CN113670085A - 一种垃圾焚烧电厂冷端优化调度系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽轮机冷端经济性运行技术领域，尤其是一种垃圾焚烧电厂冷端优化调度系统，包括垃圾焚烧模块、汽轮机模块和汽轮机冷端模块，所述垃圾焚烧模块包括给焚烧锅炉、余热锅炉和烟气处理系统，所述焚烧锅炉一侧安装有给料斗，所述焚烧锅炉内安装有渣池，所述焚烧锅炉与余热锅炉连接，所述余热锅炉一侧安装有烟囱，所述余热锅炉与烟气处理系统之间连接，所述汽轮机模块包括汽轮机和发电机，所述与之间电性连接。本发明不但考虑到环境对凝汽器的影响，也兼顾机组多部件变工况运行特性，可实现高效冷端优化、提高机组运行经济性的目的。

Description

一种垃圾焚烧电厂冷端优化调度系统及方法

技术领域

本发明涉及汽轮机冷端经济性运行技术领域，尤其涉及一种垃圾焚烧电厂冷端优化调度系统及方法。

背景技术

在垃圾焚烧发电的热力过程中，垃圾焚烧模块的布置按燃料的处理流程顺序布置：垃圾燃料由给料斗进入焚烧锅炉，并在所述焚烧锅炉中燃烧，燃烧残余进入渣池，而燃烧生成的高温烟气进入余热锅炉，在所述余热锅炉中和循环水路中的水换热，水变成高温过热蒸汽，所述换热过后的烟气由管路进入烟气处理系统，经系列垃圾烟气处理后经烟囱排放。

在余热锅炉中产生的高温过热蒸汽经高温蒸汽管路进入汽轮机，膨胀做功，从而输出轴功由发电机发电，汽轮机出口乏蒸汽进入凝汽器放热冷凝后由凝结水泵泵送至余热锅炉换热以持续不断的产生可膨胀做功的高温过热蒸汽，乏蒸汽冷凝过程在垃圾焚烧发电热力系统流程中又称作冷端处理过程，冷端处理良好与否将直接影响整个垃圾焚烧发电系统经济性。

目前，在垃圾焚烧发电系统中，为了提高能量的转化率，尽量减小热量损失，提高汽轮机的效率尤为关键，而冷端处理的效果则决定了汽轮机的真空度，而汽轮机的真空度直接影响着它的发电效率，因此冷端处理的合理结构布置与调控对整个系统收效起着至关重要的作用。

在凝汽器应用技术领域，西北、华北水资源相对稀缺地区大多采用直接空冷式凝汽系统，在管道内的蒸汽与管道外侧的轴流风机所引流的冷空气换热，生成的冷凝水由底部收集，再由冷凝水管路排出，管路中不凝性气体由真空泵抽出，空冷凝汽器除清洗需耗水外，对水的消耗较少，但需要增设轴流风机，增加了厂用电，同时也增添了噪声，在温度较低季节可以通过降低轴流风机转速或控制启停数量来调节冷凝压力使得汽轮机出力与外界负荷匹配，但在夏季或环境温度较高时，空冷凝汽器运行真空偏低，机组出力严重受限，直接影响机组的经济性及安全运行。因此电厂冷端涉及到系统结构及运行优化问题，所以很有必要提出一种垃圾焚烧电厂冷端优化调度系统及方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种垃圾焚烧电厂冷端优化调度系统及方法，可以有效地利用蒸发式凝汽器高效冷却优势，通过分流冷凝来应对夏季高温造成的出力降低问题，对冷端进行合理优化进而提高系统经济性，具有良好的市场竞争力，值得推荐。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

设计一种垃圾焚烧电厂冷端优化调度系统，包括垃圾焚烧模块、汽轮机模块和汽轮机冷端模块，

所述垃圾焚烧模块包括给焚烧锅炉、余热锅炉和烟气处理系统，所述焚烧锅炉一侧安装有给料斗，所述焚烧锅炉内安装有渣池，所述焚烧锅炉与余热锅炉连接，所述余热锅炉一侧安装有烟囱，所述余热锅炉与烟气处理系统之间连接，

