CN114353153A - 供热机组调频爬坡与空冷凝汽器防冻耦合系统及调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了供热机组调频爬坡与空冷凝汽器防冻耦合系统，包括防止空冷凝器冻结模块是要保持空冷凝器管束温度在5℃～10℃；一次调频和二次调频模块即高压缸、低压缸提升或减小功率出力；机组快速负荷爬坡模块是利用阀门和阀门组耦合进行接力梯次快速调节机组功率；提高给水温度模块是通过蒸汽冷凝后放出热量一部分通过管束散热，另一部分回到回热系统来提高给水温度；还公开了供热机组调频爬坡与空冷凝汽器防冻耦合的调整方法，在非供热期，按电网负荷需求参与一次、二次调频和爬坡，在供热期，实行防冻并耦合调频和爬坡模式。本发明通过对一次调频、二次调频、爬坡以及防冻并耦合调频模块进行多元优化组合，实现机组的安全经济和灵活运行。

Description

供热机组调频爬坡与空冷凝汽器防冻耦合系统及调整方法

技术领域

本发明涉及火力发电、热电联产机组及其电网辅助服务技术领域，具体来说，涉及供热机组调频爬坡与空冷凝汽器防冻耦合系统及调整方法。

背景技术

随着中国经济社会发展和生活水平的提高，电力和供热需求量飞快增加，电网负荷峰谷差加大，可达电网最大负荷的1/3，同时，电网负荷的快速波动频次也非常之大。由于中国电网的发电种类和结构特征，决定了电网调频调峰及快速负荷爬坡的任务主要依靠火力发电机组承担，而目前在役火电机组包括纯凝汽式发电机组和供热机组，其中，供热机组装机占比达1/3以上，并且逐年上升很快。在供热期火电供热机组的负荷特性使其发电负荷调整能力下降，即调频调峰及快速负荷爬坡能力下降。另外，在供热期由于进入空冷凝汽器的蒸汽极度减少，空冷凝汽器在较冷天气会出现冻结，严重影响机组的安全运行。对此，提出了一种火电供热机组调频爬坡与空冷凝汽器防冻耦合系统及调整方法。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出供热机组调频爬坡与空冷凝汽器防冻耦合系统，能够克服现有技术方法的上述不足。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

供热机组调频爬坡与空冷凝汽器防冻耦合系统，包括防止空冷凝器冻结模块、一次调频和二次调频模块、机组快速负荷爬坡模块、提高给水温度模块，其中，

所述防止空冷凝器冻结模块是通过中压缸排汽经旁路调节防冻抽汽调节阀门引出蒸汽，经防冻抽汽减温减压器后，蒸汽进入空冷凝汽器的排汽主管，再进入空冷凝汽器管束，再进入空冷凝汽器中的蒸汽加热管束，使空冷凝器管束温度保持在5℃～10℃；

所述一次调频和二次调频模块，是汽机调速子系统首先感知电网升负荷的一次调频和二次调频信号，阀门组按机组调速子系统速度变动率开大或减小高压旁路阀门开度，增加或减少高压缸进汽量，随后或同时快速开大或关小低压缸进汽调节阀门开度和同时快速关小或开大防冻抽汽调节阀门开度，高压缸、低压缸一和低压缸二同时提升或减小功率出力，实现快速大幅度的一次调频和二次调频；

所述机组快速负荷爬坡模块，在供热期时，低压缸蝶形阀门、低压缸进汽调节阀门及供热抽汽阀门在开启状态，是利用防冻抽汽调节阀门、阀门组和供热抽汽阀门耦合进行接力梯次快速调节机组功率；在非供热期时，低压缸蝶形阀门在正常开启状态，低压缸进汽调节阀门、供热抽汽阀门在关闭状态，防冻抽汽调节阀门保持一定开度，利用防冻抽汽调节阀门、阀门组耦合进行接力梯次快速调节机组功率；

