CN107747503A - 一种燃煤发电机组超低负荷运行的系统与运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃煤发电机组超低负荷运行的系统与运行方法，该系统由两台联合运行的燃煤发电机组组成，包括汽轮机、蒸汽系统、真空抽气系统、凝结水系统和给水系统；发电机组的蒸汽系统之间通过热再蒸汽联络管相连；发电机组的给水系统之间通过给水联络管相连。本发明将两台机组超低负荷运行时的蒸汽出力，集中在主锅炉上，解决了当燃煤机组超低负荷运行时，锅炉燃烧失稳，磨煤机、风机及脱硝反应器不稳等问题，同时大幅提高锅炉运行操控的安全性和可靠性。

Description

一种燃煤发电机组超低负荷运行的系统与运行方法

技术领域

本发明涉及燃煤发电机组与运行方法，特别涉及一种可以超低负荷运行的燃煤发电机组系统与运行方法。

背景技术

随着经济发展，用电量及用电结构变化，电网峰谷差不断加大。中国目前以火电为主、蓄能调峰电站少的电能结构导致电网调峰能力不足。为了支持可再生能源发展，目前采用的方法是安排一定规模燃煤发电机组为可再生能源调峰。传统火电机组深度调峰压力进一步增大。

为解决火电机组调峰问题，国内外发展了多种技术，如增加投运带中间负荷变压运行的火力发电机组；发展调峰性能好、运行灵活的燃气机组、油气混合燃料机组；发展低负荷稳燃技术；低负荷下采取锅炉主控手动、汽轮机主控自动的汽轮机跟随(TF)策略；低负荷下旁路高中压缸，仅从低压缸进汽等，一定程度上缓解了火电机组深度调峰的压力。但单元制机组的运行改造始终受限于锅炉最低稳燃负荷下限的制约，因此超低负荷下燃煤机组调峰问题仍未根本解决。

由燃煤电厂锅炉、汽轮机的运行特性可知：维持锅炉侧稳定运行是燃煤机组深度调峰的核心制约因素，原因主要有以下三点：第一，低负荷下炉膛温度低，导致燃烧不稳定，易熄火跳机；第二，低负荷下燃煤机组磨煤机与一次风机的协调控制困难；第三，现有锅炉烟气脱硝普遍使用中温选择性催化还原技术(SCR)，低负荷下省煤器出口烟温易低于催化反应所需的下限温度305℃，使脱硝效率大幅下降、污染排放增多。因此，综合燃烧、辅机和脱硝等多方面因素，锅炉侧稳定运行所需的最低负荷一般为30-35％锅炉最大连续蒸发量(Boiler maximum continuous rating，BMCR)。而与锅炉相比，汽轮机侧结构明确，易于控制，且运行所受制约因素较少，最低负荷可降至15％以下。鉴于当下燃煤电厂深度调峰背景以及锅炉、汽轮机的运行特性，设计出既满足电网负荷调度指令，又能维持锅炉汽轮机安全稳定性的运行方式，对于燃煤电厂的生存发展具有重要意义。

发明内容:

发明目的：本发明提出了一种燃煤发电机组系统，解决燃煤机组超低负荷运行时，锅炉燃烧失稳，磨煤机不稳，以及脱硝反应器因排烟温度下降性能恶化等问题。本发明另一目的为提供了该燃煤发电机组系统的运行方法。

技术方案：本发明所述一种燃煤发电机组系统，所述发电机组包括汽轮机、蒸汽系统、真空抽气系统、凝结水系统和给水系统；所述蒸汽系统包括锅炉、再热器和回热加热器；所述凝结水系统包括凝汽器和凝结水泵；所述给水系统包括给水泵和给水前置泵；所述汽轮机包括高压缸、中压缸和低压缸；所述发电机组系统由两台发电机组组成，分为主发电机组和副发电机组；所述主发电机组和副发电机组的蒸汽系统之间通过蒸汽联络管相连；所述主发电机组和副发电机组的给水系统之间通过给水联络管相连。

其中锅炉与汽轮机之间连接有汽轮机组主汽阀，主汽阀位于主蒸汽管道上，从锅炉来的蒸汽，经过主汽阀，进入汽轮机给汽轮机动力。

高压缸与中压缸之间连接有再热器，蒸汽从锅炉中排出，进入高压缸，高压缸排汽进入再热器，再热后的蒸汽送至中压缸，然后经过中压缸排汽口排出后，进入低压缸，然后从低压缸的排汽口排出，进入凝汽器。