所述汽轮机模块包括汽轮机和发电机，所述与之间电性连接，

所述汽轮机冷端模块包括汽水箱、空冷凝汽器和蒸发式凝汽器，所述汽水箱包括排汽装置和凝结水箱，排汽装置的出汽端通过管道连接有三通阀，所述三通阀一端连接有减温乏蒸汽管路，所述减温乏蒸汽管路一端与空冷凝汽器的进气侧连接，所述三通阀一端通过管道与蒸发式凝汽器连接，空冷凝汽器和蒸发式凝汽器的出水侧连接有凝结水管路，所述凝结水管路与所述汽水箱的进水侧连接，所述空冷凝汽器和蒸发式凝汽器通过管道连接有抽真空管路，所述抽真空管路一端连接有抽真空泵，所述凝结水箱通过管道连接有凝结水泵，所述凝结水泵出水口连接有水管路，所述水管路另一端与余热锅炉进水口连接。

优选的，所述排汽装置出口的乏蒸汽经由三通阀以不同的比例进入所述空冷凝汽器和蒸发式凝汽器。

优选的，所述空冷凝汽器和蒸发式凝汽器出口的冷凝水管路内各安装有温度传感器和压力传感器，所述空冷凝汽器和蒸发式凝汽器内安装有风机功率传感器，蒸发式凝汽器内还安装有喷淋泵功率传感器和流量传感器，所述凝结水泵安装有功率传感器，所述发电机输出端安装有功率传感器。

优选的，所述余热锅炉一侧连接有高温蒸汽管路，所述高温蒸汽管路一端与汽轮机连接，所述汽轮机一侧连接有蒸汽管路，所述蒸汽管路与汽水箱的进气侧连接。

优选的，所述汽轮机排出的乏蒸汽在排汽装置中与所述冷凝水管路输送的凝结水进行直接接触式换热。

一种基于权利要求1所述的垃圾焚烧电厂冷端优化调度方法，包括在线监测模块、系统经济诊断模块与调度指令模块，包括以下步骤：

S1、在线监测模块负责上传各传感器实时读取的运行数据，包括所述空冷凝汽器和蒸发式凝汽器出口处的凝结水温度、压力，空冷凝汽器的风机耗功率，蒸发式凝汽器的风机耗功率、喷淋泵耗功率及喷淋水量、凝结水泵的耗功率，发电机的发电功率，焚烧锅炉的垃圾焚烧量，其中所述发电机发电功率由外界所需负荷确定；

S2、系统经济诊断模块内置冷端优化经济性运算逻辑，在线监测模块实时采集到的数据导入此模块，模块从系统经济性最佳的角度计算出三通阀的开度，发出数字信号；

S3、调度指令模块接收系统经济诊断模块发出的数字信号，并将数字信号转化成电信号，驱动三通阀动作，进而分配进入到空冷凝汽器和蒸发式凝汽器的凝结水量。

本发明提出的一种垃圾焚烧电厂冷端优化调度系统及方法，有益效果在于：

一、本发明提出的空冷式凝汽器与蒸发式凝汽器并联使用可以起到乏蒸汽分流冷凝的作用，有利于减少空冷凝汽器的热负荷、降低运行背压、弥补夏季高温造成的冷凝负荷超出凝汽器处理范围的问题进而提高系统出力。

二、蒸发式凝汽器利用喷淋到换热盘管外的水膜吸热蒸发，顶部风机加速空气流动不断带走产生的水蒸汽，从而加强管内乏蒸汽冷凝效果，维持较高凝汽器真空度，且相对于传统湿冷凝汽器，可大大减少冷却水量。

