CN112344317A - 一种带蓄热系统的凝结水调频装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及凝结水调频技术领域，尤其是指一种带蓄热系统的凝结水调频装置，包括凝结水系统，所述凝结水系统包括机组除氧器、机组凝汽器、凝结水汽封加热器和汽机主控制器，所述凝结水系统中设有蓄热罐，蓄热罐上设有蓄热控制系统，蓄热控制系统与汽机主控制器协同控制；所述蓄热罐包括罐体，所述罐体内从上至下分为热水层和冷水层，所述热水层和冷水层之间设有过渡层，所述热水层上方设有蓄热器，所述热水层与机组除氧器入口凝结水管路相连，所述冷水层分别与机组凝汽器和凝结水汽封加热器出口相连。本发明降低了机组最小技术出力，提升了机组爬坡速率，优化了控制系统，实现了凝结水蓄热罐调频和机炉协调控制的联合控制模式。
Description
技术领域
本发明涉及凝结水调频技术领域，尤其是指一种带蓄热系统的凝结水调频装置。
背景技术
长期以来,我国政府高度重视并致力于推动能源转型变革，可再生能源发展取得了举世瞩目的成就。截至2015年底，我国水电、风电和太阳能发电装机规模分别达到3.2亿千瓦、1.31亿千瓦、4200万千瓦，均居世界第一位，可再生能源总发电量也位居世界第一。
持续快速发展的同时，近年来我国部分地区的弃风弃光问题也日益凸显。国家能源局发布的2015年风电产业发展情况显示风电弃风限电形势加剧：全年弃风电量339亿千瓦时，同比增加213亿千瓦时，平均弃风率15％。目前，火力发电还是我国主要的供电供热方式，由于燃煤热电比例高，冬季供暖期调峰困难，不仅弃风问题严重，部分地区弃光、弃水问题也开始出现。为了保证民生供热需求，热电联产还将持续增加，加上调峰电源建设条件较差，可再生能源消纳形势更为严峻。随着电力市场化进程的推进，以及新的电力供需环境变化，火电机组计划电量逐步减少，市场电量竞争激烈，火电利用小时数将长期保持在较低水平。为了更多消纳清洁能源电力，解决弃风、弃光、弃水问题，电网迫切要求火电承担调峰任务，火电机组必须提高运行灵活性，以适应电网调度要求。对火电机组进行灵活性改造，特别是热电联产机组的灵活性改造，对提升我国各地区新能源消纳能力有重要意义。为加快能源技术创新，挖掘燃煤机组调峰潜力，提升火电运行灵活性，全面提高电力系统调峰和新能源消纳能力，2016年7月4日，国家能源局综合司发布《关于下达火电灵活性改造试点项目的通知》，选取了可再生能源消纳问题较为突出地区的16 个典型项目进行试点。本次示范试点项目的选取原则主要考虑：一是兼顾中央和地方发电企业积累改造经验的需要；二是重点针对可再生能源消纳问题和用电用热矛盾较为突出的地区；三是优先选择大城市周边、热负荷充足地区，充分发挥热电解耦效果；四是兼顾电力系统调节能力提升工程对纯凝机组改造的要求。提升火电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，最小出力达到30％-35％额定容量。通过加强国内外技术交流和合作，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％。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种带蓄热系统的凝结水调频装置，降低了机组最小技术出力，提升了机组爬坡速率，优化了控制系统，实现了凝结水蓄热罐调频和机炉协调控制的联合控制模式。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种带蓄热系统的凝结水调频装置，包括凝结水系统，所述凝结水系统包括机组除氧器、机组凝汽器、凝结水汽封加热器和汽机主控制器，所述凝结水系统中设有蓄热罐，蓄热罐上设有蓄热控制系统，蓄热控制系统与汽机主控制器协同控制；所述蓄热罐包括罐体，所述罐体内从上至下分为热水层和冷水层，所述热水层和冷水层之间设有过渡层，所述热水层上方设有蓄热器，所述热水层与机组除氧器入口凝结水管路相连，所述冷水层分别与机组凝汽器和凝结水汽封加热器出口相连；所述热水层设置有变频控制的升压水泵。
优选地，所述蓄热罐的有效容积为4200m3。
优选地，所述升压水泵包括一台运行升压水泵和一台备用升压水泵。
一种带蓄热系统的凝结水调频装置的控制方法，如下：
