CN110145376B - 一种基于增汽机的锅炉和汽轮机解耦系统 - Google Patents

Abstract

一种基于增汽机的锅炉和汽轮机解耦系统，包括主蒸汽管道、汽轮机高压缸、解耦分流管道、增汽机解耦系统、锅炉再热器、汽轮机中压缸；增汽机解耦系统包括双级串联增汽机；电厂主蒸汽管道与解耦分流管道相连接，解耦分流管道与双级串联增汽机的动力蒸汽入口相连，汽轮机高压缸排汽管道与一级增汽机的抽吸汽口相连，一级增汽机的排汽管道与再热器的冷端相连；再热器热端排出的再热蒸汽分成两路；其中一路通过中压蒸汽管道与供热或工业供汽系统相连接；另一路蒸汽通过中压缸进汽管道与汽轮机中压缸相连接；系统和设备改动量小，改造周期短，风险小，投资少；供热系统各设备蒸汽运行参数匹配合理；适用于保证供热和工业供汽的前提下，深度热电解耦。

Description

一种基于增汽机的锅炉和汽轮机解耦系统

技术领域

本发明属于火力发电厂热电解耦领域，具体涉及一种基于增汽机的锅炉和汽轮机解耦系统。

背景技术

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。受电厂煤质、设备等的影响，目前我国火电机组调峰能力在纯凝工况下普遍只有40％～50％额定容量，在供热工况下更是低至30％左右。火电改造预期将使热电机组最小技术出力达到40％～50％额定容量，纯凝机组最小技术出力达到30％～35％额定容量，部分煤质、设备好的机组纯凝工况最小技术出力达到20％～25％额定容量。

提高火电机组深度调峰能力，其中一个重要层面就是要实现机炉解耦。要在保证机组供汽、供热量不变的前提下，降低机组电出力，就需要打破机组在该期间的热、电耦合关系。当前，国内主要的机炉解耦改造方式有旁路抽汽供热、主蒸汽直接减温减压、切除低压缸运行、热水熔盐储热、大型电锅炉等方式。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于增汽机串联工作系统，能够使系统处于锅炉高负荷、汽轮机低负荷的运行工况，同时解决了锅炉过热器和再热器的蒸汽流量平衡，以及汽轮机的轴向推力平衡，进而实现了机炉解耦。

一种基于增汽机的锅炉和汽轮机解耦系统，包括主蒸汽管道、汽轮机高压缸、解耦分流管道、增汽机解耦系统、锅炉再热器、汽轮机中压缸；其特征在于：增汽机解耦系统包括双级串联增汽机，具有一级增汽机和二级增汽机；电厂主蒸汽管道与解耦分流管道相连接，电厂主蒸汽管道与汽轮机高压缸相连接；解耦分流管道与双级串联增汽机的动力蒸汽入口相连，汽轮机高压缸排汽管道与一级增汽机的抽吸汽口相连，一级增汽机的排汽管道与再热器的冷端相连；再热器热端排出的再热蒸汽分成两路；其中一路通过中压蒸汽管道与供热或工业供汽系统相连接；另一路蒸汽通过中压缸进汽管道与汽轮机中压缸相连接。

一种基于增汽机的锅炉和汽轮机解耦系统的工作方法，其特征在于，

(a1)来自电厂主蒸汽管道的主蒸汽，分成三路；一路与汽轮机高压缸相连接，部分主蒸汽进入汽轮机高压缸做功；另两路进入解耦分流管道，送往双级串联增汽机作为工作蒸汽；

(a2)第一解耦分流管道来的减温后的蒸汽作为一级增汽机的动力蒸汽；高压缸排汽管道来的高排蒸汽作为一级增汽机吸入蒸汽；第二解耦分流管道来的蒸汽作为二级增汽机的动力蒸汽；一级增汽机的排汽作为二级增汽机吸入蒸汽；

