CN112963819A - 一种深度调峰双炉膛电站煤粉锅炉的汽水系统布置结构 - Google Patents

一种深度调峰双炉膛电站煤粉锅炉的汽水系统布置结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种深度调峰双炉膛电站煤粉锅炉的汽水系统布置结构，包括与炉膛结构耦合的第一炉膛水冷壁(1)和第二炉膛水冷壁(2)，第一炉膛水冷壁(1)和第二炉膛水冷壁(2)的进口集箱上游的省煤器(4)采用合并式布置，第一炉膛水冷壁(1)和第二炉膛水冷壁(2)的出口集箱下游的过热器(5)采用合并式布置。本发明针对汽水流程中的不同系统，采用分体并联式布置与合并式结构相结合的方式，同时设置隔离阀门保证各系统既独立又联通，其运行方式灵活，低负荷区间水动力特性稳定，是与双炉膛锅炉设计理念贴合紧密的汽水系统布置方式，能够更好地发挥出双炉膛锅炉深度调峰的能力。

Description

一种深度调峰双炉膛电站煤粉锅炉的汽水系统布置结构
技术领域
本发明属于燃煤电厂机组深度调峰技术领域，具体涉及一种深度调峰双炉膛电站煤粉锅炉的汽水系统布置结构。
背景技术
随着风电、光伏等新能源装机规模的大幅上升，为提高新能源的消纳能力，同时为保障电网运行的安全性、可靠性和稳定性，所有燃煤机组均需要具备更高的宽负荷调节能力，最低需达到20％～30％负荷稳定运行。
受电厂煤质、设备情况等影响，目前我国火电机组调峰能力在纯凝工况下普遍只有50％额定容量，无法满足装机规模持续增长的新能源的消纳。而锅炉低负荷稳燃能力是限制机组进一步提升调峰能力的关键因素之一，提高锅炉在低负荷状态下乃至超低负荷下的稳燃能力，使火电机组能够在更低的负荷下安全稳定运行而不致引起熄火事故，从而实现深度调峰，是当前亟待解决的问题同时也是当前的研究难点。而当前所有发电锅炉均按带基本负荷设计，即便考虑了一定的调峰需求和各种设计优化，除部分燃用优质烟煤的锅炉外，其它仍很难达到最低出力为20％～30％额定负荷的深度调峰目标。
发明内容
本发明的目的在于针对当前电力行业对燃煤火电机组深度调峰能力的需求，提出了一种适合双炉膛锅炉结构特点的汽水系统布置方式，水冷壁可根据双炉膛各自的实际投运状态上水，保证了汽水系统与各炉膛燃烧热负荷、燃烧强度的一致性，并能通过对水冷壁隔离阀门的操作实现灵活切换至单炉膛运行工况(水冷壁系统同步投、停)，能够维持锅炉最低出力为20％～30％额定负荷，在工质侧实现双炉膛锅炉的深度调峰功能。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种深度调峰双炉膛电站煤粉锅炉的汽水系统布置结构，包括与炉膛结构耦合的第一炉膛水冷壁和第二炉膛水冷壁，第一炉膛水冷壁和第二炉膛水冷壁的进口集箱上游的省煤器采用合并式布置，第一炉膛水冷壁和第二炉膛水冷壁的出口集箱下游的过热器采用合并式布置。
本发明进一步的改进在于，省煤器的出口集箱下游联络管上设置有分流器，以实现水工质在两个炉膛水冷壁间的分配。
本发明进一步的改进在于，过热器的上游设置有汇流器，以实现蒸汽的汇集并进一步进入过热器。