所述提高给水温度模块，在供热期时，中压缸排汽经旁路防冻抽汽调节阀门引出蒸汽，经防冻抽汽减温减压器后，蒸汽进入空冷凝器的排汽主管，再进入空冷凝器，蒸汽冷凝后放出热量一部分通过管束散热，另一部分回到回热子系统来提高温度；在非供热期时，低压缸进汽调节阀门关闭，供热抽汽阀门关闭，蒸汽通过低压缸蝶形阀门进入低压缸一和低压缸二做功，同时利用旁路防冻抽汽调节阀门调节进入低压缸一和低压缸二的蒸汽量，经旁路防冻抽汽调节阀门引出蒸汽，经防冻抽汽减温减压器后，蒸汽进入空冷凝器的排汽主管，再进入空冷凝器，并使得凝汽压力升高，低压缸一和低压缸二功率下降，蒸汽冷凝后放出热量一部分通过管束散热，另一部分回到回热子系统来提高温度。

进一步地，所述在使空冷凝器的管束温度保持在5℃～10℃具体是根据大气环境温度和风力大小的气象参数智能控制防冻抽汽调节阀门的开度及流量，来控制空冷凝器管束温度。

另一方面，本发明还提供了供热机组调频爬坡与空冷凝汽器防冻耦合的供热期调整方法，包括以下步骤：

S1: 首先，通过抽取中压缸排汽，经减温减压后进入空冷凝器主排汽管，与低压缸一和低压缸二排汽混合进入空冷凝器，保持空冷凝器管壁的温度在5℃～10℃，防止空冷凝器冻结；

S2: 控制好空冷凝器管壁的温度后，利用所述中压缸排汽抽汽管道和中压缸蒸汽调节阀门，与汽轮机主调节阀组耦合，电网调度给出快速负荷爬坡指令信号，阀门组按照机组调速子系统速度变动率开大开大高压旁路阀门的开度，增加高压缸进汽量；供热抽汽阀门快速关小开度，同时低压缸蝶形阀门和低压缸进汽调节阀快速开大开度，增加低压缸一和低压缸二进汽量，进行机组快速负荷爬坡；

S3: 再利用上述过程中的所述中压缸中抽取蒸汽的热量，经减温减压器后，蒸汽进入空冷凝器的排汽主管，再进入空冷凝器，蒸汽冷凝后放出热量一部分通过管束散热，另一部分回到回热子系统，来提高机组的给水温度。

另一方面，本发明还提供了供热机组调频爬坡与空冷凝汽器防冻耦合的非供热期调整方法，包括以下步骤：

S1: 首先，按电网负荷需求参与一次、二次调频，低压缸一和低压缸二进汽，调节阀门关闭，供热抽汽阀门关闭，低压缸蝶形阀门开启，低压缸一和低压缸二处于正常出力状态，蒸汽通过低压缸蝶形阀门进入低压缸一和低压缸二做功，同时利用旁路防冻抽汽调节阀门调节进入低压缸一和低压缸二的蒸汽量，耦合阀门联合快速调节机组功率，进行机组快速大幅度一次调频和二次调频；

S2: 经过一次调频和二次调频后，利用所述中压缸排汽、抽汽管道和中压缸蒸汽调节阀门，与汽轮机主调节阀组耦合，电网调度给出快速负荷爬坡指令信号，阀门组按照机组调速子系统速度变动率开大高压旁路阀门开度，增加高压缸进汽量，低压缸进汽调节阀门增大开度，防冻抽汽调节阀门快速关小开度，增加低压缸一和低压缸二进汽量，进行机组的快速负荷爬坡；

S3: 然后，关闭低压缸进汽调节阀门和供热抽汽阀门，蒸汽通过低压缸蝶形阀门进入低压缸一和低压缸二做功，同时利用上述过程中的在中压缸中抽取蒸汽的热量，经旁路防冻抽汽调节阀门引出蒸汽，经防冻抽汽减温减压器后，蒸汽进入空冷凝器的排汽主管，再进入空冷凝器使得凝汽压力升高，低压缸一和低压缸二功率下降，蒸汽冷凝后放出热量一部分通过管束散热，另一部分回到回热子系统，来提高机组的给水温度。

