CN113847824B - 一种适应给水泵小汽轮机独立凝汽器冷却水量调整方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适应给水泵小汽轮机独立凝汽器冷却水量调整的系统及方法，该系统通过给管道泵设置一个旁路，在管道泵检修或者出现故障时，可以快速切换到旁路。在冬季环境温度较低时，可以完全停掉管道泵系统的运行，切换到旁路，减小系统阻力和减少管道泵的耗功。
Description
技术领域
本发明属于燃煤机组节能技术领域，具体涉及一种适应给水泵小汽轮机独立凝汽器冷却水量调整方法。
背景技术
当前大部分300MW等级以上湿冷火电机组基本都采用汽动给水泵，其中少部分机组的小汽轮机排汽不与大机共用凝汽器，采用单独的凝汽器，凝汽器的冷却水是从大机循环水泵接出一路管道，利用大机循环水泵的扬程克服小机凝汽器水阻、系统损失及沿程损失。由于没有专门针对单独凝汽器的系统阻力校核标准，容易导致小机凝汽器冷却水量不足。同时在夏季机组负荷低，外界环境温度高，大机循环水泵单泵运行时，出口压力较小，进入小机凝汽器的水量大幅降低，小机背压过高，进而增大小机进汽量，增加了机组能耗，更严重的话，可能会导致小汽轮机超速，影响机组运行安全。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种适应给水泵小汽轮机独立凝汽器冷却水量调整方法。以改变现有技术中小机凝汽器冷却水量不足的问题。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种适应给水泵小汽轮机独立凝汽器冷却水量调整的系统，包括高中压缸和冷却塔，高中压缸的蒸汽输出端分别连接至低压缸和小汽轮机，低压缸的蒸汽输出端连接至凝汽器；小汽轮机的蒸汽输出端连接至小机凝汽器；
所述冷却塔的冷却水输出管路分为第一支路和第二支路，所述第一支路连接至凝汽器的冷却水进水管路；所述第二支路分为第三支路和第四支路，所述第三支路上设置有串联的管道泵和管道泵入口阀门，所述第四支路上设置有管道泵旁路阀门，所述第三支路的终端和第四支路的终端均连接至小机凝汽器的冷却水管路；所述管道泵连接有调速装置。
本发明的进一步改进在于：
优选的，所述第二支路上设置有小机冷却水调节阀。
优选的，所述冷却水输出管路上设置有循环水泵。
优选的，所述凝汽器的冷却水出水管路连接至冷却塔的冷却水进水管路。
优选的，所述调速装置为变频器或永磁调速设备。
优选的，所述凝汽器的凝结水输出管路连接至锅炉的省煤器。
优选的，顺着水流的方向，所述凝结水输出管路上依次设置有凝结水泵、低压加热器、除氧器、汽动给水泵和高压加热器。
优选的，所述汽动给水泵的汽体输入端和小汽轮机的蒸汽输出端连接。
一种基于上述的适应给水泵小汽轮机独立凝汽器冷却水量调整的系统的调整方法，
环境温度低于设定温度或管道泵检修时，关闭管道泵入口阀门，打开管道泵旁路阀门，从冷却塔流出的冷却水依次通过第二支路和第四支路，进入小机凝汽器，所述冷却水在小机凝汽器中冷却小汽轮机排出的蒸汽；
环境温度高于设定温度时，打开管道泵入口阀门，关闭管道泵旁路阀门，从冷却塔流出的冷却水依次通过第二支路和第三支路，进入小机凝汽器，所述冷却水在小机凝汽器中冷却小汽轮机排出的蒸汽；在该过程中，调速装置通过改变频率，对管道泵的输出水流量进行调节，管道泵控制进入小机凝汽器的冷却水量，进而改变小汽轮机的背压；