本发明进一步的改进在于，两个炉膛水冷壁，其各自的进口集箱均通过连接管与分流器相连，出口集箱均通过连接管与汇流器相连。
本发明进一步的改进在于，锅炉给水经省煤器加热至近饱和状态后，再经过分流器分流，水工质分别流向两个炉膛的水冷壁进口集箱，吸收各自炉膛的燃烧放热后变为蒸汽，再经汇流器汇集合并后进入过热器。
本发明进一步的改进在于，两个炉膛各自的炉膛水冷壁进口集箱前的连接管上设置有炉膛水冷壁进口集箱隔离阀门，水冷壁出口集箱后的连接管上设置有炉膛水冷壁出口集箱隔离阀门。
本发明进一步的改进在于，两个炉膛的炉膛水冷壁上水系统均能够独立运转，在双炉膛运行工况下，两个炉膛水冷壁进口集箱前的炉膛水冷壁进口集箱隔离阀门、出口集箱后的炉膛水冷壁出口集箱隔离阀门均为全开状态。
本发明进一步的改进在于，两个炉膛的炉膛水冷壁上水系统均能够独立运转，在单炉膛运行工况下，投运炉膛水冷壁进口集箱前的炉膛水冷壁进口集箱隔离阀门、出口集箱后的炉膛水冷壁出口集箱隔离阀门为全开启状态，停运炉膛水冷壁进口集箱前的炉膛水冷壁进口集箱隔离阀门、出口集箱后的炉膛水冷壁出口集箱隔离阀门为关闭状态。
本发明至少具有如下有益的技术效果：
本发明提供的一种深度调峰双炉膛电站煤粉锅炉的汽水系统布置结构，是根据双炉膛锅炉的自身结构特点，充分考虑不同运行场景下锅炉水动力工况的差异性，同时本着尽量简化汽水系统，从利于蒸汽参数调节的角度出发，对水冷壁-蒸发受热面采用并联式布置方式，两套蒸发系统分别布置在两个炉膛中，而水冷壁前、后的其他受热面(省煤器、过热器)仍采用合并型式。
与现有电站锅炉汽水系统布置形式相比，本发明从深度调峰双炉膛锅炉的实际特点出发，提出了与双炉膛深度调峰设计理念相一致的双炉膛并联式水冷壁布置方式。该布置方式充分考虑了双炉膛锅炉水动力工况的特点、汽水系统的简化、蒸汽参数调节的便利性等，能够确保双炉膛运行模式和单炉膛运行模式切换时锅炉水动力特性的稳定。水冷壁-蒸发受热面采用并联式布置方式，分别布置在两个炉膛中，相当于配置了两套相对独立的蒸发系统，可以实现同步跟随炉膛燃烧工况。省煤器出口集箱下游联络管上设置有分流器，以实现水工质在两个炉膛水冷壁间的分配，一套省煤器对接两套水冷壁蒸发系统，简化了省煤器的配置，也便于尾部烟道受热面的布置，节省烟道空间。低温过热器上游设置有汇流器，以实现蒸汽的汇集并进一步进入过热器，并使得过热器能够合并，一套过热器对接两套水冷壁蒸发系统。两个炉膛中的水冷壁，其各自的进口集箱均通过连接管与分流器相连，出口集箱均通过连接管与汇流器相连。两个炉膛各自的水冷壁进口集箱前的连接管上设置有隔离阀门，水冷壁出口集箱后的连接管上也设置有隔离阀门，这样能够实现两套水冷壁系统的流量独立可调，随着各炉膛内燃烧热负荷的变化，其对应水冷壁的流量同比变化，保证足够的工质通过并冷却炉膛。锅炉给水经省煤器加热至近饱和状态后，再经过分流器分流，水工质分别流向两个炉膛的水冷壁进口集箱，吸收各自炉膛的燃烧放热后变为蒸汽，再经汇流器汇集合并后进入过热器，整个汽水流程中仅蒸发段一分为二，加热段、过热段均保持合并式结构，大大简化了汽水系统。