CN110056854B

CN110056854B - 一种燃煤机组中零号高压加热器的供汽系统及运行方法

Info

Publication number: CN110056854B
Application number: CN201910264797.9A
Authority: CN
Inventors: 杨建明; 凌晨; 周前; 徐珂; 解兵; 张宁宇
Original assignee: Southeast University; Electric Power Research Institute of State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
Current assignee: Southeast University; Electric Power Research Institute of State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
Priority date: 2019-04-03
Filing date: 2019-04-03
Publication date: 2020-03-31
Anticipated expiration: 2039-04-03
Also published as: CN110056854A

Abstract

本发明公开了一种燃煤机组中零号高压加热器的供汽系统及运行方法，启动分离器的出口联箱引出的饱和蒸汽经调节阀和零号逆止阀后，与零号高压加热器的加热蒸汽入口相连通。本发明优化了零号高压加热器的供汽方式，以锅炉启动分离器出口联箱的饱和蒸汽替代现有的高压缸引出的过热蒸汽作为加热器的加热蒸汽，充分降低了加热器内部的换热端差，有效提高了加热器的换热效率，进一步提升整体机组运行的经济性。另外，传热端差的减小进一步有利于提高零号加热器的安全性与可靠性。同时，以饱和蒸汽作为加热蒸汽可以降低加热器内部金属的热应力，充分保证了零号加热器运行的安全性和可靠性，延长了零号加热器金属结构的使用寿命。

Description

一种燃煤机组中零号高压加热器的供汽系统及运行方法

技术领域

本发明涉及燃煤机组低负荷运行领域，特别是一种燃煤机组中零号高压加热器的供汽系统及运行方法。

背景技术

在国家全面落实“节约、清洁、安全”的能源战略方针，加快建立更加严格的能源效率和环保标准，促进燃煤发电优化改造，努力实现发电煤耗、污染物排放、煤炭消耗占能源消费比重“三降低”和安全运行质量、技术装备水平、电煤占煤炭消费比重“三提高”的历史背景下，发展高参数、大容量超超临界发电技术具有重要的现实意义。

在提高机组参数和容量的同时，需要高度重视对机组回热系统的优化，着力于有效减小系统传热温差，进一步降低循环吸热过程的熵增，全面提高机组的经济性。与提高机组参数相比，对机组回热系统的优化具有投资小、技术难度低等优点。

目前，国内外高桥第三发电厂提出的增设零号高压加热器(零号高加)是一种具有节能减排效益的新技术，具体参见申请号为201611207255.0的专利申请，其主要技术路线是：借助汽轮机现有的补汽阀，在阀后导汽管上设置三通。当机组带负荷运行时，高压缸第5级后的蒸汽由三通引至新设置的零号高加内，加热给水，从而降低给水吸热过程熵增、减少传热损耗等。

上述专利申请中零号高压加热器的抽汽由于来自高压缸的过热蒸汽，过热蒸汽的压力温度等级较高，需对其进行节流后加热给水。综合给水焓值的提高和抽汽节流两方面的影响，零号高加的传热端差较大，热传损耗导致零号高压加热器的节能效果有限。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种燃煤机组中零号高压加热器的供汽系统及运行方法，该燃煤机组中零号高压加热器的供汽系统及运行方法针对现有超超临界燃煤机组，在设计和改造时，优化零段抽汽位置，减小零号高加常用负荷段的抽汽节流作用，提升其节能效果。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种燃煤机组中零号高压加热器的供汽系统，燃煤机组包括锅炉和汽水循环回路；汽水循环系统包括给水系统和回热系统；回热系统包括零号高压加热器和一号高压加热器；给水系统中的给水依次经过一号高压加热器和零号高压加热器后，与锅炉中的水冷壁入口相连通；水冷壁出口与锅炉中的启动分离器相连接，启动分离器的出口联箱引出的饱和蒸汽经调节阀后，与零号高压加热器的加热蒸汽入口相连通。

