CN111852592A - 基于火电中间再热式凝汽机组的无蒸汽运行系统及方法 - Google Patents

基于火电中间再热式凝汽机组的无蒸汽运行系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于火电中间再热式凝汽机组的无蒸汽运行系统及方法，锅炉依次经高压缸、中压缸与低压缸连接，低压缸的出口分别凝汽器和发电机连接，高压缸、中压缸和低压缸产生的冷却气体分别经冷却旁路与冷却器连接进行冷却，然后经增压泵增压后分别通入高压缸、中压缸和低压缸进行冷却。本发明机组进入无蒸汽运行模式后不对外发电，消纳电网电量，提高电网惯量，起到削峰填谷的作用，增大电网对可再生能源的消纳力度。

Description

基于火电中间再热式凝汽机组的无蒸汽运行系统及方法
技术领域
本发明属于火电机组调峰技术领域，具体涉及一种基于火电中间再热式凝汽机组的无蒸汽运行系统及方法。
背景技术
近年来，我国以光电和风电为主的可再生能源发电量急速增长，电网峰谷差也日益增大，火电机组调峰能力亟待提高。当前的火电机组的运行以及控制方式已经难以满足需求。目前国内还没有无蒸汽运行系统的改造先例。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于火电中间再热式凝汽机组的无蒸汽运行系统及方法，以解决上述的火电机组调峰问题，同时改造成本较低。
本发明采用以下技术方案：
一种基于火电中间再热式凝汽机组的无蒸汽运行系统，包括锅炉，锅炉依次经高压缸、中压缸与低压缸连接，低压缸的出口分别凝汽器和发电机连接，高压缸、中压缸和低压缸分别经冷却旁路与冷却器连接，冷却器经增压泵增压后分别连接回高压缸、中压缸和低压缸用于冷却。
具体的，高压缸设置有高压缸第一入口、高压缸第二入口、高压缸第一出口和高压缸第二出口；高压缸第一入口用于正常工况下连接锅炉的主汽管道，并在无蒸汽运行时关闭，高压缸第一入口处设置有高压缸主汽阀；高压缸第二入口通过旁路冷却管道经增压泵与冷却器的出口连接，用于通入从冷却器来的冷却气体并调节冷却气体流量，高压缸第二入口处设置有高压冷却调节阀；高压缸第一出口为正常工况下的高压缸出汽口，经高压逆止阀连接锅炉，用于将高压缸的出汽再热，在无蒸汽运行时关闭；高压缸第二出口是冷却气体出气口，经冷却旁路与冷却器的进口连接，高压缸第二出口处设置有高压冷却阀。
具体的，中压缸设置有中压缸第一入口、中压缸第二入口、中压缸第一出口和中压缸第二出口；中压缸第一入口用于正常工况下连接锅炉的再热蒸汽管道；中压缸第二入口通过旁路冷却管道经增压泵连接冷却器的出口，用于通入从冷却器来的冷却气体并调节冷却气体流量，中压缸第二入口处设置有中压冷却调节阀；中压缸第一出口是正常工况下的中压缸出汽口，通向低压缸，在无蒸汽运行时关闭，中压缸第一出口处设置有中压逆止阀；中压缸第二出口是冷却气体出气口，经冷却旁路与冷却器的进口连接，中压缸第二出口处设置有中压冷却阀。
具体的，低压缸设置有低压缸第一入口、低压缸第二入口、低压缸第一出口和低压缸第二出口；低压缸第一入口用于在正常工况下连通中压缸的中压缸排汽管道；低压缸第二入口通过旁路冷却管道经增压泵连接冷却器的出口，用于通入从冷却器来的冷却气体并调节冷却气体流量，低压缸第二入口处设置有低压冷却调节阀；低压缸第一出口是正常工况下低压缸出汽口，通向凝汽器，在无蒸汽运行时关闭，低压缸第一出口处设置有低压逆止阀；低压缸第二出口为冷却气体出气口，经冷却旁路与冷却器的进口连接，低压缸第二出口处设置有低压冷却阀。
具体的，冷却旁路使用的工质为氮气或二氧化碳气体。
本发明的另一个技术方案是，基于火电中间再热式凝汽机组的无蒸汽运行系统的工作方法，正常情况下，机组按照额定工况运行，锅炉正常工作，增压泵关停；高压缸的高压缸主汽阀，高压逆止阀，中压逆止阀，低压逆止阀均打开，旁路冷却系统中高压冷却调节阀，高压冷却阀，中压冷却阀，中压冷却调节阀，低压冷却调节阀，低压冷却阀关闭；旁路冷却系统不工作，机组带动发电机对外正常供电；