为实现双炉膛、单炉膛运行模式对应水动力工况的灵活切换，两个炉膛的水冷壁上水系统均可独立运转，在双炉膛运行工况下，两个炉膛水冷壁进口集箱前的隔离阀门、出口集箱后的隔离阀门均为全开状态；在单炉膛运行工况下，投运炉膛水冷壁进口集箱前的隔离阀门、出口集箱后的隔离阀门为全开启状态，停运炉膛水冷壁进口集箱前的隔离阀门、出口集箱后的隔离阀门为关闭状态。当机组需要降至50％额定负荷以下时，为保证燃烧的稳定性、集中燃烧负荷于一侧炉膛，将另一炉膛停运，此时锅炉水动力工况必须与之对应，通过水冷壁进、出口的隔离阀门，可以实现单炉膛水动力稳定，同时停运炉膛内的水工质被隔离阀门所封闭，能够实现保温保压，以备电网负荷需求指令发来时可随时投入运行。总体来说，本发明所提出的汽水系统布置方式，是一种深度调峰双炉膛电站煤粉锅炉的汽水系统布置结构，其运行方式灵活、调节响应快，低负荷区间水动力特性好、高负荷区间响应速度快，在当前火电机组深度调峰的大形势下，调峰性能突出，未来发展前景广阔。
附图说明
图1为本发明一种深度调峰双炉膛电站煤粉锅炉的汽水系统布置结构的示意图。
附图标记说明：
1-1为第一炉膛水冷壁，1-2为第二炉膛水冷壁，2-1为第一炉膛水冷壁进口集箱隔离阀门，2-2为第二炉膛水冷壁进口集箱隔离阀门，3-1为第一炉膛水冷壁出口集箱隔离阀门，3-2为第二炉膛水冷壁出口集箱隔离阀门，4为省煤器，5为过热器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步地详细说明。
参见图1，本发明提供的一种深度调峰双炉膛电站煤粉锅炉的汽水系统布置结构，其具体布置形式为：双炉膛中的第一炉膛水冷壁1和第二炉膛水冷壁2分别独立布置，与炉膛结构耦合；第一炉膛水冷壁1和第二炉膛水冷壁2的进口集箱上游的省煤器4采用合并式布置，两套水冷壁蒸发系统共用一套省煤器；第一炉膛水冷壁1和第二炉膛水冷壁2的出口集箱下游的过热器5采用合并式布置，两套水冷壁蒸发系统共用一套过热器。
当锅炉处于50％以上负荷时，双炉膛均投入燃烧，对应的第一炉膛水冷壁1、第二炉膛水冷壁2同步上水，第一炉膛水冷壁进口集箱隔离阀门、第二炉膛水冷壁进口集箱隔离阀门2-2均为全开状态，第一炉膛水冷壁出口集箱隔离阀门3-1、第二炉膛水冷壁出口集箱隔离阀门3-2也均为全开状态，此时两个炉膛水冷壁的给水流量进行同步调整，配合每个炉膛燃烧强度的调整，可使得整个锅炉产汽量翻倍，与单炉膛锅炉相比，能够实现更为快速的负荷响应。当锅炉处于50％以下负荷运行时，锅炉可采用单炉膛运行方式，关闭某一炉膛水冷壁进口集箱隔离阀门、出口集箱隔离阀门，停运一套水冷壁蒸发系统，此时隔离阀门将水冷壁内的水工质封存，客观上实现了保温保压，同步做好炉膛隔离措施可有效减少热耗散，将停运水冷壁保持在热备用状态一段时间。由于此时锅炉产汽量仅由投运炉膛水冷壁蒸发系统的蒸发量所决定，所以该套水冷壁的上水量仍处于较高水平，水冷壁管内的工质质量流速也较高，从而能够保证锅炉水动力特性的稳定。锅炉在单炉膛运行工况仍可将产汽量减至对应单套水冷壁蒸发系统额定流量的50％以下，即整个锅炉的出力可降至25％额定出力以下，使其形成配套的深度调峰能力。
