身效率的控制方法，进一步提升节能空间。

附图说明

图1为本发明一种高压工业蒸汽供应系统的结构示意图。

图中附图标记表示为：

1、热压机；2、锅炉；3、汽轮机高压缸；4、汽轮机中压缸、5、调节阀、6、第一隔离阀；7、第二隔离阀；8、中调门；9、锅炉再热器；10、汽轮机低压缸；11、高压侧进汽口；12、低压侧进汽口；13、过热器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。

实施例一

请参阅图1，一种高压工业蒸汽供应系统，包括热压机1、锅炉2、汽轮机高压缸3、汽轮机中压缸4，锅炉2的主蒸汽进入汽轮机高压缸3后排出冷再蒸汽，所述冷再蒸汽进入锅炉再热器9，锅炉再热器9输出热再蒸汽进入汽轮机中压缸4，汽轮机中压缸4排出的汽体进入汽轮机低压缸10，所述热压机1包括高压侧进汽口11和低压侧进汽口12，高压侧进汽口11的汽源来源于主蒸汽，低压侧进汽口12的汽源来源于两路，其中一路是汽轮机高压缸3排出的冷再蒸汽，一路是锅炉再热器9输出的热再蒸汽，所述热压机1的出汽口提供工业用汽，所述热压机1内部进汽侧混合室中设置针型阀，通过针型阀调节高压侧进汽口11汽源的进汽流量。

所述热再蒸汽进入热压机1的管路上设置第一隔离阀6，所述冷再蒸汽进入热压机1的管路上设置第二隔离阀7。通过第一隔离阀6和第二隔离阀7切换热压机1低压侧进汽口12的低压汽源，当第一隔离阀6关闭，第二隔离阀7开启时，冷再蒸汽作为热压机1的低压汽源，当第一隔离阀6开启，第二隔离阀7关闭时，冷再蒸汽作为热压机1的低压汽源，

所述主蒸汽进入热压机1的管路上设置调节阀5。当机组处于高负荷运行时，锅炉2的主蒸汽气流量大大增加，主蒸汽进入汽轮机高压缸3的管道内的压力和主蒸汽进入热压机1高压侧进汽口11的管道内的压力同时增大，调整调节阀5的开度，使热压机1高压侧进汽口11的压力处于其承压范围内，承压范围为热压机1自身具备的特性参数，一般在其产品说明书中予以说明，稳定热压机1高压侧进汽口11的压力，保证热压机1输出稳定的高压工业蒸汽。

所述热再蒸汽进入汽轮机中压缸4的管道上设置汽轮机中调门8。通过调节中调门8的开度，达到机组整体热耗水平最低目的。

所述的热压机1系统，高压动力汽源和低压蒸汽连接热压机1的管线上，均视情况设置隔离阀组、温度表、压力表、流量计等，可以显示汽源参数和系统运行状态，可以实现热压机汽源隔离，蒸汽至热压机1管线视情况设置逆止门等组件。热压机1是一种典型的质量泵，在输送低密度工质时有着非常大的体积出力，口径从dn1000到dn4000各种不同大小等级，其包括动力蒸汽输入端、低压蒸汽输入端、混合后中压蒸汽出口。所述动力蒸汽输入端输入较高压力流体，在热压机混合室内形成较高负压，引射低压汽源。无极可调热压机在动力蒸汽输入端增加针型阀调节机构，可以根据用户负荷变化，灵活改变喷嘴截面积，达到平滑调节流量目的。低压蒸汽输入端，形成负压，可用于抽真空、低参数蒸汽提质、蒸发、制冷、曝气、混合。混合后中压蒸汽出口，可用于采暖、工业用汽等。热压机原理是利用工作蒸汽通过喷嘴喷射产生的高速汽流，将引射蒸汽吸入，使其压力和温度提高，而高压蒸汽的压力和温度降低，从而产生目标参数蒸汽供用户使用。