进一步地，所述进行机组快速大幅度一次调频和二次调频，具体在电网频率上升或下降时，汽机调速子系统首先感知电网升负荷信号，阀门组按机组调速子系统速度变动率减小或开大高压旁路阀门开度，减少或增加高压缸进汽量，同时快速开大或关闭防冻抽汽调节阀门，快速减小或增大低压缸一和低压缸二出力，实现电网频率上升或下降时的一次、二次调频。

本发明的有益效果：通过对一次调频、二次调频、爬坡以及防冻并耦合调频模块进行多元优化组合，实现机组的安全经济和灵活运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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是根据本发明实施例所述的供热机组调频爬坡与空冷凝汽器防冻耦合系统及调整方法的连接结构示意图。

图中：1、锅炉；2、过热器；2-1、再热器；3、高压缸；4、中压缸； 5、低压缸一；6、低压缸二；7、空冷凝汽器；8、防冻抽汽减温减压器；9、低压缸蝶形阀门；9-1、低压缸进汽调节阀（阀门9的辅助调节阀门）；10、防冻抽汽调节阀门；11、供热抽汽阀门；12、防冻抽汽减温水一再循环调节阀门；13、防冻抽汽减温水一再循环泵；14、防冻抽汽减温水二调节阀门；15、汽轮机凝结水泵阀门；16、汽轮机凝结水泵；17、空冷凝汽器风扇； 18、阀门组；19、中压缸蒸汽调节阀门；20、高压缸排汽阀；21、高压旁路阀门；22、低压旁路去排汽主管阀门；23、低压旁路阀门；24、热网加热器凝结水阀门；25、热网加热器凝结水泵；26、高、串联旁路阀；27、低压旁路去热网加热器阀门；28、低压蒸汽旁路减温减压器；29、发电机；30、排汽主管；31、给水泵；32、去热网加热器；33、热网加热器；34、燃烧器；35、除氧器。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围，为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。

如图1所示，根据本发明实施例所述的供热机组调频爬坡与空冷凝汽器防冻耦合系统的调整方法，包括供热期调整实施方法和非供热期调整实施方法。

机组调频爬坡与空冷凝汽器防冻耦合的供热期调整方法，包括以下步骤：

S1: 首先，在供热期，火电供热机组（发电机29）低压缸进汽大型蝶形阀门9处于关闭状态，其中小流量通过调节阀门9-1进入低压缸一5和低压缸二6，大部分蒸汽流量通过阀门11进入热网加热器33，蒸汽再经过热网加热器凝结水阀门24和热网加热器凝结水泵25，在防冻抽汽减温水二调节阀门14调节温水二，此时，机组低压缸一5和低压缸二6处于零出力状态，进入空冷凝器7（空冷凝汽器）的蒸汽流量很小，极易出现空冷凝汽器管束冻结，为防止管束冻结，中压缸4排汽经旁路调节阀门10引出蒸汽，经减温减压器8后，蒸汽进入空冷凝器7的排汽主管，再进入空冷凝汽器管束，进入空冷凝器7的蒸汽加热管束，根据大气环境温度和风力大小等气象参数智能控制阀门10开度及流量，使管束温度持续保持在5℃～10℃，达到空冷凝汽器管束防冻目的。

S2: 控制好空冷凝器7管壁的温度后，利用所述中压缸4排汽抽汽管道和中压缸蒸汽调节阀门19，与汽轮机主调节阀组耦合，电网调度给出快速负荷爬坡指令信号，阀门组18按照机组调速子系统速度变动率开大开大高压旁路阀门21开度，增加高压缸3的进汽量；供热抽汽阀门11快速关小开度，同时低压缸蝶形阀门9和低压缸进汽调节阀9-1（低压缸蝶形阀门9的辅助调节阀门）快速开大开度，增加低压缸一5和低压缸二6进汽量，进行机组快速负荷爬坡。

