CN113464226A - 一种快速响应机组调频的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速响应机组调频的系统及方法，该系统包括：锅炉给水泵、高压加热器、高压加热器抽汽管路调节门、省煤器、低温再热器、换热系统及温度与压力匹配系统；锅炉给水泵的中间抽头给水并流入换热系统，省煤器的下降管来水流入换热系统，中间抽头给水经换热系统加热变为饱和蒸汽；当没有接收到系统调频指令时，换热系统输出全部饱和蒸汽经温度与压力匹配系统减压后供给用户，或供给低温再热器以调节低温再热器A、B两侧的温度偏差；当接收到系统调频指令时，调节高压加热器抽汽管路调门开度关小，将换热系统产生的蒸汽全部通入到低温再热器，增加汽轮机内的蒸汽量，增加低温再热器的蒸汽量，提高汽轮机的做功能力。

Description

一种快速响应机组调频的系统及方法

技术领域

本发明涉及锅炉技术领域，具体涉及一种基于系统解耦的快速响应机组调频的系统及方法。

背景技术

目前，某省煤电装机中供热比例逐年增大，新增调频、调峰能力，难以满足每年近1000万千瓦新能源装机的消纳需求，因此大力实施机组灵活性改造，提升调峰、调频能力是保证火电机组竞争力的关键。

机组负荷调整在机组AGC协调控制方式投运下，正常是由汽轮机高调门开度变化来调整负荷，而锅炉给水通过吸收燃烧放热产生高压、高温蒸汽推动汽轮机做功，存在汽机需汽量和锅炉产汽量相匹配的问题；在机组接带稳定负荷下，机炉匹配度比较好，但若在新能源电量频繁变化的当下，电网要求机组快速升降负荷以满足电网调频控制要求时，汽轮机通过调整调门可以满足，但锅炉因燃烧惯性大、响应时间长，出现了机炉出力不匹配，导致锅炉侧供汽参数波动大且达不到汽轮机调频要求。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种基于系统解耦的快速响应机组调频的系统及方法，设置独立的产汽回路，通过新增的换热器蓄热，实现调频负荷的快速响应。

本发明第一方面提供了一种快速响应机组调频的系统，该系统包括：锅炉给水泵、高压加热器、省煤器、低温再热器、高压加热器抽汽管路调节阀门、换热系统及温度与压力匹配系统；所述换热系统的第一输入端通过管道连接所述锅炉给水泵的中间抽头，所述换热系统的第二输入端通过管道连接所述省煤器的下降管；所述换热系统的第一输出端通过管道连接所述温度与压力匹配系统的输入端，所述温度与压力匹配系统的输出端通过管道连接用户；所述温度与压力匹配系统还通过管道连接所述低温再热器的两侧；所述高压加热器的抽汽管道上设有高压加热器抽汽管路调节阀门；所述锅炉给水泵的中间抽头给水并流入所述换热系统，所述省煤器的下降管来水流入所述换热系统，中间抽头给水经所述换热系统加热变为饱和蒸汽；当没有接收到系统调频指令时，所述换热系统输出饱和蒸汽经所述温度与压力匹配系统减温减压后供给用户，或供给低温再热器，以调节所述低温再热器两侧的温度偏差；当接收到系统调频指令时，调节高压加热器抽汽管路调节阀门开度关小一定时间，减少高压加热器抽汽，换热系统输出全部饱和蒸汽供给所述低温再热器，增加低温再热器的蒸汽量。

进一步的，所述换热系统包括第一换热器和第二换热器，所述第一换热器和第二换热器的第一输入端口通过管道连接所述锅炉给水泵的中间抽头，所述第一换热器和第二换热器的第二输入端口通过管道连接所述省煤器的下降管，所述第一换热器和第二换热器的第一输出端口通过管道连接温度与压力匹配系统的输入端。

进一步的，所述换热系统还包括储水罐，所述储水罐的输入端口连接第一换热器和第二换热器，所述储水罐的输出端口通过管道连接所述温度与压力匹配系统的输入端。

进一步的，所述第一换热器、第二换热器及储水罐的输出端口管道上分别设有调节阀门。

进一步的，所述温度与压力匹配系统包括压力匹配器和第一减压阀，所述压力匹配器的输入端口通过管道连接所述第一换热器和第二换热器的第一输出端口，所述压力匹配器的输出端口通过管道连接所述第一减压阀的输入端口，所述第一减压阀的输出端口通过管道连接用户。

进一步的，所述压力匹配器还通过管道连接所述低温再热器的两侧，所述压力匹配器输出过热蒸汽供给所述低温再热器，以调节低温再热器两侧的温度偏差，或者大功率的增加低温再热器的蒸汽量。