该锅炉在高、低负荷不同工况条件下，均能够使投运炉膛水冷壁系统保持相当高的管内工质质量流速。高负荷时，锅炉的两个炉膛的水冷壁系统均对应较高的工质质量流速，水动力特性良好。同时在双炉膛水冷壁系统都投运的条件下，由于每套水冷壁系统相对独立，可进行独立地调整产汽量，因此该状态下就整个锅炉而言，其负荷响应速率更快更迅速。50％以下低负荷运行时，锅炉采用单炉膛运行模式，停运一套水冷壁系统，关闭其对应的进、出口集箱隔离阀门，此时隔离阀门将水冷壁内的工质封存，客观上实现了保温保压，同步做好炉膛隔离措施可有效减少热耗散，将停运水冷壁保持在热备用状态一段时间。采取相应的保温保压措施以作热备用，此时投运炉膛水冷壁系统的产汽量为对应锅炉出力的50％，由于此时锅炉产汽量仅由投运炉膛水冷壁蒸发系统的蒸发量所决定，所以该套水冷壁的上水量仍处于较高水平，水冷壁管内的工质质量流速也较高，从而能够保证锅炉水动力特性的稳定。锅炉在单炉膛运行工况仍可减负荷至对应炉膛水冷壁产汽量的50％以下，即整个锅炉的出力可降至25％额定出力以下，相对于常规单炉膛锅炉的运行最低给水流量约35％～40％BMCR，本发明可将锅炉出力进一步降低至约20％BMCR，其深度调峰能力更加突出。
本发明充分考虑了深度调峰双炉膛锅炉的特点，采用了水冷壁系统并联式布置方式，两个炉膛各自的水冷壁系统分别独立布置，单套水冷壁系统提供整个锅炉50％的产汽量，在单炉膛运行方式下，其最高产汽量为额定负荷下的50％，锅炉最低出力则可降低至20％额定负荷以下。
本发明所提出的双炉膛锅炉汽水系统布置方式，根据炉膛布置的结构特点，将锅炉的水冷壁蒸发系统分为独立的两套水冷壁，进口集箱通过连接管互联并与母管上的分流器联接，出口集箱通过连接管互联并同时与汇流器相连，汇集后与过热器联通。两套水冷壁的进、出口集箱处均设置有隔离阀门，在锅炉负荷需要的情况下，可以通过对隔离阀门的操作实现某一套水冷壁系统的停运，从而实现双炉膛运行方式向单炉膛运行方式的灵活切换。汽水系统中除水冷壁系统外，锅炉省煤器、过热器等系统均为合并式结构，整个锅炉共用一套，将分体式结构仅限制在水冷壁蒸发段，大大简化了系统，也能更好地进行蒸汽参数控制。
综上所述，本发明从深度调峰双炉膛锅炉的实际特点出发，提出了与双炉膛深度调峰设计理念相一致的双炉膛并联式水冷壁布置方式。该布置方式充分考虑了双炉膛锅炉水动力工况的特点、汽水系统的简化、蒸汽参数调节的便利性等，能够确保双炉膛运行模式和单炉膛运行模式切换时锅炉水动力特性的稳定。该锅炉在高、低负荷不同工况条件下，均能够使投运炉膛水冷壁系统保持相当高的管内工质质量流速。高负荷时，锅炉的两个炉膛的水冷壁系统均对应较高的工质质量流速，水动力特性良好。同时在双炉膛水冷壁系统都投运的条件下，由于每套水冷壁系统相对独立，可进行独立地调整产汽量，因此该状态下就整个锅炉而言，其负荷响应速率更快更迅速。50％以下低负荷运行时，锅炉采用单炉膛运行模式，停运一套水冷壁系统，关闭其对应的进、出口集箱隔离阀门，此时隔离阀门将水冷壁内的工质封存，客观上实现了保温保压，同步做好炉膛隔离措施可有效减少热耗散，将停运水冷壁保持在热备用状态一段时间。采取相应的保温保压措施以作热备用，此时投运炉膛水冷壁系统的产汽量为对应锅炉出力的50％，由于此时锅炉产汽量仅由投运炉膛水冷壁蒸发系统的蒸发量所决定，所以该套水冷壁的上水量仍处于较高水平，水冷壁管内的工质质量流速也较高，从而能够保证锅炉水动力特性的稳定。