三、本发明可以结合环境温度及最佳经济运行原则，制定冷端优化调度方法，实现系统高效节能降耗、降低机组运行成本、提升企业综合竞争能力。

附图说明

图1为本发明提出的一种垃圾焚烧电厂冷端优化调度系统结构示意图；

图2为本发明提出的一种垃圾焚烧电厂冷端优化调度方法流程示意图。

图中：进料斗1、焚烧锅炉2、渣池3、余热锅炉4、烟气处理系统5、烟囱6、汽轮机7、发电机8、汽水箱9、排气装置10、凝结水箱11、三通阀12、空冷凝汽器13、蒸发式凝汽器14、抽真空泵15、循环水泵16、高温蒸汽管路17、蒸汽管路18、减温乏蒸汽管路19、冷凝水管路20、循环冷凝水管路21、抽真空管路22。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-2，一种垃圾焚烧电厂冷端优化调度系统，包括垃圾焚烧模块、汽轮机模块和汽轮机冷端模块，

垃圾焚烧模块包括给焚烧锅炉2、余热锅炉4和烟气处理系统5，焚烧锅炉2一侧安装有给料斗1，焚烧锅炉2内安装有渣池3，焚烧锅炉2与余热锅炉4连接，余热锅炉4一侧安装有烟囱6，余热锅炉4与烟气处理系统5之间连接，余热锅炉4一侧连接有高温蒸汽管路17，高温蒸汽管路17一端与汽轮机7连接，汽轮机7一侧连接有蒸汽管路18，蒸汽管路18与汽水箱9的进气侧连接，在余热锅炉4换热的水，变成高温过热蒸汽，经高温蒸汽管路17至汽轮机7，膨胀做功并由发电机8发电，膨胀做功后的乏蒸汽经乏蒸汽管路18进入汽水箱9。

汽轮机模块包括汽轮机7和发电机8，7与8之间电性连接，汽轮机7排出的乏蒸汽在排汽装置10中与冷凝水管路20输送的凝结水进行直接接触式换热，减温乏蒸汽分别在空冷、蒸发式凝汽器中换热冷凝，生成的冷凝水经冷凝水管路20进入汽水箱9，与乏蒸汽换热后的冷凝水汇集在凝结水箱11，再经由循环冷凝水管路21、循环水泵16进入余热锅炉，持续换热进行蒸汽-水路循环。

汽轮机冷端模块包括汽水箱9、空冷凝汽器13和蒸发式凝汽器14，汽水箱9包括排汽装置10和凝结水箱11，排汽装置10出口的乏蒸汽经由三通阀12以不同的比例进入空冷凝汽器13和蒸发式凝汽器14，乏蒸汽与来自冷凝水管路20的冷凝水一次换热，变成减温乏蒸汽，再经由减温乏蒸汽管路19、三通阀12调配蒸汽分配比例。

空冷凝汽器13和蒸发式凝汽器14出口的冷凝水管路20内各安装有温度传感器和压力传感器，空冷凝汽器13和蒸发式凝汽器14内安装有风机功率传感器，蒸发式凝汽器14内还安装有喷淋泵功率传感器和流量传感器，凝结水泵16安装有功率传感器，发电机8输出端安装有功率传感器，便于监测系统工作状态。

排汽装置10的出汽端通过管道连接有三通阀12，三通阀12一端连接有减温乏蒸汽管路19，减温乏蒸汽管路19一端与空冷凝汽器13的进气侧连接，三通阀12一端通过管道与蒸发式凝汽器14连接，空冷凝汽器13和蒸发式凝汽器14的出水侧连接有凝结水管路20，凝结水管路20与汽水箱9的进水侧连接，空冷凝汽器13和蒸发式凝汽器14通过管道连接有抽真空管路22，抽真空管路22一端连接有抽真空泵15，凝结水箱11通过管道连接有凝结水泵16，凝结水泵16出水口连接有水管路21，水管路21另一端与余热锅炉4进水口连接。

一种垃圾焚烧电厂冷端优化调度方法，包括在线监测模块、系统经济诊断模块与调度指令模块，包括以下步骤：

S1、在线监测模块负责上传各传感器实时读取的运行数据，包括空冷凝汽器13和蒸发式凝汽器14出口处的凝结水温度、压力，空冷凝汽器13的风机耗功率，蒸发式凝汽器14的风机耗功率、喷淋泵耗功率及喷淋水量、凝结水泵16的耗功率，发电机8的发电功率，焚烧锅炉1的垃圾焚烧量，其中发电机发电功率由外界所需负荷确定；

