CN108591994A - 启动锅炉单元及燃气蒸汽联合循环机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种启动锅炉单元及燃气蒸汽联合循环机组，所述启动锅炉单元包括：具有燃气入口和蒸汽出口的蒸汽生产模块，与蒸汽生产模块的蒸汽出口连接的热水生产模块，热水生产模块包括水箱以及与水箱的出水口连接的水泵，水箱与所述蒸汽出口连接，热水生产模块与前置单元之间形成第一水循环回路；所述燃气入口与调压单元连接。本发明通过在启动锅炉单元中增设水箱和水泵，无需在调压单元中设置启动用电加热器，新增的水箱和水泵为常规小设备，投资成本低，维护检修都十分方便；通过蒸汽对水箱的水进行加热，再以水箱中的热水对燃气进行加热，可保证水箱中的热水温度不超过70℃，避免对燃气加热温度过高引发天然气爆炸的风险，提高安全系数。

Description

启动锅炉单元及燃气蒸汽联合循环机组

技术领域

本发明涉及发电机组领域，更具体地，涉及一种启动锅炉单元及燃气蒸汽联合循环机组。

背景技术

燃气蒸汽联合循环机组以其效率高、造价低、环境友好、占地少、调控灵活等优点，已经成为世界各国为实现节能减排而积极发展的发电技术。传统的燃气蒸汽联合循环机组中，需用到启动用电加热器对燃气进行加热，启动电加热器需满足启动时通流越30％燃气的流量，流量较大，导致启动电加热器的功率大，投资成本较高。且启动电加热器仅在环境温度较低时使用，即使用频率较低，设备长时间不使用容易发生故障，因此需对电加热器进行定期维护，增加维护成本。若启动电加热器超温，将有发生天然气爆炸的危险，安全风险大。

发明内容

基于此，本发明在于克服现有技术投资成本高、维护成本高、安全风险大的缺陷，提供一种启动锅炉单元及燃气蒸汽联合循环机组。

其技术方案如下：

一种启动锅炉单元，用于与调压单元和前置单元配合，包括：具有燃气入口和蒸汽出口的蒸汽生产模块，与蒸汽生产模块的蒸汽出口连接的热水生产模块，所述热水生产模块包括水箱以及与水箱的出水口连接的水泵，所述水箱与所述蒸汽出口连接，所述热水生产模块与前置单元之间形成第一水循环回路；所述燃气入口与调压单元连接。本技术方案通过在启动锅炉单元中增设水箱和水泵，所述水箱与蒸汽生产模块的蒸汽出口连接，采用蒸汽生产模块的蒸汽对水箱内的水进行加热，并通过水泵将水箱中的热水泵送至前置单元中对燃气进行加热，经燃气冷却后的水回到水箱中，形成闭式循环；从而本技术方案无需在调压单元中设置启动用电加热器，新增的水箱和水泵为常规小设备，投资成本低，维护检修都十分方便，并且本技术方案通过蒸汽对水箱的水进行加热，再以水箱中的热水对燃气进行加热，可保证水箱中的热水温度不超过70℃的低温，从而避免对燃气加热温度过高引发天然气爆炸的风险，提高安全系数，同时简化了系统设计和设备选型。

本技术方案还提供一种燃气蒸汽联合循环机组，包括调压单元、前置单元、设有换热器的燃气蒸汽单元以及如上述实施例所述的启动锅炉单元；所述调压单元与所述燃气入口连接，所述前置单元与所述热水生产模块之间形成第一水循环回路，所述燃气蒸汽单元与所述蒸汽出口连接；所述前置单元还与所述调压单元以及所述燃气蒸汽单元连接，且所述调压单元以及所述换热器之间形成第二水循环回路；所述第一水循环回路上设有隔断水流的第一隔离阀，所述第二水循环回路上设有隔离水流的第二隔离阀。前置单元提高燃气的进气温度，从而有效地提高机组循环效率。