优选的，所述设定温度为5℃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种适应给水泵小汽轮机独立凝汽器冷却水量调整的系统，该系统通过给管道泵设置一个旁路，在管道泵检修或者出现故障时，可以快速切换到旁路。在冬季环境温度较低时，可以完全停掉管道泵系统的运行，切换到旁路，减小系统阻力和减少管道泵的耗功。
进一步的，在第二支路上设置有小机冷却水调节阀，用于控制小机冷却水的通断，以配合小汽轮机的工作情况。
进一步的，在冷却水输出管路上设置循环水泵，保证从冷却塔流出的冷却水能够进入凝汽器和小机凝汽器。
进一步的，凝汽器的冷却水出水管路和冷却塔的冷却水进水管路连接，使得在凝汽器和冷却塔之间的冷却水能够形成循环。
进一步的，通过在大机循环水泵到小机凝汽器的冷却水管道上增加一个管道泵，管道泵的电动机配上变频器或者永磁调速装置，实现在线自动调整管道泵的流速，耦合小汽轮机热端及冷端达到最优控制。
进一步的，凝汽器的凝结水输出管路和锅炉连接，使得凝结水能够充分的利用，能量得到循环。
进一步的，凝结水管路上依次设置有各个装置，使得凝结水最终能够满足锅炉用水的条件。
进一步的，凝结水管路上的汽动给水泵通过小汽轮机的乏汽进行驱动，使得能量充分得到利用。
本发明还公开了一种适应给水泵小汽轮机独立凝汽器冷却水量调整的系统的调整方法，该方法通过切换小机凝汽器的旁路和常规的冷却水管路，使得小机凝汽器使用的冷却水能够在各种条件下满足需求。
附图说明
图1为本发明的系统结构图；
其中：1-锅炉；2-高中压缸；3-小机凝汽器；4-管道泵；5-调速装置；6-低压缸；7-凝汽器；8-冷却塔；9-循环水泵；10-小机冷却水调节阀；11-管道泵入口阀门；12-凝结水泵；13-低压加热器；14-管道泵旁路阀门；15-除氧器；16-汽动给水泵；17-小汽轮机；18-高压加热器；19-冷却水输出管路；20-第一支路；21-第二支路；22-第三支路；23-第四支路；24-凝结水输出管路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参见图1，本发明公开了一种适应给水泵小汽轮机独立凝汽器冷却水量调整的系统及方法，主要装置包括冷却塔8、汽动给水泵16、小汽轮机17、管道泵4、小机凝汽器3和管道泵旁路阀门14。
锅炉1的蒸汽输出端和高中压缸2的蒸汽输入端连接，高中压缸2的蒸汽输出端分为两路，分别连接至低压缸6和小汽轮机17，低压缸6的蒸汽输出端连接至凝汽器7，小汽轮机17的蒸汽输出端连接至小机凝汽器3。
凝汽器7通过冷却水对从低压缸6输出的蒸汽进行冷却，其内部设置有冷却水管路和凝结水管路，蒸汽被冷却后形成凝结水。冷却水管路的进口端和第一支路20连接，冷却水管路的出口端和冷却水输出管路19连接。凝结水管路的进汽端和低压缸6的蒸汽输出管路连接，凝结水管路的排水端和凝结水输出管路24连接，凝结水输出管路24的终点为锅炉1的省煤器。顺着水流的方向，所述凝结水输出管路24上依次设置有凝结水泵12、低压加热器13、除氧器15、汽动给水泵16和高压加热器18。所述小汽轮机17的蒸汽输出端和汽动给水泵16的汽体输入端连接，使得小汽轮机17的蒸汽能够驱动汽动给水泵16。
冷却塔8用于冷却凝汽器7排出的冷却水，凝汽器7的冷却水进水端和冷却水输出管路19连接，冷却水输出管路19上设置有循环水泵9。凝汽器7的冷却水排水端和冷却水输出管路19的进口连接，冷却水输出管路19分为两个支路，第一支路20连接至凝汽器7的冷却水进水管路；所述第二支路21的终端为小机凝汽器3的冷却水进水端。因此，冷却塔8输出的冷却水用于同时冷却凝汽器7和小机凝汽器3。