本发明工作原理是：机组正常运行时，第一隔离阀6关闭，打开调节阀5和第二隔离阀7，根据机组负荷及工业用汽量，主蒸汽同时进入热压机1高压侧进汽口11和汽轮机高压缸3，主蒸汽作为热压机1的高压动力汽源，汽轮机高压缸3输出的冷再蒸汽作为低压汽源进入热压机1低压侧进汽口12，同时冷再蒸汽还进入锅炉再热器9转换为热再蒸汽，热再蒸汽进入汽轮机中压缸4；热压机1通过调整其内部的针型阀，输出满足用户需求的高压工业蒸汽。

当工业用汽流量由小增大时，流入热压机1高压侧进汽口11的主蒸汽流量增加，流入热压机1低压侧进汽口12的冷再蒸汽量同时增大，汽轮机冷再抽汽量逐渐增加使得流入锅炉再热器9的冷再蒸汽流量逐渐下降，锅炉再热器9温度升高，当热压机1低压侧进汽口12的低压汽源进汽量达到设定的转换阈值时，控制系统发出指令，第一隔离阀6逐渐开启，第二隔离阀7逐渐关闭，热压机1低压侧进汽口12的汽源由冷再蒸汽切换至热再蒸汽，热再蒸汽作为热压机1的低压汽源，热再蒸汽同时还输送至汽轮机中压缸4；当热压机1低压侧进汽口12的低压汽源进汽量低于设定的转换阈值时，控制系统发出指令，第一隔离阀6逐渐关闭，第二隔离阀7逐渐开启，热压机1低压侧进汽口12的汽源由热再蒸汽切换回冷再蒸汽；不同的机组电负荷对应的转换阈值也不同，机组电负荷和转换阈值一一对应。所述转换阈值通过确定，其中：q0为热压机1低压侧进汽口12的低压汽源进汽量，为低压汽源进汽量与机组电负荷pe和锅炉再热器9温度限值t的关系函数，根据机组实际运行特性通过试验拟合得出，具体地，确定当前机组电负荷pe，系统采用冷再蒸汽作为低压汽源，下列两条件中，达到任意其中一条件时，将当前热压机1低压侧进汽口12的低压汽源进汽量作为转换阈值，条件一：热压机1低压侧进汽口12的冷再抽汽量达到限值时，条件二：锅炉再热器9达到温度限值。例如，额定容量为300mw机组在30％负荷率时，机组锅炉再热器金属温度限值为620℃，通过试验，满足锅炉再热器温度限值条件时，冷再蒸汽的抽汽最大流量为80t/h，则此电负荷下，q0值确定为80t/h。额定容量为300mw机组在50％负荷率时，锅炉再热器9金属温度限值为620℃，通过试验，冷再蒸汽的抽汽达到流量为100t/h时，不能再抽出更多的冷再蒸汽，虽然此时锅炉再热器9金属温度为590℃，并未达到限值，在此电负荷下，将q0值确定为100t/h。

当机组正常运行期间，热压机1投入后，还可以进行节能调节，具体地：根据机组热耗公式q0＝(d0×h0-dfw×hfw-drcw×hrcw+drh×hrh-drc×hrc-drhw×hrhw)/pe，得出当前机组的整体热耗水平，调节汽轮机中调门8，改变再热蒸汽参数；再热蒸汽参数改变后，进入热压机1的高压蒸汽和低压蒸汽的比例发生变化，热压机1通过所述针型阀进行主蒸汽流量调整，保持对外供汽量不变；通过汽轮机中调门8连续配合进行再热蒸汽参数调整，使热压机1消耗高压蒸汽占比减小，从而在满足对外供汽量的同时，使机组整体热耗水平最低，其中，其中，q0为机组热耗率，kj/kw·h；d0为主蒸汽流量，mw；h0为主蒸汽焓值，kj/kg；dfw为主给水流量，t/h；hfw为主给水焓值，kj/kg；drcw为过热器(所述过热器设于锅炉内，其将给水加热形成主蒸汽)减温水流量，t/h；hrcw为过热器减温水焓值，kj/kg；drh为再热蒸汽流量，t/h；hrk为再热蒸汽焓值，kj/kg；drc为高压缸3排汽流量，t/h；hrc为高压缸3排汽焓值，kj/kg；drhw为锅炉再热器9减温水流量，t/h；hrhw为锅炉再热器9减温水焓值，kj/kg；pe为机组电负荷，kw。例如，当机组电负荷下降时，热压机抽汽能力随之下降，相同供汽流量下，高压汽源引射低压汽源比例降低，过渡消耗了高品质蒸汽，此时计算机组热耗q01；中压调门参调后中压调门开度减小，由于节流作用使再热蒸汽压力升高，此时热压机抽汽能力增加，低压汽源引射比例增加，热压机自动减少高压汽源用汽量维持对外供汽流量不变，此时计算机组热耗q02，控制系统比较q01与q02，自动指引机组调整至热耗较低工况。