本技术方案包括互相独立且均与所述前置单元连接的第一水循环回路和第二水循环回路；所述第一水循环回路通过水箱对循环水进行换热，所述第二水循环回路通过燃气蒸汽单元中的换热器对循环水进行换热，且第一隔离阀和第二隔离阀的启闭实现了燃气蒸汽联合循环机组的启动和正常运行的切换。具体地，当在较低环境温度下启动燃气蒸汽循环机组时，燃气蒸汽单元中换热器中的热量无法满足机组启动需求，从而需利用水箱中的热水对前置单元的燃气进行加热，此时打开第一隔离阀和水泵，关闭第二隔离阀，使用第一水循环回路中的循环水对前置单元中的燃气进行加热；当机组启动完毕，需切换至正常运行状态时，需利用燃气蒸汽单元中的换热器对第二水循环回路中的循环水进行加热，此时关闭第一隔离阀，打开第二隔离阀，使用第二水循环回路中的循环水对前置单元中的燃气进行加热。本技术方案在启动机组时无需采用电加热器对进入前置单元的燃气进行加热，避免了电加热器超温导致天然气爆炸的风险，采用水箱中的低温热水对前置单元中的燃气进行加热，不仅无天然气超温风险，同时也简化了系统设计和设备选型，水箱和水泵为常规小设备，维护检修都十分方便，且降低了项目的投资成本。

进一步地，所述水箱的出水口与所述水泵之间设有流量监测器。

进一步地，所述调压单元包括与所述前置单元连接的第一调压模块，以及与所述蒸汽生产模块的燃气入口连接的第二调压模块。

进一步地，所述第二调压模块包括互相连接的电加热器和调压器，所述调压器还与所述蒸汽生产模块的燃气入口连接。

进一步地，所述燃气蒸汽单元还包括与所述蒸汽生产模块的蒸汽出口连接的汽轮机，与前置单元连接的燃气轮机，与燃气轮机连接的余热锅炉和凝汽器，所述换热器设于所述余热锅炉内，所述余热锅炉还与所述蒸汽出口连接，所述凝汽器与所述换热器连接，且所述凝汽器与所述第二水循环回路连接。

进一步地，所述启动锅炉单元还包括与所述水箱连接的溢流管。

进一步地，所述溢流管与所述凝汽器连接。

进一步地，所述前置单元包括燃气加热装置，所述燃气加热装置与所述第一调压模块连接，所述燃气加热装置与所述水箱之间形成第一水循环回路；所述燃气加热装置与所述换热器之间形成第二水循环回路。

进一步地，所述蒸汽生产模块的蒸汽出口与所述水箱之间设有第一流量调节阀。

附图说明

图1为本发明所述的实施例的燃气蒸汽联合循环机组的示意图。

附图标记说明：

10、启动锅炉单元；11、蒸汽生产模块；12、燃气入口；13、蒸汽出口；14、水箱；15、水泵；16、流量监测器；17、溢流管；20、调压单元；21、第一调节模块；22、第二调压模块；221、调压器；222、电加热器；30、前置单元；31、燃气加热装置；40、第一水循环回路；41、第一隔离阀；50、燃气蒸汽单元；51、换热器；52、汽轮机；53、燃气轮机；54、余热锅炉；55、凝汽器；60、第二水循环回路；61、第二隔离阀；70、第一流量调节阀；80、第二流量调节阀。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

如图1所示的一种启动锅炉单元10，用于与调压单元20和前置单元30配合，包括：具有燃气入口12和蒸汽出口13的蒸汽生产模块11，与蒸汽生产模块11的蒸汽出口13连接的热水生产模块，所述热水生产模块包括水箱14以及与水箱14的出水口连接的水泵15，所述水箱14与所述蒸汽出口13连接，所述热水生产模块与前置单元30之间形成第一水循环回路40；所述燃气入口12与调压单元20连接。本实施方式通过在启动锅炉单元10中增设水箱14和水泵15，所述水箱14与蒸汽生产模块11的蒸汽出口13连接，采用蒸汽生产模块11的蒸汽对水箱14内的水进行加热，并通过水泵15将水箱14中的热水泵送至前置单元30中对燃气进行加热，经燃气冷却后的水回到水箱14中，形成闭式循环；从而本实施方式无需在调压单元20中设置启动用电加热器，新增的水箱14和水泵15为常规小设备，且本实施方式的水箱14采用大气式常压设计，投资成本低，维护检修都十分方便，并且本实施方式通过蒸汽对水箱14的水进行加热，再以水箱14中的热水对燃气进行加热，可保证水箱14中的热水温度不超过70℃的低温，从而避免对燃气加热温度过高引发天然气爆炸的风险，提高安全系数，同时简化了系统设计和设备选型。

