CN111256105B - 一种用于超超临界机组快速启动的微炉加热系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于超超临界机组快速启动的微炉加热系统及方法，包括蒸汽微炉加热系统，极热态暖机系统，用于超超临界机组极热态快速启动过程方法；所述蒸汽微炉加热系统在启动循环泵出口设置特殊设计的结构多孔汽水混合器，用管道将邻机屏式过热器出口蒸汽管道与多孔汽水混合器连接；再在管道上设置蒸汽微炉加热系统压力流量控制阀；所述极热态暖机系统将屏式过热器出口蒸汽管道与本机屏式过热器出口蒸汽管道连接，在管道上设置极热态暖机系统压力流量控制阀。本发明通过两个部分分别对本机组的给水以及高温部件进行加热，能够帮助机组在启动过程提高速度，节约工质和能量，极大提高机组的经济性和灵活性。

Description

一种用于超超临界机组快速启动的微炉加热系统及方法
技术领域
本发明涉及一种用于超超临界机组快速启动的微炉加热系统及方法，用于超超临界火电机组在启动时缩短机组的启动时间，降低电站热力系统启动时的工质和能量损失，提高机组的经济性，同时可以让机组在一定时间内保持极热态状态，属于电站技术领域。
背景技术
目前，随着全球及国内经济、能源和环保形势的发展，燃煤发电企业的发展进入了新的关键时期，面临着经济增长方式的转变、市场竞争、资源约束、环境保护等多方面的严峻挑战。发电企业要想在日益激烈的市场竞争中保持良好的发展优势，就必须采取有效措施，大幅度降低机组能耗，减轻对环境的污染。
然而燃煤电厂在2016年迎来一次新的挑战，由于我国风电、光伏发电等可再生能源装机规模迅猛增长，然而我国电力系统目前现有的调节能力难以满足这些清洁能源大规模发展和完全消纳的需求，这就导致了部分地区出现了较为严重的弃风和弃光现象。以“三北”地区为例，冬季供暖期，大量热电联产机组因供暖而难以深度调峰，进而导致负荷低谷时段风电大量弃风。较高的弃风、弃光现象不仅造成了风电、光电等清洁电力能源的极大浪费，也给国家带来了很大的经济损失。
针对这一问题，国家发展和改革委员会、国家能源局出台了一系列相关文件政策。根据《国家发展改革委国家能源局关于推进多能互补集成优化示范工程建设的实施意见》有关要求，到2020年，国家级风光水火储多能互补示范工程弃风率控制在5％以内，弃光率控制在3％以内。因此，从我国的基本国情出发，考虑到我国的发电机组仍主要以火电为主，为了提升我国电力系统的调峰能力，有效缓解弃光率、弃光率，促进可再生能源消纳能力，必须从燃煤发电机组着手，进一步发展和提升煤电发电机组的调峰能力，才能切实解决调峰能力与需求之间的矛盾。国家发展和改革委员会、国家能源局在《可再生能源调风机组优先发电试行办法》以及《关于下达火电灵活性改造试点项目的通知》等一系列文件中也明确指出了要进一步挖掘燃煤机组调峰潜力，提升我国火电运行灵活性，全面提高系统调峰和新能源消纳能力。要求机组参与深度调峰，提升灵活性改造预期将使热电机组增加20％额定容量的调峰能力，最小技术出力达到40％-50％额定容量；纯凝机组增加15％-20％额定容量的调峰能力，最小技术出力达到30％-35％额定容量。部分具备改造条件的电厂预期达到国际先进水平，机组不投油稳燃时纯凝工况最小技术出力达到20％-25％。
调峰政策的出现必然导致全国范围内大多数燃煤电厂处于低负荷运行状态，甚至部分燃煤机组将出现没有负荷的停运状态，而短时间内又可能快速启动带负荷并网发电，在此期间存在两大问题：一是当机组停运以后不能在短时间内快速启动带负荷，不能适应电网的灵活性要求；二是机组启动过程中消耗大量能量，同时还造成了不小污染。一种用于超(超)临界机组快速启动的微炉加热系统及方法在此背景下提出，用于超(超)临界火电机组在启动时缩短机组的启动时间，降低电站热力系统启动时的工质和能量损失，提高机组的经济性，同时可以让机组在一定时间内保持极热态状态，实现机组极热态快速启动，有效缩短启动时间，满足电网对于灵活性的要求。
