CN114576614B - 再热汽温度调节系统及调节控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种再热汽温度调节系统及调节控制方法，该调节系统包括设置于锅炉内部的第二低温再热器，所述第二低温再热器并联在连通锅炉原有的第一低温再热器输入端的输入管线上；其中，沿所述锅炉的烟气流动方向，所述第二低温再热器位于所述第一低温再热器的上游或下游。基于本发明的技术方案，通过两个串并联的低温再热器可以调节蒸汽进行一次、二次换热的流量，能够有效提高锅炉低负荷状态下的蒸汽再热温度，解决再热蒸汽欠温的问题。同时在锅炉高负荷状态时，能够保持再热蒸汽的温度满足设计温度。
Description
技术领域
本发明涉及发电设备技术领域，特别地涉及一种再热汽温度调节系统及调节控制方法。
背景技术
目前的大部分切圆燃烧锅炉低负荷时再热汽温偏低，尤其是锅炉经过低氮燃烧器改造后，低负荷再热汽欠温幅度较大，严重影响技术经济性。
针对再热汽温调温的主流手段包括烟气挡板、烟气再循环、燃烧器摆角、气气换热器、事故减温水等方式，但是目前的调温手段或多或少都存在一定缺陷。其中，烟气挡板主要用在旋流燃烧炉，和尾部受热面并列布置低温过热器与低温再热器的锅炉，调温效果较好但适用面窄；烟气再循环技术在二次再热锅炉中有应用，但能耗高，使用较少；燃烧器摆角主要用于切圆燃烧锅炉，但调温幅度有限；气气换热器主要用在苏联直流锅炉中，缺陷较多；事故减温水主要在事故情况下使用，非再热汽温主调手段，且影响经济性。
并且目前所采用的调温手段在锅炉上的改造效果不可控，改造效果不理想的锅炉，低负荷下依然具有较大幅度的欠温，而高负荷下汽温虽然达到设计值，但减温水量偏大，同样影响经济性，目前也尚无其他有效手段来兼顾高低负荷下的经济性。
发明内容
为了解决现有技术中针对锅炉低负荷时再热汽温偏低的改善手段效果不理想的问题，本申请提出了一种再热汽温度调节系统及调节控制方法。
第一方面，本发明提出了一种再热汽温度调节系统，包括设置于锅炉内部的第二低温再热器，所述第二低温再热器并联在连通锅炉原有的第一低温再热器输入端的输入管线上；
其中，沿所述锅炉的烟气流动方向，所述第二低温再热器位于所述第一低温再热器的上游或下游。
在一个实施方式中，所述第二低温再热器的换热面积通过以下计算式确定：
其中，A为换热面积，Qrx为最低负荷下的再热器吸热量，Qhx为最低负荷下的过热器吸热量，Qr100％为100％负荷下的再热器吸热量，Qh100％为100％负荷下的过热器吸热量，Δtra为最低负荷下第二低温再热器上游的前端烟温，Δtrb为最低负荷下第二低温再热器下游的后端烟温，k为换热系数。
在一个实施方式中，所述输入管线与所述第二低温再热器并联的部分为输入段，所述输入段上设置有第一阀门，所述第二低温再热器的输入端处设置有第二阀门。
在一个实施方式中，所述第一阀门与所述第二阀门均采用电动调节阀。
在一个实施方式中，所述第二低温再热器位于所述锅炉的炉膛段、烟道水平段或烟道尾部段。
第二方面，本发明提出了一种再热汽温度调节控制方法，应用于上述的调节系统，其包括：
确定锅炉系统当前的负荷状态，所述负荷状态包括低负荷状态与高负荷状态；
根据所述负荷状态，调节输入管线上相应阀门的开度，以分别控制经所述输入管线的输入段直接输入第一低温再热器与经第二低温再热器输入第一低温再热器的蒸汽的流量。
在一个实施方式中，对于所述低负荷状态，所述调节输入管线上相应阀门的开度，包括：
调节所述第二低温再热器输入端处的第二阀门的开度至最大，调小所述输入段上的第一阀门的开度。
在一个实施方式中，对于所述高负荷状态，所述调节输入管线上相应阀门的开度，包括：
调节所述输入段上的第一阀门的开度至最大；
根据所述第二低温再热器在所述锅炉内部所处的目标位置，判断所述目标位置的烟气温度是否小于第二低温再热器的材质的最高许用温度；
根据判断结果，调小所述第二低温再热器输入端处的第二阀门的开度或完全关闭所述第二阀门。
在一个实施方式中，根据判断结果，调小所述第二低温再热器输入端处的第二阀门的开度或完全关闭所述第二阀门，包括：
若所述第二低温再热器所处的目标位置的烟气温度小于第二低温再热器的材质的最高许用温度，则完全关闭所述第二阀门；
若所述第二低温再热器所处的目标位置的烟气温度不小于第二低温再热器的材质的最高许用温度，则调小所述第二阀门的开度。