再热器与中压缸之间连接有中压缸进汽阀，用于调节进入中压缸的进汽量，利用进汽阀不同的开度，进行蒸汽节流。

回热加热器组成回热抽汽系统，是为了加热进入锅炉的给水，尽量减少凝汽器内的冷源损失，回热加热器与汽轮机连接，之间设置有加热器抽汽阀。回热加热器的疏水进入凝汽器。

凝结水系统是为了将凝汽器中的凝结水由凝结水泵送出至除氧器的水箱，凝结水系统主要包括凝汽器和凝结水泵，此外该系统还包括除氧器。

给水系统主要功能是将除氧器水箱中的主凝结水通过给水泵提高压力，经过高压加热器进一步加热后，输送到锅炉的省煤器入口，作为锅炉给水，给水系统主要由给水泵和给水前置泵组成。

本发明中所述燃煤发电机组系统由两台发电机组组成，两台发电机组的主体结构相同，为了便于区分，将两台发电机组分为主发电机组和副发电机组，主发电机组包括锅炉、汽轮机(汽轮机分为高压缸、中压缸和低压缸，锅炉与汽轮机相匹配)、再热器、凝汽器、凝结水泵、回热加热器、给水泵、给水前置泵、主汽阀、加热器抽汽阀、中压缸进汽阀等结构。

副发电机组结构包括锅炉、汽轮机(汽轮机包括高压缸、中压缸和低压缸，锅炉与汽轮机相匹配)、再热器、凝汽器、凝结水泵、回热加热器、给水前置泵、给水泵、主汽阀、加热器抽汽阀和中压缸进汽阀等。

其中，主发电机组的给水泵和给水泵前置泵之间设置有给水泵前阀门，副发电机组的给水泵和给水泵前置泵之间也设置有给水泵前阀门，用于控制两台发电机组之间的循环水的走向。

每台发电机组的再热器与中压缸之间连接有中压缸进汽阀，用于调整进入中压缸的蒸汽流量。

上述主发电机组的再热器与副发电机组的中压缸进汽阀中间设置有蒸汽联络管，该蒸汽联络管与副发电机组的中压缸连接，可以控制主发电机组的蒸汽进入副发电机组的中压缸，蒸汽联络管上设置有联络管关断阀和反向截止阀，用于调节蒸汽的走向。

上述主发电机组的给水系统与副发电机组的给水系统通过给水联络管连接，给水联络管连接主发电机组的给水前置泵和副发电机组的给水前置泵，给水联络管上设置有联络管关断阀和反向截止阀。

所述副发电机组的高压缸连接有通风阀，用于排泄轴封系统漏入高压缸的蒸汽和鼓风热，防止转子超温。

上述发电机组系统的运行方法为：在发电机组高负荷运行时，关闭主发电机组和副发电机组之间的蒸汽联络管和凝结水联络管上的阀门，两台发电机组机组各自单元制独立运行。

在电网要求超低负荷运行时，即当系统的负荷≤30％锅炉最大连续蒸发量(BMCR)蒸汽联络管和给水联络管打开，保留主发电机组的锅炉工作，副发电机组的锅炉熄火；由主发电机组的锅炉为主发电机组的汽轮机及副发电机组的中压缸和低压缸供汽，并由主发电机组给水泵回收送入副发电机组的蒸汽。具体步骤为：主发电机组的锅炉的出力维持在30％以上运行，主发电机组的蒸汽进入主发电机组的汽轮机的高压缸，排汽经主发电机组的再热器再热后，一部分经主发电机组汽轮机的中压缸进汽阀，进入主发电机组汽轮机的中压缸和低压缸，另一部分通过两台机组蒸汽联络管，送到副发电机组的汽轮机中压缸进汽阀前，由副发电机组的汽轮机的中压缸进汽阀控制进汽量，来自主发电机组的热再蒸汽，在副发电机组的汽轮机的中压缸、低压缸膨胀做功后，在副发电机组的凝汽器中凝结成水，由副发电机组的凝结水泵打到副发电机组的低压加热器和除氧器，副发电机组的给水前置泵，将除氧器出口的凝结水升压后，通过两台发电机组给水联络管，送至主发电机组的给水前置泵前，经主发电机组的给水前置泵升压后进入主发电机组的给水泵；副发电机组的高压加热器的抽汽阀全部关闭，副发电机组的锅炉处于热备用状态；副发电机组高压缸的主汽阀和进汽阀关闭，高压缸的排汽口通过通风阀及其管道，排泄轴封系统漏入高压缸的蒸汽和鼓风热；副发电机组的凝结水全部送至主发电机组的给水前置泵，给水流量与主发电机组的锅炉蒸发量相匹配，由主发电机组的给水系统控制主发电机组的锅炉给水量；主发电机组的汽轮机的中压缸进汽阀控制再热蒸汽压力，避免副发电机组用汽后高压缸排汽压力的大幅度下降，造成高压缸末级组叶片载荷超限。