根据电负荷的变化和电网调峰需要，机组采用无蒸汽运行模式：
锅炉停燃，增压泵启动；高压缸的高压缸主汽阀，高压逆止阀，中压逆止阀，低压逆止阀均关闭；旁路冷却系统中高压冷却阀，中压冷却阀，低压冷却阀均开启；高压冷却调节阀，中压冷却调节阀，低压冷却调节阀根据不同缸体需求，调节开度控制各缸的冷却气体流量；旁路冷却系统对各缸进行冷却，机组由外部电力带动转动，转速可调，消耗电网电能。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明一种基于火电中间再热式凝汽机组的无蒸汽运行系统，用于常规中间再热式凝汽火电机组，改造对机组正常工况下的运行无影响，经过改造后，机组能进入无蒸汽运行模式，消纳电网电量，增加电网惯量，起到削峰填谷的作用，增大电网对可再生能源的消纳力度。并且无蒸汽运行使机组免于停机，有效起到防腐作用，改造简单，成本低改造快。
进一步的，锅炉出口的高参数蒸汽在高压缸中第一次做功，将高参数工质内能高效转化为机械能，随后高压缸排汽进入锅炉中进行再热。
进一步的，锅炉出口的再热蒸汽在中压缸中进行二次做功，将中参数工质内能高效转化为机械能，随后中压缸排汽进入低压缸做功。
进一步的，中压缸出口的排汽在低压缸中进行第三次做功，将低参数工质内能高效转化为机械能，随后低压缸排汽进入凝汽器进行冷凝。
进一步的，在进入无蒸汽运行模式后，各缸由于空转会产生鼓风热量，使汽轮机温度升高，温度过高会导致汽轮机损坏，而设置冷却旁路就可以避免汽轮机温度过高。
综上所述，本发明机组进入无蒸汽运行模式后不对外发电，消纳电网电量，提高电网惯量，起到削峰填谷的作用，增大电网对可再生能源的消纳力度。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明系统的示意图。
其中：1.锅炉；2.高压缸；3.中压缸；4.低压缸；5.凝汽器；6.发电机；7.增压泵；8.冷却器；9.高压缸主汽阀；10.高压逆止阀；11.高压冷却调节阀；12.高压冷却阀；13.中压冷却阀；14.中压冷却调节阀；15.中压逆止阀；16.低压冷却调节阀；17.低压冷却阀；18.低压逆止阀。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
本发明提供了一种基于火电中间再热式凝汽机组的无蒸汽运行系统，能让机组进入无蒸汽运行模式，不对外发电，消纳电网电量，增加电网惯量，起到削峰填谷的作用，增大电网对可再生能源的消纳力度。并且无蒸汽运行使机组免于停机，有效起到防腐作用。
请参阅图1，本发明一种基于火电中间再热式凝汽机组的无蒸汽运行系统，包括：锅炉1、高压缸2、中压缸3、低压缸4、凝汽器5、发电机6、增压泵7、冷却器8、高压缸主汽阀9、高压逆止阀10、高压冷却调节阀11、高压冷却阀12、中压冷却阀13、中压冷却调节阀14、中压逆止阀15、低压冷却调节阀16、低压冷却阀17和低压逆止阀18。
锅炉1依次经高压缸2、中压缸3和低压缸4后与发电机6连接，高压缸2、中压缸3和低压缸4产生的冷却气体分别经冷却旁路与冷却器8连接进行冷却，然后再进入增压泵7增压后分别通入高压缸2、中压缸3和低压缸4进行冷却。
高压缸2设置有高压缸第一入口、高压缸第二入口、高压缸第一出口和高压缸第二出口。
高压缸第一入口处设置有高压缸主汽阀9，用于正常工况下连接锅炉1的主汽管道，在无蒸汽运行时关闭。
高压缸第二入口处设置有高压冷却调节阀11，通过旁路冷却管道经增压泵7连接冷却器8的出口，通入从冷却器8来的冷却气体并调节冷却气体流量。
高压缸第一出口处设置有高压逆止阀10，是正常工况下的高压缸出汽口，通向锅炉1进口，用于将高压缸2的出汽再热，在无蒸汽运行时关闭。
