CN114321871A - 一种超临界锅炉深度调峰干湿态切换系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种超临界锅炉深度调峰干湿态切换系统，包括：多级限流装置和扩容器，所述超临界锅炉转湿态运行后高温饱和水通过管路流经所述多级限流装置进行减压，然后进入所述扩容器，在所述扩容器内扩容蒸发后产生的扩容蒸汽分流为两路，分别为第一管路和第二管路，所述第一管路中的扩容蒸汽通过管路引流至第二高压加热器进汽管道处，以替代所述第二高压加热器的部分抽汽加热给水，所述第二管路中的高温饱和水通过管路引流至除氧器以加热凝结水，本申请适用于不带炉水循环泵的超临界锅炉由干态转化为湿态运行，实现所述超临界锅炉转湿态运行后工质和热量的全回收以及深度调峰转湿态后的连续运行。

Description

一种超临界锅炉深度调峰干湿态切换系统

技术领域

本申请属于火力发电设备供热节能技术领域，尤其涉及一种超临界锅炉深度调峰干湿态切换系统。

背景技术

近年来，随着我国发电装机容量快速增长，特别是新能源发电快速发展，为了更好地消纳新能源发电，大型火电机组参与深度调峰运行已成为常态。受电力调峰等因素影响，随着机组负荷率的降低，当机组深度调峰至较低负荷时(30％以下负荷时)，超临界机组锅炉将出现干-湿态转换现象，由于超临界锅炉干湿态切换过程中，涉及系统多，系统复杂、设备操作程序多，当操作不当时，极易出现干湿态频繁切换、水动力失稳，机组参数剧烈波动，造成设备故障。甚至发生受热面超温爆管、分离器满水导致过热器进水等事故，严重危及机组的安全运行。

目前，随着电力市场辅助调峰的需求日益增加，超临界机组参与电力市场深度调峰成为必然，在超临界锅炉干湿态转化成为制约超临界机组参与深度调峰的瓶颈问题。

发明内容

针对上述问题，本申请实施例提供了一种超临界锅炉深度调峰干湿态切换系统，实现超临界锅炉转湿态运行后工质和热量的全回收以及深度调峰转湿态后的连续运行，所述技术方案如下：

本申请提供一种超临界锅炉深度调峰干湿态切换系统，包括：多级限流装置和扩容器，所述超临界锅炉转湿态运行后高温饱和水通过管路流经所述多级限流装置进行减压，然后进入所述扩容器，在所述扩容器内扩容蒸发后产生的扩容蒸汽分流为两路，分别为第一管路和第二管路，所述第一管路中的扩容蒸汽通过管路引流至第二高压加热器进汽管道处，以替代所述第二高压加热器的部分抽汽加热给水，所述第二管路中的高温饱和水通过管路引流至除氧器以加热凝结水，实现所述超临界锅炉转湿态运行后工质和热量的全回收以及深度调峰转湿态后的连续运行。

例如，在一个实施例提供的所述超临界锅炉深度调峰干湿态切换系统中，所述超临界锅炉转湿态运行后高温饱和水通过依次管路连接的第一三通、电动阀门、隔断阀、小流量361阀、汽水换热器后流入所述多级限流装置进行减压，然后经过流量测量装置进入所述扩容器。

例如，在一个实施例提供的所述超临界锅炉深度调峰干湿态切换系统中，所述汽水换热器位于所述第一管路的起始端，以加热所述第一管路中的扩容蒸汽，进而降低所述第一管路中扩容蒸汽的含湿率。

例如，在一个实施例提供的所述超临界锅炉深度调峰干湿态切换系统中，所述多级限流装置包括主通流管道，在所述主通流管道内设有节流组件，以降低流体压力，减小流体对阀门的冲击。

例如，在一个实施例提供的所述超临界锅炉深度调峰干湿态切换系统中，所述节流组件包括第一级节流孔板、第二级节流孔板和第三级节流孔板，所述第一级节流孔板、所述第二级节流孔板和所述第三级节流孔板依次间隔排布在所述主通流管道内，在所述第一级节流孔板和所述第三级节流孔板上开设四个通流孔，在所述第二级节流孔板上开设一个通流孔。