(a3)一级增汽机排汽管道与再热器冷端相连接；再热器热端排出的再热蒸汽管道分成两路；再热器(8)热端排出的其中一路中压蒸汽通过中压供热/供汽蒸汽管道与供热或工业供汽系统相连接；二级增汽机排汽接入中压供热/供汽蒸汽管道。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：锅炉本体和汽轮机本体不做改动，锅炉辅机和汽轮机回热系统不做改动。系统和设备改动量小，改造周期短，风险小，投资少。供热和工业供汽系统各设备蒸汽运行参数匹配合理。在保证供热和工业供汽的前提下，实现深度热电解耦。

附图说明

图1为一种基于增汽机的锅炉和汽轮机解耦系统示意图。

图中：主蒸汽管道(1)、第一解耦分流管道(2)、汽轮机高压缸(3)、喷水减温系统(4)、一级增汽机(5)、高压缸排汽管道(6)、增汽机排汽管道(7)、再热器(8)、高压供汽管路(9)、中压供热/供汽蒸汽管道(10)、汽轮机中压缸(11)、锅炉给水管路(12)、中压缸进汽管道(13)、二级增汽机(14)、第二解耦分流管道(15)。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的技术方案，不受电厂机组容量的限制。

本发明的技术方案，不受电厂机组参与深度热电解耦和供热台数的限制。

本发明的技术方案，不受电厂机组蒸汽参数的限制。

本发明的技术方案，不受电厂机组乏汽冷却方式的限制。

本发明的技术方案，不受电厂供热热力系统的限制。

实施例一：

某电厂装机为2台600MW级机组，每台锅炉和汽轮机作为独立单元参与深度热电解耦和工业供汽、供热运行。

将一部分主蒸汽分流、喷水减温，然后作为一级增汽机的动力蒸汽，抽吸高压缸排汽(高排)，一级增汽机排汽进入再热器冷端。再热器热端排汽分别用于供热、工业供汽和中压缸进汽。另一部分主蒸汽用作二级增汽机的工作蒸汽，引射一级增汽机排汽，经升压混合后，再接入锅炉再热器热段的外供中压用户支管。

另外，如果解耦分流管道的主蒸汽量如果超出了增汽机驱动所需，可以直接对外工业供汽，从而还实现了主蒸汽喷淋减温后直接工业供汽功能。

如图1，锅炉本体和汽轮机本体不做改动设计，锅炉辅机和汽轮机回热系统不做改动设计，锅炉可以按照高负荷或者额定负荷运行，主蒸汽不需要减量。

系统组成配置如下：主蒸汽管道(1)、第一解耦分流管道(2)、汽轮机高压缸(3)、喷水减温系统(4)、一级增汽机(5)、高压缸排汽管道(6)、增汽机排汽管道(7)、再热器(8)、高压供汽管路(9)、中压供热/供汽蒸汽管道(10)、汽轮机中压缸(11)、锅炉给水管路(12)、中压缸进汽管道(13)、二级增汽机(14)、第二解耦分流管道(15)。

电厂主蒸汽管道(1)与第一解耦分流管道(2)、第二解耦分流管道(15)相连接，电厂主蒸汽管道(1)与汽轮机高压缸(3)相连接。来自主蒸汽管道的高温高压主蒸汽，一部分进入汽轮机高压缸(3)，另一部分进入第一解耦分流管道(2)、第二解耦分流管道(15)。

增汽机解耦系统包括双级串联增汽机，具有一级增汽机和二级增汽机，解耦分流管道与一级增汽机和二级增汽机的动力蒸汽入口相连接，高压缸排汽管道(6)分两路，其中一路与一级增汽机的吸入蒸汽口相连接。第一解耦分流管道(2)来的蒸汽作为一级增汽机的动力蒸汽；高压缸排汽管道(6)来的高排蒸汽作为一级增汽机吸入蒸汽。高压缸排汽管道(6)还通过另一旁路连接到锅炉再热器冷端进汽管道。

第二解耦分流管道(15)来的蒸汽作为二级增汽机的动力蒸汽；一级增汽机排汽作为二级增汽机吸入蒸汽。

一级增汽机排汽管道(7)分两路，一路与再热器(8)冷端相连接，一路接入二级增汽机吸入口。再热器(8)热端排出的再热蒸汽管道分成两路。再热器(8)热端排出的其中一路中压蒸汽通过中压供热/供汽蒸汽管道(10)与供热/工业供汽系统相连接，蒸汽参数压力1.5MPa，温度270度，中压供热/供汽蒸汽管道(10)上设有截止阀和调节阈，实现开启、关闭和调节流量作用；二级增汽机的排汽接入中压供热/供汽蒸汽管道(10)。