高压缸第二出口处设置有高压冷却阀12，是冷却气体出气口，经冷却旁路与冷却器8的进口连接。
中压缸3设置有中压缸第一入口、中压缸第二入口、中压缸第一出口和中压缸第二出口；
中压缸第一入口用于正常工况下连接锅炉1的再热蒸汽管道。
中压缸第二入口处设置有中压冷却调节阀14，通过旁路冷却管道经增压泵7连接冷却器8的出口，通入从冷却器8来的冷却气体并调节冷却气体流量。
中压缸第一出口处设置有中压逆止阀15，是正常工况下的中压缸出汽口，通向低压缸4进口，在无蒸汽运行时关闭。
中压缸第二出口处设置有中压冷却阀13，是冷却气体出气口，经冷却旁路与冷却器8的进口连接。
低压缸4设置有低压缸第一入口、低压缸第二入口、低压缸第一出口和低压缸第二出口；
低压缸第一入口用于在正常工况下连通中压缸3的中压缸排汽管道。
低压缸第二入口处设置有低压冷却调节阀16，通过旁路冷却管道经增压泵7连接冷却器8的出口，通入从冷却器8来的冷却气体并调节冷却气体流量。
低压缸第一出口处设置有低压逆止阀18，是正常工况下低压缸出汽口，通向凝汽器5，在无蒸汽运行时关闭。
低压缸第二出口为冷却气体出气口，出口处设置有低压冷却阀17，经冷却旁路与冷却器8的进口连接。
正常工况下，冷却旁路各阀关闭，机组正常运行，带动发电机发电；进入无蒸汽运行状况下后，锅炉停燃，高压缸主汽阀、高压逆止阀、中压逆止阀、低压逆止阀均关闭，消耗电网电力以带动机组运转，冷却旁路向各缸通入冷却气体，带走各缸叶轮空转产生的热量，保证机组安全。
冷却旁路中经过冷却器8的冷却气体，在经冷却器8冷却后，进入增压泵7增压后分别通入高压缸2、中压缸3和低压缸4进行冷却。
为保证机组在正常工作情况下的效率，冷却旁路中的各关断阀，调节阀需严格密封，防止高参数蒸汽进入旁路冷却管道，造成浪费，并有可能损伤冷却旁路。
为提高机组经济性并且有效冷却缸体，冷却旁路中使用的工质为氮气或二氧化碳气体，实现汽轮机完全无蒸汽运行，这两种冷却气体成本低容易获得，如有泄露不会污染环境，并且不会与系统中各部件产生化学反应，保证了机组寿命。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。
正常情况下，机组按照额定工况运行，锅炉1正常工作，增压泵7关停；
高压缸主汽阀9，高压逆止阀10，中压逆止阀15，低压逆止阀18均打开，旁路冷却系统中高压冷却调节阀11，高压冷却阀12，中压冷却阀13，中压冷却调节阀14，低压冷却调节阀16，低压冷却阀17关闭；
旁路冷却系统不工作，机组带动发电机对外正常供电。
根据电负荷的变化和电网调峰需要，机组采用无蒸汽运行模式：
锅炉1停燃，增压泵7启动；
高压缸主汽阀9，高压逆止阀10，中压逆止阀15，低压逆止阀18均关闭；旁路冷却系统中高压冷却阀12，中压冷却阀13，低压冷却阀17均开启；高压冷却调节阀11，中压冷却调节阀14，低压冷却调节阀16根据不同缸体需求，调节开度控制各缸的冷却气体流量；
旁路冷却系统对各缸进行冷却，机组由外部电力带动转动，转速可调，消耗电网电能。
在无蒸汽运行模式下，机组不对外发电，消耗电网电量，增大电网惯量，提高电网安全性，起到削峰填谷，消纳可再生能源的作用，并且还能起到机组防腐作用。这种运行模式具有改造成本低，运行成本低，建设周期短，操作灵活的优势。
例如：对于一台600MW机组来说，进入无蒸汽运行状态后，对电网输出电能就减少了600MW，并且进入该状态后机组会消耗可观电量，此消彼长，能有效削峰填谷，增大电网惯量，提高电网安全性，可再生能源消纳能力提升。
