CN115682016A - 一种适应煤粉汽包锅炉快速启停的热辅助系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于锅炉技术领域，特别涉及一种适应煤粉汽包锅炉快速启停的热辅助系统及控制方法。本发明的系统包括第一管路、第二管路、第三管路和第四管路；第一管路：从邻炉高温过热器至汽轮机管段连接至本机组高温过热器至汽轮机管段；第二管路：从邻炉低温过热器出口集箱连接至本机组低温过热器入口集箱；第三管路：从邻炉省煤器出口集箱及汽包出口下降管各引出一段管路，汇集后分成两路并分别连接到本机组给水管道旁路和本机组炉底定排集箱；第四管路：从邻炉低温再热器入口集箱连接至本机组低温再热器入口集箱。本发明提供了一种维持锅炉各受热面参数保持在热备用状态以满足快速启停、深度调峰要求的适用于煤粉汽包锅炉的热辅助系统及控制方法。

Description

一种适应煤粉汽包锅炉快速启停的热辅助系统及控制方法

技术领域

本发明属于锅炉技术领域，特别涉及一种适应煤粉汽包锅炉快速启停的热 辅助系统及控制方法。

背景技术

在当下，燃煤机组的深度调峰及快速启停的灵活性改造成为刚性需 求。锅炉启停过程中，锅炉热惯性较大，快速启停对锅炉的厚壁部件等寿命有 较大影响，基于此，导致锅炉快速启停受到限制。

目前市场上主流的燃煤锅炉灵活性调峰技术都无法做到全负荷调峰，锅炉 存在不投油最低稳燃负荷，锅炉煤粉燃烧的存在负荷下限。锅炉冷启动受限于 厚壁部件较多，锅炉升负荷速度受到限制。锅炉启动初期升负荷速度过快，过 热器、再热器等部件易超温等问题限制了锅炉的快速启动。锅炉启动时间长， 会造成启动期间的投油助燃时间过长，点火成本高，负荷响应慢。电网要求的 灵活性调峰，要求调峰幅度大，响应速度快，当前行业内的调峰技术都受到响 应幅度和响应速度的限制。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种维持锅炉 各受热面参数保持在热备用状态以满足快速启停、深度调峰要求的适用于煤粉 汽包锅炉的热辅助系统及控制方法。

本发明所采用的技术方案为：

一种适应煤粉汽包锅炉快速启停的热辅助系统，包括第一管路、第二管路、 第三管路和第四管路；

其中，第一管路：从相邻机组的高温过热器出口至汽轮机入口管段引出一 段管路，连接至本机组高温过热器出口至汽轮机入口管段；

第二管路：从相邻机组的低温过热器出口集箱引出一段管路，连接至本机 组低温过热器入口集箱；

第三管路：从相邻机组的省煤器出口集箱及汽包出口下降管各引出一段管 路，汇集后分成两路并分别连接到本机组给水管道旁路和本机组炉底定排集箱；

第四管路：从相邻机组低温再热器入口集箱引出一段管路，连接至本机组 低温再热器入口集箱。

本发明在锅炉最低稳燃负荷以下，停运本机组锅炉燃烧设备，通过第一管 路、第二管路、第三管路、第四管路借用临炉产生的蒸汽维持汽轮机维持最低 稳燃负荷以下的汽轮机、发电机运行，该结构设计能做到全负荷响应电网的调 峰需求。在本机组锅炉停运以后或者冷态启动以前，从相邻机组锅炉输入热水 及蒸汽维持或者加热相关受热面，使其处于极热的备用状态，确保本炉燃烧设 备能够随时启动，迅速提升负荷，响电网要求，该结构确保了锅炉快速点火启 动及升负荷时，厚壁部件的温度不会产生剧烈变化，受到应力的限制较小。启 动初期的邻炉蒸汽对过热器、再热器的降温，也避免了快速启动升负荷造成过热器、再热器超温。邻炉蒸汽的借用，令单台机组的升降负荷可以通过两台锅 炉的调节来响应，可以做到响应速度翻倍。本发明可维持锅炉各受热面参数保 持在热态备用状态，以应对锅炉的快速启停、深度调峰等市场需求，使快速启 停和深度调峰过程对锅炉寿命影响小。使用本发明时，常规的锅炉冷态启动、 热态启动的时间也将大幅度缩短。本发明安全性高，经济效益可观。

