CN113591262A - 一种构建多参数汽源辅汽联箱系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种构建多参数汽源辅汽联箱系统的方法，本发明通过对机组辅助蒸汽系统设计、运行、检修及改造等数据等关键资料进行收集分析，掌握辅助蒸汽系统技术现状，依据所定量核准的用户用汽参数，在系统中分别优化设计了涵盖高、低压汽源等多参数汽源的辅汽蒸汽系统，同时进行用户能级刨分，将高、低能级用户分别匹配连接至相应能级的辅助蒸汽系统中，达到了保证生产要求的条件下减少蒸汽消耗量，减少

损提升系统运行效率的目的。本发明可有效解决汽源点与辅汽用户能级匹配能量梯级利用的问题，对改善机组安全经济运行具有十分重要的意义。

Description

一种构建多参数汽源辅汽联箱系统的方法

技术领域

本发明属于火力发电领域，具体涉及一种构建多参数汽源辅汽联箱系统的方法。

背景技术

辅助蒸汽系统是火力发电厂内与锅炉和汽轮机及其辅助设备起动、停机和正常运行有关的加热和保护用汽的供汽系统。辅助蒸汽系统供汽用户及主要作用有:除氧器、锅炉暖风器、汽轮机汽缸夹层和法兰螺栓等设备的起动加热；汽轮机轴封系统的密封；燃油设施的加热、吹扫以及燃油喷嘴的雾化；煤粉制备系统消防；露天锅炉的仪表防冻；锅炉、除氧器等设备短期停用时的养护；机组甩负荷时除氧器的加热备用；厂房采暖、通风，静电除尘器灰斗加热和自然循环锅筒锅炉下联箱的起动加热用汽等。辅助蒸汽系统是涉及火电厂起动和安全生产的重要子系统。

目前火电机组常处于深度调峰运行工况下，辅助蒸汽系统普遍存在辅汽用户与汽源点能级不匹配的现象，此外还有诸多系统直接通过将高品质蒸汽减温减压后作为辅汽联箱汽源再提供至用户，这将造成很大的能量损失。

因此，对机组现有辅助蒸汽系统进行优化，解决气源点与辅汽用户能级匹配能量梯级利用的问题，对提升机组运行经济性具有重大意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种构建多参数汽源辅汽联箱系统的方法，能够优化机组现有辅助蒸汽系统，通过分离高、低压辅汽用户增设多参数汽源辅汽联箱系统，将各用户进行能级刨分，分别设置涵盖高、低压汽源等多参数辅汽蒸汽系统，将高能级用户连接在高压辅助蒸汽系统中，低能级用户连接在低压辅助蒸汽系统，拟解决气源点与辅汽用户能级匹配能量梯级利用的问题，达到保证生产要求的条件下减少蒸汽消耗量，减少

损提升效率的目的。

为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：

步骤一，根据辅助蒸汽系统机组的结构及装配图纸，分析现有辅助蒸汽系统汽源连接及用户供汽范围；

步骤二，依据机组日常运行日志和辅助蒸汽系统的资料，掌握辅助蒸汽系统技术运行现状，并分析辅助蒸汽系统存在的汽源与机组启停之间存在的问题；

步骤三，对辅助蒸汽系统用户的用汽量进行定量核准，从启动过程和机组试运两方面开展辅助蒸汽系统用户蒸汽能级与用量统计，将辅助蒸汽系统用户分为高能级用户和低能级用户；

步骤四，根据机组启动及运行时辅助蒸汽的需求，在保证辅汽系统安全稳定的基础上，对目标机组的辅助蒸汽系统的布置进行优化；

步骤五，结合各辅助蒸汽用户的用汽参数需求，将各用户进行能级刨分，分别涵盖高压气源和低压汽源的辅助蒸汽系统，其中高能级用户连接在高压辅助蒸汽系统中，低能级用户连接在低压辅助蒸汽系统。

步骤一中，辅助蒸汽系统的装配图纸包括汽轮机技术规范说明书、锅炉技术规范说明书、辅机技术规范说明书、汽轮机高、中、低压部分纵剖图、汽轮机热力计算书、热平衡图、集控运行规程和检修规程。

步骤三中，启动过程包括冲洗阶段和点火初期阶段，冲洗阶段包括冷态冲洗阶与热态冲洗阶段。

步骤五中，高压辅助蒸汽系统的联箱参数设定压力为1.2MPa，温度为300℃，低压辅助蒸汽系统的联箱参数设定压力为0.8MPa，温度为280℃。

步骤五中，高压辅助蒸汽系统的联箱汽源为冷再热蒸汽和辅汽联络管来的辅汽，当冷再热蒸汽参数未达到用汽要求时，使用辅汽，当冷再热蒸汽参数达到切换条件后，切换为冷再热蒸汽汽源。

