CN107355268A - 一种燃煤机组多能互补控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃煤机组多能互补控制系统及方法，包括带有锅炉、汽轮机组、发电机及回热系统加热器的燃煤发电机组；高压加热器组的出水口与锅炉的省煤器入口的给水管路上还设置有用于将外部热量或储能送入燃煤发电机组的热交换器。本发明燃煤机组多能互补控制系统，在已有燃煤机组锅炉给水管路上设置热交换器，该热交换器位于最末级高压加热器及锅炉的省煤器入口给水管路上，用于将外部热量或储能通过热交换的方式传递给锅炉给水。当外部热量较小时，可在给水管路上设一分支旁路，热交换器设置在该分支旁路上。本发明不仅适用于太阳能热发电，同样对于由于弃风弃光等原因，将多余电量转换为储存的热能后的再利用等多种情况。
Description
技术领域
本发明属于燃煤发电领域，涉及一种燃煤机组多能互补控制系统及方法。
背景技术
太阳能热发电也叫聚焦型太阳能热发电(Concentrating Solar Power，简称CSP)，通过大量反射镜以聚焦的方式将太阳能直射光聚集起来，加热工质，产生 高温高压的蒸汽，蒸汽驱动汽轮机发电。太阳能热发电是太阳能利用的重要新技 术领域。到2020年我国太阳能发电装机达到1.1亿千瓦，其中太阳能热发电装机 规模500万千瓦。
我国太阳能热发电产业处于起步阶段，尚未形成产业规模，工程造价较高， 技术装备制造能力弱，缺乏系统集成及运行技术。目前已投运的太阳能热发电站 基本上是在光热采集场基础上同步建设一套蒸汽发电系统，增加了成本及费用。 我国燃煤机组较多，且相当一部分处于我国太阳能资源富集区，厂区周边具有大 量闲置土地，如果利用闲置土地布置光热采集场，则可考虑将太阳能热直接用于 已有燃煤机组进行发电，从而减少建设投资。
将外部热量用于燃煤机组发电时，热量引入位置不同其效果会有很大不同， 有的地方虽然改造施工难度低，但热量的转换效率很低；有的引入位置虽然热转 换效率高，但改造难度大，成本高，甚至难以实现。本发明目的是利用已有燃煤 机组，将外部热量或储存的热能引入最终给水中，从该处引入热量不但热功转换 效率高，同时也考虑到此处工质温度相对较低，而换热系数大，比热容和密度均 较高，可有效减少设备尺寸并降低材料等级，使现场改造成本及改造工作量大幅 减小。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种燃煤机组多能互补控 制系统及方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种燃煤机组多能互补控制系统，包括带有锅炉、汽轮机组、发电机及回热 系统加热器的燃煤发电机组；汽轮机组包括高压汽轮机组和低压汽轮机组，回热 系统加热器包括高压加热器组和低压加热器组，高压加热器组设置于高压汽轮机 组出水与锅炉的省煤器入口之间，低压加热器组与低压汽轮机组出水相连通，并 与高压加热器组的进水相连通；发电机与低压汽轮机组相连；高压加热器组的出 水口与锅炉的省煤器入口的给水管路上还设置有用于将外部热量或储能送入燃 煤发电机组的热交换器。
本发明进一步的改进在于：
高压汽轮机组包括两个高压汽轮机；锅炉的第一出口与第一高压汽轮机的入 口相连通，第一高压汽轮机的出口与锅炉的另一个入口相连通，锅炉的第二出口 与第二高压汽轮机的入口相连通，第二高压汽轮机的出口分为两路，一路与低压 汽轮机组的入口相连通，另一路与除氧器的入口相连通。
高压加热器组包括依次级联的第一级高压加热器、第二级高压加热器以及最 末级高压加热器；除氧器的出口通过给水泵与第一级高压加热器的入口相连，最 末级高压加热器的出口为低压加热器组的出口。
高压加热器组的两端还并联有给水旁路，给水旁路上设置有用于调节热交换 器工质出口水温的旁路调节阀。
高压加热器组的出口与热交换器的工质入口相连，热交换器的工质出口与通 过给水调节阀与锅炉的省煤器入口相连。
高压加热器组的出口分为两路，一路与热交换器的工质入口相连，另一路与 热交换器的工质出口汇合后直接与给水调节阀的入口相连。
低压汽轮机组包括两个低压汽轮机，两个低压汽轮机的入口均与第二高压汽 轮机的出口相连通，两个低压汽轮机的出口均与凝汽器的入口相连通，凝汽器的 出口与低压加热器组的入口相连，低压加热器组的出口与除氧器的入口相连。