进一步的，所述系统还包括设置在所述压力匹配器旁路的第二减压阀。

本发明第二方面提供一种快速响应机组调频的方法，该方法包括：锅炉给水泵的中间抽头给水并流入第一换热器和第二换热器，省煤器的下降管来水流入第一换热器和第二换热器，中间抽头给水经第一换热器和第二换热器统加热变为饱和蒸汽；当没有接收到系统调频指令时，第一换热器和第二换热器输出饱和蒸汽经温度与压力匹配系统减压后供给用户，或供给低温再热器，以调节低温再热器两侧的温度偏差；当接收到系统调频指令时，调节高压加热器抽汽管路调节阀门开度关小一定时间，减少高压加热器抽汽，第一换热器和第二换热器输出全部饱和蒸汽供给低温再热器，增加低温再热器的蒸汽量。

进一步的，该方法还包括：所述第一换热器和第二换热器输出饱和蒸汽经压力匹配器减压升温后变成过热蒸汽并供给低温再热器，以调节低温再热器两侧的温度偏差。

上述的快速响应机组调频的系统及方法，通过利用锅炉侧的热源加热系统给水，储存在两个管壳换热器以及连通的储水罐内，当收到电网调频指令时，首先调节高压加热器抽汽管路的调节门开度，减小抽汽量，增加汽轮机内的蒸汽量，能够迅速响应调频指令，维持2分钟左右。同时将换热系统所产生的蒸汽迅速切换到低温再热器管路，而且将两个管壳换热器和储水罐存储的热量迅速闪蒸为蒸汽传送到低温再热器管路，增加中压缸的蒸汽量。整套系统能够迅速的响应调频指令，满足一次调频要求的15秒后负荷变化量大于给定调频量75%的要求。同时该系统在锅炉侧也能够稳定锅炉燃烧参数，汽轮机侧能够降低高调门节流损失，提高高压缸运行效率，进一步提高全厂经济性。

附图说明

为了说明而非限制的目的，现在将根据本发明的优选实施例、特别是参考附图来描述本发明，其中：

图1是本发明实施例一提供的快速响应机组调频的系统的结构示意图；

图2是本发明实施例二提供的快速响应机组调频的方法的流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，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做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。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

一些机组的AGC“R”模式无法正常投运，高调门节流运行，调峰、调频能力不足，导致火电机组的竞争力降低。因此，本发明提出一种基于系统解耦的快速响应机组快速调频的系统及方法，挖掘现有热力系统潜力，设置独立产汽回路，通过新增的工质蓄热，实现调频负荷的快速响应。

实施例一

图1是本发明实施例一提供的基于系统解耦的快速响应机组调频的系统的结构示意图。该快速响应机组快速调频的系统设置独立的产汽回路，通过新增的换热器蓄热，实现调频负荷的快速响应。

请参阅图1，该快速响应机组调频的系统包括锅炉给水泵1、#1高压加热器2、省煤器3、低温再热器4、高压加热器抽汽管路调节门10、换热系统及温度与压力匹配系统。

换热系统的第一输入端通过管道连接锅炉给水泵1的中间抽头，换热系统的第二输入端通过管道连接省煤器3的下降管。换热系统的第一输出端通过管道连接温度与压力匹配系统的输入端，温度与压力匹配系统的输出端通过管道连接暖风器、工业用汽等用户。温度与压力匹配系统还通过管道连接所述低温再热器的A、B两侧。

#1高压加热器2的抽汽管道上设有高压加热器抽汽管道调节门10，通过调节高压加热器抽汽管道调节门10的开度对抽汽量进行调节，减少抽汽量，增加汽轮机内做功的蒸汽量。

锅炉给水泵1的中间抽头给水并流入换热系统，省煤器3的下降管来水流入换热系统，使换热系统存储能量，且中间抽头给水经换热系统加热变为饱和蒸汽。

当没有接收到系统调频指令时，换热系统输出部分饱和蒸汽经温度与压力匹配系统减压后供给暖风器、工业用汽等用户，给暖风器、工业用汽等用户提供热量，或供给低温再热器4，以调节低温再热器4的A、B两侧的温度偏差。

当接收到系统调频指令时，首先调节高压加热器抽汽管路的调节门10开度，减小抽汽量，增加汽轮机内的蒸汽量，能够迅速响应调频指令，维持2分钟左右。同时换热系统输出饱和蒸汽全部供给低温再热器4，增加低温再热器4的蒸汽量，提高汽轮机的做功能力，能够迅速调频指令。