步骤五中，低压辅助蒸汽系统的联箱汽源为辅汽联络管来的辅汽和汽轮机的低五段抽汽，当汽轮机的低五段抽汽未达到用汽要求时，使用辅汽。

步骤三中，高能级用户包括锅炉启动炉底加热和凝汽器启动抽气；

低能级用户包括空预器吹灰、除氧器及水箱加热、汽轮机轴封系统用汽、除尘器灰斗加热、锅炉暖风器、脱硝吹灰和小汽轮机用汽。

完成步骤五的能级刨分后，进行技术及经济分析，评估辅助蒸汽系统技术经济可行性。

技术及经济分析根据汽轮机热力平衡图分别开展机组100％THA、75％THA以及50％THA工况时，高压辅助蒸汽系统和低压辅助蒸汽系统汽源参数核算。

技术及经济分析包括定量核准机组启动过程中的辅汽消耗量，并采用等效焓降的方法，分别计算出系统做功能力减少量、吸热量变化以装置效率降低值，最终对机组的运行经济性进行评估，计算方法如下：

做功能力减少量：

△H₁＝20/G×(H_1z-H_n+Q)

其中，G为主蒸汽流量，H_1z为冷再比焓，H_n为排汽焓，Q为再热蒸汽吸热量；

吸热量变化：

△Q₁＝20/G×Q

装置效率降低：

△η₁＝[(H-ΔH₁)/(Q₂-ΔQ₁)-η]/η×100％

其中，H为新蒸汽等效焓降值，Q₂为新蒸汽吸热量，η为汽轮机热效率。

与现有技术相比，本发明通过对机组辅助蒸汽系统设计、运行、检修及改造等数据等关键资料进行收集分析，掌握辅助蒸汽系统技术现状，依据所定量核准的用户用汽参数，在系统中分别优化设计了涵盖高、低压汽源等多参数汽源的辅汽蒸汽系统，同时进行用户能级刨分，将高、低能级用户分别匹配连接至相应能级的辅助蒸汽系统中，达到了保证生产要求的条件下减少蒸汽消耗量，减少

损提升系统运行效率的目的。本发明可有效解决汽源点与辅汽用户能级匹配能量梯级利用的问题，对改善机组安全经济运行具有十分重要的意义。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为实施例中某电厂原始辅助蒸汽系统图；

图3为实施例中某电厂优化后的辅助蒸汽系统图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参见图1，本发明包括以下步骤：

步骤一，根据机组的实际结构及系统装配图纸，分析现有辅助蒸汽系统汽源连接及用户供汽范围。

进一步，所需的机组的实际结构及系统装配图纸包括有：汽轮机技术规范说明书、锅炉技术规范说明书、其它辅机(如锅炉制粉系统、给水泵，凝结水泵、循环水泵、凝汽器、冷却塔、主变等)技术规范说明书、汽轮机高、中、低压部分纵剖图、汽轮机热力计算书、热平衡图、集控运行规程、检修规程等；

步骤二，依据机组日常运行日志，厂内辅助蒸汽系统设计资料、运行数据等资料，掌握辅汽系统技术运行现状，并分析辅汽系统存在的汽源与机组启停问题。

步骤三，对辅助蒸汽系统用户的用汽量进行定量核准，从启动过程和机组试运两方面开展辅助蒸汽系统用户蒸汽能级与用量统计。

进一步，启动过程包括冲洗阶段，分别为冷态冲洗阶与热态冲洗阶段。启动过程还包括点火初期阶段。

步骤四，根据机组启动及运行时辅助蒸汽的需求，在保证辅汽系统安全稳定的基础上，同时参照电力行业相关标准，对目标机组的辅助蒸汽系统的布置提出优化方案。

所参照电力行业相关标准包括：《DL/T834-2003火力发电厂防汽轮机进水和冷蒸汽导则》、《ASME TDP-1–2013发电用蒸汽轮机防水损坏的推荐实施规程》；

步骤五，结合步骤三中各辅汽用户的用汽参数需求，将各用户进行能级刨分，分别设置涵盖高、低压汽源等多参数辅汽蒸汽系统，其中高能级用户连接在高压辅助蒸汽系统中，低能级用户连接在低压辅助蒸汽系统。并对优化后系统的运行方式提出调整建议。

