CN115355067A - 一种提升煤电机组升负荷爬坡速率的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提升煤电机组升负荷爬坡速率的系统，包括具有至少一组且分别通过给水管道串联连接的高压加热器，末端的高压加热器工作压力最高；通过管道与工作压力最高的高压加热器连接的锅炉，并通过管道连接高压缸，通过再热器经管道连接中压缸；再热器蓄热利用系统，包括连接在工作压力最高的高压加热器疏水管道上的控制阀组，控制阀组通过管道连接喷水雾化装置，喷水雾化装置设置在高压缸至再热器的冷段管道内。再热器蓄热利用系统将机组中工作压力最高的加热器的疏水，喷射到再热器冷段管道内，与再热蒸汽混合，快速增加中、低压缸的蒸汽量，从而提升机组对升负荷的响应能力。

Description

一种提升煤电机组升负荷爬坡速率的系统
技术领域
本发明涉及热电机组技术领域，具体为一种提升煤电机组升负荷爬坡速率的系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
为了应对发电和用电不平衡造成的区域误差(AEC，Area Control Error)，保证电能质量，目前煤电机组的负荷变动爬坡速率每分钟不低于1.5％额定负荷。而随着可再生能源并入电网的增加和峰谷差的加大，煤电机组的负荷变动爬坡速率要求逐步提高，例如提高到每分钟不低于4％额定负荷。
煤电机组具有极大的容量和蒸汽参数，例如目前使用较多的超临界机组，虽然能够带来高效的节能，但因锅炉蓄热量的减少和惯性的增大反而会降低机组的负荷响应能力，而为了满足负荷变动爬坡速率的要求，现有技术只能将主蒸汽调门运行在较大的节流状态，而这种方式却并不利于高效节能。
发明内容
为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种提升煤电机组升负荷爬坡速率的系统，机组增设再热器蓄热利用系统，将机组中工作压力最高的加热器的疏水，喷射到再热器冷段管道内，与再热蒸汽混合，快速增加中、低压缸的蒸汽量，从而提升机组响应负荷的能力。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面提供一种提升煤电机组升负荷爬坡速率的系统，包括：
高压加热器，具有至少一组，分别通过给水管道串联连接，末端的高压加热器工作压力最高；
锅炉，通过管道与工作压力最高的高压加热器连接，通过管道连接高压缸，通过再热器经管道连接中压缸；
再热器蓄热利用系统，包括连接在工作压力最高的高压加热器疏水管道上的控制阀组，控制阀组通过管道连接喷水雾化装置，喷水雾化装置设置在高压缸至再热器的冷段管道内。
控制阀组包括通过管道连接的第一隔离阀和第二隔离阀，两者之间设有流量计和调节阀。
锅炉与高压缸之间的管道上设有主调门。
锅炉与再热器连接并通过再热器经管道连接中压缸。
高压缸与再热器之间通过再热器冷段管道连接。
工作压力最高的高压加热器为第一高压加热器，第一高压加热器通过疏水管道和控制阀连接第二高压加热器。
主调门的开度0-100％为数字电液控制系统的综合阀位指令0-100％的函数f1(x)，调节阀的开度0-100％为数字电液控制系统的综合阀位指令D-100％的函数f2(x)，主调门与调节阀形成分程控制，分程点D选取在主调门开度的50％-70％之间。
以主调门为对象控制主蒸汽流量升负荷，调节阀仅在D-100％分程区间内，通过控制喷水量，增加再热蒸汽流量，辅助升负荷。
随锅炉产汽量逐渐增大，主调门和调节阀的开度逐渐关小，调节阀首先关闭，主调门单独控制机组负荷。
与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
1、机组增设再热器蓄热利用系统，将机组中工作压力最高的加热器的疏水，喷射到再热器冷段管道内，与再热蒸汽混合，快速增加中、低压缸的蒸汽量，从而提升机组对升负荷的响应能力。