S3: 再利用上述过程中的所述中压缸4中抽取蒸汽的热量，经减温减压器8后，蒸汽进入空冷凝器7的排汽主管，再进入空冷凝器7，蒸汽再通过防冻抽汽减温水一（再循环）调节阀门12；防冻抽汽减温水一再循环泵13输送至防冻抽汽减温减压器8进行减压，这部分蒸汽冷凝后放出热量一小部分通过空冷凝汽器风扇17管束散热，另一部分回到回热子系统，通过汽轮机凝结水泵阀门15和汽轮机凝结水泵16进入到除氧器35，在通过给水泵31传输至锅炉1，来提高机组的锅炉1给水温度。其中，锅炉1接收燃烧器34传输过来的风力，风力经过过热器2和再热器2-1生成再热蒸汽，从而提高锅炉1给水温度。

所述经过再热器2-1后的另一部分蒸汽通过高、串联旁路阀26和低压旁路阀23传输给低压蒸汽旁路减温减压器28，经过低压蒸汽旁路减温减压器28进行减温减压一部分蒸汽通过低压旁路去排汽阀门22排汽至排汽主管30，另一部分蒸汽通过低压旁路去热网加热器阀门27传输至去热网加热器32。

供热机组调频爬坡与空冷凝汽器防冻耦合的非供热期调整方法，包括以下步骤：

S1: 首先，按电网负荷需求参与一次、二次调频，低压缸进汽调节阀门9-1关闭，供热抽汽阀门11关闭，低压缸蝶形阀门9开启，低压缸一5和低压缸二6处于正常出力状态，蒸汽通过低压缸蝶形阀门9进入低压缸一5和低压缸二6做功，同时利用旁路防冻抽汽调节阀门10调节低压缸一5和低压缸二6的蒸汽量，耦合阀门18联合快速调节机组功率，进行机组快速大幅度一次调频和二次调频；其中，在电网频率下降或上升时，汽机调速系统首先感知电网升负荷（一次调频和二次调频）信号，阀门组18按照机组调速子系统速度变动（不等）率开大或减小高压旁路阀门21和高压缸排气阀20的开度，增加或减小高压缸3进汽量，同时快速关闭或开大防冻抽汽调节阀门10，高压缸3、低压缸一5和低压缸二6同时提升或减小功率出力，实现快速和大幅度的一次、二次调频。

S2: 经过一次调频和二次调频后，利用所述中压缸4排汽抽汽管道和中压缸蒸汽调节阀门19，与汽轮机主调节阀组耦合，电网调度给出快速负荷爬坡指令信号，阀门组18按照机组调速子系统速度变动率开大开大高压旁路阀门21的开度，增加高压缸3进汽量，低压缸进汽调节阀门9-1增大开度，防冻抽汽调节阀门10快速关小开度，增加低压缸一5和低压缸二6进汽量，进行机组的快速负荷爬坡。

S3: 然后，关闭低压缸进汽调节阀门9-1、供热抽汽阀门11，蒸汽通过低压缸蝶形阀门9进入低压缸一5和低压缸二6做功，同时利用上述过程中的在中压缸4中抽取蒸汽的热量，经旁路防冻抽汽调节阀门10引出蒸汽，经防冻抽汽减温减压器8后，蒸汽进入空冷凝器7的排汽主管，再进入空冷凝器7，并使得凝汽压力升高，低压缸一5和低压缸二6功率下降，这部分蒸汽冷凝后放出热量一部分通过管束散热，另一部分回到回热子系统，来提高机组的锅炉1给水温度，从而提高机组效率。