在一个实施方式中，所述调小所述第二阀门的开度，包括：
根据所述目标位置的烟气温度、第二低温再热器的传热系数以及输入所述第二低温再热器的蒸汽的初始温度，确定所述第二低温再热器的管壁温度低于其材质的最高许用温度时输入蒸汽的最小流量；
调小所述第二阀门的开度，以使输入所述第二低温再热器的蒸汽的流量不低于所述最小流量。
上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。
本发明提供的一种再热汽温度调节系统及调节控制方法，与现有技术相比，至少具备有以下有益效果：
本发明的一种再热汽温度调节系统及调节控制方法，采用两个串并联的低温再热器可以调节蒸汽进行一次、二次换热的流量，能够有效提高锅炉低负荷状态下的蒸汽再热温度，解决再热蒸汽欠温的问题。同时在锅炉高负荷状态时，能够保持再热蒸汽的温度满足设计温度，进而维持目前切圆锅炉汽温高，事故减温水量小的优点。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1显示了本发明的调节系统其中一种结构的示意图；
图2显示了本发明的调节系统另一种结构的示意图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
附图标记：
1-锅炉，11-炉膛段，12-烟道水平段，13-烟道尾部段，2-第一低温再热器，21-第一阀门，3-第二低温再热器，31-第二阀门，4-输入管线，5-高温再热器，6- 低温过热器，7-省煤器。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1
本发明的实施例提供了一种再热汽温度调节系统，包括设置于锅炉1内部的第二低温再热器3，第二低温再热器3并联在连通锅炉1原有的第一低温再热器 2输入端的输入管线4上；
其中，沿锅炉1的烟气流动方向，第二低温再热器3位于第一低温再热器2 的上游或下游。
具体地，如附图图1与图2所示，本发明的再热汽温度调节系统主要包括第一低温再热器2与第二低温再热器3，基于现有锅炉1再热系统的结构，第一低温再热器2为锅炉1再热系统原有的低温再热器。第一低温再热器2与第二低温再热器3在锅炉1的烟气流动方向上并列设置，二者的并列方向可以适应性设置，例如图1所示的第二低温再热器3位于第一低温再热器2的下游，或者如图2所示的第二低温再热器3位于第一低温再热器2的上游，两种不同结构主要的区别点在于第二低温再热器3所处位置的烟气温度不同，上游的温度高于下游的温度，这样对第二低温再热器3材质的最高许用温度有相应的要求，并且第二低温再热器3所处位置的温度不同会影响其内部的蒸汽再热后的温度，因此需要对第一低温再热器2与第二低温再热器3相应的蒸汽流量进行控制，以匹配设计的蒸汽再热温度。
第二低温再热器3并联在第一低温再热器2输入端前的输入管线4上，即第二低温再热器3与输入管线4的一部分(输入段)相互并列，这样输入管线4上就形成两条支路，一条支路为经输入管线4直接连通第一低温再热器2，另一条支路为经输入管线4到第二低温再热器3再连通第一低温再热器2。同时，将第一低温再热器2与第二低温再热器3在锅炉1的烟气流动方向上并列设置，这样能够实现针对通入低温再热器内的蒸汽的两次换热，这样可以有效提高锅炉1低负荷状态下蒸汽再热后的温度，以实现低负荷下的再热汽温度满足设计温度的要求，有效解决欠温的问题。
同时，基于第一低温再热器2与第二低温再热器3以及输入管线4的串并联结构所形成的两条蒸汽支路，可以通过控制两条支路上的蒸汽流量，来分别适应锅炉1的高低负荷状态，匹配锅炉1不同的运行工况，以实现在不同负荷下的再热汽温度都能满足设计温度。
需要说明的是，再热系统中还包括高温再热器5、省煤器7、低温过热器6，高温再热器5串联在第一低温再热器2的输出端。
进一步地，第二低温再热器3的换热面积通过以下计算式确定：
其中，A为换热面积，Qrx为最低负荷下的再热器吸热量，Qhx为最低负荷下的过热器吸热量，Qr100％为100％负荷下的再热器吸热量，Qh100％为100％负荷下的过热器吸热量，Δtra为最低负荷下第二低温再热器3上游的前端烟温，Δtrb为最低负荷下第二低温再热器3下游的后端烟温，k为换热系数。