以某600MW超临界机组为例，该机组有三级高加加热器和四级低加加热器。如图1所示，为改造前火电机组正常运行的示意图，启动时冷态冲洗时常温凝结水从凝结水管道1进入除氧器2中再依次经过三号高压加热器4、二号高压加热器5、一号高压加热器6后，直接进入省煤器入口集箱7，再流经省煤器本体8、省煤器悬吊管9后进入省煤器悬吊管出口集箱10，在经过下降管11进入分配器12中，之后进入水冷壁下联箱13，然后进入水冷壁14中达到汽水分离器15，正常运行时蒸汽直接进入过热器16，而在启动时未蒸发的液态水则进入汽水管道17进入储水箱18中，通过再循环泵19再进入省煤器进口集箱7中完成循环。在此过程中对不合格的水质进行排污，完成后进入热态冲洗，打开辅汽联箱上引出辅汽管道3上的控制阀，辅汽进入除氧器2中进行加热，将除氧器2出口的水温加热到120℃左右，再进入上述循环中对锅炉部件进行加热，最终使汽水分离器壁温为60℃左右达到稳定，即完成热态冲洗，可以进行锅炉点火。
目前常规的邻炉加热系统如图2所示，启动时冷态冲洗时常温凝结水从凝结水管道1进入除氧器2中再依次经过三号高压加热器4、二号高压加热器5、一号高压加热器6后，直接进入省煤器入口集箱7，再流经省煤器本体8、省煤器悬吊管9后进入省煤器悬吊管出口集箱10，在经过下降管11进入分配器12中，之后进入水冷壁下联箱13，然后进入水冷壁14中达到汽水分离器15，在进入汽水管道17进入储水箱18中，通过再循环泵19再进入省煤器进口集箱7中完成循环。在此过程中对不合格的水质进行排污，完成后进入热态冲洗，打开辅汽联箱上引出辅汽管道3上的控制阀，辅汽进入除氧器2中进行加热，将除氧器2出口的水温加热到120℃左右，同时打开21蒸汽管道控制阀，抽取邻炉蒸汽(一般为冷再蒸汽)进入二号高压加热器5中对给水进行加热到180℃左右，之后再进入上述循环中对锅炉部件进行加热，最终使汽水分离器壁温为90℃左右达到稳定，即完成热态冲洗，可以进行锅炉点火。此过程相比常规的启动过程有所改进，但整个锅炉仍处于温度水平较低的状态，点火后仍需要大量燃料燃烧释放热量来加热整个锅炉，启动消耗能量大。
图1原系统方案和常规图2方案两者都有共同的缺点：第一，此过程整个锅炉处于温度水平较低的状态，点火后仍需要大量燃料燃烧释放热量来加热整个锅炉，启动消耗能量大；第二，启动时间长，启动过程相应速度不满足目前电网灵活性的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何快速启动超超临界机组。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种用于超超临界机组快速启动的微炉加热系统，其特征在于，包括蒸汽微炉加热系统和极热态暖机系统，蒸汽微炉加热系统包括凝结水管道，凝结水管道后方依次连通除氧器、三号高压加热器、二号高压加热器、一号高压加热器、省煤器入口集箱、省煤器本体、省煤器悬吊管、省煤器悬吊管出口集箱、下降管、分配器、水冷壁下联箱、水冷壁、汽水分离器、过热器，所述汽水分离器通过汽水管道依次连通储水箱、循环泵后连通省煤器入口集箱形成循环，所述蒸汽微炉加热系统还包括多孔汽水混合器，多孔汽水混合器设于所述循环泵与省煤器入口集箱之间，所述极热态暖机系统包括邻机屏式过热器出口蒸汽管道、本机屏式过热器出口蒸汽管道和极热态暖机系统压力流量控制阀，所述多孔汽水混合器通过蒸汽微炉加热系统压力流量控制阀连接邻机屏式过热器出口蒸汽管道，所述邻机屏式过热器出口蒸汽管道通过极热态暖机系统压力流量控制阀连接本机屏式过热器出口蒸汽管道。