与上述步骤所述非供热期电网调频不同的是，电网在供热期调频时，阀门9处于关闭状态，供热量不变，阀门11开度不变，在空冷凝汽器防冻模式下的机组耦合调频，是利用阀门9-1，阀门10和阀门组18（机组DEH主调节阀组）耦合进行同步或接力梯次快速调节机组功率，达到机组调频目的，其中，在电网频率下降或上升时，汽机调速子系统首先感知电网升负荷（一次调频和二次调频）信号，阀门组18按机组调速子系统速度变动（不等）率开大或减小高压旁路阀门21开度，增加或减少高压缸3进汽量，随后或同时快速开大或关小阀门9-1开度和同时快速关小或开大阀门10开度，高压缸3、低压缸一5和低压缸二6同时提升或减小功率，实现快速和大幅度的一次、二次调频。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过在供热期机组的防冻调节同时，该系统与机组蒸汽主调节系统的调频爬坡耦合调整，实现提高机组的快速调频和爬坡性能。在非供热期，机组利用供热期机组的防冻调节系统的连接管路和调节阀门，与机组的蒸汽主调节系统耦合调整，达到提高机组的快速调频和爬坡性能,通过对一次调频、二次调频、爬坡以及防冻并耦合调频模块进行多元优化组合，实现机组的安全经济和灵活运行。

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 (5)

1.供热机组调频爬坡与空冷凝汽器防冻耦合系统，其特征在于，包括防止空冷凝器冻结模块、一次调频和二次调频模块、机组快速负荷爬坡模块、提高给水温度模块，其中，

所述防止空冷凝器冻结模块是通过中压缸（4）排汽经旁路调节防冻抽汽调节阀门（10）引出蒸汽，经防冻抽汽减温减压器（8）后，蒸汽进入空冷凝汽器（7）的排汽主管，再进入空冷凝汽器管束，再进入空冷凝汽器（7）中的蒸汽加热管束，使空冷凝器管束温度保持在5℃～10℃；

所述一次调频和二次调频模块，是汽机调速子系统首先感知电网升负荷的一次调频和二次调频信号，阀门组（18）按机组调速子系统速度变动率开大或减小高压旁路阀门（21）开度，增加或减少高压缸（3）进汽量，随后或同时快速开大或关小低压缸进汽调节阀门（9-1）开度和同时快速关小或开大防冻抽汽调节阀门（10）开度，高压缸（3）、低压缸一（5）和低压缸二（6）同时提升或减小功率出力，实现快速大幅度的一次调频和二次调频；

所述机组快速负荷爬坡模块，在供热期时，低压缸蝶形阀门（9）、低压缸进汽调节阀门（9-1）及供热抽汽阀门（11）在开启状态，是利用防冻抽汽调节阀门（10）、阀门组（18）和供热抽汽阀门（11）耦合进行接力梯次快速调节机组功率；在非供热期时，低压缸蝶形阀门（9）在正常开启状态，低压缸进汽调节阀门（9-1）、供热抽汽阀门（11）在关闭状态，防冻抽汽调节阀门（10）保持一定开度，利用防冻抽汽调节阀门（10）、阀门组（18）耦合进行接力梯次快速调节机组功率；

所述提高给水温度模块，在供热期时，中压缸（4）排汽经旁路防冻抽汽调节阀门（10）引出蒸汽，经防冻抽汽减温减压器（8）后，蒸汽进入空冷凝器（7）的排汽主管，再进入空冷凝器（7），蒸汽冷凝后放出热量一部分通过管束散热，另一部分回到回热子系统来提高温度；在非供热期时，低压缸进汽调节阀门（9-1）关闭，供热抽汽阀门（11）关闭，蒸汽通过低压缸蝶形阀门（9）进入低压缸一（5）和低压缸二（6）做功，同时利用旁路防冻抽汽调节阀门（10）调节进入低压缸一（5）和低压缸二（6）的蒸汽量，经旁路防冻抽汽调节阀门（10）引出蒸汽，经防冻抽汽减温减压器（8）后，蒸汽进入空冷凝器（7）的排汽主管，再进入空冷凝器（7），并使得凝汽压力升高，低压缸一（5）和低压缸二（6）功率下降，蒸汽冷凝后放出热量一部分通过管束散热，另一部分回到回热子系统来提高温度。

2.根据权利要求1所述的供热机组调频爬坡与空冷凝汽器防冻耦合系统，其特征在于，所述在使空冷凝器（7）的管束温度保持在5℃～10℃具体是根据大气环境温度和风力大小的气象参数智能控制防冻抽汽调节阀门（10）的开度及流量，来控制空冷凝器（7）管束温度。