作为本发明的优选方案，所述第一管路上设置有电动闸阀、电动调阀、温 度压力测点及疏水管路。

作为本发明的优选方案，所述第二管路上设置有电动闸阀、电动调阀、温 度压力测点及疏水管路。

作为本发明的优选方案，所述第三管路包括主管段，主管段的一端分别连 接第一管段和第二管段，第一管段连接到相邻机组的省煤器出口集箱，第二管 段连接到相邻机组的汽包出口下降管，主管段的另一端分别连接有第三管段和 第四管段，第三管段连接到本机组给水管道旁路，第四管段连接到本机组炉底 定排集箱；所述第一管段、第二管段和第三管段上均设置有电动闸阀和电动调 阀，主管路上设置有温度压力测点，本机组的给水旁路和第三管段上均设置有 温度压力测点。

作为本发明的优选方案，所述第四管路上设置有电动闸阀、电动调阀、温 度压力测点及疏水管路。

作为本发明的优选方案，所述第一管路的流通量为本机组锅炉30％～ 50％BMCR的蒸汽量。

一种适应煤粉汽包锅炉快速启停的热辅助控制方法，包括以下步骤：

第一管路的控制方法：当本机组负荷需要降至锅炉最低稳燃负荷以下时， 本机组锅炉停炉，汽轮机所需蒸汽不足的部分通过第一管路从邻炉输入；当本 机组锅炉蒸汽完全无法满足本机组汽轮机所需时，切断第一管路上的调阀，本 炉产汽从高低旁路排出；当本机组电网所需负荷高于第一管路调节能力时，迅 速启动本机组锅炉，满足电网高负荷需求，在本机组锅炉点火启动后，蒸汽参 数达到并汽要求时，并入本机组汽轮机，同时调节第一管路的调阀，逐渐减小 相邻机组供汽量，直至关闭；

第二管路的控制方法：在本机组锅炉切断燃料，炉膛温度不断下降的过程 中，通过第二管路引入相邻机组低温过热器出口蒸汽维后续各级过热器的蒸汽 温度、压力不发生大幅下降；

第三管路的控制方法：在本机组锅炉燃料切断后，炉膛温度下降，开大第 三管路的调阀，适度提高本机组炉膛水冷壁及省煤器的进水温度；炉膛温度继 续下降，逐渐关小本机组给水泵有效流量，直至关闭，给水完全由相邻机组供 给；

第四管路的控制方法：本机组低温再热器温度降低时，通过第四管路从相 邻机组低温再热器入口集箱引入一股蒸汽进入本机组低温再热器入口集箱。

作为本发明的优选方案，在第一管路的控制方法中，第一管路的调阀两端 的闸阀维持常开状态，当电网需要迅速升降负荷时，两台锅炉同时反应，而后 通过控制第一管路上的调阀开度，让单台机组的负荷响应速度翻倍。

作为本发明的优选方案，在第二管路的控制方法中，通过第二管路引入相 邻机组低温过热器出口蒸汽维后续各级过热器的蒸汽温度、压力不发生大幅下 降时，开启本机组的顶棚过热器疏水，随着顶棚过热器温度的下降，低温过热 器入口集箱的蒸汽反向灌入顶棚过热器，维持整个过热蒸汽管路的压力。