在满足用户工业用汽需求量时，通过调节中调门8，改变了再热蒸汽的参数，冷再蒸汽和热再蒸汽压力发生变化，热压机1高压汽源、低压汽源使用比例发生变化，进而机组实际热耗发生改变。通过中调门8参与供汽调整，确定最佳中调门8开度范围，使满足外界供汽量同时，机组整体热耗处于最低状态。

本发明中，热压机1使用汽轮机主蒸汽为高压动力汽源，汽轮机再热蒸汽作为引射低压蒸汽，汇流形成满足用户需求的高压工业用汽，大大减少主蒸汽的用汽量，提高能源利用率。所述热压机1引射的再热蒸汽包括高压缸3排汽的冷再蒸汽和经过锅炉再热器9的热再蒸汽。同时，本发明还使用汽轮机中调门8参调控制，在机组电负荷和对外高压工业供气量变动时，调整再热蒸汽参数，使机组整体保持较高效率。

实施例二

请参阅图1，一种高压工业蒸汽供应系统的控制方法，包括如下步骤：

s1：机组正常运行时，第一隔离阀6关闭，打开调节阀5和第二隔离阀7，根据机组负荷及工业用汽量，主蒸汽同时进入热压机1高压侧进汽口11和汽轮机高压缸3，主蒸汽作为热压机1的高压动力汽源，汽轮机高压缸3输出的冷再蒸汽作为低压汽源进入热压机1低压侧进汽口12，同时冷再蒸汽还进入锅炉再热器9转换为热再蒸汽，热再蒸汽进入汽轮机中压缸4；热压机1通过调整其内部的针型阀，输出满足用户需求的高压工业蒸汽。

当工业用汽流量由小增大时，还可执行步骤s2

s2：当工业用汽流量由小增大时，流入热压机1高压侧进汽口11的主蒸汽流量增加，流入热压机1低压侧进汽口12的冷再蒸汽量同时增大，汽轮机冷再抽汽量逐渐增加使得流入锅炉再热器9的冷再蒸汽流量逐渐下降，锅炉再热器9温度升高，当热压机1低压侧进汽口12的低压汽源进汽量达到设定的转换阈值时，控制系统发出指令，第一隔离阀6逐渐开启，第二隔离阀7逐渐关闭，热压机1低压侧进汽口12的汽源由冷再蒸汽切换至热再蒸汽，热再蒸汽作为热压机1的低压汽源，热再蒸汽同时还输送至汽轮机中压缸4；当热压机1低压侧进汽口12的低压汽源进汽量低于设定的转换阈值时，控制系统发出指令，第一隔离阀6逐渐关闭，第二隔离阀7逐渐开启，热压机1低压侧进汽口12的汽源由热再蒸汽切换回冷再蒸汽；不同的机组电负荷对应的转换阈值也不同，机组电负荷和转换阈值一一对应。所述转换阈值通过q0＝f(pe，t)确定，其中：q0为热压机1低压侧进汽口12的低压汽源进汽量，为低压汽源进汽量与机组电负荷pe和锅炉再热器9温度限值t的关系函数，根据机组实际运行特性通过试验拟合得出，具体地，确定当前机组电负荷pe，系统采用冷再蒸汽作为低压汽源，下列两条件中，达到任意其中一条件时，将当前热压机1低压侧进汽口12的低压汽源进汽量作为转换阈值，条件一：热压机1低压侧进汽口12的冷再抽汽量达到限值时，条件二：锅炉再热器9达到温度限值。例如，额定容量为300mw机组在30％负荷率时，机组锅炉再热器金属温度限值为620℃，通过试验，满足锅炉再热器9温度限值条件时，冷再蒸汽的抽汽最大流量为80t/h，则此电负荷下，q0值确定为80t/h。额定容量为300mw机组在50％负荷率时，锅炉再热器9金属温度限值为620℃，通过试验，冷再蒸汽的抽汽达到流量为100t/h时，不能再抽出更多的冷再蒸汽，虽然此时锅炉再热器9金属温度为590℃，并未达到限值，在此电负荷下，将q0值确定为100t/h。

