CN114543074B - 直流燃煤发电机组启动系统 - Google Patents

直流燃煤发电机组启动系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种直流燃煤发电机组启动系统，包括：过热器、汽水分离器、贮水箱、水冷壁、炉水循环泵、大气扩容器和高压加热器；高压加热器的进水口和出水口分别与注水电泵的出水口和水冷壁的进水口相连；水冷壁的出水口与汽水分离器的进水口相连；汽水分离器的出水口和出气口分别与贮水箱的进水口和过热器的进气口相连；贮水箱的出水口分别与炉水循环泵的进水口和大气扩容器的进水口相连；大气扩容器的出水口连接贮水箱的进水口；炉水循环泵的出水口与水冷壁的进水口相连。本发明能够有效降低直流燃煤发电机组启动时的能源消耗，进而提成直流燃煤发电机组的启动速度。

Description

直流燃煤发电机组启动系统
技术领域
本发明涉及煤发电机技术领域，具体涉及一种直流燃煤发电机组启动系统。
背景技术
直流锅炉在启动阶段的水位是锅炉启动初期的重要调节对象。为了保证正常的汽水供应，在此阶段，电厂运行人员往往无法正确的操作，使得分离器水位稳定。而且此过程中单纯投入水位控制阀，而不考虑设置合理的循环倍率，会造成除盐水过量外排或循环，造成热负荷的浪费。
目前，通过设置实际调节机构来设计合理的闭环控制策略，帮助电厂运行人员在锅炉启动初的水位控制，对分离器水位有较好的控制的同时，尽量避免资源的浪费。
现有超临界机组中有设置炉水循环泵，对于有炉水循环泵设置的机组，存在多种调节手段，没有考虑整体节能效果，没有对调节手段进行分级设置，不能有效降低资源的浪费。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种直流燃煤发电机组启动系统，具体包括：
过热器、汽水分离器、贮水箱、水冷壁、炉水循环泵、大气扩容器和高压加热器；
其中，所述高压加热器的进水口和出水口分别与注水电泵的出水口和所述水冷壁的进水口相连；所述水冷壁的出水口与所述汽水分离器的进水口相连；
所述汽水分离器的出水口和出气口分别与所述贮水箱的进水口和所述过热器的进气口相连；
所述贮水箱的出水口分别与所述炉水循环泵的进水口和所述大气扩容器的进水口相连；所述大气扩容器的出水口连接贮水箱的进水口；所述炉水循环泵的出水口与所述水冷壁的进水口相连。
其中，所述高压加热器的出水口处设置有锅炉上水旁路调门。
其中，所述炉水循环泵的出水口处设置有炉水循环泵出口调门。
其中，所述炉水循环泵的出水口和进水口之间设置有炉水循环泵再循环调门。
其中，所述大气扩容器的进水口出设置有贮水箱水位调节阀。
其中，所述炉水循环泵的进水口出设置有炉水循环泵入口减温水调门。
其中，所述局水箱的出水口处设置有贮水箱疏水泵出口调门。
其中，所述注水电泵的出水口处设置有电泵出口流量计。
其中，所述水冷壁的进水口处设置有省煤器入口流量计。
其中，所述高压加热器的出水口处设置有上水流量计。
由上述技术方案可知，本发明提供一种直流燃煤发电机组启动系统，在实现分离器水位调节目的的同时，降低启动过程中的能源消耗，到达全周期范围内节能降耗，进而提成直流燃煤发电机组的启动速度。
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为本发明实施例中的直流燃煤发电机组启动系统的结构示意图。
图2为本发明实施例中的上水旁路调门控制策略示意图。
图3为本发明实施例中的启动电泵再循环调门控制策略示意图。
图4为本发明实施例中的炉水循环泵出口调门控制策略示意图。
图5为本发明实施例中的炉水循环泵再循环调门控制策略示意图。
图6为本发明实施例中的贮水箱水位调节阀控制策略示意图。
图7为本发明实施例中的炉水循环泵入口减温水调门控制策略示意图。