本发明的有益效果为：

本发明在锅炉最低稳燃负荷以下，停运本机组锅炉燃烧设备，通过第一管 路、第二管路、第三管路、第四管路借用临炉产生的蒸汽维持汽轮机维持最低 稳燃负荷以下的汽轮机、发电机运行，该结构设计能做到全负荷响应电网的调 峰需求。在本机组锅炉停运以后或者冷态启动以前，从相邻机组锅炉输入热水 及蒸汽维持或者加热相关受热面，使其处于极热的备用状态，确保本炉燃烧设 备能够随时启动，迅速提升负荷，响电网要求，该结构确保了锅炉快速点火启 动及升负荷时，厚壁部件的温度不会产生剧烈变化，受到应力的限制较小。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中：1-汽轮机；2-高温过热器；3-低温过热器；4-汽包；5-炉膛水冷壁； 6-省煤器；7-再热器；s1-第一管路；s2-第二管路；s3-第三管路；s4-第四管 路；s31-第一管段；s32-第二管段；s33-第三管段；s34-第四管段。

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、完整地描述，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。通常在此处附 图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要 求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的 实施例，本领域普通技术人员在没有作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。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。

如图1所示，本机组和相邻机组均包括依次设置的省煤器6、炉膛水冷壁5、 汽包4、低温过热器3、高温过热器2、汽轮机1、再热器7。

本实施例的适应煤粉汽包锅炉快速启停的热辅助系统，包括第一管路s1、 第二管路s2、第三管路s3和第四管路s4；其中，第一管路s1：从相邻机组的 高温过热器2出口至汽轮机1入口管段引出一段管路，连接至本机组高温过热 器2出口至汽轮机1入口管段；第二管路s2：从相邻机组的低温过热器3出口 集箱引出一段管路，连接至本机组低温过热器3入口集箱；第三管路s3：从相 邻机组的省煤器6出口集箱及汽包4出口下降管各引出一段管路，汇集后分成 两路并分别连接到本机组给水管道旁路和本机组炉底定排集箱；第四管路s4： 从相邻机组低温再热器7入口集箱引出一段管路，连接至本机组低温再热器7 入口集箱。

所述第一管路s1上设置有两个电动闸阀、一个电动调阀、温度压力测点及 疏水管路，所述第一管路s1的流通量为本机组锅炉30％～50％BMCR的蒸汽量。 所述第二管路s2上设置有两个电动闸阀、一个电动调阀、温度压力测点及疏水 管路。所述第三管路s3包括主管段，主管段的一端分别连接第一管段s31和第 二管段s32，第一管段s31连接到相邻机组的省煤器6出口集箱，第二管段s32 连接到相邻机组的汽包4出口下降管，主管段的另一端分别连接有第三管段s33 和第四管段s34，第三管段s33连接到本机组给水管道旁路，第四管段s34连接 到本机组炉底定排集箱；所述第一管段s31、第二管段s32和第三管段s33上均设置有两个电动闸阀和一个电动调阀，主管路上设置有温度压力测点，本机组 的给水旁路和第三管段s33上均设置有温度压力测点。所述第四管路s4上设置 有两个电动闸阀、一个电动调阀、温度压力测点及疏水管路。

本发明在锅炉最低稳燃负荷以下，停运本机组锅炉燃烧设备，通过第一管 路s1、第二管路s2、第三管路s3、第四管路s4借用临炉产生的蒸汽维持汽轮 机1维持最低稳燃负荷以下的汽轮机1、发电机运行，该结构设计能做到全负荷 响应电网的调峰需求。在本机组锅炉停运以后或者冷态启动以前，从相邻机组 锅炉输入热水及蒸汽维持或者加热相关受热面，使其处于极热的备用状态，确 保本炉燃烧设备能够随时启动，迅速提升负荷，响电网要求，该结构确保了锅 炉快速点火启动及升负荷时，厚壁部件的温度不会产生剧烈变化，受到应力的 限制较小。启动初期的邻炉蒸汽对过热器、再热器7的降温，也避免了快速启动升负荷造成过热器、再热器7超温。邻炉蒸汽的借用，令单台机组的升降负 荷可以通过两台锅炉的调节来响应，可以做到响应速度翻倍。本发明可维持锅 炉各受热面参数保持在热态备用状态，以应对锅炉的快速启停、深度调峰等市 场需求，使快速启停和深度调峰过程对锅炉寿命影响小。使用本发明时，常规 的锅炉冷态启动、热态启动的时间也将大幅度缩短。本发明安全性高，经济效 益可观。

