CN111486442A - 一种火电机组的锅炉喷水减温装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火电机组的锅炉喷水减温装置，其中，所述装置包括顶棚过热器、低温过热器、可疏水式屏式过热器、末级过热器、一级喷水减温器和二级喷水减温器；其中顶棚过热器与低温过热器连接，低温过热器与一级喷水减温器相连接；一级喷水减温器与可疏水式屏式过热器相连接；可疏水式屏式过热器与二级喷水减温器相连接；二级喷水减温器与末级过热器向量；所述饱和蒸汽依次经过顶棚过热器、低温过热器、一级喷水减温器、可疏水式屏式过热器、二级喷水减温器和所述末级过热器形成过热蒸汽，并在末级过热器的集箱一端出口输出所述过热蒸汽。在本发明实施例中，通过实施本发明的锅炉喷水减温装置从而达到调节过热汽温度的目的。

Description

一种火电机组的锅炉喷水减温装置

技术领域

本发明涉及火电机组技术领域，尤其涉及一种火电机组的锅炉喷水减温装置。

背景技术

在火电机组中，锅炉喷水减温装置是不可缺少的部分，在现有的锅炉喷水减温装置中一般在过热器都设有两级或三级喷水减温器，实际运行中，尽量多投用一级喷水减温器以保证屏式过热器不超温，设置过多的喷水减温器造成的成本较低，维护难度较高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种火电机组的锅炉喷水减温装置，从而达到调节过热汽温度的目的，并且减少了使用成本，降低维护难度。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种火电机组的锅炉喷水减温装置，所述装置包括：

顶棚过热器、低温过热器、可疏水式屏式过热器、末级过热器、一级喷水减温器和二级喷水减温器；其中，

所述顶棚过热器与所述低温过热器连接，所述低温过热器与所述一级喷水减温器相连接；所述一级喷水减温器与所述可疏水式屏式过热器相连接；所述可疏水式屏式过热器与所述二级喷水减温器相连接；所述二级喷水减温器与所述末级过热器向量；

所述饱和蒸汽依次经过所述顶棚过热器、所述低温过热器、所述一级喷水减温器、所述可疏水式屏式过热器、所述二级喷水减温器和所述末级过热器形成过热蒸汽，并在所述末级过热器的集箱一端出口输出所述过热蒸汽。

可选的，所述顶棚过热器、所述低温过热器、所述可疏水式屏式过热器、所述末级过热器中的过热器原理及结构相同，但过热器的参数不相同，且所述过热器的参数通过参数辨识获得；

所述一级喷水减温器和二级喷水减温器中的喷水减温器原理及结构相同，但喷水减温器的参数不相同，且所述喷水减温器的参数通过参数辨识获得。

可选的，所述过热器用于将饱和蒸汽进一步加热至过热蒸汽；所述过热器对所述饱和蒸汽加热为过热蒸汽的过程遵循质量守恒和能力守恒模型；其中，

蒸汽的质量守恒模型如下：

蒸汽的能力守恒模型如下：

蒸汽的动量平衡模型如下：

烟气对金属管壁的放热模型如下：

金属管壁对蒸汽的放热模型如下：

烟气的能量守恒模型如下：

Q_ex＝KD_g(c₁t₁-c₂t₂) (6)

金属管壁的能量守恒模型如下：

其中，V表示为蒸汽的容积、ρ₂表示蒸汽出口密度；D₁、D₂分别表示蒸汽进、出口质量流量；h₁、h₂分别表示工质进口比焓、出口比焓；Q_in表示管内工质与金属管壁的换热量；ρ₁、P₁、P₂分别表示管内工质进口密度、进口压力、出口压力；t₁、t₂、分别表示管外烟气进口温度、出口温度；t_m表示管壁温度；Q_ex、S_ex分别表示烟气对金属的换热量、换热面积；m_m表示管壁的质量；τ表示时间；ξ表示压损系数、α_ex表示对流换热系数；K_in表示管内工质与管壁之间的对流换热系数；t₂表示管内工质出口温度；n表示指数，通常取为0.8；D_g表示管外烟气质量流量；K表示烟气放热量修正系数；c₁、c₂分别表示烟气进口定压比热和出口定压比热；c_m表示管壁比热容。

可选的，对所述过热器对所述饱和蒸汽加热为过热蒸汽的过程遵循质量守恒和能力守恒模型进行线性化处理，并进行拉氏变换的简化处理之后，所述过热器入口蒸汽温度和所述过热器出口蒸汽温度之间的传递函数则有：