图8为本发明实施例中的贮水箱疏水泵出口调门控制策略示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述，显然，所描述的实施例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，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种直流燃煤发电机组启动系统，参见图1，该直流燃煤发电机组启动系统具体包括：
过热器、汽水分离器、贮水箱、水冷壁、炉水循环泵、大气扩容器和高压加热器；
其中，所述高压加热器的进水口和出水口分别与注水电泵的出水口和所述水冷壁的进水口相连；所述水冷壁的出水口与所述汽水分离器的进水口相连；
所述汽水分离器的出水口和出气口分别与所述贮水箱的进水口和所述过热器的进气口相连；
所述贮水箱的出水口分别与所述炉水循环泵的进水口和所述大气扩容器的进水口相连；所述大气扩容器的出水口连接贮水箱的进水口；所述炉水循环泵的出水口与所述水冷壁的进水口相连。
本实施例中，过热器(superheater)是锅炉中将蒸汽从饱和温度进一步加热至过热温度的部件，又称蒸汽过热器。过热器按传热方式可分为对流式、辐射式和半辐射式；按结构特点可分为蛇形管式、屏式、墙式和包墙式。它们都由若干根并联管子和进出口集箱组成。
汽水分离器为压力容器结构碳钢或不锈钢设备，接口型式是法兰结构DN16/DN25/DN40；汽水分离器必须安装于水平管线上，排水口垂直向下，所有口径的汽水分离器均带安装支架，以减小管道承载。为确保被分离的液体迅速排放，应在汽水分离器底部的排水口连接合适的一套疏水阀组合。本类阀门在管道中一般应当水平安装。
水冷壁是锅炉的主要受热部分，它由数排钢管组成，分布于锅炉炉膛的四周。它的内部为流动的水或蒸汽，外界接受锅炉炉膛的火焰的热量。主要吸收炉膛中高温燃烧产物的辐射热量，工质在其中作上升运动，受热蒸发。
大气扩容器是锅炉运行中产生的如高温疏水、炉水杂质等热废水进行减压、扩容分离出二次蒸汽和废热水的装置。
高压加热器，是利用汽轮机的部分抽气对给水进行加热的装置。作为一种热量转换装置，主要应用于大型火电机组回热系统，其传热性能的优劣直接影响机组的经济性与安全性。因此提高高压加热器的传热效率，减小热量传递过程中的不可逆损失，成为解决能源高效利用的重要措施之一。
其中，所述高压加热器的出水口处设置有锅炉上水旁路调门。所述炉水循环泵的出水口处设置有炉水循环泵出口调门。所述炉水循环泵的出水口和进水口之间设置有炉水循环泵再循环调门。所述大气扩容器的进水口出设置有贮水箱水位调节阀。所述炉水循环泵的进水口出设置有炉水循环泵入口减温水调门。所述贮水箱的出水口处设置有贮水箱疏水泵出口调门。所述注水电泵的出水口处设置有电泵出口流量计。所述水冷壁的进水口处设置有省煤器入口流量计。所述高压加热器的出水口处设置有上水流量计。
常规燃煤机组启动受制于自然循环特性，达不到一定的循环倍率，对水冷壁受热面的换热有一定的影响。本实施例中，通过炉水循环泵提高启动阶段的循环倍率，提高工质流速，通过对锅炉上水旁路调门、炉水循环泵出口调门(调节炉水循环泵出力，部分现场设置为变频炉水循环泵)、361阀(贮水箱水位调节阀)、炉水循环泵入口减温水调门、贮水箱疏水泵出口调门等调节机构的相互配合，在达到合理的循环倍率的同时，保证相同热负荷下尽量多的蒸汽量，尽可能使贮水箱水位稳定，同时在热态冲洗完成后，尽可能减少除盐水的往外排。
本实施例中，保证每个稳态过程中，在合理的循环倍率下，都转化为蒸汽，总体控制如下：
(1)一定热负荷(煤量)下，如投入30t/h的煤量，此时将炉水循环泵出口调门开至一定的开度(保证泵最低流量)，此时控制给水锅炉上水旁路调门，将汽水分离器水位手动调整为正常值范围内(如2-6m之间)，361阀处于关闭状态(如果在调整过程中，水位波动明显，则开启361阀来稳定分离器水位，稳定后关闭361阀。)