本实施例的适应煤粉汽包锅炉快速启停的热辅助控制方法，包括以下步骤：

第一管路s1的控制方法：当本机组负荷需要降至锅炉最低稳燃负荷以下时， 本机组锅炉停炉，产汽逐渐下降，汽轮机1所需蒸汽不足的部分，通过该管道 从邻炉输入，维持汽轮机1所需的蒸汽温度、压力和流量。电网的负荷调峰， 完全由第一管路s1的调阀进行控制。当本机组锅炉蒸汽完全无法满足本机组汽 轮机1所需时，本炉产汽从高低旁路排出。当本机组电网所需负荷高于联通管 调节能力时，需要迅速启动本机组锅炉，满足电网高负荷需求。在本机组锅炉 点火启动后，蒸汽参数达到并汽要求时，并入本汽轮机1，同时调节第一管路 s1的调阀，逐渐减小邻炉供汽量，直至关闭。第一管路s1的调阀两端的闸阀维 持常开状态，当电网需要迅速升降负荷时，可两台锅炉同时反应，而后通过调 阀开度控制，让单台机组的负荷响应速度翻倍。如果采用大管道，完全改为母 管制系统，则控制策略参考母管制控制系统。

第二管路s2的控制方法：在本炉切断燃料，炉膛温度不断下降的过程中， 通过第二管路s2引入邻炉低温过热器3出口蒸汽维后续各级过热器的蒸汽温 度、压力不发生大幅下降，最低温度控制在抽汽温度降20℃(视具体项目确定)， 压力由具体项目参数确定。开启顶棚过热器疏水，随着顶棚过热器温度的下降， 低温过热器3入口集箱的蒸汽会反向灌入顶棚过热器，维持整个过热蒸汽管路 的压力。

第三管路s3的控制方法：在本炉燃料切断后，维持汽包4水位，持续补充 给水，蒸汽参数不达标的情况下切断第一管路s1上进入汽轮机1的调阀，通过 高低旁路进入凝汽器，维持主蒸汽压力不大幅下降。随着锅炉烟气温度的下降， 炉膛水冷壁5的产汽率下降，各受热面温度逐渐下降。为确保炉内温度不下降 过快，开大第三管路s3的调阀，适度提高本炉炉膛水冷壁5及省煤器6的进水 温度。炉膛温度继续下降，则逐渐关小本炉给水泵有效流量(给水泵流量扣除 循环流量)，直至关闭，给水完全由邻炉供给。炉膛温度进一步下降，直至几 乎不能产生蒸汽，则维持汽包4温度在邻炉省煤器6出口温度下降20℃(依据 项目确定)。

第四管路s4的控制方法：本机组低温再热器7温度降低时，通过第四管路 s4从相邻机组低温再热器7入口集箱引入一股蒸汽进入本机组低温再热器7入 口集箱，调节本炉再热器7的温度及压力，抽汽温度降不大于20℃(视具体项 目确定)。

运行策略：

停炉及热备用运行策略：本机组负荷降至40％BMCR，开始准备停炉备用的相 关事宜。假定邻炉运行负荷40％BMCR，相关参数为设计值。本机组负荷降至最低 稳燃负荷40％BMCR以下开始停本炉。逐渐降低给煤机给煤、维持炉膛风量、逐 渐清空磨煤机及粉管内的存煤，切断燃料，炉膛灭火，炉膛吹扫完成，停风机， 关闭烟气挡板，炉膛闷炉。炉膛减煤及至灭火，产蒸汽能力下降，高温过热器2 出口过热蒸汽压力下降，开启第一管路s1的阀门，维持汽轮机1入口压力，确 保本机负荷。本炉过热蒸汽流量持续下降，汽包4压力8.56MPa(允许-0.5MPa) 维持不变(饱和温度300℃)。当本炉流量降至50t/h(暂定)以下，切断本炉高温过热器2出口至汽轮机1的阀门，将高温过热器2出口蒸汽通过高低旁送 入凝汽器，控制阀门开度，维持压力不大幅下降。汽轮机1完全由第一管路s1 从邻炉供汽维持运转及调峰，调峰负荷0～40％BMCR。