第二支路21上设置有小机冷却水调节阀10，顺着水流的方向，在小机冷却水调节阀10后分为第三支路22和第四支路23，所述第三支路22上设置有串联的管道泵4和管道泵入口阀门11，所述第四支路23上设置有管道泵旁路阀门14，所述第三支路22的终端和第四支路23的终端均连接至小机凝汽器3的冷却水管路；所述管道泵4连接有调速装置5，调速装置5为变频器或永磁调速设备。
本发明的设计原理
当前大部分300MW等级以上湿冷火电机组基本都采用汽动给水泵，其中少部分机组的小汽轮机排汽不与大机共用凝汽器，采用单独的凝汽器，凝汽器的冷却水是从大机循环水泵接出一路管道，利用大机循环水泵的扬程克服小机凝汽器水阻、系统损失及沿程损失。由于没有专门针对单独凝汽器的系统阻力校核标准，容易导致小机凝汽器冷却水量不足。同时在夏季机组负荷低，外界环境温度高，大机循环水泵单泵运行时，出口压力较小，进入小机凝汽器的水量大幅降低，小机背压过高，进而增大小机进汽量，增加了机组能耗，更严重的话，可能会导致小汽轮机超速，影响机组运行安全。通过在大机循环水泵到小机凝汽器的冷却水管道上增加一个管道泵，管道泵的电动机配上变频器或者永磁调速装置，实现在线自动调整管道泵的流速，耦合小汽轮机热端及冷端达到最优控制。给管道泵设置一个旁路，在管道泵检修或者出现故障时，可以快速切换到旁路。在冬季环境温度较低时，可以完全停掉管道泵系统的运行，切换到旁路，减小系统阻力和减少管道泵的耗功。
本发明的工作过程：
给水在锅炉1内加热，进入高中压缸2和低压缸6内做功。从高中压缸2排汽抽出部分蒸汽进入小汽轮机17做功驱动汽动给水泵16，小汽轮机17做功完的乏汽进入小机凝汽器3冷凝，小机凝汽器3的冷却水通过循环水泵9出口到大机凝汽器的冷却水管道上引出一路获得，部分冷却水经过小机冷却水调节阀10。在环境温度低于5℃。或者管道泵检修及故障时，关闭管道泵入口阀门11，并打开管道泵旁路阀门14，冷却水直接进入小机凝汽器3内冷却水管冷凝乏汽；在环境温度较高时，打开管道泵入口阀门11，并关闭管道泵旁路阀门14，冷却水通过管道泵4加压进入小机凝汽器3内冷却水管冷凝乏汽，管道泵4通过变频器或者永磁调速设备5进行调速，控制进入小机凝汽器3的冷却水量，通过水量的控制改变小汽轮机的背压，自动调整进入小汽轮机的蒸汽流量，实现小汽轮机冷端和热端的耦合优化控制。高中压缸2的乏汽在低压缸6内做功完之后，排汽进入凝汽器7冷凝，冷凝完凝汽器的冷却水从冷水变为热水，经过循环水泵9增压来到冷却塔8进行冷却塔8冷却重新变为冷水，然后又回到凝汽器7冷凝乏汽，形成一个循环。乏汽通过凝汽器7冷凝成为凝结水来到凝结水泵12增压，进入低压加热器13，在低压加热器13进行抽汽加热后上水来到除氧器15，加热除氧经过汽动给水泵16加压，汽动给水泵16利用小汽轮机17驱动增压进入高压加热器18，经过高压加热器18加热后给水重新回到锅炉1内加热。
控制方法：
通过改变管道泵电动机的频率，从而可以控制小机凝汽器的冷却水流量。提升频率，可以提升管道泵冷却水流量，可以降低小汽轮机背压，由于小汽轮机背压低，进入小汽轮机的蒸汽流量相应会减小，降低机组能耗，但是提升频率会导致管道泵耗功增多。同时由于背压的降低，会有一定的边际效应，所以不能无限制的提升冷却水量。机组总的循环水量是一定的，进入小机凝汽器的循环水量增大，就会导致进入大机凝汽器的流量减小，这时候也需要寻找一个最佳运行点。在冬季环境温度较低时，大机凝汽器和小机凝汽器都接近于机组的阻塞背压，不再需要大量的冷却水，这时可以停止使用管道泵，切到旁路，减少系统阻力，也省去了管道泵这部分的耗功。