其中，

c_p表示所述过热器出口定压比热容；

在不同负荷水平下，所述过热器的烟气进口定压比热c₁和出口定压比热c₂变化较小，因此K₁一般变化不大；T₁与所述过热器的管壁的质量m_m、管壁比热容c_m、蒸汽进口流量D₁、减温器出口定压比热容c_p有关；在蒸汽进口流量D₁增加时，T₁减小。

可选的，所述喷水减温器用于将经过雾化处理的减温水直接喷入由所述过热器产生的过热蒸汽中，所述减温水与所述过热蒸汽两两混合进行换热过程，满足能量守恒模型和质量守恒模型。

可选的，所述减温水与所述过热蒸汽两两混合进行换热过程，满足能量守恒模型和质量守恒模型的具体模型公式如下：

能量守恒模型公式如下：

质量守恒模型公式如下：

管道壁面的换热方程如下：

其中，D₀表示入口蒸汽质量流量；D_w表示入口减温水质量流量；D为出口蒸汽质量流量；h_w、h₀、h分别表示入口减温水比焓、入口蒸汽比焓和出口蒸汽比焓；t_w、t₀分别表示入口减温水温度和入口蒸汽温度；V表示喷水减温器的容积；ρ表示出口蒸汽密度；α、S、t_m分别表示减温器壁面与工质的换热系数、壁面面积和壁面平均温度；c_m、m_m、Q_o分别表示管壁的比热容、壁面的质量和单位时间内蒸汽的放热量；Q_w表示单位时间内减温水的吸热量。

可选的，所述对所述减温水与所述过热蒸汽两两混合进行换热过程，满足能量守恒模型和质量守恒模型中的模型公式进行线性化以及拉氏变化简化处理，形成所述喷水减温器传递函数模型。

可选的，所述喷水减温器传递函数模型如下：

其中，

K₂与所述减温器入口蒸汽的比焓h₀、减温水比焓h_w、减温器出口蒸汽流量D以及减温器出口蒸汽定压比热容c_p相关；T₂与所述减温器管道金属壁的质量m_m、比热容c_m以及所述减温器出口蒸汽流量D、减温器出口蒸汽定压比热容c_p相关。

在本发明实施例中，通过实施本发明的锅炉喷水减温装置，分别在屏式过热器以及末级过热器入口布置两个喷水减温器，构成两级喷水减温装置，通过调节减温器喷水量调节主蒸汽温度，减温水来自锅炉给水系统；过热汽温调节的主要方式为在屏式过热器和末级过热器入口设置两个喷水减温器，喷水减温器将减温水直接喷入过热蒸汽中，减温水被过热蒸汽加热、汽化最终达到过热状态，吸收原过热蒸汽的热量，从而达到调节过热汽温度的目的；并且减少了使用成本，降低维护难度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例中的火电机组的锅炉喷水减温装置的结构组成示意图；

图2是本发明实施例中的过热器集总参数模型的结构组成示意图；

图3是本发明实施例中的过热器传递函数模型结构组成示意图；

图4是本发明实施例中的喷水减温器集总参数模型的结构组成示意图；

图5是本发明实施例中的喷水减温器传递函数模型结构组成示意图。

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

请参阅图1，图1是本发明实施例中的火电机组的锅炉喷水减温装置的结构组成示意图。

如图1所示，一种火电机组的锅炉喷水减温装置，所述装置包括：

顶棚过热器、低温过热器、可疏水式屏式过热器、末级过热器、一级喷水减温器和二级喷水减温器；其中，所述顶棚过热器与所述低温过热器连接，所述低温过热器与所述一级喷水减温器相连接；所述一级喷水减温器与所述可疏水式屏式过热器相连接；所述可疏水式屏式过热器与所述二级喷水减温器相连接；所述二级喷水减温器与所述末级过热器向量；所述饱和蒸汽依次经过所述顶棚过热器、所述低温过热器、所述一级喷水减温器、所述可疏水式屏式过热器、所述二级喷水减温器和所述末级过热器形成过热蒸汽，并在所述末级过热器的集箱一端出口输出所述过热蒸汽。

在本发明具体实施例中，所述顶棚过热器、所述低温过热器、所述可疏水式屏式过热器、所述末级过热器中的过热器原理及结构相同，但过热器的参数不相同，且所述过热器的参数通过参数辨识获得；所述一级喷水减温器和二级喷水减温器中的喷水减温器原理及结构相同，但喷水减温器的参数不相同，且所述喷水减温器的参数通过参数辨识获得。