当机组正常运行期间，热压机1投入后，还可以进行节能调节步骤s3，具体地：

s3：根据机组热耗公式

q0＝(d0×h0-dfw×hfw-drcw×hrcw+drh×hrh-drc×hrc-drhw×hrhw)/pe，得出当前机组的整体热耗水平，调节汽轮机中调门8，改变再热蒸汽参数；再热蒸汽参数改变后，进入热压机1的高压蒸汽和低压蒸汽的比例发生变化，热压机1通过所述针型阀进行主蒸汽流量调整，保持对外供汽量不变；通过汽轮机中调门8连续配合进行再热蒸汽参数调整，使热压机1消耗高压蒸汽占比减小，从而在满足对外供汽量的同时，使机组整体热耗水平最低，其中，其中，q0为机组热耗率，kj/kw·h；d0为主蒸汽流量，mw；h0为主蒸汽焓值，kj/kg；dfw为主给水流量，t/h；hfw为主给水焓值，kj/kg；drcw为过热器减温水流量(所述过热器设于锅炉内，其将给水加热形成主蒸汽)，t/h；hrcw为过热器减温水焓值，kj/kg；drh为再热蒸汽流量，t/h；hrk为再热蒸汽焓值，kj/kg；drc为高压缸3排汽流量，t/h；hrc为高压缸3排汽焓值，kj/kg；drhw为锅炉再热器9减温水流量，t/h；hrhw为锅炉再热器9减温水焓值，kj/kg；pe为机组电负荷，kw。例如，当机组电负荷下降时，热压机抽汽能力随之下降，相同供汽流量下，高压汽源引射低压汽源比例降低，过渡消耗了高品质蒸汽，此时计算机组热耗q01；中压调门参调后中压调门开度减小，由于节流作用使再热蒸汽压力升高，此时热压机抽汽能力增加，低压汽源引射比例增加，热压机自动减少高压汽源用汽量维持对外供汽流量不变，此时计算机组热耗q02，控制系统比较q01与q02，自动指引机组调整至热耗较低工况。

在满足用户工业用汽需求量时，通过调节中调门8，改变了再热蒸汽的参数，冷再蒸汽和热再蒸汽压力发生变化，热压机1高压汽源、低压汽源使用比例发生变化，进而机组实际热耗发生改变。通过中调门8参与供汽调整，确定最佳中调门8开度范围，使满足外界供汽量同时，机组整体热耗处于最低状态。

本发明中，热压机1使用汽轮机主蒸汽为高压动力汽源，汽轮机再热蒸汽作为引射低压蒸汽，汇流形成满足用户需求的高压工业用汽，大大减少主蒸汽的用汽量，提高能源利用率。所述热压机1引射的再热蒸汽包括高压缸3排汽的冷再蒸汽和经过锅炉再热器9的热再蒸汽。同时，本发明还使用汽轮机中调门8参调控制，在机组电负荷和对外高压工业供气量变动时，调整再热蒸汽参数，使机组整体保持较高效率。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。