低压加热器组包括依次级联的第一级低压加热器、第二级低压加热器以及最 末级低压加热器；凝汽器的出口依次连接凝结水泵和轴封冷却器，轴封冷却器的 出口与第一级低压加热器的入口相连通，最末级低压加热器的出口与除氧器的入 口相连。
一种燃煤机组多能互补控制方法，包括以下步骤：
当外部热量通过热交换器进入给水后，若A处给水温度不超过阈值Tt，则保 持旁路调整阀关闭，使所有给水均通过高压加热器组；
当外部热量通过热交换器进入给水后，若A处给水温度TA高于阈值Tt，则应 开启给水旁路调节阀，使部分给水流经旁路，该部分给水未经高压加热器组加热， 其温度为D处温度TD，由于TD远低于高压加热器组出口C处温度TC，故二者混 合后使B处温度TB下降，从而也使A处温度TA下降。
其中，Tt为最终给水温度阈值，Tt与机组负荷N有关，机组负荷的函数 Tt＝f(N)；A处为锅炉省煤器入口，B处高压加热器组出口与给水旁路出口的汇 合点，C处为高压加热器组的出口，D处为给水泵的出口；TA为锅炉省煤器入口 给水温度，TB为经过高压加热器组的给水和经过给水旁路的给水混合后的给水温 度，TC为高压加热器组出口处的给水温度，TD为给水泵出口处的给水温度。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明燃煤机组多能互补控制系统，将外部储能或热量利用至已有燃煤机组 进行发电的系统，其目的是使引入的热量不但热功转换效率最高，而且现场改造 成本及改造工作量最小。本发明在已有燃煤机组锅炉给水管路上设置热交换器， 该热交换器位于最末级高压加热器及锅炉的省煤器入口给水管路上，用于将外部 热量或储能通过热交换的方式传递给锅炉给水。当外部热量较小时，可在给水管 路上设一分支旁路，热交换器设置在该分支旁路上。本发明不仅适用于太阳能热 发电，同样对于由于弃风弃光等原因，将多余电量转换为储存的热能后的再利用 等多种情况。
进一步的，本发明还设置有给水旁路，旁路上游进口设置在给水泵出口与第 一级高压加热器入口之间给水管路上，旁路下游出口设置在最末级高压加热器和 利用外部热量的热交换器之间的给水路上。通过旁路调节阀调节通过旁路的给水 流量，以控制最终给水温度，使A处的给水温度不超过锅炉安全运行的要求值。
本发明燃煤机组多能互补控制方法，当外部热量通过热交换器进入给水后， 若A处给水温度不超过该阈值，则应保持旁路调整阀关闭，使所有给水均通过高 压加热器，此时外部热量利用效率最高。当外部热量通过热交换器进入给水后， 若A处给水温度高于该阈值，则应开启给水旁路调节阀，使部分给水流经旁路， 该部分给水未经高压加热器加热，其温度为D处温度，由于该温度远低于高压加 热器出口C处温度，故二者混合后使B处温度下降，从而也使A处温度下降。
附图说明
图1为本发明实施例1的系统结构示意图；
图2为本发明实施例2的系统结构示意图。
其中：1-汽轮机组；2-锅炉；3-发电机；4-最末级高压加热器；5-第二级高压 加热器；6-第一级高压加热器；7-除氧器；8-最末级低压加热器；9-第二级低压 加热器；10-第一级低压加热器；11-轴封冷却器；12-凝汽器；13-给水泵；14-凝 结水泵；15-热交换器；16-旁路调节阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
实施例1
参见图1，本发明燃煤机组多能互补控制系统，包括带有锅炉2、汽轮机组1、 发电机3及回热系统加热器的燃煤发电机组；汽轮机组1包括高压汽轮机组和低 压汽轮机组，回热系统加热器包括高压加热器组和低压加热器组，高压加热器组 设置于高压汽轮机组出水与锅炉2的省煤器入口之间，低压加热器组与低压汽轮 机组出水相连通，并与高压加热器组的进水相连通；发电机3与低压汽轮机组相 连；高压加热器组的出水口与锅炉2的省煤器入口的给水管路上还设置有用于将 外部热量或储能送入燃煤发电机组的热交换器15。高压加热器组的出口与热交换 器15的工质入口相连，热交换器15的工质出口与通过给水调节阀17与锅炉2 的省煤器入口相连。