本发明还提供了一种用于超超临界机组快速启动的方法，其特征在于，使用上述微炉加热系统，步骤包括，
步骤一：锅炉在冷态启动时，按照常规步骤利用除氧器进行热态冲洗时，将邻机锅炉屏式过热器出口蒸汽通过减压减温后引到多孔汽水混合器中，邻机蒸汽在高温汽水加热器中对本机锅炉循环工质水进行加热；
步骤二：步骤一加热过程中不断调节蒸汽微炉加热系统压力流量控制阀门，控制阀门后压力不至于发生较大震动，直到加热汽水分离器壁温为220℃以上；
步骤三：在步骤一进行的同时开启极热态暖机系统，将邻机屏式过热器出口蒸汽通过减压减温后少部分通入本机屏式过热器出口，缓慢加热锅炉高温受热面、汽轮机等，缓慢升高温度；
步骤四：当加热水压力达到8MPa左右，全部退出本系统。
其中，多孔汽水混合器是一种三层套筒式的汽水混合结构，将高压蒸汽与压力相对较低的水进行混合而不发生严重震动和噪音的混合器。邻机高压蒸汽管道通过将邻机锅炉屏式过热器出口蒸汽通过减压减温后引到多孔汽水混合器中，邻机蒸汽在高温汽水加热器中对本机锅炉循环工质水进行加热。两个压力流量控制阀可以在整个加热系统投入以及退出的瞬间，对管道流量进行精准控制，防止发生较大震动。极热态暖机系统是通过将邻机锅炉屏式过热器出口蒸汽通过减压减温后少部分通入本机屏式过热器出口，缓慢加热锅炉高温受热面、汽轮机等，缓慢升高温度。
本发明可以降低电站热力系统启动时的工质和能量损失，提高机组的经济性，同时可以让机组在一定时间内保持极热态状态，缩短启动时间，满足灵活性要求。
本发明通过两个部分配合工作，在启动时候快速加热锅炉水系统以及高温部件，实现机组快速启动，节省时间同时也降低工质和能量的浪费。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明通过实现快速启动的加热方式是采用带炉水泵的内循环加热法，将加热点移入热态冲洗水循环的内部，当锅炉给水在停止上水后，仍然可以进行加热，直至加热到较高温度，加热能力强。
2、本发明通过加热混合方式是汽水直接接触式混合，采用特殊结构的多孔汽水混合器，相比间接式的高压加热器加热能力更强。
3、本发明通过采用邻炉的屏式过热器出口的蒸汽，蒸汽压力较高，加热能力强，可以在并网前一直加热，实现快速启动。
4、本发明采用带炉水泵的内循环加热法，减少了工质的浪费，节省了工质与能力的浪费。
5、本发明设置极热态暖机系统，将邻机锅炉屏式过热器出口蒸汽通过减压减温后少部分通入本机屏式过热器出口，缓慢加热锅炉高温受热面、汽轮机等，缓慢升高温度，提升了高温部件的启动速度。
附图说明
图1为改造前火电机组正常运行的示意图；
图2为改造前火电机组常规邻机的示意图；
图3为本发明改造后火电机组快速启动的微炉加热系统运行示意图；
其中：1-凝结水管道，2-除氧器，3-辅汽管道，4-三号高压加热器，5-二号高压加热器，6-一号高压加热器，7-省煤器进口集箱，8-省煤器，9-省煤器悬吊管，10-省煤器出口集箱，11-下降管，12-分配器，13-水冷壁下联箱，14-水冷壁，15-汽水分离器，16-过热器，17-汽水管道，18-储水箱，19-启动循环泵，20-大气扩容，21-邻机二号抽汽，22-多孔汽水混合器，23-蒸汽微炉加热系统压力流量控制阀，24-极热态暖机系统压力流量控制阀，25-蒸汽微炉加热系统，26-极热态暖机系统。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