例如，在一个实施例提供的所述超临界锅炉深度调峰干湿态切换系统中，在所述第一管路上依次设有电动闸阀、隔断阀、逆止阀和第二三通，以将所述第一管路中的扩容蒸汽引流至第二高压加热器进汽管道处，以替代所述第二高压加热器的部分抽汽加热给水。

例如，在一个实施例提供的所述超临界锅炉深度调峰干湿态切换系统中，在所述第二管路上依次设有气动调节阀、电动闸阀和隔断阀，以将所述第二管路中的扩容蒸汽引流至除氧器以加热凝结水。

例如，在一个实施例提供的所述超临界锅炉深度调峰干湿态切换系统中，还包括疏放水管路，所述扩容器内扩容蒸发后产生的部分扩容蒸汽通过所述疏放水管路进入除氧器溢流放水管道。

例如，在一个实施例提供的所述超临界锅炉深度调峰干湿态切换系统中，在所述疏放水管路上依次设有隔断阀和电动闸阀。

例如，在一个实施例提供的所述超临界锅炉深度调峰干湿态切换系统中，在所述扩容器设有安全阀。

本申请的超临界锅炉深度调峰干湿态切换系统所带来的有益效果为：

1)本申请可实现超临界锅炉深度调峰转湿态后的连续运行，提升了超临界机组的深度调峰能力；

2)本申请与新增炉水循环泵的改造方案相比，具有改造范围小，改造难度低，改造费用低等优点。本申请无需新增泵等转机设备，降低了系统的改造难度，降低炉水循环泵运行可靠性低等影响系统安全性的问题；

3)本申请可解决超临界机组干湿态转化问题，特别是通过控制在大于30％以上负荷转化为湿态运行，提高低负荷运行时，水冷壁的工质流量，保证水冷壁的冷却条件，降低水冷壁深度调峰运行时热偏差，提高其水动力的安全性；

4)本申请在深度调峰运行时，通过回收扩容器新蒸汽的热量，加热锅炉给水，在一定程度上可提高低负荷运行时给水温度，降低省煤器烟气侧吸热量，有利于提高脱硝进口烟气温度，有利于深度调峰工况下脱硝系统的正常运行；

5)本申请除实现超临界锅炉转湿态连续运行外，还有助于锅炉启动阶段回收工质和热量，锅炉启动阶段，当给水品质能够满足锅炉安全运行后，通过本申请的系统，回收工质热量，有助于增加启动阶段锅炉蒸发量，有利于锅炉侧和汽机侧参数相匹配，缩短机组启动时间，另一方面，合格的工质进入除氧器，有利于降低机组启动阶段工质消耗，随着火电机组深度调峰的常态化，机组启停次数在现有基础上大幅增加，本申请在降低机组启动能耗和降低机组启动过程工质消耗上意义重大。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请的超临界锅炉深度调峰干湿态切换系统图；

图2是本申请的级限流装置剖面图；

图3是图2中的A-A、B-B、C-C剖面图。

附图标记：1-第一三通，2-电动阀门，3-隔断阀，4-小流量361阀，5-多级限流装置，51-主通流管道，52-第一级节流孔板，53-第二级节流孔板，54-第三级节流孔板，55-通流孔，6-流量测量装置，7-扩容器，8-电动闸阀，9-隔断阀，10-逆止阀，11-第二三通，12-气动调节阀，13-电动闸阀，14-隔断阀，15-除氧器，16-汽水换热器，17-隔断阀，18-电动闸阀，19-安全阀，20-第一管路，21-第二管路。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