进一步，高压辅助蒸汽系统联箱参数设定压力为1.2MPa，温度为300℃，低压辅汽联箱参数设定压力为0.8MPa，温度为280℃。

进一步，高压辅助蒸汽系统联箱汽源为冷再热蒸汽和辅汽联络管来的辅汽，当冷再参数不能达到用汽要求时，使用临机辅汽，当冷再热蒸汽参数达到切换条件(不低于1.4MPa时)切换为冷再热蒸汽汽源。

进一步，低压辅助蒸汽系统联箱汽源为辅汽联络管来的辅汽和汽轮机低五段抽汽，当汽轮机低五段抽汽不能达到用汽要求时，使用临机辅汽。

进一步，连接在高压辅助蒸汽系统中的高能级用户分别包括：1)锅炉启动炉底加热；2)凝汽器启动抽气。

进一步，连接在低压辅助蒸汽系统中的低能级用户分别包括：1)空预器吹灰；2)除氧器及水箱加热；3)汽轮机轴封系统用汽；4)除尘器灰斗加热；5)锅炉暖风器；6)脱硝吹灰；7)

小汽轮机用汽。

步骤六，系统方案设计完成后，开展技术及经济分析，全面评估所设计优化的辅助蒸汽系统技术经济可行性。

进一步，技术分析依据汽轮机热力平衡图分别开展机组100％THA、75％THA以及50％THA工况时，高、低压辅助蒸汽系统汽源参数核算。

进一步，经济分析定量核准机组启动过程中的辅汽消耗量，并采用等效焓降的方法，分别计算出系统做功能力减少量、吸热量变化以装置效率降低值，最终对机组的运行经济性进行评估。

1)做功能力减少量

△H₁＝20/G×(H_1z-H_n+Q)(1)

其中：G为主蒸汽流量，取额定工况设计主蒸汽流量；H_1z为冷再比焓，kJ/kg；H_n为排汽焓，kJ/kg，取THA工况设计值；Q为再热蒸汽吸热量，kJ/kg。

2)吸热量变化

△Q₁＝20/G×Q (2)

3)装置效率降低

△η₁＝[(H-ΔH₁)/(Q₂-ΔQ₁)-η]/η×100％ (3)

其中：H为新蒸汽等效焓降值，kJ/kg；Q₂为新蒸汽吸热量，kJ/kg；η为汽轮机热效率，取0.44。

参见图2，以某电厂为例给出了本发明的实施例。

某电厂汽轮机型式为：亚临界、一次中间再热、单轴、三缸、双排汽、冲动凝汽式。

机组原始辅助蒸汽系统由供汽系统、辅汽联箱、辅汽用户构成和辅汽系统安全门构成，全厂设置一辅助蒸汽母管，每台机组均设置一辅助蒸汽联箱。辅汽联箱压力设定为1.2MPa，温度为300℃。其中冷再蒸汽供汽压力为4.17MPa，冷再供汽温度为326℃。辅汽联箱压力运行压力为1.2MPa，辅汽联箱蒸汽温度为300℃。辅助蒸汽联箱3个安全门的整定压力：1号1.4MPa，2号1.4MPa，3号1.4MPa。辅汽系统运行时，当冷再热蒸汽压力不低于1.4MPa时，由冷再向辅汽联箱供汽，否则由临机向辅汽联箱供汽。原始系统中1、2号机组辅汽联箱，通过辅助蒸汽联络管与辅汽联箱连接，它们之间互为备用，通过开、关辅汽联络门和母管分段门可使辅汽系统并联运行，也可独立运行。机组独立运行时辅汽联箱由本机冷再热蒸汽供汽。

辅汽联箱的主要作用是提供机组启动时用汽及正常运行时机组有关设备和脱硫系统的用汽，其供汽对象有：

1)汽机轴封；

2)给水箱加热；

3)启动抽气器；

4)锅炉暖风器

5)静电除尘器灰斗加热；

6)小汽机用汽；

7)空预器辅汽吹灰；

8)脱硝吹灰；

9)WGGH热媒水辅汽加热器；

10)WGGH烟冷器吹灰。

机组启停次数多，启机过程中辅汽的主要用户为除氧器用汽、空预器连续吹灰、锅炉炉底加热用汽和凝汽器启动抽气，启机过程中除氧器用汽、空预器连续吹灰和锅炉炉底加热持续时间长，因此辅助蒸汽消耗量大。当机组年启停次数增加时，辅汽消耗量也会随之增加。