具体地，第二低温再热器的换热面积需要针对性设置，基于锅炉再热系统一些必要的结构部件(再热器、过热器)以及锅炉的运行参数(烟温)来计算第二低温再热器的换热面积。其中，上述的再热器吸热量表示锅炉系统原有的再热器部分整体的总吸热量，包括低温再热器(第一低温再热器)与高温再热器；上述的过热器吸热量表示锅炉系统原有的过热器部分整体的总吸热量，包括低温过热器、屏式过热器以及高温过热器等。
进一步地，输入管线4与第二低温再热器3并联的部分为输入段，输入段上设置有第一阀门21，第二低温再热器3的输入端处设置有第二阀门31。
优选地，第一阀门21与第二阀门31均采用电动调节阀。
具体地，采用第一阀门21与第二阀门31可以准确控制再热系统中不同支路的蒸汽流量，即分别控制由输入管线4直接进入第一低温再热器2的第一支路以及由输入管线4经第二低温再热器3后进入第一低温再热器2的第二支路的蒸汽流量，以此适应锅炉1高低负荷下不同的运行工况。
进一步地，第二低温再热器3位于锅炉1的炉膛段11、烟道水平段12或烟道尾部段13。
具体地，第二低温再热器3以及第一低温再热器2二者可以设置在锅炉1内部的任意位置，锅炉1内部的不同位置的温度不同，这样对于第二低温再热器3 以及第一低温再热器2的材质耐热能力有所要求，并且在其他换热条件不同的情况下蒸汽再热后温度也有所不同，可以适应性设置。
优选地，考虑到较高温度对材质的耐热能力的要求较高，结合材质的成本以及获取、加工的难易程度，同时考虑低温再热器与高温再热器5的搭配，将第二低温再热器3以及第一低温再热器2均设置在锅炉1的烟道尾部段13。
实施例2
本实施例主要阐述本发明的调节控制方法在锅炉低负荷状态下的应用原理，本发明提供了一种再热汽温度调节控制方法，应用于前述的调节系统，其包括：
步骤S100：确定锅炉系统当前的负荷状态，负荷状态包括低负荷状态与高负荷状态。
步骤S200：根据负荷状态，调节输入管线上相应阀门的开度，以分别控制经输入管线的输入段直接输入第一低温再热器与经第二低温再热器输入第一低温再热器的蒸汽的流量。
步骤S210：对于低负荷状态，调节第二低温再热器输入端处的第二阀门的开度至最大，调小输入段上的第一阀门的开度。
具体地，低负荷时，如果采用单一的第一低温再热器，难以达到理想的换热效果，进而蒸汽再热后存在欠温问题。此时，控制第二阀门全开并调小第一阀门的开度，这样第二低温再热器满负载运行而第一低温再热器低负载运行，这样第二低温再热器中的蒸汽在经过一定程度的换热后与直接进入第一低温再热器的蒸汽混合并共同输入第一低温再热器进而二次换热，在第一低温再热器吸热量不变的情况下，能够有效提高蒸汽再热后的温度，解决锅炉负荷下再热蒸汽欠温的问题。
实施例3
本实施例主要阐述本发明的调节控制方法在锅炉高负荷状态下的应用原理，本发明提供了一种再热汽温度调节控制方法，应用于前述的调节系统，其包括：
步骤S100：确定锅炉系统当前的负荷状态，负荷状态包括低负荷状态与高负荷状态；
步骤S200：根据负荷状态，调节输入管线上相应阀门的开度，以分别控制经输入管线的输入段直接输入第一低温再热器与经第二低温再热器输入第一低温再热器的蒸汽的流量。
步骤S210：对于高负荷状态，调节输入段上的第一阀门的开度至最大；
具体地，锅炉高负荷运行时，此时烟气温度高，通过单一的第一低温再热器基本能够满足再热蒸汽温度的设计要求，因此将第一阀门的开度调节至最大，让第一低温再热器满负载运行。
步骤S220：根据第二低温再热器在锅炉内部所处的目标位置，判断目标位置的烟气温度是否小于第二低温再热器的材质的最高许用温度；
具体地，在第一低温再热器满负载运行是，原则上第二低温再热器可以完全关闭进行干烧，但是同时要考虑锅炉高负荷状态下第二低温再热器所处位置的烟气温度是否超过第二低温再热器的材质的最高许用温度，因此向第二低温再热器通入蒸汽可以对第二低温再热器本身进行冷却。
步骤S230：根据判断结果，调小第二低温再热器输入端处的第二阀门的开度或完全关闭第二阀门。
步骤S231：若第二低温再热器所处的目标位置的烟气温度小于第二低温再热器的材质的最高许用温度，则完全关闭第二阀门；
具体地，如果锅炉高负荷状态下，第二低温再热器所处的目标位置的烟气温度小于第二低温再热器的材质的最高许用温度，则第二低温再热器不需要冷却，此时可以完全关闭第二阀门，第二低温再热器处于干烧状态。
步骤S232：若第二低温再热器所处的目标位置的烟气温度不小于第二低温再热器的材质的最高许用温度，则调小第二阀门的开度；