锅炉给水控制维持汽包4水位，通过第三管路s3，从邻炉省煤器6出口抽 水(258℃)，控制本炉省煤器6出口温度维持在258℃(允许-20℃)，后续给 水泵低于最低流量后，给水全部由第三管路s3从邻炉供给。炉膛温度进一步下 降，炉膛产汽量随之下降。当炉膛温度(烟温探针)降至420℃(根据情况调整)， 第三管路s3从邻炉汽包4出口下降管(8.56MPa，300℃)抽取饱和水进入本炉 省煤器6及炉底的定排集箱，从省煤器6及炉底水冷壁下集箱向炉膛水冷壁5 补水，维持汽包4压力8.56MPa(允许-1MPa)，水位过高则从汽包4连排排出， 维持汽包4水位，顶棚过热器疏水适当开启。垂直低温过热器3入口烟温低于500℃(根据情况确定，如果过热蒸汽管路维持不住可提前开启)时，从邻炉低 温过热器3出口集箱引入过热蒸汽(405℃)至本炉低温过热器3入口集箱，维 持过热管路蒸汽压力，略微开启高低旁路，让低温过热器3、高温过热器2维持 低蒸汽流量通过，保持汽温。本炉再热器7壁温上升时，或低再入口烟温降低 至500℃时，开启第四管路s4，保持低流量，维持再热器7汽温。

稳定平衡后热备用状态：炉膛温度300℃(-20℃)、汽包4温度300℃(-20℃) 压力8.56MPa(允许-1MPa)、顶棚过热器温度略低、低温过热器3、高温过热 器2温度405℃(-20℃)。

点火启动运行策略：准备锅炉点火启动前，各系统备用(油系统、风系统、 制粉系统等)，打开烟气挡板，送引风机启动、油枪点火(如有微油或等离子 点火系统，按其运行要求控制运行)，投入煤燃烧器。炉膛烟气温度迅速升高， 炉膛水冷壁5开始产汽，第三管路s3继续从邻炉省煤器6出口供水，关闭炉底 定排阀门，停止从炉底分配集箱供水，只从省煤器6给水。第二管路s2过热蒸 汽流量根据各级过热器壁温控制，直至关闭。第四管路s4根据本炉再热器7壁 温进行控制，直至关闭。根据省煤器6出口蒸汽温度确保低于沸点20℃，开启本炉给水泵，逐渐关小第三管路s3来水，直至关闭。蒸汽参数逐渐上升，参数 合格后并汽。本炉供汽量足够后，关闭第一管路s1。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其 他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权 利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种适应煤粉汽包锅炉快速启停的热辅助系统，其特征在于：包括第一管路(s1)、第二管路(s2)、第三管路(s3)和第四管路(s4)；