再热器(8)热端排出的另一路蒸汽通过中压缸进汽管道(13)与汽轮机中压缸(11)相连接，用于驱动汽轮机中压缸(11)做功；增汽机动力蒸汽管路也可以引出一路高压供汽管路(9)与工业供汽系统相连，蒸汽参数压力P>5MPa。

在增汽机动力蒸汽管路、增汽机吸入蒸汽管路、增汽机排汽管道和高压缸排汽管道旁路上分别设有截止阀和调节阈，实现开启、关闭和调节流量作用。

系统中配置的增汽机，既可以全部都是可调喷嘴结构，也可以全部都是固定喷嘴结构，还可以是部分可调喷嘴结构和部分固定喷嘴结构。

系统中设置有多个喷水减温装置，喷水减温系统(4)分别连接于第一解耦分流管路、中压供热/供汽蒸汽管道(10)上，多个喷水减温装置的喷淋水连接于锅炉给水管路(12)，分别对主蒸汽和中压蒸汽进行喷淋减温处理。

一种基于增汽机的锅炉和汽轮机解耦系统的工作运行方法如下：

(a1)来自电厂主蒸汽管道(1)的主蒸汽，分成三路。一路与汽轮机高压缸(3)相连接，部分主蒸汽进入汽轮机高压缸(3)做功；另两路进入解耦分流管道，送往双级串联增汽机作为工作蒸汽。

(a2)第一解耦分流管道(2)来的减温后的蒸汽作为一级增汽机的动力蒸汽；高压缸排汽管道(6)来的高排蒸汽作为一级增汽机吸入蒸汽；第二解耦分流管道(15)来的蒸汽作为二级增汽机的动力蒸汽；一级增汽机的排汽作为二级增汽机吸入蒸汽；

(a3)一级增汽机排汽管道(7)与再热器(8)冷端相连接。再热器(8)热端排出的再热蒸汽管道分成两路。再热器(8)热端排出的其中一路中压蒸汽通过中压供热/供汽蒸汽管道(10)与供热或工业供汽系统相连接；二级增汽机排汽接入中压供热/供汽蒸汽管道(10)。

再热器(8)热端排出的另一路蒸汽通过中压缸进汽管道(13)与汽轮机中压缸(11)相连接，用于驱动汽轮机中压缸(11)做功；

(a4)一级增汽机动力蒸汽管路也引出一路高压供汽管路(9)与工业供汽系统相连。

利用本发明中的热力系统，锅炉可以按照高负荷或者额定负荷运行，主蒸汽不需要减量。主蒸汽产量高意味着主炉膛的热负荷高，后部烟道的烟气负荷也高。对于中间再热机组，如果直接用主蒸汽去供热，且不说蒸汽参数高造成的浪费和安全性，系统内的蒸汽量被抽走了一部分，进入锅炉再热器里的蒸汽流量就会减少。如果再热器冷端(冷再)的流量不足，会导致再热器被烧坏。采用增汽机解耦之后，用喷淋减温后的主蒸汽作为动力蒸汽，将冷再进汽升压，从而匹配出了足够的压力和流量的蒸汽，进入再热器冷端。再热器冷端由于有足够的蒸汽流量，不存在超温烧坏现象。整个热力系统运行自如。这样在保证供热和工业供汽的前提下，同时可以实现：