S2、系统经济诊断模块内置冷端优化经济性运算逻辑，在线监测模块实时采集到的数据导入此模块，模块从系统经济性最佳的角度计算出三通阀12的开度，发出数字信号；

S3、调度指令模块接收系统经济诊断模块发出的数字信号，并将数字信号转化成电信号，驱动三通阀12动作，进而分配进入到空冷凝汽器13和蒸发式凝汽器14的凝结水量。

冷端优化调度方法包括运行数据采集系统、数据分析与全工况特性系统、冷端优化经济配置与调度系统。运行数据采集系统包括在图1所示系统基础上增设相应的温度、压力、流量阀等检测装置，用以蒸汽品质、各部件热力参数的收集，各部件热力参数包括但不限于汽轮机进、出口蒸汽压力、温度、流量，汽水箱出口减温蒸汽压力、温度、流量，三通阀12调节减温乏蒸汽分配比例，汽轮机7转速，空冷凝汽器13轴流风机转速及功率、蒸发式凝汽器14顶端风机转速及功率，蒸发式凝汽器14喷淋补水压力、温度、流量。

数据分析与全工况特性系统，包括基于前述所采集的离散数据，归纳各管路状态参数影响因子，参数包括但不限于汽轮机7效率、功率，空冷凝汽器13、蒸发式凝汽器14真空度，影响因子包括但不限于环境温度、压力、湿度，三通阀12乏蒸汽分配比例，循环水泵16冷凝水流速、温度、泵功率，空冷凝汽器13轴流风机转速、功率，蒸发式凝汽器14轴流风机转速、功率，蒸发式凝汽器14喷淋补水流量流速、温度，再通过神经网络方法，建立以数据驱动的冷端处理——汽轮机耦合系统全工况特性。

数据分析与全工况特性系统，还包括基于所采集的离散数据，通过汽轮机7级特性计算、蒸发式凝汽器14换热特性计算、空冷凝汽器13换热特性及能耗计算，建立以物理机制为基础的冷端处理——汽轮机耦合系统全工况特性，以物理机制为基础的冷端处理——汽轮机耦合系统全工况特性，可由离散数据建立的以数据驱动的冷端处理——汽轮机耦合系统全工况特性所验证，并以此实现由离散的系统全工况特性到连续的系统全工况特性。

冷端优化经济配置与调度系统，包括收集垃圾焚烧电厂所处典型季节气温、湿度、压力，再基于建立的连续的冷端处理——汽轮机耦合系统全工况特性，最终调控得到使得垃圾焚烧电厂最优运行的调度方法。

工作原理：本发明在进行工作时，垃圾燃料由给料斗1进入焚烧锅炉2中燃烧，燃烧残渣进入渣池3、燃烧产生高温烟气进入余热锅炉4与循环水泵16泵送来的水换热，然后烟气进入烟气处理系统5，经系列处理达标后经烟囱6排出，在余热锅炉4换热的水，变成高温过热蒸汽，经高温蒸汽管路17至汽轮机7，膨胀做功并由发电机8发电，膨胀做功后的乏蒸汽经乏蒸汽管路18进入汽水箱9，汽水箱包括排气装置10和凝结水箱11，乏蒸汽与来自冷凝水管路20的冷凝水一次换热，变成减温乏蒸汽，再经由减温乏蒸汽管路19、三通阀12调配蒸汽分配比例，进入空冷凝汽器13、蒸发式凝汽器14，减温乏蒸汽分别在空冷、蒸发式凝汽器中换热冷凝，生成的冷凝水经冷凝水管路20进入汽水箱9，与乏蒸汽换热后的冷凝水汇集在凝结水箱11，再经由循环冷凝水管路21、循环水泵16进入余热锅炉，持续换热进行蒸汽-水路循环，抽真空管路22和抽真空泵15，将蒸发式凝汽器14和空冷凝汽器13中不凝性气体抽出，本发明设计合理，结构巧妙，通过结构之间的相互配合，具有良好的市场竞争力，值得推荐。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种垃圾焚烧电厂冷端优化调度系统，其特征在于，包括垃圾焚烧模块、汽轮机模块和汽轮机冷端模块；