其中，第一管路(s1)：从相邻机组的高温过热器(2)出口至汽轮机(1)入口管段引出一段管路，连接至本机组高温过热器(2)出口至汽轮机(1)入口管段；

第二管路(s2)：从相邻机组的低温过热器(3)出口集箱引出一段管路，连接至本机组低温过热器(3)的入口集箱；

第三管路(s3)：从相邻机组的省煤器(6)出口集箱及汽包(4)出口下降管各引出一段管路，汇集后分成两路并分别连接到本机组给水管道旁路和本机组炉底定排集箱；

第四管路(s4)：从相邻机组低温再热器(7)入口集箱引出一段管路，连接至本机组低温再热器(7)的入口集箱。

2.根据权利要求1所述的一种适应煤粉汽包锅炉快速启停的热辅助系统，其特征在于：所述第一管路(s1)上设置有电动闸阀、电动调阀、温度压力测点及疏水管路。

3.根据权利要求1所述的一种适应煤粉汽包锅炉快速启停的热辅助系统，其特征在于：所述第二管路(s2)上设置有电动闸阀、电动调阀、温度压力测点及疏水管路。

4.根据权利要求1所述的一种适应煤粉汽包锅炉快速启停的热辅助系统，其特征在于：所述第三管路(s3)包括主管段，主管段的一端分别连接第一管段(s31)和第二管段(s32)，第一管段(s31)连接到相邻机组的省煤器(6)出口集箱，第二管段(s32)连接到相邻机组的汽包(4)出口下降管，主管段的另一端分别连接有第三管段(s33)和第四管段(s34)，第三管段(s33)连接到本机组给水管道旁路，第四管段(s34)连接到本机组炉底定排集箱；所述第一管段(s31)、第二管段(s32)和第三管段(s33)上均设置有电动闸阀和电动调阀，主管路上设置有温度压力测点，本机组的给水旁路和第三管段(s33)上均设置有温度压力测点。

5.根据权利要求1所述的一种适应煤粉汽包锅炉快速启停的热辅助系统，其特征在于：所述第四管路(s4)上设置有电动闸阀、电动调阀、温度压力测点及疏水管路。

6.根据权利要求1所述的一种适应煤粉汽包锅炉快速启停的热辅助系统，其特征在于：所述第一管路(s1)的流通量为本机组锅炉30％～50％BMCR的蒸汽量。

7.使用权利要求1所述的系统的一种适应煤粉汽包锅炉快速启停的热辅助控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一管路(s1)的控制方法：当本机组负荷需要降至锅炉最低稳燃负荷以下时，本机组锅炉停炉，汽轮机(1)所需蒸汽不足的部分通过第一管路(s1)从邻炉输入；当本机组锅炉蒸汽完全无法满足本机组汽轮机(1)所需时，切断第一管路(s1)上的调阀，本炉产汽从高低旁路排出；当本机组电网所需负荷高于第一管路(s1)调节能力时，迅速启动本机组锅炉，满足电网高负荷需求，在本机组锅炉点火启动后，蒸汽参数达到并汽要求时，并入本机组汽轮机(1)，同时调节第一管路(s1)的调阀，逐渐减小相邻机组供汽量，直至关闭；

第二管路(s2)的控制方法：在本机组锅炉切断燃料，炉膛温度不断下降的过程中，通过第二管路(s2)引入相邻机组低温过热器(3)出口蒸汽维后续各级过热器的蒸汽温度、压力不发生大幅下降；

第三管路(s3)的控制方法：在本机组锅炉燃料切断后，炉膛温度下降，开大第三管路(s3)的调阀，适度提高本机组炉膛水冷壁(5)及省煤器(6)的进水温度；炉膛温度继续下降，逐渐关小本机组给水泵有效流量，直至关闭，给水完全由相邻机组供给；

第四管路(s4)的控制方法：本机组低温再热器(7)温度降低时，通过第四管路(s4)从相邻机组低温再热器(7)入口集箱引入一股蒸汽进入本机组低温再热器(7)的入口集箱。

8.根据权利要求7所述的一种适应煤粉汽包锅炉快速启停的热辅助控制方法，其特征在于：在第一管路(s1)的控制方法中，第一管路(s1)的调阀两端的闸阀维持常开状态，当电网需要迅速升降负荷时，两台锅炉同时反应，而后通过控制第一管路(s1)上的调阀开度，让单台机组的负荷响应速度翻倍。

9.根据权利要求7所述的一种适应煤粉汽包锅炉快速启停的热辅助控制方法，其特征在于：在第二管路(s2)的控制方法中，通过第二管路(s2)引入相邻机组低温过热器(3)出口蒸汽维后续各级过热器的蒸汽温度、压力不发生大幅下降时，开启本机组的顶棚过热器疏水，随着顶棚过热器温度的下降，低温过热器(3)的入口集箱的蒸汽反向灌入顶棚过热器，维持整个过热蒸汽管路的压力。

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