S1，当机组需要增加负荷时，蓄热系统放热运行，启动凝结水升压泵并调节其频率出力，蓄热装置内的高温凝结水通过凝结水升压泵升压，经过放热电动调节门FT1，凝结水进除氧器前入口门NZ1，进入除氧器；同时，低温凝结水从汽封加热器出口引出，经过电动门LZ1，蓄热装置冷水入口电动门，进入蓄热罐冷水侧，通过控制进、出蓄热罐的冷、热侧凝结水流量，使凝汽器内的水位保持不变；
S2，当机组需要降低负荷时，蓄热系统蓄热运行，凝结水升压泵不运行，调节机组原有凝结水泵频率使凝结水出力增加，调节凝结水进除氧器前入口门 NZ1，使部分高温凝结水通过放热旁路电动门CZ1，蓄热装置热水入口电动调节门CT1，流向蓄热装置上部热水区。同时装置中的冷水通过蓄热装置冷水出口电动门LZ2、蓄热系统凝汽器前电动门LT1回到凝汽器中。
优选地，所述S1中为便于两台机组分别控制，在每台机组的分支管道上设置调节阀组，布置在主厂房靠近除氧器区域。
根据权利要求4所述的一种带蓄热系统的凝结水调频装置的控制方法，其特征在于：凝结水蓄热系统具备对汽轮机出力的快速调节能力，响应时间＜60s，最大调节速率可达9.5MW/min。
本发明的有益效果：
在实际使用情景中，在工作时，依靠凝结水途径的#5、#6、#7、#8加热器的自平衡能力，当凝结水量减少时，水温上升，加热蒸汽(来自汽轮机抽汽) 的饱和温度压力也上升，使得抽汽压差减少从而抽汽量下降，减少的抽汽量流经汽轮机使输出电动率增加；反之，输出的电功率减少。由于涉及除氧器水位、凝汽器水位等重要的安全参数，常规的凝结水调频的幅度受到一定制约。而在凝结水系统中增加蓄热装置后，可以使凝结水调频时，除氧器水位及凝汽器水位不发生变化，保证机组的安全稳定运行，在实现机组负荷快速响应的同时，还可以承担机组的部分调峰作用。
本发明降低了机组最小技术出力，机组不投油最低稳燃负荷达到112MW (35％额定容量)；提升了机组爬坡速率，负荷响应速率达到9MW/min(第一分钟)和35MW/5min；优化了控制系统，实现凝结水蓄热罐调频和机炉协调控制的联合控制模式。
附图说明
图1为本发明的凝结水蓄放热系统图；
图2为本发明的蓄热罐结构示意图。
附图标记：
1-罐体；2-热水层；21-升压水泵；3-冷水层；4-过渡层；5-蓄热器。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
如图1-2所示，一种带蓄热系统的凝结水调频装置，包括凝结水系统，所述凝结水系统包括机组除氧器、机组凝汽器、凝结水汽封加热器和汽机主控制器，所述凝结水系统中设有蓄热罐，蓄热罐上设有蓄热控制系统，蓄热控制系统与汽机主控制器协同控制；所述蓄热罐包括罐体1，所述罐体1内从上至下分为热水层2和冷水层3，所述热水层2和冷水层3之间设有过渡层4，所述热水层2上方设有蓄热器5，所述热水层2与机组除氧器入口凝结水管路相连，所述冷水层3分别与机组凝汽器和凝结水汽封加热器出口相连；所述热水层2 设置有变频控制的升压水泵21。
本实施例中，调节凝结水量来提供机组负荷响应速率称为凝结水调频。原理是依靠凝结水途径的#5、#6、#7、#8加热器的自平衡能力，当凝结水量减少时，水温上升，加热蒸汽(来自汽轮机抽汽)的饱和温度压力也上升，使得抽汽压差减少从而抽汽量下降，减少的抽汽量流经汽轮机使输出电动率增加；反之，输出的电功率减少。由于涉及除氧器水位、凝汽器水位等重要的安全参数，常规的凝结水调频的幅度受到一定制约。而在凝结水系统中增加蓄热装置后，可以使凝结水调频时，除氧器水位及凝汽器水位不发生变化，保证机组的安全稳定运行，在实现机组负荷快速响应的同时，还可以承担机组的部分调峰作用。
所述蓄热罐的有效容积为4200m3；本实施例中，根据机组计算得出蓄热罐的最优容积，通过蓄热罐的蓄放热，改变凝结水流量，实现快速调节负荷，从而提升火电机组爬坡速率。
所述升压水泵21包括一台运行升压水泵和一台备用升压水泵；本实施例中，根据原凝结水泵的容量，参照机组各个负荷工况凝结水流量，蓄热罐系统的凝结水量最大按600t/h考虑，兼顾蓄热系统的变负荷运行特性，为便于运行调节，凝结水升压泵按2台100％容量考虑，1台运行1台备用。凝结水升压泵采用变频调节，每台凝结水升压泵配置一套变频装置。凝结水升压泵设有再循环系统，通过蓄热罐热水侧的进水管道返回至蓄热罐中。根据负荷调节要求，蓄热罐凝结水升压泵可维持热备用状态，低负荷再循环运行，以便于适应快速调节负荷的要求。