本实施方式还提供一种燃气蒸汽联合循环机组，包括调压单元20、前置单元30、设有换热器51的燃气蒸汽单元50以及如上述实施例所述的启动锅炉单元10；所述调压单元20与所述燃气入口12连接，满足电厂内外燃气的参数匹配要求，例如压力和温度等。所述前置单元30与所述热水生产模块之间形成第一水循环回路40，所述燃气蒸汽单元50与所述蒸汽出口13连接；所述前置单元30还与所述调压单元20以及所述燃气蒸汽单元50连接，且所述调压单元20以及所述换热器51之间形成第二水循环回路60；所述第一水循环回路40上设有隔断水流的第一隔离阀41，所述第二水循环回路60上设有隔离水流的第二隔离阀61。前置单元30提高燃气的进气温度，从而有效地提高机组循环效率。

本实施方式包括互相独立且均与所述前置单元30连接的第一水循环回路40和第二水循环回路60；所述第一水循环回路40通过水箱14对循环水进行换热，所述第二水循环回路60通过燃气蒸汽单元50中的换热器51对循环水进行换热，且第一隔离阀41和第二隔离阀61的启闭实现了燃气蒸汽联合循环机组的启动和正常运行的切换。具体地，当在较低环境温度下启动燃气蒸汽循环机组时，燃气蒸汽单元50中换热器51中的热量无法满足机组启动需求，从而需利用水箱14中的热水对前置单元30的燃气进行加热，此时打开第一隔离阀41和水泵15，关闭第二隔离阀61，使用第一水循环回路40中的循环水对前置单元30中的燃气进行加热；当机组启动完毕，需切换至正常运行状态时，需利用燃气蒸汽单元50中的换热器51对第二水循环回路60中的循环水进行加热，此时关闭第一隔离阀41，打开第二隔离阀61，使用第二水循环回路60中的循环水对前置单元30中的燃气进行加热。本实施方式在启动机组时无需采用电加热器对进入前置单元30的燃气进行加热，避免了电加热器超温导致天然气爆炸的风险，采用水箱14中的低温热水对前置单元30中的燃气进行加热，不仅无天然气超温风险，同时也简化了单元设计和设备选型，水箱14和水泵15为常规小设备，维护检修都十分方便，且降低了项目的投资成本。本实施方式所述换热器51为低压省煤器。

本实施方式中第一隔离阀41和第二隔离阀61的数量均为两个。具体地，在所述第一循环水回路41中，所述水箱14去往前置单元30的路段上设有一个第一隔离阀41，且所述第一隔离阀41设于所述水泵15与所述前置单元30之间，所述前置单元30回流至水箱14的路段上设有另一个第一隔离阀41，从而在水流的两个方向都设有第一隔离阀41，控制水流的通断，从而控制对前置单元30中燃气的加热。同理，所述第二循环水回路60中，所述换热器51去往前置单元30的路段上设有一个第二隔离阀61，所述前置单元30回流至换热器51的路段上设有另一个第二隔离阀61。所述第一隔离阀41和第二隔离阀61设置为电动隔离阀，当启动和正常运行时可自动切换状态。