3.一种根据权利要求1所述的供热机组调频爬坡与空冷凝汽器防冻耦合的供热期调整方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1: 首先，通过抽取中压缸（4）排汽，经减温减压后进入空冷凝器（7）主排汽管，与低压缸一（5）和低压缸二（6）排汽混合进入空冷凝器（7），保持空冷凝器（7）管壁的温度在5℃～10℃，防止空冷凝器（7）冻结；

S2: 控制好空冷凝器（7）管壁的温度后，利用所述中压缸（4）排汽抽汽管道和中压缸蒸汽调节阀门（19），与汽轮机主调节阀组耦合，电网调度给出快速负荷爬坡指令信号，阀门组（18）按照机组调速子系统速度变动率开大开大高压旁路阀门（21）的开度，增加高压缸（3）进汽量；供热抽汽阀门（11）快速关小开度，同时低压缸蝶形阀门（9）和低压缸进汽调节阀（9-1）快速开大开度，增加低压缸一（5）和低压缸二（6）进汽量，进行机组快速负荷爬坡；

S3: 再利用上述过程中的所述中压缸（4）中抽取蒸汽的热量，经减温减压器（8）后，蒸汽进入空冷凝器（7）的排汽主管，再进入空冷凝器（7），蒸汽冷凝后放出热量一部分通过管束散热，另一部分回到回热子系统，来提高机组的给水温度。

4.根据权利要求1所述的供热机组调频爬坡与空冷凝汽器防冻耦合的非供热期调整方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1: 首先，按电网负荷需求参与一次、二次调频，低压缸一（5）和低压缸二（6）进汽，调节阀门（9-1）关闭，供热抽汽阀门（11）关闭，低压缸蝶形阀门（9）开启，低压缸一（5）和低压缸二（6）处于正常出力状态，蒸汽通过低压缸蝶形阀门（9）进入低压缸一（5）和低压缸二（6）做功，同时利用旁路防冻抽汽调节阀门（10）调节进入低压缸一（5）和低压缸二（6）的蒸汽量，耦合阀门（18）联合快速调节机组功率，进行机组快速大幅度一次调频和二次调频；

S2: 经过一次调频和二次调频后，利用所述中压缸（4）排汽、抽汽管道和中压缸蒸汽调节阀门（19），与汽轮机主调节阀组耦合，电网调度给出快速负荷爬坡指令信号，阀门组（18）按照机组调速子系统速度变动率开大高压旁路阀门（21）开度，增加高压缸（3）进汽量，低压缸进汽调节阀门（9-1）增大开度，防冻抽汽调节阀门（10）快速关小开度，增加低压缸一（5）和低压缸二（6）进汽量，进行机组的快速负荷爬坡；

S3: 然后，关闭低压缸进汽调节阀门（9-1）和供热抽汽阀门（11），蒸汽通过低压缸蝶形阀门（9）进入低压缸一（5）和低压缸二（6）做功，同时利用上述过程中的在中压缸（4）中抽取蒸汽的热量，经旁路防冻抽汽调节阀门（10）引出蒸汽，经防冻抽汽减温减压器（8）后，蒸汽进入空冷凝器（7）的排汽主管，再进入空冷凝器（7）使得凝汽压力升高，低压缸一（5）和低压缸二（6）功率下降，蒸汽冷凝后放出热量一部分通过管束散热，另一部分回到回热子系统，来提高机组的给水温度。

5.根据权利要求4所述的供热机组调频爬坡与空冷凝汽器防冻耦合的非供热期调整方法，其特征在于，所述进行机组快速大幅度一次调频和二次调频，具体在电网频率上升或下降时，汽机调速子系统首先感知电网升负荷信号，阀门组（18）按机组调速子系统速度变动率减小或开大高压旁路阀门（21）开度，减少或增加高压缸（3）进汽量，同时快速开大或关闭防冻抽汽调节阀门（10），快速减小或增大低压缸一（5）和低压缸二（6）出力，实现电网频率上升或下降时的一次、二次调频。

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