(2)待稳定后，慢慢开启炉水循环泵出口调门，此时循环倍率减小，蒸发量增多，分离器水位下降，同时炉水循环泵入口水温上升。当循环泵出口调门不断开启的过程中，需要不断的开始给水锅炉旁路上水调门，来保证汽水分离器水位尽量不变，此过程缓慢进行，当炉水循环泵入口水温上升到一定程度时(即过冷度的低限要求)，记录此时的炉水循环泵出口调门开度、锅炉上水旁路调门开度，计算循环倍率，尽量不超过临界循环倍率。
上述调节机构的控制策略如下：
参见图2，锅炉上水旁路调门(启动电泵为定频泵)；
被调量：上水流量G1：
逻辑思路：热负荷、循环倍率的交差函数，保证补进去的水尽可能都转化为蒸汽。热负荷投入后的惯性时间需要考虑并进行整定。
设定值的获取方法：为现有煤种下煤量对应函数，其获取方法如下所示：
获取方法：
(1)、首先保证炉水循环泵的安全，入口热水保证一定的过冷度，参考炉水循环泵资料，同时考虑临界循环倍率，得到过冷度的设定值。
(2)、保证设备安全的前提下，同等热负荷时保证最优的传热效率和蒸汽产生量，即尽量高的循环倍率。
(3)、尽可能减少除盐水排出系统，避免资源的浪费。
首先要确定不同热负荷(煤量)下的循环倍率，以最小的过冷度为依据，其为分离器压力的折线函数。
记录表格如表1所示：
表1关键数据获取方法表格
控制策略：
(1)投入不同煤量时，在一定的燃烧效率和循环泵入口过冷度的前提下，会补充固定量的水来维持水位，由此得到图2中的F(x)，将其设置低限的保护，作为设定值。被调量为上水流量G1(图1中可找到对应位置的流量)。
(2)PID调节为反作用控制。
(3)根据扰动试验获得PID参数。
参见图3，启动电泵(定频泵)再循环调门
被调量：电泵出口流量G3；
逻辑思路：设置略高于流量保护的设定值，保证泵的最小流量；
设定值获取途径：电泵的设备资料；
控制策略：
(1)保证电泵的最低流量，其设定为固定值(安全流量范围上)
(2)PID调节为反作用控制。
(3)根据扰动试验获得PID参数。
参见图4，炉水循环泵出口调门；
被调量：贮水箱水位；
逻辑思路：保证一定的循环倍率，尽可能高，防止膜态沸腾，提高传热效率。同时也要保证一定的过冷度，防止炉水泵汽蚀，循环倍率与热负荷有关。
设定值的获取方法：设定为贮水箱水位正常值范围。
前馈的获取途径：静态前馈为热负荷对应的折线函数。通过进行不同热负荷的稳定试验获得。
控制方案：
手动输入运行过程中适当的设定值；
不同煤量对应的调门开度，可以认为为不同燃烧工况下，为了保证水位的稳定，设置合适的循环倍率。
PID调节为正作用控制。
根据扰动试验获得PID参数。
参见图5，炉水循环泵再循环调门；
被调量：启动系统再循环流量(G2-G1)；
逻辑思路：设置略高于流量保护的设定值，保证泵的最小流量；
设定值获取方法：炉水循环泵的设备资料；
控制方案：
(1)保证炉水循环泵的最低流量，其设定为固定值(安全流量范围上)；
(2)PID调节为反作用控制。
(3)根据扰动试验获得PID参数。
参见图6，361阀调门；
被调量：贮水箱水位；
逻辑思路：361阀A进行水位调节，水位设定值为一定范围，但是水位高于炉水循环泵出口调门数值，361阀B进行开环调节，并设置回程死区。避免两个361阀都频繁动作，同时发生故障，则影响机组启动。如361阀A进行检修，则进行阀门切换，如图6所示，使361阀B投入闭环调节。
设定值获取途径：可设置为炉水循环泵出口调门设定值+手输偏置；
控制方案：
设定值为炉水循环泵水位调节设定值+手输偏置(偏置大于0)，并设置安全范围上下限；
默认为A阀为闭环调节，B阀为开环函数且带回差调节；
必要进行控制切换时，A阀控制策略与B阀进行互换；
闭环PID调节为正作用控制。
根据扰动试验获得PID参数。
参见图7，炉水循环泵入口减温水调门；
被调量：炉水循环泵入口水的过冷度；