具体地，如果锅炉高负荷状态下，第二低温再热器所处的目标位置的烟气温度不小于第二低温再热器的材质的最高许用温度，此时需要考虑采用通入一定量的蒸汽对第二低温再热器进行冷却，防止其自身温度过高，此时控制第二阀门的开度处于一定且较小的开度，该开度由通入第二低温再热器的蒸汽的流量决定。
步骤S232a：根据目标位置的烟气温度、第二低温再热器的传热系数以及输入第二低温再热器的蒸汽的初始温度，确定第二低温再热器的管壁温度低于其材质的最高许用温度时输入蒸汽的最小流量；
具体地，锅炉高负荷状态下通入第二低温再热器的蒸汽的流量由第二低温再热器的材质的最高许用温度、烟气温度、蒸汽的换热参数等参数确定，以此可以确定出输入蒸汽的最小流量，最小流量下的蒸汽对第二低温再热器的冷却效果可以刚好满足第二低温再热器自身不过热的要求。
步骤S232b：调小第二阀门的开度，以使输入第二低温再热器的蒸汽的流量不低于最小流量。
具体地，可以输入第二低温再热器的蒸汽的流量不低于最小流量，即必定满足第二低温再热器自身不过热的要求。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”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。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。
Claims (7)
1.一种再热汽温度调节系统，其特征在于，包括设置于锅炉内部的第二低温再热器，所述第二低温再热器并联在连通锅炉原有的第一低温再热器输入端的输入管线上；其中，沿所述锅炉的烟气流动方向，所述第二低温再热器位于所述第一低温再热器的上游或下游；
其中，所述调节系统的调节控制方法包括：
确定锅炉系统当前的负荷状态，所述负荷状态包括低负荷状态与高负荷状态；
根据所述负荷状态，调节输入管线上相应阀门的开度，以分别控制经所述输入管线的输入段直接输入第一低温再热器与经第二低温再热器输入第一低温再热器的蒸汽的流量；
对于所述低负荷状态，所述调节输入管线上相应阀门的开度，包括：
调节所述第二低温再热器输入端处的第二阀门的开度至最大，调小所述输入段上的第一阀门的开度；
对于所述高负荷状态，所述调节输入管线上相应阀门的开度，包括：
调节所述输入段上的第一阀门的开度至最大；
根据所述第二低温再热器在所述锅炉内部所处的目标位置，判断所述目标位置的烟气温度是否小于第二低温再热器的材质的最高许用温度；
根据判断结果，调小所述第二低温再热器输入端处的第二阀门的开度或完全关闭所述第二阀门。
2.根据权利要求1所述的再热汽温度调节系统，其特征在于，所述第二低温再热器的换热面积通过以下计算式确定：
其中，A为换热面积，Qrx为最低负荷下的再热器吸热量，Qhx为最低负荷下的过热器吸热量，Qr100％为100％负荷下的再热器吸热量，Qh100％为100％负荷下的过热器吸热量，Δtra为最低负荷下第二低温再热器上游的前端烟温，Δtrb为最低负荷下第二低温再热器下游的后端烟温，k为换热系数。
3.根据权利要求1所述的再热汽温度调节系统，其特征在于，所述输入管线与所述第二低温再热器并联的部分为输入段，所述输入段上设置有第一阀门，所述第二低温再热器的输入端处设置有第二阀门。
4.根据权利要求3所述的再热汽温度调节系统，其特征在于，所述第一阀门与所述第二阀门均采用电动调节阀。
5.根据权利要求1所述的再热汽温度调节系统，其特征在于，所述第二低温再热器位于所述锅炉的炉膛段、烟道水平段或烟道尾部段。
6.根据权利要求1所述的再热汽温度调节系统，其特征在于，根据判断结果，调小所述第二低温再热器输入端处的第二阀门的开度或完全关闭所述第二阀门，包括：
若所述第二低温再热器所处的目标位置的烟气温度小于第二低温再热器的材质的最高许用温度，则完全关闭所述第二阀门；
若所述第二低温再热器所处的目标位置的烟气温度不小于第二低温再热器的材质的最高许用温度，则调小所述第二阀门的开度。
7.根据权利要求6所述的再热汽温度调节系统，其特征在于，所述调小所述第二阀门的开度，包括：
根据所述目标位置的烟气温度、第二低温再热器的传热系数以及输入所述第二低温再热器的蒸汽的初始温度，确定所述第二低温再热器的管壁温度低于其材质的最高许用温度时输入蒸汽的最小流量；
调小所述第二阀门的开度，以使输入所述第二低温再热器的蒸汽的流量不低于所述最小流量。
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