经过搭建小汽轮机冷端和热端耦合的计算模型，在机组100%THA、75%THA及50%THA负荷下，选择一个冷却水温是25℃左右的时间段来进行时间，全年温度下的背压通过凝汽器特性曲线进行修正，调节管道泵的频率，从35Hz到50Hz，每间隔3Hz作为一个调整点，测量这时候小机凝汽器的冷却水流量，不同的频率下机组稳定1小时进行性能试验，可以计算出来在相同机组负荷不同频率下的机组的热耗率，也记录不同频率下的管道泵的耗功，比较机组是降热耗的收益和提升管道泵频率导致的电耗增加的损失，看哪一个更经济，得出这个水温和负荷下的最佳频率。水温不用每一个点都做，不然工作量太大，可以采用修正来实现。最终形成在不同机组负荷和不同冷却水温下，获得最佳运行工况点，经济性最佳时管道泵的流量为输出流量，通过流量就可以确定管道泵在运行时对应的变频器频率。管道泵在线运行优化的基础上，根据得出的变频器最优频率，将最优频率值直接反馈至管道泵变频器设置系统中，实现管道泵变频器频率智能控制。在机组停运期间，运将运行优化算法直接在机组DCS系统里编程开发，实现变频管道泵运行优化功能，运行优化结果直接反馈至管道泵变频器频率设置系统，智能控制管道泵运行。在机组再次运行时，实现机组根据实时的冷却水进口温度及机组负荷，自动寻优获得管道运行的最佳频率，实现管道泵频率投自动的目的。这样就实现了管道泵运行的精细化调整，有效节省了管道泵电耗和保证机组处于最佳背压运行点。
在外界环境温度低于5℃或者管道泵故障检修时，把管道泵隔离出来，启动管道泵的旁路，彻底停用管道泵，减少系统阻力，省去了管道泵这部分的耗功。
投运效果
通过在大机循环水泵到小机凝汽器的冷却水管道上增加一个管道泵，管道泵的电动机配上变频器或者永磁调速装置，实现在线自动调整管道泵的流速，耦合小汽轮机热端及冷端达到最优控制，实现节能控制。给管道泵设置一个旁路，在环境温度低或者管道泵检修及出现故障时，可以快速切换到旁路，完全停掉管道泵系统的运行，切换到旁路，减小系统阻力和减少管道泵的耗功。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种适应给水泵小汽轮机独立凝汽器冷却水量调整方法，其特征在于，所述调整方法基于以下系统：包括高中压缸（2）和冷却塔（8），高中压缸（2）的蒸汽输出端分别连接至低压缸（6）和小汽轮机（17），低压缸（6）的蒸汽输出端连接至凝汽器（7）；小汽轮机（17）的蒸汽输出端连接至小机凝汽器（3）；
所述冷却塔（8）的冷却水输出管路（19）分为第一支路（20）和第二支路（21），所述第一支路（20）连接至凝汽器（7）的冷却水进水管路；所述第二支路（21）分为第三支路（22）和第四支路（23），所述第三支路（22）上设置有串联的管道泵（4）和管道泵入口阀门（11），所述第四支路（23）上设置有管道泵旁路阀门（14），所述第三支路（22）的终端和第四支路（23）的终端均连接至小机凝汽器（3）的冷却水管路；所述管道泵（4）连接有调速装置（5）；
所述调速装置（5）为变频器；