启动分离器的出口联箱和调节阀之间的管路上设置有零号逆止阀。

启动分离器中的出水经再循环泵后，与锅炉中的水冷壁入口相连通。

再循环泵与水冷壁入口之间的管路上设置有回热逆止阀。

一种燃煤机组中零号高压加热器的供汽运行方法，包括如下步骤。

步骤1，调节阀的控制线路布设：调节阀包括PID控制器、手自动切换器T₁、切换开关T₂和切换开关T₃；PID控制器具有输入端P和输入端S，其中，输入端P用于接收并存储零号高压加热器入口的蒸汽压力，输入端S用于存储零号高压加热器入口蒸汽压力设定值；PID控制器的输出端与手自动切换器T₁的输入端相连接，手自动切换器T₁的Flag信号来自手自动模块；手自动切换器T₁的输出端与切换开关T₂的N端相连接，切换开关T₂的Y端连接常数1，切换开关T₂的Flag信号来自高值报警器H1的输出，高值报警器H1的输入来自输入端IN2，输入端IN2接收来自主汽轮机控制诊断系统的机组负荷信号，机组负荷信号为无量纲数，量程为0～100％；切换开关T₂的输出连接切换开关T₃的N端，切换开关T₃的Y端连接常数0，切换开关T₃的Flag端信号来自二选“或”逻辑的输出，其输入信号IN3和IN6分别为高加手动切除信号、高加故障解列信号；切换开关T₃的输出连接调节阀的流量特性曲线函数F(X)；流量特性曲线函数F(X)的输出连接输出端口OUT，输出调节阀的开度指令，量程为0～100％。

步骤2，零号高压加热器入口蒸汽压力设定值范围确定：在PID控制器的输入端S中存储所需要的零号高压加热器入口蒸汽压力设定值，通过PID控制器控制调节阀的开度，使零号高压加热器的入口蒸汽压力位于确定的零号高压加热器入口蒸汽压力设定值范围之内。

步骤3，高值报警器H1的报警范围确定：将高值报警器H1的报警设定值为a，并具有死区b。

步骤4，调节阀的开度输出，包括如下步骤。

步骤41，当机组负荷信号处于a～100％时，高值报警器H1的输出值为True，切换开关T₂的输出值为Y端的数值1，切换开关T₃的输出值同样为1，由流量特性曲线函数F(X)确定调节阀的开度指令；此时，调节阀不接受PID控制器的控制，PID控制器处于跟踪状态，调节阀维持稳定的开度指令。

步骤42，当机组负荷信号处于b～a时，高值报警器H1的输出值为False，切换开关T₂的输出值为N端的数值，即切换开关T₂的输出值为PID控制器的输出值，切换开关T₃的输出值同样为PID控制器的输出值，由流量特性曲线函数F(X)确定调节阀的开度指令；此时，调节阀的开度由PID控制器控制，PID控制器切除跟踪状态。

步骤43，当燃煤机组需要切除零号高压加热器运行或者零号高压加热器出现故障时，输入端口IN3和IN6的值为True，切换开关T₃的输出值为Y端的数值0，输出端口OUT的数值为0。此时，调节阀处于全关状态。

步骤3中，高值报警器H1的报警设定值a为90％，死区b为5％。

步骤1中，手自动切换器T₁的Flag端信号来自手自动模块MODE的输出，手自动模块MODE的输入信号IN4和IN5来自操作员画面操作面板的输入。

本发明具有如下有益效果：

(1)本发明优化了零号高压加热器的供汽方式，以锅炉启动分离器出口联箱的饱和蒸汽替代现有的高压缸引出的过热蒸汽作为加热器的加热蒸汽，充分降低了加热器内部的换热端差，有效提高了加热器的换热效率，进一步提升整体机组运行的经济性。另外，传热端差的减小进一步有利于提高零号加热器的安全性与可靠性。

(2)以饱和蒸汽作为加热蒸汽，能够进一步缩小零号高压加热器的体积，有利于加热器的合理布置。同时，以饱和蒸汽作为加热蒸汽可以降低加热器内部金属的热应力，充分保证了零号加热器运行的安全性和可靠性，延长了零号加热器金属结构的使用寿命。

(3)本发明所优化的对象为国内主流大型燃煤发电机组，其改造难度与改造成本较低，且国内机组的推广普及应用也较为简单。

附图说明

图1显示了本发明一种燃煤机组中零号高压加热器的供汽系统的结构示意图。

图2显示了调节阀对燃煤机组中零号高压加热器进行抽汽调节的运行方法策略图。

其中有：

100、锅炉；110、启动分离器；

210、高压缸；220、中压缸；230、低压缸一；240.低压缸二；

300、零号高压加热器；310、一号高压加热器；320、二号高压加热器；330、三号高压加热器；340、除氧器；350、一号低压加热器；360、二号低压加热器；370、三号低压加热器；380、四号低压加热器；