通过对冷态冲洗、点火清洗、冷态启动3种状况辅汽用量的分析，对辅汽用汽量进行统计，统计情况见表1。

冷态冲洗阶段辅汽主要用户为除氧器加热。冷态冲洗水温一般在20～70℃，给水流量在150～250t/h，此阶段除氧器为加热主要辅汽用户，实际汽耗量约为15t/h。

热态冲洗阶段此时锅炉具备点火条件，炉水回收至除氧器，主要辅汽用户顺序为：等离子暖风器用汽量月7.8t/h，持续时间月3h，一次热风温度可提高至150℃，可减少辅汽用量至5t/h；空预器连续吹灰约5t/h；投入轴封约2.5t/h。

锅炉点火后，锅炉进入热态清洗阶段。锅炉厂设计要求热态清洗阶段通过水冷壁流量不低于30％BMCR。实际运行中，点火初期为了保证燃烧，须提高一次风温，点火初期必须确保暖风器用汽、轴封用汽、空预器吹灰用汽，适当降低除氧器用汽，与热态冲洗操作相同。同时，冷态启动中，加长冲洗时间，逐步提高水冷壁温度，一般点火3h，暖风器可以逐步减少进汽量，逐步提高辅汽压力，提高空预器吹灰效果和给水加热效果。

按照该锅炉的特点，点火初期实际的给水流量范围在220～320t/h。点火至冲转参数大约需要5h，在此期间等离子暖风器已经切换至热一次风，暖风器用汽停止。辅汽用户为空预器吹灰、除氧器加热、轴封。实际运行中，20t/h辅汽用量完全能够满足用汽需求。

表1原始辅汽用量情况统计表

参见图3以某电厂为例采用本发明的方法进行了优化设计，根据机组启动及运行时辅助蒸汽的需求，在保证辅汽系统安全稳定的基础上，对辅助蒸汽系统的布置及运行方式进行优化。

首先根据辅汽系统连接及用户的需求，统计出各辅汽用户用汽参数，详见表2。

表2辅汽用户用汽参数统计

新辅助蒸汽系统设计中高辅联箱汽源设置为冷再热蒸汽和辅汽联络管来的辅汽，低压辅汽联箱汽源为辅汽联络管来的辅汽和5段抽汽。辅汽联箱汽源互为备用。

结合表2中各辅汽用户的用汽参数需求，根据各用户的用汽参数对辅汽各用户进行区分对待，设置高、低辅汽蒸汽系统，高参数用户连接在高压辅助蒸汽系统中，低参数用户连接在低压辅助蒸汽系统。

高压辅汽联箱参数设置为1.2MPa，300℃，低压辅汽联箱参数设定为0.8MPa，280℃。高压辅汽联箱汽源为冷再热蒸汽和辅汽联络管来的辅汽，当冷再参数不能达到用汽要求时，使用临机辅汽，当冷再热蒸汽参数达到切换条件(不低于1.4MPa时)切换为冷再热蒸汽汽源。低压辅汽联箱汽源为辅汽联络管来的辅汽和5段抽汽的切换亦如高压辅汽联箱的汽源切换方式。

辅汽联箱汽源互为备用

据此高参数辅汽联箱用户为：

1)锅炉启动炉底加热；

2)凝汽器启动抽气。

低参数辅汽联箱用户为：

1)空预器吹灰；

2)除氧器及水箱加热；

3)汽轮机轴封系统用汽；

4)除尘器灰斗加热；

5)锅炉暖风器；

6)脱硝吹灰；

7)小汽轮机用汽。

系统设计完成后，对机组开展经济性分析。

新设计系统中启机过程中所产生的收益，即为采用低辅联箱供汽与原始系统采用冷再热蒸汽供汽对机组经济性影响所产生的差异。

根据等熵焓降的计算方法，机组运行经济性分析结果汇总于表3，其中折算费用时，标煤价格取含税700元/t。可见，THA工况下，根据等熵焓降计算方法原始辅助蒸汽系统中，蒸汽做功减少23.71kJ/kg，吸热量变化9.90kJ/kg，装置效率降低1.59个百分点；优化后的辅助蒸汽系统，蒸汽做功减少16.55kJ/kg，装置效率降低1.36个百分点。优化后的辅助蒸汽系统相对与原始辅助蒸汽系统，计算年煤耗降低量1167.43t，折算收益81.72万元/年；

通过本发明的实施，可有效解决汽源点与辅汽用户能级匹配能量梯级利用的问题，达到了保证生产要求的条件下减少蒸汽消耗量，减少

损提升系统运行效率的目的，对改善机组安全经济运行具有十分重要的意义。

表3优化后的辅助蒸汽系统运行经济性分析

Claims (10)