具体的，在本发明中，各级过热器及喷水减温器的原理及结构大致相同，只有具体的参数略有不同，但是其参数可以通过辨识获得；具体可以参考图2和图4；图2是本发明实施例中的过热器集总参数模型的结构组成示意图；图4是本发明实施例中的喷水减温器集总参数模型的结构组成示意图。

在本发明具体实施过程中，所述过热器用于将饱和蒸汽进一步加热至过热蒸汽；所述过热器对所述饱和蒸汽加热为过热蒸汽的过程遵循质量守恒和能力守恒模型；其中，蒸汽的质量守恒模型如下：

蒸汽的能力守恒模型如下：

蒸汽的动量平衡模型如下：

烟气对金属管壁的放热模型如下：

金属管壁对蒸汽的放热模型如下：

烟气的能量守恒模型如下：

Q_ex＝KD_g(c₁t₁-c₂t₂) (6)

金属管壁的能量守恒模型如下：

其中，V表示为蒸汽的容积、ρ₂表示蒸汽出口密度；D₁、D₂分别表示蒸汽进、出口质量流量；h₁、h₂分别表示工质进口比焓、出口比焓；Q_in表示管内工质与金属管壁的换热量；ρ₁、P₁、P₂分别表示管内工质进口密度、进口压力、出口压力；t₁、t₂、分别表示管外烟气进口温度、出口温度；t_m表示管壁温度；Q_ex、S_ex分别表示烟气对金属的换热量、换热面积；m_m表示管壁的质量；τ表示时间；ξ表示压损系数、α_ex表示对流换热系数；K_in表示管内工质与管壁之间的对流换热系数；t₂表示管内工质出口温度；n表示指数，通常取为0.8；D_g表示管外烟气质量流量；K表示烟气放热量修正系数；c₁、c₂分别表示烟气进口定压比热和出口定压比热；c_m表示管壁比热容。

进一步的，请参考图3，图3是本发明实施例中的过热器传递函数模型结构组成示意图。

如图3所示，对所述过热器对所述饱和蒸汽加热为过热蒸汽的过程遵循质量守恒和能力守恒模型进行线性化处理，并进行拉氏变换的简化处理之后，所述过热器入口蒸汽温度和所述过热器出口蒸汽温度之间的传递函数则有：

其中，

c_p表示所述过热器出口定压比热容；

在不同负荷水平下，所述过热器的烟气进口定压比热c₁和出口定压比热c₂变化较小，因此K₁一般变化不大；T₁与所述过热器的管壁的质量m_m、管壁比热容c_m、蒸汽进口流量D₁、减温器出口定压比热容c_p有关；在蒸汽进口流量D₁增加时，T₁减小。

在本发明具体实施过程中，所述喷水减温器用于将经过雾化处理的减温水直接喷入由所述过热器产生的过热蒸汽中，所述减温水与所述过热蒸汽两两混合进行换热过程，满足能量守恒模型和质量守恒模型。

所述减温水与所述过热蒸汽两两混合进行换热过程，满足能量守恒模型和质量守恒模型的具体模型公式如下：

能量守恒模型公式如下：

质量守恒模型公式如下：

管道壁面的换热方程如下：

其中，D₀表示入口蒸汽质量流量；D_w表示入口减温水质量流量；D为出口蒸汽质量流量；h_w、h₀、h分别表示入口减温水比焓、入口蒸汽比焓和出口蒸汽比焓；t_w、t₀分别表示入口减温水温度和入口蒸汽温度；V表示喷水减温器的容积；ρ表示出口蒸汽密度；α、S、t_m分别表示减温器壁面与工质的换热系数、壁面面积和壁面平均温度；c_m、m_m、Q_o分别表示管壁的比热容、壁面的质量和单位时间内蒸汽的放热量；Q_w表示单位时间内减温水的吸热量。

所述对所述减温水与所述过热蒸汽两两混合进行换热过程，满足能量守恒模型和质量守恒模型中的模型公式进行线性化以及拉氏变化简化处理，形成所述喷水减温器传递函数模型。

请参阅图5，图5是本发明实施例中的喷水减温器传递函数模型结构组成示意图。

如图5所示，所述喷水减温器传递函数模型如下：

其中，

K₂与所述减温器入口蒸汽的比焓h₀、减温水比焓h_w、减温器出口蒸汽流量D以及减温器出口蒸汽定压比热容c_p相关；T₂与所述减温器管道金属壁的质量m_m、比热容c_m以及所述减温器出口蒸汽流量D、减温器出口蒸汽定压比热容c_p相关。