上述的快速响应机组调频的系统，利用省煤器出口下降管的热量经换热系统加热锅炉给水泵1的中间抽头给水，使热锅炉给水泵1的中间抽头给水吸收热量变为饱和蒸汽，通过系统给水和换热系统存储能量，接到系统调频指令时，首先调节高压加热器抽汽管路的调节门开度10，然后通过换热系统放热吸收的热量和储存的热量，提供饱和蒸汽，饱和蒸汽全部进入低温再热器，增加进入中压缸的蒸汽量，从而达到汽轮机的迅速调频指令要求，满足一次调频要求的15秒后负荷变化量大于给定调频量75%的要求。高压加热器抽汽管路调门10开度调节持续2分钟左右，而系统产生的饱和蒸汽变为过热蒸汽进入到低温再热器系统，持续参与调频；同时该系统在锅炉侧也能够稳定锅炉燃烧参数，汽机侧能够降低高调门节流损失，提高高压缸运行效率，进一步提高全厂经济性。

上述的快速响应机组调频的系统，利用高压加热器抽汽管路调节门10的开度调节抽汽量，减少#1高压加热器的抽汽量，增加留在汽轮机内做功的蒸汽量，能够达到迅速调频的指令要求；同时汽机高调门开度增加，节流损失减少，回收效益高。利用锅炉给水泵1的中间抽头给水吸收热量变为饱和蒸汽，进入低温再热器系统，增加了做功的汽轮机抽汽量，从而达到机组调频指令的要求。

在本实施例中，换热系统包括第一换热器5、第二换热器6以及连接于第一换热器5和第二换热器6之间的储水罐11，第一换热器5和第二换热器6的第一输入端口通过管道连接锅炉给水泵1的中间抽头，第一换热器5和第二换热器6的第二输入端口通过管道连接省煤器3的下降管，第一换热器5和第二换热器6的第一输出端口通过管道连接温度与压力匹配系统的输入端，储水罐11的输出端口也通过管道连接温度与压力匹配系统的输入端。

锅炉给水泵1的中间抽头给水并流入第一换热器5和第二换热器6，省煤器3的下降管来水分别流入第一换热器5和第二换热器6，通过第一换热器5和第二换热器6存储能量并将给水加热到饱和蒸汽温度，使给水吸收热量变为饱和蒸汽。

当没有接收到系统调频指令时，第一换热器5和第二换热器6输出饱和蒸汽经温度与压力匹配系统减压后输送至暖风器、工业用汽等用户，或供给低温再热器4，以调节低温再热器4两侧的温度偏差。

当接收到系统调频指令时，首先调节高压加热器抽汽管路的调节门10开度，通过减少抽汽量迅速响应调频指令；然后第一换热器5、第二换热器6输出饱和蒸汽全部进入低温再热器4的A、B两侧，增加进入中压缸的蒸汽量，提高蒸汽量，响应调频。

储水罐11的输入口与第一加热器5和第二加热器6相连，储水罐11的输出口与第一加热器5和第二加热器6的第一输出端口管路汇合成一条管路。第一加热器5、第二加热器6及储水罐11的输出口管路上分布设置调节阀门，用于调节第一加热器5、第二加热器6及储水罐11的开度，对储水罐、第一加热器5、第二加热器6进行降压闪蒸，使第一加热器5、第二加热器6输出饱和蒸汽，供给所需用户，进一步提高换热系统的储能能力，提高换热系统的调频性能。

在一些实施例中，换热系统还可以采用其他热源加热，例如省煤器入口的烟气热量等。

在本实施例中，温度与压力匹配系统包括压力匹配器7和第一减压阀8，压力匹配器7的输入端口通过管道连接第一换热器5和第二换热器6的第一输出端口，压力匹配器7的输出端口通过管道连接第一减压阀8的输入端口，第一减压阀8的输出端口通过管道分别连接暖风器、工业用汽等用户，第一换热器5、第二换热器6及储水罐11输出的饱和蒸汽流经压力匹配器7和第一减压阀8减压成用户所需的温度和压力的饱和蒸汽后流入暖风器、工业用汽等用户。产生的蒸汽供给用户时，通过第一减压阀8对蒸汽参数进行调整，匹配用户所需求的蒸汽参数。

在本实施例中，压力匹配器7还通过管道连接低温再热器4的A、B两侧，压力匹配器7输出过热蒸汽供给低温再热器4，以调节低温再热器4的A、B两侧的温度偏差，或者增加低温再热器的蒸汽量，提高汽轮机的做功能力。