逻辑思路：在循环倍率合理的情况下，保证一定的过冷度，但是在热负荷发生变化或者燃烧情况发生变化时，过冷度不够，可以用此调节机构来控制一定的过冷度。
设定值获取途径：根据炉水循环泵资料及现场设备的实际安装情况来确定过冷度的数值。
控制策略：
为了炉水循环泵的安全，需要保证一定的过冷度，正常是由炉水循环泵出口调门开度与煤量匹配来维持，但燃烧存在一定的不确定性，所以要用入口减温水来紧急开启，保证泵入口水温；
闭环PID调节为正作用控制。
根据扰动试验获得PID参数。
参见图8，贮水箱疏水泵出口调门
被调量：贮水箱水位；
逻辑思路：根据贮水箱的不同水位定值，启动单台或两台疏水泵，并用出口调门来调整疏水出力；
设定值的获取方法：设定为贮水箱水位正常值范围；
前馈的获取途径：静态前馈为361阀指令对应的折线函数。361阀的开启开度对贮水箱水位的影响。
控制策略：
如图1所示，361阀后，排水至贮水箱，水位会发生变化，为了维持不高不低的水位进行相关控制。
361阀的开度对水位的影响，和贮水箱疏水泵出口调门对水位的影响，有一定的关联性，所以设置为前馈控制；
闭环PID调节为正作用控制。
根据扰动试验获得PID参数。
从上述描述可知，结合实际设置的多执行结构而设计的闭环系统，在保证系统达到分离器水位调节目的的同时，降低锅炉启动系统本身的能源消耗，已到达全周期范围内节能降耗的目的。在保证炉水循环泵及贮水箱水位稳定的前提下，尽可能的提高循环倍率，同时在保证一定蒸汽量的同时减少除盐水的排放，大大节约了资源。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明并不局限于任何单一的方面，也不局限于任何单一的实施例，也不局限于这些方面和/或实施例的任意组合和/或置换。而且，可以单独使用本发明的每个方面和/或实施例或者与一个或更多其他方面和/或其实施例结合使用。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (7)

1.一种直流燃煤发电机组启动系统，其特征在于，包括：过热器、汽水分离器、贮水箱、水冷壁、炉水循环泵、大气扩容器和高压加热器；
其中，所述高压加热器的进水口与注水电泵的出水口相连，所述高压加热器的出水口与所述水冷壁的进水口相连，并且所述高压加热器的出水口处还设置有锅炉上水旁路调门与水冷壁的进水口相连；
所述水冷壁的出水口与所述汽水分离器的进水口相连；
所述汽水分离器的出水口和出气口分别与所述贮水箱的进水口和所述过热器的进气口相连；
所述贮水箱的出水口与所述炉水循环泵的进水口相连，所述炉水循环泵的出水口通过炉水循环泵出口调门与水冷壁的进水口相连；并且，所述贮水箱的出水口还通过贮水箱水位调节阀与所述大气扩容器的进水口相连；所述大气扩容器的出水口与所述贮水箱的进水口相连；
通过调节所述炉水循环泵出口调门以及所述锅炉上水旁路调门的开度调节所述汽水分离器的水位，在所述贮水箱的水位波动的情况下，通过打开所述贮水箱水位调节阀稳定所述汽水分离器的水位。
2.根据权利要求1所述的直流燃煤发电机组启动系统，其特征在于，所述炉水循环泵的出水口和进水口之间设置有炉水循环泵再循环调门。
3.根据权利要求1所述的直流燃煤发电机组启动系统，其特征在于，所述炉水循环泵的进水口处设置有炉水循环泵入口减温水调门。
4.根据权利要求1所述的直流燃煤发电机组启动系统，其特征在于，所述贮水箱的出水口处设置有贮水箱疏水泵出口调门。
5.根据权利要求1所述的直流燃煤发电机组启动系统，其特征在于，所述注水电泵的出水口处设置有电泵出口流量计。
6.根据权利要求1所述的直流燃煤发电机组启动系统，其特征在于，所述水冷壁的进水口处设置有省煤器入口流量计。
7.根据权利要求1所述的直流燃煤发电机组启动系统，其特征在于，所述高压加热器的出水口处设置有上水流量计。
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