2、系统使机组升负荷时利用了再热器蓄热，增加了锅炉的整体蓄热利用率，利用占锅炉总蓄热量40％左右的再热器蓄热，增加了再热蒸汽的流量。
3、利用了机组中工作压力最高的高压加热器的蓄热，额定工况下，该高压加热器相当于蓄热容器，其疏水比焓大于1000kJ/kg，且疏水流量约为再热蒸汽流量的10％，是汽机侧蓄热量较大的设备，系统既利用了锅炉蓄热，也利用了汽机蓄热，充分发挥了机组的整体蓄热能力。
4、可减轻升负荷期间锅炉参数的波动，保证机组运行安全。常规方式通过主调门升负荷量较大时，主调门快速开大，极易造成主汽压和主汽温下降值，超出运行规程规定。而再热器蓄热利用系统的及时介入，机组负荷爬坡快，与目标值偏差快速减小，可阻止主调门开大和主汽压、主汽温下降趋势。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明一个或多个实施例提供的能够提升煤电机组升负荷爬坡速率的系统结构示意图；
图2是本发明一个或多个实施例提供的系统中主调门与调节阀的阀门开度与阀位指令的对应关系示意图。
图中：1、锅炉，2、再热器，3、第一高压加热器，31、第一高压加热器疏水管道，4、第二高压加热器，5、第三高压加热器，6、给水管道，7、主调门，8、再热器冷段管道，9、喷水雾化装置，101、高压缸，102、中压缸，11、第一隔离阀，12、第二隔离阀，13、流量计，14、调节阀。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术中所描述的，煤电机组具有极大的容量和蒸汽参数，例如目前使用较多的超临界机组，虽然能够带来高效的节能，但因锅炉蓄热量的减少和惯性的增大反而会降低机组的负荷响应能力，而为了满足负荷变动爬坡速率的要求，现有技术只能将主蒸汽调门运行在较大的节流状态，而这种方式却并不利于高效节能。
由于煤电锅炉的固有特性，其负荷响应有2min以上的惯性滞后，机组升负荷初期，利用的只是锅炉水冷壁和过热器的蓄热。这对于2％额定负荷以下的小负荷变动，机组爬坡速率能够满足要求，但对于较大的负荷变动，会因主蒸汽压力受限而使爬坡速率不能达标。
锅炉蓄热包括工质蓄热和金属蓄热，研究表明，金属蓄热是工质蓄热的1.5倍以上；再热器金属量超过水冷壁和过热器之和，其蓄热占锅炉总蓄热的40％左右。可以考虑增设利用再热器蓄热的系统，弥补锅炉的惯性滞后，提升煤电机组的升负荷爬坡速率。
因此，以下实施例提供一种提升煤电机组升负荷爬坡速率的系统，机组增设再热器蓄热利用系统，将机组中工作压力最高的加热器的疏水，喷射到再热器冷段管道内，与再热蒸汽混合，快速增加中、低压缸的蒸汽量，从而提升机组对升负荷的响应能力。
以下实施例中的高压加热器(高加)，是利用汽轮机的部分抽气对给水进行加热的装置，煤电机组会根据容量设置多组/套联合使用。
实施例一：
如图1-2所示，一种提升煤电机组升负荷爬坡速率的系统，包括：
高压加热器，具有至少一组，分别通过给水管道串联连接，末端的高压加热器工作压力最高；
锅炉，通过管道与工作压力最高的高压加热器连接，通过管道连接高压缸，通过再热器经管道连接中压缸；
再热器蓄热利用系统，包括连接在工作压力最高的高压加热器疏水管道上的控制阀组，控制阀组通过管道连接喷水雾化装置，喷水雾化装置设置在高压缸至再热器的冷段管道内。
上述系统，将机组中工作压力最高的加热器的疏水，通过控制阀组喷射到再热器冷段管道内，与再热蒸汽混合从而被加热成过热蒸汽，送入到中压缸内进而带动中、低压缸增加负荷，从而填补机组升负荷初期，锅炉因惯性大造成的产汽量不足，确保机组爬坡速率符合要求。
具体的：
本实施例中的高压加热器具有三组，依次经给水管道6串联连接第三高压加热器5、第二高压加热器4和第一高压加热器3，末端的第一高压加热器3为工作压力最高的加热器，即1号高加。