所述前置单元30包括用于给燃气加热的燃气加热装置31，即第一水循环回路40和第二水循环回路60中的循环水均需经过燃气加热装置31。由于在机组启动时，燃气流量仅为正常运行时燃气流量的30％左右，为避免燃气加热装置31振动，所述水箱14的热水流量按不小于燃气加热装置31的最低允许流量设计，所述热水流量的控制通过水泵15控制。且为了避免水泵15失效或故障，造成水流流量较小给机组带来损害，从而在所述水箱13的出水口与所述水泵15之间还设有流量监测器16；当流量监测器16监测到的流量低于燃气加热装置31的最低允许流量时，则发出警报，检查第一水循环回路40中各个部件，以排除隐患。

另外，本实施方式的水泵15依据燃气加热装置31的型号配置，当燃气加热装置31采用双管式换热器时，水泵的扬程只需克服管系阻力并考虑裕量即可，即采用低扬程水泵即可。当燃气加热装置31采用管壳式换热器时，水泵15的扬程需保证热水侧压力比燃气加热装置31的燃气侧的压力大，以避免燃气泄漏到循环水中，即此时需采用高扬程水泵。

所述调压单元20主要用于调节燃气进入机组的压力和温度，使外界燃气进入机组的压力和温度满足机组的要求，包括与所述前置单元30的燃气加热装置31连接的第一调压模块21，以及与所述蒸汽生产模块11的燃气入口12连接的第二调压模块22。由于本实施方式通过水箱14的热水对前置单元30的燃气加热装置进行加热，从而本实施方式的第一调压模块21内无需设置电加热器对燃气进行加热，避免了天然气超温发生爆炸的风险。

所述第二调压模块22包括互相连接的电加热器222和调压器221，所述调压器221还与所述蒸汽生产模块11的燃气入口12连接。所述第二调压模块22主要用于对进入启动锅炉单元10中的燃气进行温度和压力的调控，使其满足启动锅炉单元的需求，所述电加热器222用于对燃气加热，所述调压器221用于对燃气调压。

本实施方式所述燃气蒸汽单元50还包括与所述蒸汽生产模块11的蒸汽出口13连接的汽轮机52，与前置单元30连接的燃气轮机53，与燃气轮机53连接的余热锅炉54和凝汽器55，所述换热器51设于所述余热锅炉54内，所述余热锅炉还与所述蒸汽出口连接，所述凝汽器55与所述换热器51连接，且所述凝汽器55与所述第二水循环回路60连接。即所述汽轮机52、余热锅炉54和水箱14均接收来自蒸汽生产模块11产生的蒸汽。而经所述前置单元30中的燃气加热装置31加热的燃气进入燃气轮机53以供使用。所述凝汽器55为第二水循环回路60提供凝结水作为循环水，所述余热锅炉54中的热量用于对换热器51中的循环水进行加热。

本实施方式所述启动锅炉单元10还包括与所述水箱14连接的溢流管17。所述溢流管17可将水箱14中溢流的循环水就地排放。而由于蒸汽生产模块11的蒸汽温度焓值较高，因此加热循环水所需的蒸汽较少，从而水箱14的容积无需设置过大，只适当增加水箱14的容积即可增加容纳水位增高的能力，从而减少出现溢流浪费热水的情况。或者，本实施方式的溢流管17与所述凝汽器55连接，将溢流的热水输送至凝汽器55中，从而回收热水避免热水浪费。

由于燃气加热装置31的最低允许流量较大，因此对燃气加热的效果更好。以某F级燃机工程为例，在一定的加热流量下，可将燃气升高41℃，此时热水的温降为35.4℃；而燃气蒸汽单元50对燃气入口温度要求大于10℃即可。因此为避免热水流量过小导致燃气加热装置31振动，本实施方式中第一水循环回路40采用定流量调温度的方式进行控制。具体地，通过设置水泵15将所述水箱14中的热水进入燃气加热装置31的流量设为一定值，且不小于燃气加热装置31的最低允许流量，避免流量过小导致燃气加热装置31振动；在所述蒸汽生产模块11的蒸汽出口13与所述水箱14之间设有第一流量调节阀70，所述第一流量调节阀70调节蒸汽进入水箱14的流量，从而控制水箱14中热水的温度，实现对燃气加热装置31中的天然气温度的控制。为保证燃气入口处的燃气不超温，所述水箱14中的热水温度设为不大于入口温度上限，并留有至少20℃裕量。再者，由于燃气加热装置31的换热面积按正常运行时的燃气流量确定，因此其换热面积较大，在启动时，由于燃气流量小，流速低，当燃气流经偏大的换热面积时，相当于被加热的时间延长，导致容易超温，因此加热热源即水箱14中的热量不宜过高，通过第一流量调节阀70控制本实施方式水箱14中的热水设为不大于70℃的低温，也可在水箱14中设置温度传感器监测水箱14中热水的温度。本实施方式既可保证入口温度不超温，也可减小高温引起的管道膨胀，简化管道设计，降低了对水泵15和管路中各阀门等附件的要求，降低工程造价。