本发明一种基于火电中间再热式凝汽机组的无蒸汽运行系统，通过增加冷却旁路和增设各控制阀门的简单改造，让机组能够进入无蒸汽运行状态，使机组不对外发电，消耗电网电量，增大电网惯量，提高电网安全性，起到削峰填谷，消纳可再生能源的作用，并且还能起到机组防腐作用。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于火电中间再热式凝汽机组的无蒸汽运行系统，其特征在于，包括锅炉(1)，锅炉(1)依次经高压缸(2)、中压缸(3)与低压缸(4)连接，低压缸(4)的出口分别与凝汽器(5)和发电机(6)连接，高压缸(2)、中压缸(3)和低压缸(4)分别经冷却旁路与冷却器(8)连接，冷却器(8)经增压泵(7)增压后分别连接回高压缸(2)、中压缸(3)和低压缸(4)用于冷却。
2.根据权利要求1所述的基于火电中间再热式凝汽机组的无蒸汽运行系统，其特征在于，高压缸(2)设置有高压缸第一入口、高压缸第二入口、高压缸第一出口和高压缸第二出口；高压缸第一入口用于正常工况下连接锅炉(1)的主汽管道，并在无蒸汽运行时关闭，高压缸第一入口处设置有高压缸主汽阀(9)；高压缸第二入口通过旁路冷却管道经增压泵(7)与冷却器(8)的出口连接，用于通入从冷却器(8)来的冷却气体并调节冷却气体流量，高压缸第二入口处设置有高压冷却调节阀(11)；高压缸第一出口为正常工况下的高压缸出汽口，经高压逆止阀(10)连接锅炉(1)，用于将高压缸(2)的出汽再热，在无蒸汽运行时关闭；高压缸第二出口是冷却气体出气口，经冷却旁路与冷却器(8)的进口连接，高压缸第二出口处设置有高压冷却阀(12)。
3.根据权利要求1所述的基于火电中间再热式凝汽机组的无蒸汽运行系统，其特征在于，中压缸(3)设置有中压缸第一入口、中压缸第二入口、中压缸第一出口和中压缸第二出口；中压缸第一入口用于正常工况下连接锅炉(1)的再热蒸汽管道；中压缸第二入口通过旁路冷却管道经增压泵(7)连接冷却器(8)的出口，用于通入从冷却器(8)来的冷却气体并调节冷却气体流量，中压缸第二入口处设置有中压冷却调节阀(14)；中压缸第一出口是正常工况下的中压缸出汽口，通向低压缸(4)，在无蒸汽运行时关闭，中压缸第一出口处设置有中压逆止阀(15)；中压缸第二出口是冷却气体出气口，经冷却旁路与冷却器(8)的进口连接，中压缸第二出口处设置有中压冷却阀(13)。
4.根据权利要求1所述的基于火电中间再热式凝汽机组的无蒸汽运行系统，其特征在于，低压缸(4)设置有低压缸第一入口、低压缸第二入口、低压缸第一出口和低压缸第二出口；低压缸第一入口用于在正常工况下连通中压缸(3)的中压缸排汽管道；低压缸第二入口通过旁路冷却管道经增压泵(7)连接冷却器(8)的出口，用于通入从冷却器(8)来的冷却气体并调节冷却气体流量，低压缸第二入口处设置有低压冷却调节阀(16)；低压缸第一出口是正常工况下低压缸出汽口，通向凝汽器(5)，在无蒸汽运行时关闭，低压缸第一出口处设置有低压逆止阀(18)；低压缸第二出口为冷却气体出气口，经冷却旁路与冷却器(8)的进口连接，低压缸第二出口处设置有低压冷却阀(17)。
5.根据权利要求1所述的基于火电中间再热式凝汽机组的无蒸汽运行系统，其特征在于，冷却旁路使用的工质为氮气或二氧化碳气体。
6.根据权利要求1所述的基于火电中间再热式凝汽机组的无蒸汽运行系统的工作方法，其特征在于，
正常情况下，机组按照额定工况运行，锅炉正常工作，增压泵关停；高压缸的高压缸主汽阀，高压逆止阀，中压逆止阀，低压逆止阀均打开，旁路冷却系统中高压冷却调节阀，高压冷却阀，中压冷却阀，中压冷却调节阀，低压冷却调节阀，低压冷却阀关闭；旁路冷却系统不工作，机组带动发电机对外正常供电；
根据电负荷的变化和电网调峰需要，机组采用无蒸汽运行模式：
锅炉停燃，增压泵启动；高压缸的高压缸主汽阀，高压逆止阀，中压逆止阀，低压逆止阀均关闭；旁路冷却系统中高压冷却阀，中压冷却阀，低压冷却阀均开启；高压冷却调节阀，中压冷却调节阀，低压冷却调节阀根据不同缸体需求，调节开度控制各缸的冷却气体流量；旁路冷却系统对各缸进行冷却，机组由外部电力带动转动，转速可调，消耗电网电能。
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