410、主给水泵；420、给水前置泵；430、凝结水泵；440、再循环泵；

500、调节阀；510、一号高压关断阀；520、二号高压关断阀；530、三号高压关断阀；540、除氧关断阀；550、一号低压关断阀；560、二号低压关断阀；570、三号低压关断阀；580、四号低压关断阀；

610、高压缸主调门；620、中压缸主调门；630、凝结水调阀；

710、高压缸主汽门；720、中压缸主调门；730、零号逆止阀；740、回热逆止阀；

910、凝汽器一；920、凝汽器二。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。

本发明中以燃煤机组采用四缸四排汽布置，如图1所示，国内超超临界燃煤机组，包括锅炉100、汽轮机、发电系统、汽水循环系统。

汽轮机包括依次同轴连接的高压缸210、中压缸220、低压缸一230和低压缸二240。

锅炉中加热系统提供的蒸汽依次经过高压缸主汽门710和高压缸主调门610后，进入高压缸210；高压缸210中排汽返回锅炉中的再热系统，再热系统提供的蒸汽依次经过中压缸主汽门720和中压缸主调门620后，进入中压缸220。

发电系统包括主发电机、主变压系统、励磁系统以及厂用电回路，图中未标出。

汽水循环系统包括回热系统、凝结水系统以及给水系统。

回热系统是指由汽轮机引出的一部分蒸汽用于加热释放过潜热的给水，提高整个汽水循环过程的运行效率。

回热系统由多级回热加热器组成，本发明中，优选包括四台高压加热器、一台除氧器340和四台低压加热器，通过加热器多级布置来减小蒸汽与给水的换热端差。

四台高压加热器分别为零号高压加热器300、一号高压加热器310、二号高压加热器320和三号高压加热器330。

四台低压加热器分别为一号低压加热器350、二号低压加热器360、三号低压加热器370和四号低压加热器380。

高压缸中的部分蒸汽经过一号高压关断阀510与一号高压加热器的加热蒸汽入口相连通，高压缸中还有部分蒸汽经过二号高压关断阀520与二号高压加热器的加热蒸汽入口相连通。

中压缸中的部分蒸汽经过三号高压关断阀530与三号高压加热器的加热蒸汽入口相连通；中压缸中部分蒸汽经过除氧关断阀540，进入除氧器；中压缸中还有部分蒸汽经过一号低压关断阀550与一号低压加热器的加热蒸汽入口相连通。

低压缸一中部分蒸汽经过二号低压关断阀560与二号低压加热器的加热蒸汽入口相连通；低压缸一中还有部分蒸汽经过三号低压关断阀570与三号低压加热器的加热蒸汽入口相连通。

低压缸二中部分蒸汽经过四号低压关断阀580与四号低压加热器的加热蒸汽入口相连通。

凝结水系统包括凝汽器本体、凝汽器抽真空以及主凝结水阀的控制，凝汽器本体的作用是对来自低压缸排汽进行冷凝，释放排汽的潜热；凝汽器抽真空包括汽室抽真空和水室抽真空，汽室抽真空的过程将凝汽器汽室中的不凝结气体排出，保证汽水循环过程的水质，水室抽真空是为了机组启动时，建立凝汽器水室的虹吸效果，保证循环水系统的稳定运行；主凝结水阀控制主凝结水流量，从而维持除氧器水位的稳定；凝汽器本体的热井水位由补水阀与溢流阀控制，设定热水水位补水液位以及溢流阀开启液位。

本发明中，低压缸一连接凝汽器一910，凝汽器一连接凝汽器二920；低压缸二也连接凝汽器二；凝汽器二依次与凝结水泵430、凝结水调阀630和四号低压加热器相连接。

给水系统包括主给水泵410、给水前置泵420、给水阀和再循环泵440，其主要功能是将来自除氧器经过热力除氧的主给水加压送至高压加热器、省煤器以及后续加热系统。

给水具有两路，一路为：各个高压加热器和各个低压加热器中的排汽均进入除氧器进行热力除氧，形成循环给水，依次经过给水前置泵、主给水泵、三号高压加热器、二号高压加热器、一号高压加热器和零号高压加热器加热后，与锅炉中的水冷壁入口相连通。

