一种提升机组调峰能力和灵活性的母管制系统及运行方法与流程

本发明属于热力发电领域，具体涉及一种提升机组调峰能力和灵活性的母管制系统及运行方法。

背景技术：

近年来，在国家政策的大力引导下，我国可再生能源发展迅速。截止2020年第三季度风电和光伏发电装机容量均超过2.23亿千瓦，2020年前三季度累计发电量5322亿千瓦时，风电、太阳能累计发电量占全部发电量的比重为10.0％。

由于风电、光伏发电的随机性、间歇性较强，其大规模并网给电网的安全稳定运行带来了负面影响。为提高可再生能源的消纳能力，承担着全国70％以上发电量的火电机组须承担电网的调峰任务，且深度调峰工作将趋于常态化。随着电网对传统火电机组调峰能力的要求进一步提高，机组调峰幅度急需突破传统的负荷区间。

目前常见的火电机组灵活性改造技术-“锅炉低负荷稳燃”和“机组热电解耦”，均有其限制性。其中，对于“锅炉低负荷稳燃”，因为锅炉低负荷运行时因火焰在炉内充满程度较差，煤粉在炉内稳定燃烧难等因素限制了机组负荷进一步降低的空间；“热电解耦技术”的应用，需要电站周边存在较大的热负荷用户，限制了深度调峰的实际应用。

因此，提出一种适用于火电机组所有运行方式下的深度调峰技术，对发电系统的新能源化转型具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种提升机组调峰能力和灵活性的母管制系统及运行方法，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：

一种提升机组调峰能力和灵活性的母管制系统，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、再热冷段蒸汽连通母管、再热热段蒸汽连通母管、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；

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；

再热冷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，连接点至再热冷段蒸汽连通母管间设置单机至再热冷段蒸汽连通母管控制、隔离阀组；

再热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，连接点至再热热段蒸汽连通母管间设置单机至再热热段蒸汽连通母管控制、隔离阀组；

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；

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。

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。

一种提升机组调峰能力和灵活性的母管制系统的运行方法，该方法基于所述的一种提升机组调峰能力和灵活性的母管制系统，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；打开再热冷段蒸汽连通母管控制、隔离阀组，1号机组冷再热蒸汽进入再热冷段蒸汽连通母管，其他机组的锅炉对1号机再热冷段蒸汽进行加热；打开再热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号机高压缸抽汽隔离、控制阀，打开1号机高压缸抽汽连通母管控制、隔离阀组，1号机高压缸不进行抽汽，相邻机组为1号机高压加热器系统供汽；关闭1号机三段抽汽隔离、控制阀，打开1号机三段抽汽连通母管控制、隔离阀组，1号机不进行三段抽汽，相邻机组为1号机第三级高压加热器供汽；关闭1号机除氧器抽汽隔离、控制阀，打开1号机除氧器抽汽连通母管控制、隔离阀组，1号机不进行除氧器抽汽，相邻机组为1号机除氧器进汽供汽；打开1号机中压缸排汽连通母管控制、隔离阀组，调节一号机低压缸进汽控制、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，可在“低压缸零出力”方式下运行；关闭1号机低压缸抽汽隔离、控制阀，打开低压缸抽汽连通母管控制、隔离阀，1号机低压缸不进行抽汽，相邻机组为1号机低压加热器系统供汽；关闭1号机锅炉给水省煤器入口控制、隔离阀组，防止给水倒灌至停炉机组，打开1号机最终给水连通母管控制、隔离阀组，将加热后的给水输送至其它机组锅炉，继续下一次汽水循环。

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。

本发明进一步的改进在于，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。

2.采用本发明方法，由于停炉机组回热抽汽来自相邻机组，中压缸排汽倒送至其他机组低压缸，从而提高多台机组平均低压缸运行效率。

3.由于低压缸效率与排汽容积流量密切相关，在低负荷及深度调峰运行工况下，汽轮机低压缸效率随着负荷的降低显著下降。当一炉两机运行时，单个低压缸进汽流量偏小，此时低压缸效率显著下降，极大影响了机组深度调峰下的经济性。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汽轮机不进行抽汽，回热系统的抽汽全部来自其他机组的汽轮机，停炉机组低压缸处于最低进汽流量状态或“零出力”状态，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。

4.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。

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，

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、再热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-21、中压缸排汽连通母管隔离、控制阀组，

vn-22、低压缸抽汽控制、隔离阀组，

vn-23、低压缸抽汽连通母管控制、隔离阀组，

vn-24、低压加热器系统进汽控制、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，本发明提供的一种提升机组调峰能力和灵活性的母管制系统，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、再热冷段蒸汽连通母管、再热热段蒸汽连通母管、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与汽轮机高压缸进汽阀组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。

所述的增设系统中再热冷段蒸汽连通母管连接方式为：再热冷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，连接点至再热冷段蒸汽连通母管间设置单机至再热冷段蒸汽连通母管控制、隔离阀组vn-3。

所述的增设系统中再热热段蒸汽连通母管连接方式为：再热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，连接点至再热热段蒸汽连通母管间设置单机至再热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-21。

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-22与低压加热器系统进汽阀组vn-24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-23。

本发明提供一种提升机组调峰能力和灵活性的母管制系统的运行方法，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；打开再热冷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再热冷段蒸汽连通母管，并打开其它运行机组再热冷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；打开再热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再热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号机高压缸抽汽隔离、控制阀v1-10，打开1号机高压缸抽汽连通母管控制、隔离阀组v1-18，1号机高压缸不进行抽汽，相邻机组为1号机高压加热器系统供汽；关闭1号机三段抽汽隔离、控制阀v1-12，打开1号机三段抽汽连通母管控制、隔离阀组v1-20，1号机不进行三段抽汽，相邻机组为1号机第三级高压加热器供汽；关闭1号机除氧器抽汽隔离、控制阀v1-11，打开1号机除氧器抽汽连通母管控制、隔离阀组v1-19，1号机不进行除氧器抽汽，相邻机组为1号机除氧器进汽供汽；打开1号机中压缸排汽连通母管控制、隔离阀组v1-21，调节一号机低压缸进汽控制、隔离阀组v1-9，1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号机低压缸抽汽隔离、控制阀v1-22，打开低压缸抽汽连通母管控制、隔离阀v1-23，1号机低压缸不进行抽汽，相邻机组为1号机低压加热器系统供汽；关闭1号机锅炉给水省煤器入口控制、隔离阀组v1-16，防止给水倒灌至停炉机组，打开1号机最终给水连通母管控制、隔离阀组v1-17，将加热后的给水输送至其它机组锅炉，继续下一次汽水循环。

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。

本发明提供的一种提升机组调峰能力和灵活性的母管制系统，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汽轮机不进行抽汽，回热系统的抽汽全部来自其他机组的汽轮机，停炉机组低压缸处于最低进汽流量状态或“零出力”状态，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。