1.一种构建多参数汽源辅汽联箱系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，根据辅助蒸汽系统机组的结构及装配图纸，分析现有辅助蒸汽系统汽源连接及用户供汽范围；

步骤二，依据机组日常运行日志和辅助蒸汽系统的资料，掌握辅助蒸汽系统技术运行现状，并分析辅助蒸汽系统存在的汽源与机组启停之间存在的问题；

步骤三，对辅助蒸汽系统用户的用汽量进行定量核准，从启动过程和机组试运两方面开展辅助蒸汽系统用户蒸汽能级与用量统计，将辅助蒸汽系统用户分为高能级用户和低能级用户；

步骤四，根据机组启动及运行时辅助蒸汽的需求，在保证辅汽系统安全稳定的基础上，对目标机组的辅助蒸汽系统的布置进行优化；

步骤五，结合各辅助蒸汽用户的用汽参数需求，将各用户进行能级刨分，分别涵盖高压气源和低压汽源的辅助蒸汽系统，其中高能级用户连接在高压辅助蒸汽系统中，低能级用户连接在低压辅助蒸汽系统。

2.根据权利要求1所述的一种构建多参数汽源辅汽联箱系统的方法，其特征在于，步骤一中，辅助蒸汽系统的装配图纸包括汽轮机技术规范说明书、锅炉技术规范说明书、辅机技术规范说明书、汽轮机高、中、低压部分纵剖图、汽轮机热力计算书、热平衡图、集控运行规程和检修规程。

3.根据权利要求1所述的一种构建多参数汽源辅汽联箱系统的方法，其特征在于，步骤三中，启动过程包括冲洗阶段和点火初期阶段，冲洗阶段包括冷态冲洗阶与热态冲洗阶段。

4.根据权利要求1所述的一种构建多参数汽源辅汽联箱系统的方法，其特征在于，步骤五中，高压辅助蒸汽系统的联箱参数设定压力为1.2MPa，温度为300℃，低压辅助蒸汽系统的联箱参数设定压力为0.8MPa，温度为280℃。

5.根据权利要求1所述的一种构建多参数汽源辅汽联箱系统的方法，其特征在于，步骤五中，高压辅助蒸汽系统的联箱汽源为冷再热蒸汽和辅汽联络管来的辅汽，当冷再热蒸汽参数未达到用汽要求时，使用辅汽，当冷再热蒸汽参数达到切换条件后，切换为冷再热蒸汽汽源。

6.根据权利要求1所述的一种构建多参数汽源辅汽联箱系统的方法，其特征在于，步骤五中，低压辅助蒸汽系统的联箱汽源为辅汽联络管来的辅汽和汽轮机的低五段抽汽，当汽轮机的低五段抽汽未达到用汽要求时，使用辅汽。

7.根据权利要求1所述的一种构建多参数汽源辅汽联箱系统的方法，其特征在于，步骤三中，高能级用户包括锅炉启动炉底加热和凝汽器启动抽气；

低能级用户包括空预器吹灰、除氧器及水箱加热、汽轮机轴封系统用汽、除尘器灰斗加热、锅炉暖风器、脱硝吹灰和小汽轮机用汽。

8.根据权利要求1所述的一种构建多参数汽源辅汽联箱系统的方法，其特征在于，完成步骤五的能级刨分后，进行技术及经济分析，评估辅助蒸汽系统技术经济可行性。

9.根据权利要求8所述的一种构建多参数汽源辅汽联箱系统的方法，其特征在于，技术及经济分析根据汽轮机热力平衡图分别开展机组100％THA、75％THA以及50％THA工况时，高压辅助蒸汽系统和低压辅助蒸汽系统汽源参数核算。

10.根据权利要求8所述的一种构建多参数汽源辅汽联箱系统的方法，其特征在于技术及经济分析包括定量核准机组启动过程中的辅汽消耗量，并采用等效焓降的方法，分别计算出系统做功能力减少量、吸热量变化以装置效率降低值，最终对机组的运行经济性进行评估，计算方法如下：

做功能力减少量：

△H₁＝20/G×(H_1z-H_n+Q)

其中，G为主蒸汽流量，H_1z为冷再比焓，H_n为排汽焓，Q为再热蒸汽吸热量；

吸热量变化：

△Q₁＝20/G×Q

装置效率降低：

△η₁＝[(H-ΔH₁)/(Q₂-ΔQ₁)-η]/η×100％

其中，H为新蒸汽等效焓降值，Q₂为新蒸汽吸热量，η为汽轮机热效率。

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