具体的，减温水引自高压加热器之后，将水直接喷入过热器的饱和蒸汽中，喷入的水在加热、蒸发和过热的过程中会消耗蒸汽的热量，从而起到了降低温度的作用；因为减温水的温度比过热汽温的温度要低很多，所以喷水减温法调节效果立竿见影，另外，喷水减温可以投自动，从而实现自动调节，这为电厂运行人员带来了很大的方便。虽然喷水减温能迅速降低过热蒸汽温度，但是减温水总量不能太大，否则，水冷壁会因为没有足够的水量而发生超温。一般来说，过热器都设有两级或三级喷水减温器，实际运行中，尽量多投用一级喷水减温器以保证屏式过热器不超温。

在过热系统中，来自汽包的饱和蒸汽流经顶棚过热器、包墙过热器、低温过热器、可疏水式屏式过热器及末级过热器达到符合设计要求的过热蒸汽出口温度。为了消除热偏差通常会在屏式过热器与高温末级过热器之间设置联箱进行蒸汽一次交叉混合。在屏式过热器入口和末级过热器入口蒸汽管道上，分别设置两级喷水减温器以控制过热蒸汽温度。末级过热器出口主蒸汽由集箱一端引出。

在过热系统中，除了两级喷水减温器外，过热系统的其他环节可以归为单相受热管来处理，它们的特点是工质在受热过程中不会发生相变。在锅炉运行过程中，过热器内的工质温度、压力、比焓和密度等热力参数均随时间和空间的变化而变化，是典型的分布参数环节。

一般过热系统采取的是喷水减温作为过热汽温的调节方式，分别在屏式过热器以及末级过热器入口布置两个喷水减温器，构成两级喷水减温系统，通过调节减温器喷水量调节主蒸汽温度，减温水来自锅炉给水系统。过热汽温调节的主要方式为在屏式过热器和末级过热器入口设置两个喷水减温器，喷水减温器将减温水直接喷入过热蒸汽中，减温水被过热蒸汽加热、汽化最终达到过热状态，吸收原过热蒸汽的热量，从而达到调节过热汽温度的目的。

在本发明实施例中，通过实施本发明的锅炉喷水减温装置，分别在屏式过热器以及末级过热器入口布置两个喷水减温器，构成两级喷水减温装置，通过调节减温器喷水量调节主蒸汽温度，减温水来自锅炉给水系统；过热汽温调节的主要方式为在屏式过热器和末级过热器入口设置两个喷水减温器，喷水减温器将减温水直接喷入过热蒸汽中，减温水被过热蒸汽加热、汽化最终达到过热状态，吸收原过热蒸汽的热量，从而达到调节过热汽温度的目的；并且减少了使用成本，降低维护难度。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。

另外，以上对本发明实施例所提供的一种火电机组的锅炉喷水减温装置进行了详细介绍，本文中应采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种火电机组的锅炉喷水减温装置，其特征在于，所述装置包括：

顶棚过热器、低温过热器、可疏水式屏式过热器、末级过热器、一级喷水减温器和二级喷水减温器；其中，

所述顶棚过热器与所述低温过热器连接，所述低温过热器与所述一级喷水减温器相连接；所述一级喷水减温器与所述可疏水式屏式过热器相连接；所述可疏水式屏式过热器与所述二级喷水减温器相连接；所述二级喷水减温器与所述末级过热器向量；

所述饱和蒸汽依次经过所述顶棚过热器、所述低温过热器、所述一级喷水减温器、所述可疏水式屏式过热器、所述二级喷水减温器和所述末级过热器形成过热蒸汽，并在所述末级过热器的集箱一端出口输出所述过热蒸汽。

2.根据权利要求1所述的锅炉喷水减温装置，其特征在于，所述顶棚过热器、所述低温过热器、所述可疏水式屏式过热器、所述末级过热器中的过热器原理及结构相同，但过热器的参数不相同，且所述过热器的参数通过参数辨识获得；