本实施方式在燃气加热装置31回流至换热器51的路段上，所述燃气加热装置31与所在路段的第二隔离阀61之间设有第二流量调节阀80，调节第二循环回路60中的热水流量。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种启动锅炉单元，用于与调压单元和前置单元配合，其特征在于，包括：具有燃气入口和蒸汽出口的蒸汽生产模块，与所述蒸汽生产模块的蒸汽出口连接的热水生产模块，所述热水生产模块包括水箱以及与所述水箱的出水口连接的水泵，所述水箱与所述蒸汽出口连接，所述热水生产模块与前置单元之间形成第一水循环回路；所述燃气入口与调压单元连接。

2.一种燃气蒸汽联合循环机组，其特征在于，包括调压单元、前置单元、设有换热器的燃气蒸汽单元以及如权利要求1所述的启动锅炉单元；所述调压单元与所述燃气入口连接，所述前置单元与所述热水生产模块之间形成第一水循环回路，所述燃气蒸汽单元与所述蒸汽出口连接；所述前置单元还与所述调压单元以及所述燃气蒸汽单元连接，且所述调压单元以及所述换热器之间形成第二水循环回路；所述第一水循环回路上设有用于隔断水流的第一隔离阀，所述第二水循环回路上设有用于隔离水流的第二隔离阀。

3.根据权利要求2所述的燃气蒸汽联合循环机组，其特征在于，所述水箱的出水口与所述水泵之间设有流量监测器。

4.根据权利要求2所述的燃气蒸汽联合循环机组，其特征在于，所述调压单元包括与所述前置单元连接的第一调压模块，以及与所述蒸汽生产模块的燃气入口连接的第二调压模块。

5.根据权利要求4所述的燃气蒸汽联合循环机组，其特征在于，所述第二调压模块包括互相连接的电加热器和调压器，所述调压器还与所述蒸汽生产模块的燃气入口连接。

6.根据权利要求4所述的燃气蒸汽联合循环机组，其特征在于，所述燃气蒸汽单元还包括与所述蒸汽生产模块的蒸汽出口连接的汽轮机，与前置单元连接的燃气轮机，与燃气轮机连接的余热锅炉和凝汽器，所述换热器设于所述余热锅炉内，所述余热锅炉还与所述蒸汽出口连接，所述凝汽器与所述换热器连接，且所述凝汽器与所述第二水循环回路连接。

7.根据权利要求6所述的燃气蒸汽联合循环机组，其特征在于，所述启动锅炉单元还包括与所述水箱连接的溢流管。

8.根据权利要求7所述的燃气蒸汽联合循环机组，其特征在于，所述溢流管与所述凝汽器连接。

9.根据权利要求4所述的燃气蒸汽联合循环机组，其特征在于，所述前置单元包括燃气加热装置，所述燃气加热装置与所述第一调压模块连接，所述燃气加热装置与所述水箱之间形成所述第一水循环回路；所述燃气加热装置与所述换热器之间形成所述第二水循环回路。

10.根据权利要求2-9任一项所述的燃气蒸汽联合循环机组，其特征在于，所述蒸汽生产模块的蒸汽出口与所述水箱之间设有第一流量调节阀。