CN117704358A - 一种给水再循环能量回收系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种给水再循环能量回收系统及方法，在给水泵转速不再随机组负荷下降时，开启给水泵再循环管道，投入使用能量回收系统，根据能量回收装置的压差、流量、转速特性曲线，调节能量回收装置的转速，匹配能量回收装置前后压差，调节流过能量回收装置的介质流量，满足给水泵对应转速下的最小流量要求；开启能量回收装置出口处的调节阀，控制调节阀后压力不超过除氧器接纳允许的压力上限值。本发明能够在一定程度上改善目前长期开启给水再循环所造成的能量浪费、再循环阀磨损等问题，具有明显的节能效果。
Description
技术领域
本发明属于能源回收技术领域，尤其涉及一种给水再循环能量回收系统及方法。
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。
给水泵在启动后，出水阀还未开启或外界负荷大幅度减少时(机组低负荷运行），给水流量很小或为零，这时泵内只有少量或根本无水通过，叶轮产生的摩擦热不能被给水带走，使泵内温度升高。
当泵内温度超过泵所处压力下的饱和温度时，给水就会发生汽化，形成汽蚀。
为了防止这种现象的发生，就必须使给水泵在给水流量减小到一定程度时，打开再循环管，使一部分给水流量返回到除氧器，这样泵内就有足够的水通过，把泵内摩擦产生的热量带走，使温度不致升高而使给水产生汽化。
总之，装再循环管可以在锅炉低负荷或事故状态下进行，防止给水在泵内产生汽化，甚至造成水泵振动和断水事故。
给水泵再循环原本设置在25%～30%给水流量时开启，对应机组负荷一般在30%～40%负荷以下才开启给水再循环。但近期投产的大部分1000MW火力发电厂，所配置的100%给水泵主泵，均不同程度出现机组较高的负荷阶段需要提前开启再循环的问题，个别电厂甚至在75%负荷即需要提前开启给水再循环管道。再循环流量、压力均较高，原配置的给水再循环管道多级减压阀很快就被损坏，个别项目配置了两套多级减压阀组（再循环阀），虽然能一定程度上解决磨损和可靠性的问题。但再循环管道一直开启，造成给水泵过多的功耗，进而造成能量的巨大浪费。
发明内容
为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种给水再循环能量回收系统及方法，本发明能够在一定程度上改善目前长期开启给水再循环所造成的能量浪费、再循环阀磨损等问题，具有明显的节能效果。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种给水再循环能量回收系统，包括给水再循环系统和与能量回收系统，所述能量回收系统包括能量回收装置、控制系统、检测系统、调节阀和隔离阀，其中，所述能量回收装置和给水再循环系统的再循环控制支路并联，用于回收给水再循环系统减压过程中回收的能量；
所述能量回收装置的入口处和出口处和给水泵再循环管道的连接处之间均设置有隔离阀；
所述能量回收装置的出口处设置有调节阀；
所述检测系统包括用于检测给水泵转速、能量回收系统压差、流量和转速参数的设备；
所述控制系统和检测系统通信，控制给水再循环系统和能量回收系统中装置和阀门的动作，用于在给水泵转速不再随机组负荷下降时，开启给水泵再循环管道，投入使用能量回收系统。
作为可选择的实施方式，所述给水再循环系统包括给水泵、驱动装置、给水管道、给水泵再循环管道、前置泵、关断阀和除氧器，所述给水泵连接驱动装置，由驱动装置驱动，所述给水泵的出口通过给水管道连接至锅炉，给水管道还连接有给水泵再循环管道，所述给水泵再循环管道通过再循环控制支路连接除氧器；
所述给水泵的入口通过管路连接前置泵，前置泵和除氧器连接，且连接管路上设置有关断阀。
作为可选择的实施方式，所述再循环控制支路包括依次连接的前隔离阀、多级减压阀和后隔离阀，除氧器的入口处还设置有逆止阀。
作为可选择的实施方式，所述给水管道上依次设置有给水泵出口逆止阀、给水泵出口关断阀、炉前给水调节阀和给水流量测量装置。
作为可选择的实施方式，所述前置泵和给水泵均连接有减速箱。
作为可选择的实施方式，所述除氧器和前置泵的连接管路上依次设置有关断阀、低压给水滤网和关断阀。
作为可选择的实施方式，所述能量回收装置的出口连接发电机，所述发电机通过变频器连接至电网。