高压汽轮机组包括两个高压汽轮机；锅炉2的第一出口与第一高压汽轮机的 入口相连通，第一高压汽轮机的出口与锅炉2的另一个入口相连通，锅炉2的第 二出口与第二高压汽轮机的入口相连通，第二高压汽轮机的出口分为两路，一路 与低压汽轮机组的入口相连通，另一路与除氧器7的入口相连通。高压加热器组 包括依次级联的第一级高压加热器6、第二级高压加热器5以及最末级高压加热 器4；除氧器7的出口通过给水泵13与第一级高压加热器6的入口相连，最末级 高压加热器4的出口为低压加热器组的出口。高压加热器组的两端还并联有给水 旁路，给水旁路上设置有用于调节热交换器15工质出口水温的旁路调节阀16。
低压汽轮机组包括两个低压汽轮机，两个低压汽轮机的入口均与第二高压汽 轮机的出口相连通，两个低压汽轮机的出口均与凝汽器12的入口相连通，凝汽 器12的出口与低压加热器组的入口相连，低压加热器组的出口与除氧器7的入 口相连。低压加热器组包括依次级联的第一级低压加热器10、第二级低压加热器 9以及最末级低压加热器8；凝汽器12的出口依次连接凝结水泵14和轴封冷却 器11，轴封冷却器11的出口与第一级低压加热器10的入口相连通，最末级低压 加热器8的出口与除氧器7的入口相连。
实施例2
与实施例1不同之处在于，本实施例高压加热器组的出口分为两路，一路与 热交换器15的工质入口相连，另一路与热交换器15的工质出口汇合后直接与给 水调节阀17的入口相连。
本发明的原理：
本发明将外部储能或热量利用于已有常规燃煤发电机组进行发电。常规燃煤 发电机组包括锅炉2，汽轮机1，发电机3，回热系统加热器，凝汽器12，给水 泵13，凝结水泵14等主要设备。为了将外部热量或储能送入已有燃煤机组，需 在锅炉给水管道上设置热交换器15，该热交换器位于最末级高压加热器4及锅炉 2的省煤器入口给水管道上，用于将外部热量或储能通过热交换的方式传递给锅 炉给水。当外部热量较小时，可在给水管路上设一分支旁路，热交换器15设置 在该分支旁路上，该方式可减少现场的改造工作量，并减少改造成本，具体见图 2所示。
当外部进入的热量过大时，可能导致经过热交换器15的给水温升过高，使 A处的最终给水温度TA超过锅炉2安全运行所要求的温度上限，故在机组高压加 热器(5～6)的旁路上设置旁路调节阀16，通过旁路调节阀16调节通过旁路的给 水流量，以控制最终给水温度，使A处的给水温度TA不超过锅炉安全运行的要求 值。该旁路上游进口设置在给水泵13出口与第一级高压加热器6入口之间给水 管道上，旁路下游出口设置在最末级高压加热器5和利用外部热量的热交换器15 之间的给水管上。
锅炉省煤器入口A处所需的安全给水温度为一阈值Tt。满足锅炉水循环安全 要求的最终给水温度阈值Tt可由试验获得，也可由理论计算获得，或由锅炉制造 厂直接提供。具体控制方式为：该阈值一般与机组负荷N有关，是机组负荷的函 数，即Tt＝f(N)，该阈值也可作为给水流量或其它参数的函数，本处以机组负荷 为该阈值的函数进行说明。按照表格形式给出的某300MW亚临界机组的 Tt＝f(N)关系见下表：
| 负荷N | MW | 300 | 225 | 150 |
| 最终给水温度阈值Tt | ℃ | 290 | 270 | 250 |
当外部热量通过热交换器15进入给水后，若A处给水温度不超过该阈值Tt， 则应保持旁路调整阀16关闭，使所有给水均通过高压加热器(4～6)，此时外部 热量利用效率最高。当外部热量通过热交换器15进入给水后，若A处给水温度TA高于该阈值Tt，则应开启给水旁路调节阀16，使部分给水流经旁路，该部分给水 未经高压加热器加热，其温度为D处温度TD，由于该温度远低于高压加热器出口C处温度TC，故二者混合后使B处温度TB下降，从而也使A处温度TA下降。其具 体阀门控制逻辑见下表：
A处的温度由给水旁路调节阀16通过调节流经旁路的流量来控制，其原则 在于使A处的最终给水温度下降至阈值之下即可，在满足该条件的情况下使流经 旁路及旁路调节阀16的给水流量越小越好，以保证机组运行具有较高的经济性。
锅炉给水调节阀17原则上不参与最终给水温度的调节，仅对给水流量进行 调节，该阀可位于A处，亦可位于B处。最终给水温度的调节，主要通过旁路 调节阀进行调节。