以某电厂600MW超临界锅炉为对象。如图3所示，为改造后火电机组快速启动的微炉加热系统运行示意图，用于微炉加热技术，整个包含两个部分：蒸汽微炉加热系统25和极热态暖机系统26。在火电机组快速启动的微炉加热系统中，针对原锅炉启动系统，在启动循环泵19后的管道上设置多孔汽水混合器22，并用管道将邻机屏式过热器出口蒸汽管道与多孔汽水混合器22，再在管道上设置蒸汽微炉加热系统压力流量控制阀23。另一方面将屏式过热器出口蒸汽管道与本机屏式过热器出口蒸汽管道连接，在管道上设置极热态暖机系统压力流量控制阀24。
上述用于火电机组快速启动的微炉加热系统技术的运行步骤如下：
步骤一、该厂锅炉处于冷态(常温)，根据操作手册进行锅炉上水，启动时冷态冲洗时常温凝结水从凝结水管道1进入除氧器2中再依次经过三号高压加热器4、二号高压加热器5、一号高压加热器6后，直接进入省煤器入口集箱7，再流经省煤器本体8、省煤器悬吊管9后进入省煤器悬吊管出口集箱10，在经过下降管11进入分配器12中，之后进入水冷壁下联箱13，然后进入水冷壁14中达到汽水分离器15，在进入汽水管道17进入储水箱18中，通过启动循环泵19再进入省煤器进口集箱7中完成循环。在此过程中对不合格的水质进行排污，完成后进入热态冲洗，打开辅汽联箱上引出辅汽管道3上的控制阀，辅汽进入除氧器2中进行加热。
步骤二：打开辅汽管道3加热后，打开蒸汽微炉加热系统压力流量控制阀23，根据两侧压力来调节控制阀门，使得加热过程中不出现强烈震动，直到加热汽水分离器壁温为220℃以上；
步骤三：打开辅汽管道3加热后，同时开启极热态暖机系统压力流量控制阀24，将邻机锅炉屏式过热器出口蒸汽通过减压减温后少部分通入本机屏式过热器出口，缓慢加热锅炉高温受热面、汽轮机等，缓慢升高温度；
步骤四：当加热水压力达到8MPa左右，全部退出本系统。

Claims (2)

1.一种用于超超临界机组快速启动的微炉加热系统，其特征在于，包括蒸汽微炉加热系统和极热态暖机系统，蒸汽微炉加热系统包括凝结水管道，凝结水管道后方依次连通除氧器、三号高压加热器、二号高压加热器、一号高压加热器、省煤器入口集箱、省煤器本体、省煤器悬吊管、省煤器悬吊管出口集箱、下降管、分配器、水冷壁下联箱、水冷壁、汽水分离器、过热器，所述汽水分离器通过汽水管道依次连通储水箱、循环泵后连通省煤器入口集箱形成循环，所述蒸汽微炉加热系统还包括多孔汽水混合器，多孔汽水混合器设于所述循环泵与省煤器入口集箱之间，所述极热态暖机系统包括邻机屏式过热器出口蒸汽管道、本机屏式过热器出口蒸汽管道和极热态暖机系统压力流量控制阀，所述多孔汽水混合器通过蒸汽微炉加热系统压力流量控制阀连接邻机屏式过热器出口蒸汽管道，所述邻机屏式过热器出口蒸汽管道通过极热态暖机系统压力流量控制阀连接本机屏式过热器出口蒸汽管道。
2.一种用于超超临界机组快速启动的方法，采用权利要求1所述的用于超超临界机组快速启动的微炉加热系统，其特征在于，步骤包括，
步骤一：锅炉在冷态启动时，按照常规步骤利用除氧器进行热态冲洗时，将邻机锅炉屏式过热器出口蒸汽通过减压减温后引到多孔汽水混合器中，辅汽在一号、二号、三号高压加热器对本机锅炉循环工质水进行加热；
步骤二：步骤一加热过程中不断调节蒸汽微炉加热系统压力流量控制阀门，控制阀门后压力不至于发生较大震动，直到加热汽水分离器壁温为220℃以上；
步骤三：在步骤一进行的同时开启极热态暖机系统，将邻机屏式过热器出口蒸汽通过减压减温后少部分通入本机屏式过热器出口，缓慢加热锅炉高温受热面、汽轮机，缓慢升高温度；
步骤四：当加热水压力达到8MPa，全部退出本系统。
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