超临界锅炉由于其特殊的运行方式，正常运行时工质一次性通过水冷壁完成加热和蒸发过程，水冷壁出口工质为微过热的汽态工质。超临界锅炉正常运行时，水冷壁出口工质全部为汽态(干态运行)，一般不涉及干湿态之间的转化。只有在机组启动和停运时涉及干湿态转化问题。机组启动时，随着锅炉炉内热负荷的增加，水冷壁吸收热量随之增加，水冷壁出口工质汽水混合物的干度也随之增加，当水冷壁出口工质由汽水混合物全部转化为水蒸气时，锅炉由湿态转为干态运行。当机组停运时，随着炉内热负荷的降低，分离器出口工质由汽态逐渐转变为汽水混合物，经汽水分离器分离后，分离出的饱和水进入储水罐，锅炉由干态运行转化为湿态运行。由于超临界机组正常设计时，不考虑在湿态下连续运行，储水罐的水容积非常有限，长时间转湿态运行后，多余的热量和工质只能通过扩容器外排，造成大量工质和热量的浪费现象。因此，正常设计的超临界锅炉不具备长时间转湿态运行的能力。

目前，随着电力市场辅助调峰的需求日益增加，超临界机组参与电力市场深度调峰成为必然，在超临界锅炉干湿态转化成为制约超临界机组参与深度调峰的瓶颈问题。现阶段，解决超临界锅炉湿态连续运行的改造方案主要是新增炉水循环泵改造方案，但炉水循环泵运行中易汽蚀、频繁启、停运行可靠性低等问题，严重制约着该系统的可靠性，因此开发改造范围小、改造难度小、对系统影响小的超临界锅炉干湿态切换系统意义重大。

有鉴于此，本申请提供一种超临界锅炉深度调峰干湿态切换系统，如图1所示，包括：多级限流装置5和扩容器7，所述超临界锅炉转湿态运行后高温饱和水通过管路流经所述多级限流装置5进行减压，然后进入所述扩容器7，在所述扩容器7内扩容蒸发后产生的扩容蒸汽分流为两路，分别为第一管路20和第二管路21，所述第一管路20中的扩容蒸汽通过管路引流至第二高压加热器即#2高加进汽管道处，以替代所述第二高压加热器的部分抽汽加热给水，所述第二管路21中的高温饱和水通过管路引流至除氧器15以加热凝结水，实现所述超临界锅炉转湿态运行后工质和热量的全回收以及深度调峰转湿态后的连续运行。根据上述实施例，当超临界锅炉机组负荷降低到30％额定负荷以下时，水冷壁出口过热度控制难度增加，锅炉逐步转入湿态运行，转湿态运行后，水冷壁出口工质由气态转化为汽水混合物，经内置式汽水分离器汽水分离器后，蒸汽进入过热器，分离出的水进入储水罐，由于储水罐水容积有限，不带炉水循环泵的超临界直流锅炉在转湿态运行后，分离出的水进入本申请的深度调峰干湿态切换系统，高温饱和水在本申请系统中通过减压扩容闪蒸，生成的新扩容蒸汽一部分进入第二高压加热器(#2高加)，替代部分#2高加抽汽加热给水，提高给水温度，扩容器7内剩余的高温饱和水进入除氧器15加热凝结水，使得工质和热量全部回到系统内，从而实现超临界机组转湿态后工质和热量的全回收，以及超临界机组深度调峰转湿态后连续运行。

例如，在一个实施例提供的所述超临界锅炉深度调峰干湿态切换系统中，如图1所示，所述超临界锅炉转湿态运行后高温饱和水通过依次管路连接的第一三通1、电动阀门2、隔断阀3、小流量361阀4、汽水换热器16后流入所述多级限流装置5进行减压，然后经过流量测量装置6进入所述扩容器7。其中，小流量阀4为小流量361阀，根据上述实施例，通过设置多级限流装置5，一方面通过增加流通阻力起到限制流量的作用；另一方面，通过多级节流，可以降低多级限流装置5后流体的压力，降低对扩容器7运行的_冲击。通过在多级限流装置5的下游设置流量测量装置6，可以确保测量工质为单相流，提高流量测量的准确性。

例如，在一个实施例提供的所述超临界锅炉深度调峰干湿态切换系统中，如图1所示，所述汽水换热器16位于所述第一管路20的起始端，以加热所述第一管路20中的扩容蒸汽，进而降低所述第一管路20中扩容蒸汽的含湿率。根据上述实施例，为了降低扩容器7的第一管路20出口新扩容蒸汽的含湿率，在扩容器7的第一管路20出口设置汽水换热器16，利用小流量361阀4后的饱和水加热第一管路20内的新扩容蒸汽，提高新扩容蒸汽的过热度。