锅炉1，通过管道与工作压力最高的1号高加连接，通过管道连接高压缸101，锅炉1与再热器2连接并通过再热器2经管道连接中压缸102。
锅炉1与高压缸101之间的管道上设有主调门7，用于调节锅炉1进入高压缸101中的蒸汽。
高压缸101与再热器2之间通过再热器冷段管道8连接，将高压缸101做功后的蒸汽与再热器2内的蒸汽混合加热送入中压缸102。
1号高加具有疏水管道，即为第一高压加热器疏水管道31，第一高压加热器3通过第一高压加热器疏水管道31和控制阀连接第二高压加热器4。
再热器蓄热利用系统从第一高压加热器疏水管道31上接出一条管道，经过控制阀组并利用喷水雾化装置9连接至再热器冷段管道8上，如图1中的虚线部分，将机组中工作压力最高的加热器的疏水，通过控制阀组喷射到再热器冷段管道内，与再热蒸汽混合从而被加热成过热蒸汽，带动中、低压缸增加负荷，从而填补机组升负荷初期，锅炉因惯性大造成的产汽量不足，确保机组爬坡速率符合要求。
控制阀组包括通过管道连接的第一隔离阀11和第二隔离阀12，两者之间设有流量计13和调节阀14。
再热器蓄热利用系统的通流量按照1号高加额定疏水量设计，流量计13和调节阀14通过DCS(分散控制系统，煤电机组中常见的控制系统)实现集控室监视和操作，调节阀14操作器上具有阀位指令和反馈信号、投入和退出切换按钮、手动和自动切换按钮等监控功能。两个隔离阀起隔离和辅助节流作用，可选用手动门或电动门。
通过调节阀14的手动或自动控制，将喷入的1号高加疏水，经过再热器蓄热加热成过热蒸汽，带动中、低压缸增加负荷。从而填补机组升负荷初期，锅炉因惯性大造成的产汽量不足，确保机组爬坡速率符合要求。具体方法如下：
在控制系统内增加调节阀14自动控制逻辑组态，调节阀14“自动”投入条件为以下条件全部满足：
1)操作器处于“投入”状态；
2)1号高加(第一高压加热器3)水位正常；
3)1号高加水位控制投入“自动”；
4)除氧器水位控制投入“自动”；
5)机组协调控制投入；
6)机组负荷大于50％额定负荷(定值可改变)；
调节阀14视为主调门7的扩展阀，直接受控于DEH(数字电液控制系统)的综合阀位指令，与主调门7形成具有重叠度的分程控制系统，具体的：
主调门7的开度0-100％为DEH(数字电液控制系统)的综合阀位指令0-100％的函数f1(x)，调节阀14的开度0-100％为综合阀位指令D-100％的函数f2(x)，分程点D选取在GV(主调门7)开度的50％-70％之间；f1(x)、f2(x)、D先根据GV和V(调节阀14)的实际流量特性确定，再根据再热器蓄热利用系统的应用情况进行优化，最终应使综合阀位指令与机组负荷尽量呈线性关系，如图2所示。
图2展示了本实施例中，GV(主调门7)和V(调节阀14)的阀门开度0-100％与综合阀位指令之间的对应关系，中间存在分程点D，本实施例中的D为主调门7开度(GV)的50％-70％之间。
这种有重叠度的分程控制方法，以GV全程控制主蒸汽流量升负荷为主，V仅在D-100％分程区间内，通过控制喷水量，增加再热蒸汽流量，辅助升负荷；随锅炉产汽量逐渐增大，GV、V开度逐渐关小，V首先关闭，GV单独控制机组负荷。
当以下条件满足其一时，调节阀14自动关闭：
1)操作器处于“退出”状态；
2)1号高加水位达低限值。
调节阀14自动控制下的的机组升负荷响应过程，具体为：
当机组升负荷量较小、综合阀位指令小于D时，调节阀14处于关闭状态，汽机通过调节主调门7升负荷，利用锅炉水冷壁和过热器的蓄热；同时锅炉通过增加燃烧，逐步增大产汽量。最终使负荷与主汽压都达到新的目标值。
当机组升负荷量较大、综合阀位指令大于D时，通过同时调节主调门7和调节阀14升负荷，利用锅炉水冷壁、过热器和再热器的蓄热，同时锅炉通过增加燃烧，使主蒸汽压力由降转升。