锅炉在单炉膛运行工况仍可减负荷至对应炉膛水冷壁产汽量的50％以下，即整个锅炉的出力可降至25％额定出力以下，相对于常规单炉膛锅炉的运行最低给水流量约35％～40％BMCR，本发明可将锅炉出力进一步降低至约20％BMCR，其深度调峰能力更加突出。总体来说，本发明所提出的双炉膛锅炉汽水系统布置方式，针对汽水流程中的不同系统，采用分体并联式布置与合并式结构相结合的方式，同时设置隔离阀门保证各系统既独立又联通，其运行方式灵活，低负荷区间水动力特性稳定，是与双炉膛锅炉设计理念贴合紧密的汽水系统布置方式，能够更好地发挥出双炉膛锅炉深度调峰的能力。

Claims (8)

1.一种深度调峰双炉膛电站煤粉锅炉的汽水系统布置结构，其特征在于，包括与炉膛结构耦合的第一炉膛水冷壁(1)和第二炉膛水冷壁(2)，第一炉膛水冷壁(1)和第二炉膛水冷壁(2)的进口集箱上游的省煤器(4)采用合并式布置，第一炉膛水冷壁(1)和第二炉膛水冷壁(2)的出口集箱下游的过热器(5)采用合并式布置。
2.根据权利要求1所述的一种深度调峰双炉膛电站煤粉锅炉的汽水系统布置结构，其特征在于，省煤器(4)的出口集箱下游联络管上设置有分流器，以实现水工质在两个炉膛水冷壁间的分配。
3.根据权利要求2所述的一种深度调峰双炉膛电站煤粉锅炉的汽水系统布置结构，其特征在于，过热器(5)的上游设置有汇流器，以实现蒸汽的汇集并进一步进入过热器。
4.根据权利要求3所述的一种深度调峰双炉膛电站煤粉锅炉的汽水系统布置结构，其特征在于，两个炉膛水冷壁，其各自的进口集箱均通过连接管与分流器相连，出口集箱均通过连接管与汇流器相连。
5.根据权利要求4所述的一种深度调峰双炉膛电站煤粉锅炉的汽水系统布置结构，其特征在于，锅炉给水经省煤器加热至近饱和状态后，再经过分流器分流，水工质分别流向两个炉膛的水冷壁进口集箱，吸收各自炉膛的燃烧放热后变为蒸汽，再经汇流器汇集合并后进入过热器。
6.根据权利要求1所述的一种深度调峰双炉膛电站煤粉锅炉的汽水系统布置结构，其特征在于，两个炉膛各自的炉膛水冷壁进口集箱前的连接管上设置有炉膛水冷壁进口集箱隔离阀门，水冷壁出口集箱后的连接管上设置有炉膛水冷壁出口集箱隔离阀门。
7.根据权利要求6所述的一种深度调峰双炉膛电站煤粉锅炉的汽水系统布置结构，其特征在于，两个炉膛的炉膛水冷壁上水系统均能够独立运转，在双炉膛运行工况下，两个炉膛水冷壁进口集箱前的炉膛水冷壁进口集箱隔离阀门、出口集箱后的炉膛水冷壁出口集箱隔离阀门均为全开状态。
8.根据权利要求6所述的一种深度调峰双炉膛电站煤粉锅炉的汽水系统布置结构，其特征在于，两个炉膛的炉膛水冷壁上水系统均能够独立运转，在单炉膛运行工况下，投运炉膛水冷壁进口集箱前的炉膛水冷壁进口集箱隔离阀门、出口集箱后的炉膛水冷壁出口集箱隔离阀门为全开启状态，停运炉膛水冷壁进口集箱前的炉膛水冷壁进口集箱隔离阀门、出口集箱后的炉膛水冷壁出口集箱隔离阀门为关闭状态。
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