例如，在一个实施例提供的所述超临界锅炉深度调峰干湿态切换系统中，如图2-3所示，所述多级限流装置6包括主通流管道51，在所述主通流管道内设有节流组件，根据上述实施例，通过设置多级限流装置5，一方面通过增加流通阻力起到限制流量的作用；另一方面，通过多级节流，可以降低多级限流装置5后流体的压力，降低对扩容器7运行的冲击。

例如，在一个实施例提供的所述超临界锅炉深度调峰干湿态切换系统中，如图2-3所示，所述节流组件包括第一级节流孔板52、第二级节流孔板53和第三级节流孔板54，所述第一级节流孔板52、所述第二级节流孔板53和所述第三级节流孔板54依次间隔排布在所述主通流管道5内，在所述第一级节流孔板52和所述第三级节流孔板54上开设四个通流孔55，在所述第二级节流孔板53上开设一个通流孔55。

具体地，本申请为了控制小流量361阀4的通流量处于某一合理水平，本申请设计了多级限流装置5，以600WM超临界机组为例，如图2所示，多级限流装置5的主通流管道51规格优选为φ325×45，节流组件分为3级，第一级节流孔板52上设置四个通流孔55，根据具体参数孔径优选为Φ50-60，第二级节流孔板53上设置一个通流孔55，孔径优选为Φ120-130，第三级节流孔板54上设置四个通流孔55，孔径优选为Φ60-70，流体在通过多级限流装置5过程中，由于三级节流孔板通流面积较主管道通流面积小，流体流动阻力大，流通量和各级节流孔板之间存在一定的函数关系。另一方面，通过多级限流装置5，多级限流装置5后的流体压力大幅降低，可降低对多级限流装置5后阀门的中击，有利于保证系统安全稳定运行。

例如，在一个实施例提供的所述超临界锅炉深度调峰干湿态切换系统中，如图1所示，在所述第一管路20上依次设有电动闸阀8、隔断阀9、逆止阀10和第二三通11，以将所述第一管路20中的扩容蒸汽引流至第二高压加热器进汽管道处，以替代所述第二高压加热器的部分抽汽加热给水。

例如，在一个实施例提供的所述超临界锅炉深度调峰干湿态切换系统中，如图1所示，在所述第二管路21上依次设有气动调节阀12、电动闸阀13和隔断阀14，以将所述第二管路21中的扩容蒸汽引流至除氧器15以加热凝结水。

例如，在一个实施例提供的所述超临界锅炉深度调峰干湿态切换系统中，如图1所示，还包括疏放水管路，所述扩容器7内扩容蒸发后产生的部分扩容蒸汽通过所述疏放水管路进入除氧器15溢流放水管道。根据上述实施例，通过设置疏放水管路，可以解决系统启动、停运以及事故状态下疏放水问题，并通过隔断阀17电动闸阀18控制。

例如，在一个实施例提供的所述超临界锅炉深度调峰干湿态切换系统中，如图1所示，在所述疏放水管路上依次设有隔断阀17和电动闸阀18。

例如，在一个实施例提供的所述超临界锅炉深度调峰干湿态切换系统中，在所述扩容器7设有安全阀19。

下面，以某600MW不带炉水循环的超临界机组为例，使用本申请的超临界锅炉深度调峰干湿态切换系统效果如下：当锅炉负荷降低至30％负荷以下时，锅炉转为湿态运行，本示例按照20％深度调峰工况核算，转湿态运行后大约200t/h的高压饱和水(压力10MPa)由储水罐经依次经过第一三通1，电动阀门2，新增小流量361阀4，经多级限流装置5减压后，压力降低到1-2MPa，进入扩容器7后，经扩容蒸发后压力降低至1MPa，生成约65t/h的新蒸汽，经电动闸阀8、隔断阀9和逆止阀10通过第二三通11分别引至#2高加进汽管道和冷再管道，其中约有38t/h的新蒸汽被#2高加回收利用加热给水，剩余约27t/h的蒸汽经冷再返回到再热器二次加热。扩容器7闪蒸后余下的约135t/h的饱和水经气动调节阀12、电动闸阀13和隔断阀14引入除氧器15，在除氧器15内扩容至0.22MPa，闪蒸生成约15t/h蒸汽，与该工况下所需蒸汽量基本相当，可保持除氧器15运行压力不变，实现工质和热量的全回收，以及超临界机组深度调峰转湿态后连续运行。