在系统设计时，一般应考虑在旁路调节阀16处于关闭状态下，外部热量的 引入需保证A处最终给水温度不超过给定阈值，实际运行中当外部热量热量特别 大只有少数情况下可能超过阈值，这时才需要开启旁路调节阀16参与调节。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡 是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发 明权利要求书的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种燃煤机组多能互补控制系统，其特征在于，包括带有锅炉(2)、汽轮机组(1)、发电机(3)及回热系统加热器的燃煤发电机组；汽轮机组(1)包括高压汽轮机组和低压汽轮机组，回热系统加热器包括高压加热器组和低压加热器组，高压加热器组设置于高压汽轮机组出水与锅炉(2)的省煤器入口之间，低压加热器组与低压汽轮机组出水相连通，并与高压加热器组的进水相连通；发电机(3)与低压汽轮机组相连；高压加热器组的出水口与锅炉(2)的省煤器入口的给水管路上还设置有用于将外部热量或储能送入燃煤发电机组的热交换器(15)。
2.根据权利要求1所述的燃煤机组多能互补控制系统，其特征在于，高压汽轮机组包括两个高压汽轮机；锅炉(2)的第一出口与第一高压汽轮机的入口相连通，第一高压汽轮机的出口与锅炉(2)的另一个入口相连通，锅炉(2)的第二出口与第二高压汽轮机的入口相连通，第二高压汽轮机的出口分为两路，一路与低压汽轮机组的入口相连通，另一路与除氧器(7)的入口相连通。
3.根据权利要求1或2所述的燃煤机组多能互补控制系统，其特征在于，高压加热器组包括依次级联的第一级高压加热器(6)、第二级高压加热器(5)以及最末级高压加热器(4)；除氧器(7)的出口通过给水泵(13)与第一级高压加热器(6)的入口相连，最末级高压加热器(4)的出口为低压加热器组的出口。
4.根据权利要求3所述的燃煤机组多能互补控制系统，其特征在于，高压加热器组的两端还并联有给水旁路，给水旁路上设置有用于调节热交换器(15)工质出口水温的旁路调节阀(16)。
5.根据权利要求4所述的燃煤机组多能互补控制系统，其特征在于，高压加热器组的出口与热交换器(15)的工质入口相连，热交换器(15)的工质出口与通过给水调节阀(17)与锅炉(2)的省煤器入口相连。
6.根据权利要求5所述的燃煤机组多能互补控制系统，其特征在于，高压加热器组的出口分为两路，一路与热交换器(15)的工质入口相连，另一路与热交换器(15)的工质出口汇合后直接与给水调节阀(17)的入口相连。
7.根据权利要求1或2所述的燃煤机组多能互补控制系统，其特征在于，低压汽轮机组包括两个低压汽轮机，两个低压汽轮机的入口均与第二高压汽轮机的出口相连通，两个低压汽轮机的出口均与凝汽器(12)的入口相连通，凝汽器(12)的出口与低压加热器组的入口相连，低压加热器组的出口与除氧器(7)的入口相连。
8.根据权利要求7所述的燃煤机组多能互补控制系统，其特征在于，低压加热器组包括依次级联的第一级低压加热器(10)、第二级低压加热器(9)以及最末级低压加热器(8)；凝汽器(12)的出口依次连接凝结水泵(14)和轴封冷却器(11)，轴封冷却器(11)的出口与第一级低压加热器(10)的入口相连通，最末级低压加热器(8)的出口与除氧器(7)的入口相连。
9.根据权利要求4-6任意一项所述控制系统的燃煤机组多能互补控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
当外部热量通过热交换器(15)进入给水后，若A处给水温度不超过阈值Tt，则保持旁路调整阀(16)关闭，使所有给水均通过高压加热器组；
当外部热量通过热交换器(15)进入给水后，若A处给水温度TA高于阈值Tt，则应开启给水旁路调节阀(16)，使部分给水流经旁路，该部分给水未经高压加热器组加热，其温度为D处温度TD，由于TD远低于高压加热器组出口C处温度TC，故二者混合后使B处温度TB下降，从而也使A处温度TA下降；
其中，Tt为最终给水温度阈值，Tt与机组负荷N有关，机组负荷的函数Tt＝f(N)；A处为锅炉省煤器入口，B处高压加热器组出口与给水旁路出口的汇合点，C处为高压加热器组的出口，D处为给水泵的出口；TA为锅炉省煤器入口给水温度，TB为经过高压加热器组的给水和经过给水旁路的给水混合后的给水温度，TC为高压加热器组出口处的给水温度，TD为给水泵出口处的给水温度。
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