有益效果：(1)本发明能够增大燃煤机组调峰深度。通过超低负荷下一台锅炉带动两台汽轮机的运行方式，保证所述锅炉、汽轮机都能以最低安全负荷运行。相较于两台单元制机组独立调峰，其负荷下限可由30％降至15％左右，大大提升了燃煤机组调峰能力；(2)本发明能够保证超低负荷下锅炉运行的安全。副锅炉在电网超低负荷指令下停炉保温，不存在安全问题，而主锅炉在调峰过程中始终保持出力30％以上，能够保证炉膛内燃烧稳定性，保证尾部烟道烟气脱硝催化反应效率，且能够避免磨煤机在低负荷调峰过程中频繁的启停操作，降低磨煤机与一次风机协调控制的难度。(3)本发明能够提升燃煤机组对电网调峰的响应速度。副汽轮机组在全负荷调节范围内始终保持热态，当电网负荷指令恢复高位、副锅炉点火后，能够迅速恢复单元制机组运行方式，较之于汽轮机冷态启动，大大缩短了启动投运时间，提升了对燃煤电厂对电网调峰指令的响应速度。(4)本发明利用燃煤电厂现有机组，其改造难度低，易于推广普及。超低负荷下锅炉汽轮机联合运行方式，能够有效利用燃煤电厂现有机组设备，改造规模小、成本低，且结构清晰，能够有效缓解燃煤电厂的调峰压力。

附图说明

图1为本发明的燃煤发电机组系统原则性热力系统图；

图2为本发明的燃煤发电机组系统在高负荷下独立运行原则性热力系统图；

图3为本发明的系统运行方法控制流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种燃煤发电机组系统由主发电机组和副发电机组组成，本实施例中主发电机组和副发电机组的抽汽系统的回热加热器均采用三台高压加热器、三台低压加热器、一台除氧器的典型结构。

主发电机组的结构为锅炉100连接主汽阀600，主汽阀600连接汽轮机高压缸200，高压缸连接再热器110、再热器110连接有中压缸进汽阀700，中压缸进汽阀700连接中压缸210，中压缸210连接低压缸220、低压缸及凝汽器300、凝汽器300连接凝结水泵520，凝结水泵520连接回热加热器470。汽轮机组抽汽系统的回热加热器包括高压回热加热器410、高压回热加热器420、高压回热加热器430，除氧器440、低压回热加热器450、低压回热加热器460、低压回热加热器470，分别通过加热器抽汽管道关断阀与汽轮机相连，其中加热器抽汽管道关断阀与回热加热器对应，分别为加热器抽汽阀610、加热器抽汽阀620、加热器抽汽阀630、加热器抽汽阀640、加热器抽汽阀650、加热器抽汽阀660、加热器抽汽阀670。高压加热器410和420的加热蒸汽来自高压缸200，高压加热器430、除氧器440和低压加热器450的加热蒸汽来自中压缸210，低压加热器460和470的加热蒸汽来自低压缸220。主发电机组的给水系统由主汽轮机组给水泵500和给水前置泵510组成，给水泵500与给水前置泵之间设置有给水泵前阀门900。