本申请的超临界锅炉深度调峰干湿态切换系统适用于不带炉水循环泵的超临界锅炉由干态转化为湿态运行，一方面，提高系统运行的安全性(水冷壁水动力安全可靠性)；另一方面，解决超临界机组湿态运行时，大量工质和热量的回收问题，在降低机组启动能耗和降低机组启动过程工质消耗上意义重大。

尽管已经出于说明性目的对本申请的实施例进行了公开，但是本领域技术人员将认识的是：在不偏离如所附权利要求公开的本发明的范围和精神的情况下，能够进行各种修改、添加和替换。

Claims (10)

1.一种超临界锅炉深度调峰干湿态切换系统，其特征在于，包括：多级限流装置和扩容器，所述超临界锅炉转湿态运行后高温饱和水通过管路流经所述多级限流装置进行减压，然后进入所述扩容器，在所述扩容器内扩容蒸发后产生的扩容蒸汽分流为两路，分别为第一管路和第二管路，所述第一管路中的扩容蒸汽通过管路引流至第二高压加热器进汽管道处，以替代所述第二高压加热器的部分抽汽加热给水，所述第二管路中的高温饱和水通过管路引流至除氧器以加热凝结水，实现所述超临界锅炉转湿态运行后工质和热量的全回收以及深度调峰转湿态后的连续运行。

2.根据权利要求1所述的超临界锅炉深度调峰干湿态切换系统，其特征在于，所述超临界锅炉转湿态运行后高温饱和水通过依次管路连接的第一三通、电动阀门、隔断阀、小流量361阀、汽水换热器后流入所述多级限流装置进行减压，然后经过流量测量装置进入所述扩容器。

3.根据权利要求2所述的超临界锅炉深度调峰干湿态切换系统，其特征在于，所述汽水换热器位于所述第一管路的起始端，以加热所述第一管路中的扩容蒸汽，进而降低所述第一管路中扩容蒸汽的含湿率。

4.根据权利要求2所述的超临界锅炉深度调峰干湿态切换系统，其特征在于，所述多级限流装置包括主通流管道，在所述主通流管道内设有节流组件，以降低流体压力，减小流体对阀门的冲击。

5.根据权利要求4所述的超临界锅炉深度调峰干湿态切换系统，其特征在于，所述节流组件包括第一级节流孔板、第二级节流孔板和第三级节流孔板，所述第一级节流孔板、所述第二级节流孔板和所述第三级节流孔板依次间隔排布在所述主通流管道内，在所述第一级节流孔板和所述第三级节流孔板上开设四个通流孔，在所述第二级节流孔板上开设一个通流孔。

6.根据权利要求3所述的超临界锅炉深度调峰干湿态切换系统，其特征在于，在所述第一管路上依次设有电动闸阀、隔断阀、逆止阀和第二三通，以将所述第一管路中的扩容蒸汽引流至第二高压加热器进汽管道处，以替代所述第二高压加热器的部分抽汽加热给水。

7.根据权利要求1所述的超临界锅炉深度调峰干湿态切换系统，其特征在于，在所述第二管路上依次设有气动调节阀、电动闸阀和隔断阀，以将所述第二管路中的扩容蒸汽引流至除氧器以加热凝结水。

8.根据权利要求1所述的超临界锅炉深度调峰干湿态切换系统，其特征在于，还包括疏放水管路，所述扩容器内扩容蒸发后产生的部分扩容蒸汽通过所述疏放水管路进入除氧器溢流放水管道。

9.根据权利要求8所述的超临界锅炉深度调峰干湿态切换系统，其特征在于，在所述疏放水管路上依次设有隔断阀和电动闸阀。

10.根据权利要求1所述的超临界锅炉深度调峰干湿态切换系统，其特征在于，在所述扩容器设有安全阀。

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