随着负荷与主汽压向新的目标值逼近，综合阀位指令逐步减小，主调门7和调节阀14由开转关，最终使负荷与主汽压都达到新的目标值，主调门7处于新的节流状态，调节阀14处于关闭状态。
在调节阀14操作器处于“手动”状态下，运行人员可根据升负荷需要，手动调节开度，改变喷水流量，利用锅炉再热器蓄热干预升负荷的爬坡速率。
系统使机组升负荷时利用了再热器蓄热，增加了锅炉的整体蓄热利用率，通过主调门升负荷的常规方式，利用了锅炉水冷壁和过热器的蓄热，增加主蒸汽的流量；而在常规方式基础上，本实施例利用了占锅炉总蓄热量40％左右的再热器的蓄热，增加了再热蒸汽的流量。
系统也利用了1号高加的蓄热，1号高加相当于蓄热容器，额定工况下，其疏水比焓大于1000kJ/kg，且疏水流量约为再热蒸汽流量的10％，是汽机侧蓄热量较大的设备。本系统既利用了锅炉蓄热，也利用了汽机蓄热，充分发挥了机组的整体蓄热能力。
系统可减轻升负荷期间锅炉参数的波动，保证机组运行安全。常规方式通过主调门升负荷量较大时，主调门快速开大，极易造成主汽压和主汽温下降值，超出运行规程规定。而再热器蓄热利用系统的及时介入，机组负荷爬坡快，与目标值偏差快速减小，可阻止主调门开大和主汽压、主汽温下降趋势。
系统使主蒸汽调门在较经济开度下运行，减少机组节流损失。常规方式为了满足电网对机组爬坡速率的要求，不得不将主调门控制在节流较大的状态，牺牲经济性以保调节性。系统增加了提升负荷的额外动力源，可置换出部分主调门预节流量，减少机组稳态时的节流损失。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种提升煤电机组升负荷爬坡速率的系统，其特征在于：包括：
高压加热器，具有至少一组，分别通过给水管道串联连接，末端的高压加热器工作压力最高；
锅炉，通过管道与工作压力最高的高压加热器连接，通过管道连接高压缸，通过再热器经管道连接中压缸；
再热器蓄热利用系统，包括连接在工作压力最高的高压加热器疏水管道上的控制阀组，控制阀组通过管道连接喷水雾化装置，喷水雾化装置设置在高压缸至再热器的冷段管道内。
2.如权利要求1所述的一种提升煤电机组升负荷爬坡速率的系统，其特征在于：所述控制阀组包括通过管道连接的第一隔离阀和第二隔离阀，两者之间设有流量计和调节阀。
3.如权利要求2所述的一种提升煤电机组升负荷爬坡速率的系统，其特征在于：所述锅炉与高压缸之间的管道上设有主调门。
4.如权利要求1所述的一种提升煤电机组升负荷爬坡速率的系统，其特征在于：所述锅炉与再热器连接并通过再热器经管道连接中压缸。
5.如权利要求1所述的一种提升煤电机组升负荷爬坡速率的系统，其特征在于：所述高压缸与再热器之间通过再热器冷段管道连接。
6.如权利要求1所述的一种提升煤电机组升负荷爬坡速率的系统，其特征在于：工作压力最高的高压加热器为第一高压加热器，第一高压加热器通过疏水管道和控制阀连接第二高压加热器。
7.如权利要求3所述的一种提升煤电机组升负荷爬坡速率的系统，其特征在于：所述主调门的开度0-100％为数字电液控制系统的综合阀位指令0-100％的函数f1(x)，调节阀的开度0-100％为数字电液控制系统的综合阀位指令D-100％的函数f2(x)。
8.如权利要求7所述的一种提升煤电机组升负荷爬坡速率的系统，其特征在于：所述主调门与调节阀形成分程控制，分程点D选取在主调门开度的50％-70％之间。
9.如权利要求7所述的一种提升煤电机组升负荷爬坡速率的系统，其特征在于：以主调门为对象控制主蒸汽流量升负荷，调节阀在D-100％分程区间内，通过控制喷水量，增加再热蒸汽流量，辅助升负荷。
10.如权利要求7所述的一种提升煤电机组升负荷爬坡速率的系统，其特征在于：随锅炉产汽量增大，主调门和调节阀的开度变小，调节阀首先关闭，主调门单独控制机组负荷。
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