副发电机组的结构为主锅炉101连接主汽阀601，主汽阀601连接高压缸201，高压缸上连接有通风阀911，高压缸201连接再热器111、再热器111连接有中压缸进汽阀701，进汽阀701另一端连接中压缸211，中压缸211连接低压缸221、低压缸及副汽轮机组的凝汽器301、凝汽器301连接凝结水泵521，凝结水泵521连接回热加热器471。汽轮机组回热抽汽系统中，包括高压回热加热器411、高压回热加热器421、高压回热加热器431、除氧器441、低压回热加热器451、低压回热加热器461、低压回热加热器471，分别通过加热器抽汽管道关断阀与汽轮机相连，其中加热器抽汽阀与回热加热器对应，分别为加热器抽汽阀611、加热器抽汽阀621、加热器抽汽阀631、加热器抽汽阀641、加热器抽汽阀651、加热器抽汽阀661、加热器抽汽阀671。高压加热器411和421的加热蒸汽来自高压缸201，高压加热器431、除氧器441和低压加热器451的加热蒸汽来自中压缸211，低压加热器461和471的加热蒸汽来自低压缸221。给水系统由副汽轮机组给水泵501和给水前置泵511组成，给水泵500与给水前置泵之间设置有给水泵前阀门901。

主发电机组和副发电机组的蒸汽系统和给水系统之间连接，实现两台机组共同运行，其中蒸汽联络管连接主发电机组的再热器和副发电机组的中压缸，蒸汽联络管安装有联络管关断阀800和反向截止阀810。主发电机组给水前置泵510通过给水联络管连接副发电机组的给水前置泵511，给水联络管上安装有联络管关断阀820和反向截止阀830。

当主发电机组和副发电机组在全负荷指令范围内均在30％BMCR以上运行，高负荷下锅炉100与汽轮机组以单元制方式独立运行，当负荷低于30％BMCR即超低负荷状态下，主发电机组锅炉100既为主发电机组的汽轮机提供驱动蒸汽，同时为副发电机组的汽轮机的中压缸211和低压缸221提供蒸汽。由于主发电机组的锅炉出力较高，能够有效避免锅炉在低负荷运行条件下燃烧稳定性差、磨煤机控制困难、脱硝反应器效率大幅下降等问题。此时由主发电机组的汽轮机中压缸进汽阀控制主发电机组的再热蒸汽压力，避免副发电机组的中压缸与低压缸用汽后主发电机组的高压缸排汽压力的大幅度下降，造成高压缸末级组叶片载荷超限。

副发电机组的锅炉101在超低负荷下停炉，通过保温措施维持一定的炉膛温度。并将启停过程中产生的蒸汽通过旁路系统送至副发电机组的汽轮机组凝汽器301中。当电网调度指令恢复高位时，副发电机组的锅炉101再次投入运行。

副发电机组的汽轮机主汽阀601在超低负荷下关闭，副汽轮机组的高压缸201停止进汽，开启高压缸通风阀911，排泄轴封系统漏入高压缸的蒸汽和鼓风热，防止转子超温。

副汽轮机高压加热器抽汽阀门611、621、631在超低负荷下关闭，切除对应的高压回热加热器411、421和431。当负荷恢复高位(即负荷大于30％BMCR)后，副发电机组的锅炉101及副发电机组的高压缸201恢复投运，开启副发电机组的汽轮机组高压加热器抽汽管门611、621和631，投运相应的高压回热加热器411、421和431。

主发电机组与副发电机组蒸汽联络管关断阀800在超低负荷下开启，将主发电机组的汽轮机组再热器110出口蒸汽部分送至副发电机组的汽轮机中压缸211，维持副发电机组的汽轮机的运行。蒸汽联络管上设有反向逆止阀810，防止蒸汽逆流。

主发电机组与副发电机组之间的给水联络管阀门820在超低负荷下开启，将副发电机组的汽轮机组给水前置泵511出口凝结水送至主发电机组汽轮机给水泵500入口，从而回收由主汽轮机送入副汽轮机中低压缸的驱动蒸汽，给水联络管上设有反向逆止阀830，防止凝结水逆流。

在超低负荷下锅炉汽轮机联合运行的调峰方式，要求电网负荷指令应送至电厂而非某机组。由电厂对电网所需负荷进行分配，在超低负荷下电功率调节主要由主发电机组的汽轮机承担，副发电机组汽轮机维持中压缸进汽，保证其处于热备用状态。当电网负荷指令恢复高位，副发电机组锅炉101点火，副发电机组的汽轮机可以迅速投入运行，节省暖机时间，提升运行效率及调峰能力。

在电网负荷指令变化过程中，电厂运行方式控制流程如图3所示。

(1)高负荷下，主发电机组、副发电机组各自以单元制运行并独立承担相应的电功率调节任务。

(2)电网要求降至超低负荷时，机组运行方式将由单元制切换为超低负荷下“一台锅炉带两台汽轮机”的并联模式，即用主发电机组的锅炉同时带动副发电机组的锅炉运行，切换步骤如下：