调频速率稳定之后，第一换热器5和第二换热器6输出饱和蒸汽经压力匹配器7减压升温之后变成过热蒸汽并供给低温再热器4的A、B两侧，进一步维持调频速率。

在本实施例中，温度与压力匹配系统还包括设置在压力匹配器7旁路的第二减压阀9。平时供给蒸汽暖风器蒸汽时，蒸汽可通过压力匹配器7旁路的第二减压阀9对10MPa、311℃的蒸汽进行减压，减压到6.0MPa再进入到暖风器或工业用汽等用户管路。

在本实施例中，压力匹配器7采用射汽抽汽式的混合加热型式，将饱和蒸汽变为过热蒸汽，过热蒸汽经抽汽管道分别喷入低温再热器4和第一减压阀8。

在本实施例中，上述的快速响应机组调频的系统还包括高压加热器抽汽管道调节门10，所述高压加热器抽汽管道调节门10设置在#1高压加热器抽汽管道上，通过调节门的开度对抽汽量进行调节，减少抽汽量，增加汽轮机内做功的蒸汽量，实现发电机电量的快速增加，完成调频响应。

在本实施例中，省煤器3的下降管与第一换热器5和第二换热器6的第二输入端口连接的管道设置有阀门及旁路，省煤器的下降管出口水温降低之后，调频指令到来时通过及时增加煤量和风量，减小对锅炉给水系统的影响。

在本实施例中，汽轮机组还可以为1000MW、600MW、300MW等需要快速响应调频指令的各种机组。

在本实施例中，第一换热器5和第二换热器6分别采用管壳式换热器，通过换热器存储能量并加热给水，结合储水罐11的储水，使给水加热到饱和蒸汽温度，在机组调频时将此部分热量闪蒸成蒸汽，作为独立调频回路进行调频，响应速度快，时效性高。

上述的快速响应机组调频的系统，通过系统调频与热力系统的解耦，构造独立的调频能量回路，确保汽轮机组高压调门大开度运行以降低节流损失，确保锅炉燃烧变化速率与机组特性相匹配，有效提高锅炉、汽轮机运行效率和机组循环效率；同时，赢得电网调频的高额补偿和调频电量奖励，有效增加机组运行收益。

上述的快速响应机组调频的系统，平时保持低流量供水通过系统，对系统进行暖管，保证收到调频指令时，系统能够迅速投运。

实施例二

图2是本发明实施例二提供的基于系统解耦的快速响应机组调频的方法的流程图。该快速响应机组快速调频的方法通过新增的换热器蓄热，并提供饱和蒸汽，实现调频负荷的快速响应。

请参阅图2，该快速响应机组调频的方法包括以下步骤：

锅炉给水泵1的中间抽头给水并流入第一换热器和第二换热器，省煤器的下降管来水流入第一换热器和第二换热器，使第一换热器和第二换热器存储能量，且中间抽头给水经第一换热器和第二换热器加热变为饱和蒸汽；

当没有接收到系统调频指令时，第一换热器和第二换热器输出饱和蒸汽经压力匹配器和减温减压器减压后供给暖风器、工业用汽等用户，给暖风器、工业用汽等用户提供热量；或供给低温再热器，以调节低温再热器两侧的温度偏差；

当接收到系统调频指令时，首先调节高压加热器抽汽管路的调节门开度，持续2分钟左右，通过减少抽汽量迅速响应调频指令；第一换热器和第二换热器输出饱和蒸汽全部供给低温再热器，增加低温再热器的蒸汽量。同时通过对储水罐和第一换热器、第二换热器进行降压闪蒸，利用第一换热器和第二换热器储存的热量提供大量蒸汽，进入到低温再热器系统中，增加汽轮机内的蒸汽量，提高汽轮机的做功能力。

通过上述的快速响应机组调频的方法，利用省煤器出口下降管的热量经换热系统加热锅炉给水泵的中间抽头给水，使热锅炉给水泵的中间抽头给水吸收热量变为饱和蒸汽，通过系统给水和换热系统存储能量，接到系统调频指令时，首先调节高压加热器抽汽管路的调节门开度，通过减少抽汽量，从而能够迅速调频指令要求。

上述的快速响应机组调频的方法还包括：调频速率稳定之后，第一换热器和第二换热器输出饱和蒸汽经压力匹配器降压升温之后变成过热蒸汽并供给低温再热器，进一步维持调频速率。