控制方法如下：
S1，当机组需要增加负荷时，蓄热系统放热运行，启动凝结水升压泵并调节其频率出力，蓄热装置内的高温凝结水通过凝结水升压泵升压，经过放热电动调节门FT1，凝结水进除氧器前入口门NZ1，进入除氧器；同时，低温凝结水从汽封加热器出口引出，经过电动门LZ1，蓄热装置冷水入口电动门，进入蓄热罐冷水侧，通过控制进、出蓄热罐的冷、热侧凝结水流量，使凝汽器内的水位保持不变；
S2，当机组需要降低负荷时，蓄热系统蓄热运行，凝结水升压泵不运行，调节机组原有凝结水泵频率使凝结水出力增加，调节凝结水进除氧器前入口门 NZ1，使部分高温凝结水通过放热旁路电动门CZ1，蓄热装置热水入口电动调节门CT1，流向蓄热装置上部热水区。同时装置中的冷水通过蓄热装置冷水出口电动门LZ2、蓄热系统凝汽器前电动门LT1回到凝汽器中。
S1中为便于两台机组分别控制，在每台机组的分支管道上设置调节阀组，布置在主厂房靠近除氧器区域。
凝结水蓄热系统具备对汽轮机出力的快速调节能力，响应时间＜60s，最大调节速率可达9.5MW/min(3％Pe)。
本实施例中，机组灵活性改造前，机组调整负荷主要靠机炉协调控制系统，汽机主控制器控制蒸汽调门快速响应负荷指令，锅炉主控制器维护主汽压力稳定，调整燃烧工况补充锅炉蓄能，属于一条腿走路。实施增加凝结水蓄热装置及控制系统优化这一系列灵活性改造后，凝结水蓄热装置系统与汽机主控制器协同控制快速响应负荷指令，而协调系统控制蒸汽调门和维护主汽压力稳定，调整燃烧工况更加快速补充锅炉蓄能，属于两条腿走路，先进性显而易见。
最后需要说明，上述描述仅为本发明的优选实施例，本领域的技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种带蓄热系统的凝结水调频装置，包括凝结水系统，所述凝结水系统包括机组除氧器、机组凝汽器、凝结水汽封加热器和汽机主控制器，其特征在于：所述凝结水系统中设有蓄热罐，蓄热罐上设有蓄热控制系统，蓄热控制系统与汽机主控制器协同控制；所述蓄热罐包括罐体(1)，所述罐体(1)内从上至下分为热水层(2)和冷水层(3)，所述热水层(2)和冷水层(3)之间设有过渡层(4)，所述热水层(2)上方设有蓄热器(5)，所述热水层(2)与机组除氧器入口凝结水管路相连，所述冷水层(3)分别与机组凝汽器和凝结水汽封加热器出口相连；所述热水层(2)设置有变频控制的升压水泵(21)。
2.根据权利要求1所述的一种带蓄热系统的凝结水调频装置，其特征在于：所述蓄热罐的有效容积为4200m3。
3.根据权利要求1所述的一种带蓄热系统的凝结水调频装置，其特征在于：所述升压水泵(21)包括一台运行升压水泵和一台备用升压水泵。
4.根据权利要求1-3所述的一种带蓄热系统的凝结水调频装置的控制方法，其特征在于：控制方法如下：
S1，当机组需要增加负荷时，蓄热系统放热运行，启动凝结水升压泵并调节其频率出力，蓄热装置内的高温凝结水通过凝结水升压泵升压，经过放热电动调节门FT1，凝结水进除氧器前入口门NZ1，进入除氧器；同时，低温凝结水从汽封加热器出口引出，经过电动门LZ1，蓄热装置冷水入口电动门，进入蓄热罐冷水侧，通过控制进、出蓄热罐的冷、热侧凝结水流量，使凝汽器内的水位保持不变；
S2，当机组需要降低负荷时，蓄热系统蓄热运行，凝结水升压泵不运行，调节机组原有凝结水泵频率使凝结水出力增加，调节凝结水进除氧器前入口门NZ1，使部分高温凝结水通过放热旁路电动门CZ1，蓄热装置热水入口电动调节门CT1，流向蓄热装置上部热水区。同时装置中的冷水通过蓄热装置冷水出口电动门LZ2、蓄热系统凝汽器前电动门LT1回到凝汽器中。
5.根据权利要求4所述的一种带蓄热系统的凝结水调频装置的控制方法，其特征在于：所述S1中为便于两台机组分别控制，在每台机组的分支管道上设置调节阀组，布置在主厂房靠近除氧器区域。
6.根据权利要求4所述的一种带蓄热系统的凝结水调频装置的控制方法，其特征在于：凝结水蓄热系统具备对汽轮机出力的快速调节能力，响应时间＜60s，最大调节速率可达9.5MW/min。
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