另一路则为：锅炉中启动分离器110的出水依次经过再循环泵和回热逆止阀740后，与锅炉中的水冷壁入口相连通。

如图1所示，一种燃煤机组中零号高压加热器的供汽系统，启动分离器的出口联箱引出的饱和蒸汽经调节阀500后，与零号高压加热器的加热蒸汽入口相连通。本发明以饱和蒸汽替代高压缸过热蒸汽，降低了加热器内的汽水换热端差，提高了加热器的换热效率，提升了整个机组运行的经济性。同时，以饱和蒸汽作为加热蒸汽可以有效降低加热器内部金属的热应力，充分保证了零号加热器运行的安全性和可靠性，进一步延长了零号加热器金属结构的使用寿命。

进一步，启动分离器的出口联箱和调节阀之间的管路上设置有零号逆止阀730。设置零号逆止阀的目的为保证零号高压加热器与启动分离器的运行安全，在零号高压加热器故障解列时，隔离启动分离器与零号高压加热器的汽水流通。

步骤1，调节阀的控制线路布设。

如图2所示，调节阀包括PID控制器、手自动切换器T₁、切换开关T₂和切换开关T₃。

PID控制器具有输入端P和输入端S，其中，输入端P用于接收并存储零号高压加热器入口的蒸汽压力，输入端S用于存储零号高压加热器入口蒸汽压力设定值；PID控制器的输出端与手自动切换器T₁的输入端相连接。

手自动切换器T₁的Flag信号来自手自动模块；手自动切换器T₁的Flag端信号来自手自动模块MODE的输出，手自动模块MODE的输入信号IN4和IN5来自操作员画面操作面板的输入。

手自动切换器T1的输出端与切换开关T₂的N端相连接。

上述手自动切换器T1和手自动模块的设置，能防止PID控制器出现故障或者调节阀的控制系统需要手动控制进行相关试验时，方便输入信号的切换。手动模式、自动模式信号一般由操作员在控制室面板选择。

上述自动模式就是指手自动切换器T1的输入值接收上级PID控制器的输出，也就是说手自动切换器T1的输出等于PID控制器的输出。

上述手动模式就是指手自动切换器T1的输入不接收PID控制器的输出，由操作员在操作面板手动输入数值，也即手自动切换器T1的输出值是由操作员输入决定的。

切换开关T₂的Y端连接常数1，切换开关T₂的Flag信号来自高值报警器H1的输出，高值报警器H1的输入来自输入端IN2，输入端IN2接收来自主汽轮机控制诊断系统的机组负荷信号，机组负荷信号为无量纲数，量程为0～100％；切换开关T₂的输出连接切换开关T₃的N端。

切换开关T₃的Y端连接常数0，切换开关T₃的Flag端信号来自二选“或”逻辑的输出，其输入信号IN3和IN6分别为高加手动切除信号、高加故障解列信号；切换开关T₃的输出连接调节阀的流量特性曲线函数F(X)。

流量特性曲线函数F(X)的输出连接输出端口OUT，输出调节阀的开度指令，量程为0～100％。

步骤3，高值报警器H1的报警范围确定：将高值报警器H1的报警设定值为a，并具有死区b。本申请中，a优选为90％，死区b优选为5％。

步骤4，调节阀的开度输出，包括如下步骤。

步骤41，当机组负荷信号处于a～100％，也即90～100％时，高值报警器H1的输出值为True，切换开关T₂的输出值为Y端的数值1，切换开关T₃的输出值同样为1，由流量特性曲线函数F(X)确定调节阀的开度指令；此时，调节阀不接受PID控制器的控制，PID控制器处于跟踪状态，调节阀维持稳定的开度指令。

步骤42，当机组负荷信号处于b～a，也即5～90％时，高值报警器H1的输出值为False，切换开关T₂的输出值为N端的数值，即切换开关T₂的输出值为PID控制器的输出值，切换开关T₃的输出值同样为PID控制器的输出值，由流量特性曲线函数F(X)确定调节阀的开度指令；此时，调节阀的开度由PID控制器控制，PID控制器切除跟踪状态。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种燃煤机组中零号高压加热器的供汽系统，其特征在于：燃煤机组包括锅炉和汽水循环回路；汽水循环系统包括给水系统和回热系统；回热系统包括零号高压加热器和一号高压加热器；给水系统中的给水依次经过一号高压加热器和零号高压加热器后，与锅炉中的水冷壁入口相连通；水冷壁出口与锅炉中的启动分离器相连接，启动分离器的出口联箱引出的饱和蒸汽经调节阀后，与零号高压加热器的加热蒸汽入口相连通。