所述一级喷水减温器和二级喷水减温器中的喷水减温器原理及结构相同，但喷水减温器的参数不相同，且所述喷水减温器的参数通过参数辨识获得。

3.根据权利要求2所述的锅炉喷水减温装置，其特征在于，所述过热器用于将饱和蒸汽进一步加热至过热蒸汽；所述过热器对所述饱和蒸汽加热为过热蒸汽的过程遵循质量守恒和能力守恒模型；其中，

蒸汽的质量守恒模型如下：

蒸汽的能力守恒模型如下：

蒸汽的动量平衡模型如下：

烟气对金属管壁的放热模型如下：

金属管壁对蒸汽的放热模型如下：

烟气的能量守恒模型如下：

Q_ex＝KD_g(c₁t₁-c₂t₂)(6)

金属管壁的能量守恒模型如下：

其中，V表示为蒸汽的容积、ρ₂表示蒸汽出口密度；D₁、D₂分别表示蒸汽进、出口质量流量；h₁、h₂分别表示工质进口比焓、出口比焓；Q_in表示管内工质与金属管壁的换热量；ρ₁、P₁、P₂分别表示管内工质进口密度、进口压力、出口压力；t₁、t₂、分别表示管外烟气进口温度、出口温度；t_m表示管壁温度；Q_ex、S_ex分别表示烟气对金属的换热量、换热面积；m_m表示管壁的质量；τ表示时间；ξ表示压损系数、α_ex表示对流换热系数；K_in表示管内工质与管壁之间的对流换热系数；t₂表示管内工质出口温度；n表示指数，通常取为0.8；D_g表示管外烟气质量流量；K表示烟气放热量修正系数；c₁、c₂分别表示烟气进口定压比热和出口定压比热；c_m表示管壁比热容。

4.根据权利要求3所述的锅炉喷水减温装置，其特征在于，对所述过热器对所述饱和蒸汽加热为过热蒸汽的过程遵循质量守恒和能力守恒模型进行线性化处理，并进行拉氏变换的简化处理之后，所述过热器入口蒸汽温度和所述过热器出口蒸汽温度之间的传递函数则有：

其中，

c_p表示所述过热器出口定压比热容；

在不同负荷水平下，所述过热器的烟气进口定压比热c₁和出口定压比热c₂变化较小，因此K₁一般变化不大；T₁与所述过热器的管壁的质量m_m、管壁比热容c_m、蒸汽进口流量D₁、减温器出口定压比热容c_p有关；在蒸汽进口流量D₁增加时，T₁减小。

5.根据权利要求2所述的锅炉喷水减温装置，其特征在于，所述喷水减温器用于将经过雾化处理的减温水直接喷入由所述过热器产生的过热蒸汽中，所述减温水与所述过热蒸汽两两混合进行换热过程，满足能量守恒模型和质量守恒模型。

6.根据权利要求5所述的锅炉喷水减温装置，其特征在于，所述减温水与所述过热蒸汽两两混合进行换热过程，满足能量守恒模型和质量守恒模型的具体模型公式如下：

能量守恒模型公式如下：

质量守恒模型公式如下：

管道壁面的换热方程如下：

其中，D₀表示入口蒸汽质量流量；D_w表示入口减温水质量流量；D为出口蒸汽质量流量；h_w、h₀、h分别表示入口减温水比焓、入口蒸汽比焓和出口蒸汽比焓；t_w、t₀分别表示入口减温水温度和入口蒸汽温度；V表示喷水减温器的容积；ρ表示出口蒸汽密度；α、S、t_m分别表示减温器壁面与工质的换热系数、壁面面积和壁面平均温度；c_m、m_m、Q_o分别表示管壁的比热容、壁面的质量和单位时间内蒸汽的放热量；Q_w表示单位时间内减温水的吸热量。

7.根据权利要求6所述的锅炉喷水减温装置，其特征在于，所述对所述减温水与所述过热蒸汽两两混合进行换热过程，满足能量守恒模型和质量守恒模型中的模型公式进行线性化以及拉氏变化简化处理，形成所述喷水减温器传递函数模型。

8.根据权利要求6所述的锅炉喷水减温装置，其特征在于，所述喷水减温器传递函数模型如下：

其中，

K₂与所述减温器入口蒸汽的比焓h₀、减温水比焓h_w、减温器出口蒸汽流量D以及减温器出口蒸汽定压比热容c_p相关；T₂与所述减温器管道金属壁的质量m_m、比热容c_m以及所述减温器出口蒸汽流量D、减温器出口蒸汽定压比热容c_p相关。

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