步骤一：副发电机组锅炉101熄火保温。

步骤二：副发电机组的汽轮机高压加热器抽汽阀611、加热器抽汽阀621、加热器抽汽阀631关闭。

步骤三：主发电机组和副发电机组之间的水联络管阀门820打开，给水泵前阀门901关闭。

步骤四：连接主发电机组和副发电机组的汽轮机的蒸汽联络管关断阀800开启。

步骤五：副发电机组的汽轮机高压缸201通风管阀门911开启，主汽阀601关闭，中压缸进汽阀701关闭。

通过以上步骤的切换，可保证在超低负荷下，主发电机组、副发电机组维持“一台锅炉带两台汽轮机”的运行模式，并由主发电机组的汽轮机承担负荷调节任务。副汽轮机组以低负荷运行，维持热备用状态，以便电网负荷指令恢复，副锅炉101再次投运后，能够迅速恢复高压缸201进汽，恢复单元制独立运行。

(3)电网负荷上升至较高负荷时，运行方式将由超低负荷下“一台锅炉带两台汽轮机”的并联运行模式切换至主、副机组单元制独立运行模式。切换步骤如下：

步骤一：副发电机组的锅炉101启动点火。

步骤二：发电机组汽轮机给水泵前阀门901打开，主发电机组和副发电机组的汽轮机组给水联络管阀门820关闭。

步骤三：副发电机组的锅炉101蒸汽参数达标后，副发电机组的的主汽阀601开启、高压缸通风阀911关闭、中压缸进汽阀701开启，关闭旁路阀，恢复高压缸101进汽。

步骤四：副发电机组的汽轮机组的高压回热加热器抽汽阀611、621和631依据机组负荷开启，恢复高压回热加热器411、421和431运行。

步骤五：主发电机组和副发电机组蒸汽联络管关断阀800关闭。

Claims (10)

1.一种燃煤发电机组系统，其特征在于，所述发电机组包括汽轮机、蒸汽系统、真空抽气系统、凝结水系统和给水系统；所述蒸汽系统包括锅炉、再热器和回热加热器；所述凝结水系统包括凝汽器和凝结水泵；所述给水系统包括给水泵和给水前置泵；所述汽轮机包括高压缸、中压缸和低压缸；所述发电机组系统由两台发电机组组成，分为主发电机组和副发电机组；所述主发电机组和副发电机组的蒸汽系统之间通过蒸汽联络管相连；所述主发电机组和副发电机组的给水系统之间通过给水联络管相连。

2.根据权利要求1所述的燃煤发电机组系统，所述发电机组的给水泵与给水前置泵之间设置有给水泵前阀门。

3.根据权利要求1所述的燃煤发电机组系统，其特征在于所述蒸汽联络管连接主发电机组的再热器和副发电机组的中压缸。

4.根据权利要求1所述的燃煤发电机组系统，其特征在于所述给水联络管连接主发电机组的给水前置泵和副发电机组的给水前置泵。

5.根据权利要求3所述的燃煤发电机组系统，其特征在于所述蒸汽联络管安装有联络管关断阀和反向截止阀。

6.根据权利要求4所述的燃煤发电机组系统，其特征在于所述给水联络管上安装有联络管关断阀和反向截止阀。

7.根据权利要求1所述的燃煤发电机组系统，其特征在于所述副发电机组的高压缸连接有通风阀用于排泄高压缸内的蒸汽和热量。

8.根据权利要求1所述的燃煤发电机组系统，其特征在于所述发电机组的再热器与中压缸之间连接有中压缸进汽阀，用于调整进入中压缸的蒸汽流量。

9.根据权利要求1-8所述的燃煤发电机组系统的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)当发电机组系统高负荷运行时，蒸汽联络管和给水联络管关闭，每个发电机组之间相互独立运行；

(2)当发电机组系统超低负荷运行时，蒸汽联络管和给水联络管打开，保留主发电机组的锅炉工作，副发电机组的锅炉熄火；由主发电机组的锅炉为主发电机组的汽轮机及副发电机组的中压缸和低压缸供汽，并由主发电机组给水泵回收送入副发电机组的蒸汽。

10.根据权利要求9所述的燃煤发电机组运行系统的运行方法，其特征在于步骤(2)中，所述超低负荷为≤30％BMCR。