上述的快速响应机组调频的方法，从锅炉给水泵的中间抽头取水，中间抽头取水通过管壳式第一换热器和第二换热器加热到饱和蒸汽温度，没有接收到调频指令时，该饱和蒸汽减温减压之后可用于暖风器、工业用汽等用户或供给低温再热器以调节再热器两侧的温度偏差；当接收到系统调频指令时，首先调节高压加热器抽汽管路的调节门开度，通过减少抽汽量迅速响应调频指令；第一换热器和第二换热器输出饱和蒸汽全部供给低温再热器，排挤高压加热器的抽汽，同时增加低温再热器的蒸汽量。同时通过对储水罐和第一换热器、第二换热器进行降压闪蒸，利用第一换热器、第二换热器储存的热量提供大量蒸汽，进入到低温再热器中，增加汽轮机内的蒸汽量，增加低温再热器的蒸汽量，提高汽轮机的做功能力。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.一种快速响应机组调频的系统，其特征在于，包括：锅炉给水泵、高压加热器、省煤器、低温再热器、高压加热器抽汽管路调节阀门、换热系统及温度与压力匹配系统；

所述换热系统的第一输入端通过管道连接所述锅炉给水泵的中间抽头，所述换热系统的第二输入端通过管道连接所述省煤器的下降管；

所述换热系统的第一输出端通过管道连接所述温度与压力匹配系统的输入端，所述温度与压力匹配系统的输出端通过管道连接用户；

所述温度与压力匹配系统还通过管道连接所述低温再热器的两侧；

所述高压加热器的抽汽管道上设有高压加热器抽汽管路调节阀门；

所述锅炉给水泵的中间抽头给水并流入所述换热系统，所述省煤器的下降管来水流入所述换热系统，中间抽头给水经所述换热系统加热变为饱和蒸汽；

当没有接收到系统调频指令时，所述换热系统输出饱和蒸汽经所述温度与压力匹配系统减温减压后供给用户，或供给低温再热器，以调节所述低温再热器两侧的温度偏差；

当接收到系统调频指令时，调节高压加热器抽汽管路调节阀门开度关小一定时间，减少高压加热器抽汽，换热系统输出全部饱和蒸汽供给所述低温再热器，增加所述低温再热器的蒸汽量。

2.根据权利要求1所述的快速响应机组调频的系统，其特征在于，所述换热系统包括第一换热器和第二换热器，所述第一换热器和第二换热器的第一输入端口通过管道连接所述锅炉给水泵的中间抽头，所述第一换热器和第二换热器的第二输入端口通过管道连接所述省煤器的下降管，所述第一换热器和第二换热器的第一输出端口通过管道连接温度与压力匹配系统的输入端。

3.根据权利要求2所述的快速响应机组调频的系统，其特征在于，所述换热系统还包括储水罐，所述储水罐的输入端口连接第一换热器和第二换热器，所述储水罐的输出端口通过管道连接所述温度与压力匹配系统的输入端。

4.根据权利要求3所述的快速响应机组调频的系统，其特征在于，所述第一换热器、第二换热器及储水罐的输出端口管道上分别设有调节阀门。

5.根据权利要求2所述的快速响应机组调频的系统，其特征在于，所述温度与压力匹配系统包括压力匹配器和第一减压阀，所述压力匹配器的输入端口通过管道连接所述第一换热器和第二换热器的第一输出端口，所述压力匹配器的输出端口通过管道连接所述第一减压阀的输入端口，所述第一减压阀的输出端口通过管道连接用户。

6.根据权利要求5所述的快速响应机组调频的系统，其特征在于，所述压力匹配器还通过管道连接所述低温再热器的两侧，所述压力匹配器输出过热蒸汽供给所述低温再热器。

7.根据权利要求5所述的快速响应机组调频的系统，其特征在于，所述系统还包括设置在所述压力匹配器旁路的第二减压阀。

8.一种快速响应机组调频的方法，其特征在于，包括：

锅炉给水泵的中间抽头给水并流入第一换热器和第二换热器，省煤器的下降管来水流入第一换热器和第二换热器，中间抽头给水经第一换热器和第二换热器统加热变为饱和蒸汽；

当没有接收到系统调频指令时，第一换热器和第二换热器输出饱和蒸汽经温度与压力匹配系统减压后供给用户，或供给低温再热器，以调节低温再热器两侧的温度偏差；

当接收到系统调频指令时，调节高压加热器抽汽管路调节阀门开度关小一定时间，减少高压加热器抽汽，第一换热器和第二换热器输出全部饱和蒸汽供给低温再热器，增加低温再热器的蒸汽量。

9.根据权利要求8所述的快速响应机组调频的方法，其特征在于，还包括：调节储水罐和第一换热器、第二换热器的输出管路上阀门的开度，对储水罐和第一换热器、第二换热器进行降压闪蒸，利用第一换热器、第二换热器储存的热量提供大量蒸汽，进入到低温再热器中，增加汽轮机内的蒸汽量，增加低温再热器的蒸汽量，提高汽轮机的做功能力。

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