1、汽轮机高压缸进汽量与主蒸汽量(即锅炉蒸发量)不再一一对应。锅炉负荷与汽轮机组发电负荷之间的耦合关系被很大程度解除。2、汽轮机高压缸排汽量与汽轮机中压缸进汽量也不再一一对应。汽轮机中压缸与汽轮机高压缸之间的耦合关系被很大程度解除。3、由于供热蒸汽来自热再(再热器热端)，不再依赖于汽轮机中压缸排汽，汽轮机中压缸排汽量与供热抽汽量之间不再一一对应。汽机的中压缸进汽量、排汽量、做功与供热之间的耦合关系被很大程度解除。4、由于工业用蒸汽来自热再(再热器热端)，不再依赖于汽轮机某一段抽汽，汽轮机抽汽参数(压力温度流量)与工业用汽参数(压力温度流量)之间不再一一对应。汽轮机抽汽与工业用汽之间的耦合关系被很大程度解除。5、实现深度热电解耦运行。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的解释，并不用于限制本发明，尽管对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于增汽机的锅炉和汽轮机解耦系统，包括主蒸汽管道、汽轮机高压缸、解耦分流管道、增汽机解耦系统、锅炉再热器、汽轮机中压缸；其特征在于：增汽机解耦系统包括双级串联增汽机，具有一级增汽机和二级增汽机；电厂主蒸汽管道与解耦分流管道相连接，电厂主蒸汽管道与汽轮机高压缸相连接；解耦分流管道与双级串联增汽机的动力蒸汽入口相连，汽轮机高压缸排汽管道与一级增汽机的抽吸汽口相连，一级增汽机的排汽管道与再热器的冷端相连；再热器热端排出的再热蒸汽分成两路；其中一路通过中压蒸汽管道与供热或工业供汽系统相连接；另一路蒸汽通过中压缸进汽管道与汽轮机中压缸相连接；一级增汽机的排汽管道连接二级增汽机的抽吸汽口，二级增汽机的排汽管道接入中压蒸汽管道。

2.根据权利要求1所述的基于增汽机的锅炉和汽轮机解耦系统，其特征在于，解耦分流管道包括第一解耦分流管道、第二解耦分流管道，分别连接一级增汽机和二级增汽机的动力蒸汽入口。

3.根据权利要求1所述的基于增汽机的锅炉和汽轮机解耦系统，其特征在于，具有多个喷水减温装置，分别连接在解耦分流管道、再热器热端排出蒸汽管道上，多个喷水减温装置的喷淋水连接于锅炉给水管路，分别对主蒸汽和再热器热端排出蒸汽进行喷水减温处理。

4.根据权利要求1所述的基于增汽机的锅炉和汽轮机解耦系统，其特征在于，高压缸排汽管道还通过另一旁路连接到锅炉再热器冷端。

5.根据权利要求1所述的基于增汽机的锅炉和汽轮机解耦系统，其特征在于，增汽机解耦系统动力蒸汽管路也引出一路高压蒸汽与工业供汽系统相连。

6.根据权利要求5所述的基于增汽机的锅炉和汽轮机解耦系统，其特征在于，在增汽机解耦系统动力蒸汽管路、吸入蒸汽管路、排汽管道和高压缸排汽管道旁路上分别设有截止阀和调节阈，用于开启、关闭和调节流量。

7.一种根据权利要求1所述一种基于增汽机的锅炉和汽轮机解耦系统的工作方法，其特征在于，

(a1)来自电厂主蒸汽管道的主蒸汽，分成三路；一路与汽轮机高压缸相连接，部分主蒸汽进入汽轮机高压缸做功；另两路进入解耦分流管道，送往双级串联增汽机作为工作蒸汽；

(a2)第一解耦分流管道来的减温后的蒸汽作为一级增汽机的动力蒸汽；高压缸 排汽管道来的高排蒸汽作为一级增汽机吸入蒸汽；第二解耦分流管道来的蒸汽作为二级增汽机的动力蒸汽；一级增汽机的排汽作为二级增汽机吸入蒸汽；

(a3)一级增汽机排汽管道与再热器冷端相连接；再热器热端排出的再热蒸汽管道分成两路；再热器(8)热端排出的其中一路中压蒸汽通过中压蒸汽管道与供热或工业供汽系统相连接；二级增汽机排汽接入中压蒸汽管道。

8.根据权利要求7所述的工作方法，其特征在于，进一步地，(a3)再热器热端排出的另一路蒸汽通过中压缸进汽管道与汽轮机中压缸相连接，用于驱动汽轮机中压缸做功；

(a4)一级增汽机动力蒸汽管路也引出一路高压供汽管路与工业供汽系统相连。

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