2.根据权利要求1所述的燃煤机组中零号高压加热器的供汽系统，其特征在于：启动分离器的出口联箱和调节阀之间的管路上设置有零号逆止阀。

3.根据权利要求1所述的燃煤机组中零号高压加热器的供汽系统，其特征在于：启动分离器中的出水经再循环泵后，与锅炉中的水冷壁入口相连通。

4.根据权利要求3所述的燃煤机组中零号高压加热器的供汽系统，其特征在于：再循环泵与水冷壁入口之间的管路上设置有回热逆止阀。

5.一种燃煤机组中零号高压加热器的供汽运行方法，基于权利要求1-4任一项所述的燃煤机组中零号高压加热器的供汽系统，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，调节阀的控制线路布设：调节阀包括PID控制器、手自动切换器T₁、切换开关T₂和切换开关T₃；PID控制器具有输入端P和输入端S，其中，输入端P用于接收并存储零号高压加热器入口的蒸汽压力，输入端S用于存储零号高压加热器入口蒸汽压力设定值；PID控制器的输出端与手自动切换器T₁的输入端相连接，手自动切换器T₁的Flag信号来自手自动模块；手自动切换器T₁的输出端与切换开关T₂的N端相连接，切换开关T₂的Y端连接常数1，切换开关T₂的Flag信号来自高值报警器H1的输出，高值报警器H1的输入来自输入端IN2，输入端IN2接收来自主汽轮机控制诊断系统的机组负荷信号，机组负荷信号为无量纲数，量程为0～100％；切换开关T₂的输出连接切换开关T₃的N端，切换开关T₃的Y端连接常数0，切换开关T₃的Flag端信号来自二选“或”逻辑的输出，其输入信号IN3和IN6分别为高加手动切除信号、高加故障解列信号；切换开关T₃的输出连接调节阀的流量特性曲线函数F(X)；流量特性曲线函数F(X)的输出连接输出端口OUT，输出调节阀的开度指令，量程为0～100％；

步骤2，零号高压加热器入口蒸汽压力设定值范围确定：在PID控制器的输入端S中存储所需要的零号高压加热器入口蒸汽压力设定值，通过PID控制器控制调节阀的开度，使零号高压加热器的入口蒸汽压力位于确定的零号高压加热器入口蒸汽压力设定值范围之内；

步骤3，高值报警器H1的报警范围确定：将高值报警器H1的报警设定值为a，并具有死区b；

步骤4，调节阀的开度输出，包括如下步骤：

步骤41，当机组负荷信号处于a～100％时，高值报警器H1的输出值为True，切换开关T₂的输出值为Y端的数值1，切换开关T₃的输出值同样为1，由流量特性曲线函数F(X)确定调节阀的开度指令；此时，调节阀不接受PID控制器的控制，PID控制器处于跟踪状态，调节阀维持稳定的开度指令；

步骤42，当机组负荷信号处于b～a时，高值报警器H1的输出值为False，切换开关T₂的输出值为N端的数值，即切换开关T₂的输出值为PID控制器的输出值，切换开关T₃的输出值同样为PID控制器的输出值，由流量特性曲线函数F(X)确定调节阀的开度指令；此时，调节阀的开度由PID控制器控制，PID控制器切除跟踪状态；

步骤43，当燃煤机组需要切除零号高压加热器运行或者零号高压加热器出现故障解列时，输入端口IN3和IN6的值为True，切换开关T₃的输出值为Y端的数值0，输出端口OUT的数值为0；此时，调节阀处于全关状态。

6.根据权利要求5所述的燃煤机组中零号高压加热器的供汽运行方法，其特征在于：步骤3中，高值报警器H1的报警设定值a为90％，死区b为5％。

7.根据权利要求5所述的燃煤机组中零号高压加热器的供汽运行方法，其特征在于：步骤1中，手自动切换器T₁的Flag端信号来自手自动模块MODE的输出，手自动模块MODE的输入信号IN4和IN5来自操作员画面操作面板的输入。