所述垃圾焚烧模块包括给焚烧锅炉（2）、余热锅炉（4）和烟气处理系统（5），所述焚烧锅炉（2）一侧安装有给料斗（1），所述焚烧锅炉（2）内安装有渣池（3），所述焚烧锅炉（2）与余热锅炉（4）连接，所述余热锅炉（4）一侧安装有烟囱（6），所述余热锅炉（4）与烟气处理系统（5）之间连接，

所述汽轮机模块包括汽轮机（7）和发电机（8），所述（7）与（8）之间电性连接，

所述汽轮机冷端模块包括汽水箱（9）、空冷凝汽器（13）和蒸发式凝汽器（14），所述汽水箱（9）包括排汽装置（10）和凝结水箱（11），排汽装置（10）的出汽端通过管道连接有三通阀（12），所述三通阀（12）一端连接有减温乏蒸汽管路（19），所述减温乏蒸汽管路（19）一端与空冷凝汽器（13）的进气侧连接，所述三通阀（12）一端通过管道与蒸发式凝汽器（14）连接，空冷凝汽器（13）和蒸发式凝汽器（14）的出水侧连接有凝结水管路（20），所述凝结水管路（20）与所述汽水箱（9）的进水侧连接，所述空冷凝汽器（13）和蒸发式凝汽器（14）通过管道连接有抽真空管路（22），所述抽真空管路（22）一端连接有抽真空泵（15），所述凝结水箱（11）通过管道连接有凝结水泵（16），所述凝结水泵（16）出水口连接有水管路（21），所述水管路（21）另一端与余热锅炉（4）进水口连接。

2.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧电厂冷端优化调度系统，其特征在于，所述排汽装置（10）出口的乏蒸汽经由三通阀（12）以不同的比例进入所述空冷凝汽器（13）和蒸发式凝汽器（14）。

3.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧电厂冷端优化调度系统，其特征在于，所述空冷凝汽器（13）和蒸发式凝汽器（14）出口的冷凝水管路（20）内各安装有温度传感器和压力传感器，所述空冷凝汽器（13）和蒸发式凝汽器（14）内安装有风机功率传感器，蒸发式凝汽器（14）内还安装有喷淋泵功率传感器和流量传感器，所述发电机（8）和凝结水泵（16）输出端均安装有功率传感器。

4.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧电厂冷端优化调度系统，其特征在于，所述余热锅炉（4）一侧连接有高温蒸汽管路（17），所述高温蒸汽管路（17）一端与汽轮机（7）连接，所述汽轮机（7）一侧连接有蒸汽管路（18），所述蒸汽管路（18）与汽水箱（9）的进气侧连接。

5.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧电厂冷端优化调度系统，其特征在于，所述汽轮机（7）排出的乏蒸汽在排汽装置（10）中与所述冷凝水管路（20）输送的凝结水进行直接接触式换热。

6.一种基于权利要求1所述的垃圾焚烧电厂冷端优化调度方法，其特征在于，包括在线监测模块、系统经济诊断模块与调度指令模块，包括以下步骤：

S1、在线监测模块负责上传各传感器实时读取的运行数据，包括所述空冷凝汽器（13）和蒸发式凝汽器（14）出口处的凝结水温度、压力，空冷凝汽器（13）的风机耗功率，蒸发式凝汽器（14）的风机耗功率、喷淋泵耗功率及喷淋水量、凝结水泵（16）的耗功率，发电机（8）的发电功率，焚烧锅炉（1）的垃圾焚烧量，其中所述发电机发电功率由外界所需负荷确定；

S2、系统经济诊断模块内置冷端优化经济性运算逻辑，在线监测模块实时采集到的数据导入此模块，模块从系统经济性最佳的角度计算出三通阀（12）的开度，发出数字信号；

S3、调度指令模块接收系统经济诊断模块发出的数字信号，并将数字信号转化成电信号，驱动三通阀（12）动作，进而分配进入到空冷凝汽器（13）和蒸发式凝汽器（14）的凝结水量。

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