经过搭建小汽轮机冷端和热端耦合的计算模型，在机组100%THA、75%THA及50%THA负荷下，选择一个冷却水温是25℃左右的时间段来进行时间，全年温度下的背压通过凝汽器特性曲线进行修正，调节管道泵的频率，从35Hz到50Hz，每间隔3Hz作为一个调整点，测量这时候小机凝汽器的冷却水流量，不同的频率下机组稳定1小时进行性能试验，可以计算出来在相同机组负荷不同频率下的机组的热耗率，也记录不同频率下的管道泵的耗功，比较机组是降热耗的收益和提升管道泵频率导致的电耗增加的损失，确定更经济的水温和负荷下的最佳频率；水温不用每一个点都做，采用修正来实现，最终形成在不同机组负荷和不同冷却水温下，获得最佳运行工况点，经济性最佳时管道泵的流量为输出流量，通过流量就可以确定管道泵在运行时对应的变频器频率；管道泵在线运行优化的基础上，根据得出的变频器最优频率，将最优频率值直接反馈至管道泵变频器设置系统中，实现管道泵变频器频率智能控制；在机组停运期间，运将运行优化算法直接在机组DCS系统里编程开发，实现变频管道泵运行优化功能，运行优化结果直接反馈至管道泵变频器频率设置系统，智能控制管道泵运行；在机组再次运行时，实现机组根据实时的冷却水进口温度及机组负荷，自动寻优获得管道运行的最佳频率，实现了管道泵运行的精细化调整，有效节省了管道泵电耗和保证机组处于最佳背压运行点。
2.根据权利要求1所述的一种适应给水泵小汽轮机独立凝汽器冷却水量调整方法，其特征在于，所述第二支路（21）上设置有小机冷却水调节阀（10）。
3.根据权利要求1所述的一种适应给水泵小汽轮机独立凝汽器冷却水量调整方法，其特征在于，所述冷却水输出管路（19）上设置有循环水泵（9）。
4.根据权利要求1所述的一种适应给水泵小汽轮机独立凝汽器冷却水量调整方法，其特征在于，凝汽器（7）的冷却水出水管路连接至冷却塔（8）的冷却水进水管路。
5.根据权利要求1所述的一种适应给水泵小汽轮机独立凝汽器冷却水量调整方法，其特征在于，所述凝汽器（7）的凝结水输出管路（24）连接至锅炉（1）的省煤器。
6.根据权利要求5所述的一种适应给水泵小汽轮机独立凝汽器冷却水量调整方法，其特征在于，顺着水流的方向，所述凝结水输出管路（24）上依次设置有凝结水泵（12）、低压加热器（13）、除氧器（15）、汽动给水泵（16）和高压加热器（18）。
7.根据权利要求6所述的一种适应给水泵小汽轮机独立凝汽器冷却水量调整方法，其特征在于，所述汽动给水泵（16）的汽体输入端和小汽轮机（17）的蒸汽输出端连接。
8.根据权利要求1所述的一种适应给水泵小汽轮机独立凝汽器冷却水量调整方法，其特征在于，
环境温度低于设定温度或管道泵（4）检修时，关闭管道泵入口阀门（11），打开管道泵旁路阀门（14），从冷却塔（8）流出的冷却水依次通过第二支路（21）和第四支路（23），进入小机凝汽器（3），所述冷却水在小机凝汽器（3）中冷却小汽轮机（17）排出的蒸汽；
环境温度高于设定温度时，打开管道泵入口阀门（11），关闭管道泵旁路阀门（14），从冷却塔（8）流出的冷却水依次通过第二支路（21）和第三支路（22），进入小机凝汽器（3），所述冷却水在小机凝汽器（3）中冷却小汽轮机（17）排出的蒸汽；在该过程中，调速装置（5）通过改变频率，对管道泵（4）的输出水流量进行调节，管道泵（4）控制进入小机凝汽器（3）的冷却水量，进而改变小汽轮机（17）的背压。
9.根据权利要求8所述的一种适应给水泵小汽轮机独立凝汽器冷却水量调整方法，其特征在于，所述设定温度为5℃。
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