作为可选择的实施方式，所述能量回收装置为液力透平。
作为可选择的实施方式，所述控制系统还连接有能量回收装置的振动监测系统、能量回收装置的密封水系统、能量回收装置的润滑油系统，并对其进行运行监控和调节。
基于上述给水再循环能量回收系统的工作方法，包括以下步骤：
在给水泵转速不再随机组负荷下降时，开启给水泵再循环管道，投入使用能量回收系统，根据能量回收装置的压差、流量、转速特性曲线，调节能量回收装置的转速，匹配能量回收装置前后压差，调节流过能量回收装置的介质流量，满足给水泵对应转速下的最小流量要求；
开启能量回收装置出口处的调节阀，控制调节阀后压力不超过除氧器接纳允许的压力上限值。
作为可选择的实施方式，当出现以下任一工况时，认为给水泵转速不再随机组负荷下降：
a、机组负荷降低，给水流量减少到给水泵流量扬程曲线的平缓段时；
b、当给水泵入口流量低于最小流量时；
c、当给水泵转速和临界转速的差值小于设定值时。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明能够在一定程度上改善目前长期开启给水再循环所造成的能量浪费、再循环阀磨损等问题，具有明显的节能效果。
本发明给水再循环管道中介质的压差发电反馈到厂用电系统中，实现再循环管道中介质能量的回收。
本发明避免给水再循环阀门的长期冲刷。通过监控给水泵最小流量，避免给水泵低于最小流量运行超温，监控给水泵转速，避免进入临界转速区间，避免泵的振动，监控锅炉给水流量，实现对给水流量的精确控制，避免给水泵运行进入流量扬程曲线的平缓段造成的流量波动。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
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是本发明实施例的整体系统结构示意图；
其中，1.1给水泵驱动装置、1.2给水泵、1.3减速箱、1.4给水泵前置泵、1.5低压给水关断阀、1.6低压给水滤网、1.7中压给水流量测量装置、1.8中压给水滤网、1.9给水泵出口逆止阀、1.10给水泵出口关断阀、1.11炉前给水调节阀、1.12炉前给水流量测量装置；
2.1原给水再循环前后隔离阀、2.2原给水再循环阀或为多级减压阀、2.3原给水再循环逆止阀；
3.1液力透平、3.2发电机、3.3变频器、3.4给水泵再循环能量回收控制系统、3.5液力透平隔离阀、3.6液力透平入口滤网、3.7液力透平出口调节阀；
4除氧器；
PT压力远传测点、TT温度远传测点、FT流量远传测点、ST转速远传测点。
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，以下详细说明都是例示性的，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。
实施例一
为了使本领域技术人员充分理解本发明的方案，先进行必要的说明。
给水泵在启动，而出口阀还未开启时或外界负荷大幅度减少时，给水流量很小或为零，这时泵内只有少量或根本无水通过，水在泵内长时间与叶轮磨擦就产生了热量，使给水温度升高。如果温度升高到一定程度，超过泵内所处压力下的饱和温度时，给水泵就产生汽化，形成汽蚀。为了防止这种现象的产生，就必须使给水泵在给水流量减少到一定程度时，打开再循环管，使一部分流量返回到除氧器，这样泵内就有足够的水通过，把热量带走了，不致使温度升高而产生汽化。另外，装再循环管还可以在锅炉负荷低或者事故状态下，防止由于给水泵负荷小或运行时间长而汽化。
如图1所示，一种给水再循环能量回收系统，包括给水再循环系统和与能量回收系统；
所述能量回收系统包括液力透平3.1、控制系统、检测系统、液力透平出口调节阀3.7和液力透平隔离阀3.5，其中，液力透平3.1和给水再循环系统的再循环控制支路并联，用于回收给水再循环系统减压过程中回收的能量；
液力透平3.1的入口处和出口处和给水泵再循环管道的连接处之间均设置有液力透平隔离阀3.5，隔离阀可以为气动隔离阀，随液力透平的投入而快速开启，紧急情况下可以快速关闭，切除液力透平3.1；
液力透平3.1的出口处设置有液力透平出口调节阀3.7，用于控制调节阀后压力不超过除氧器接纳允许的压力。调节阀出口管道上设置有安全阀，作为事故超压泄压用；
所述检测系统包括用于检测给水泵转速、能量回收系统压差、流量和转速参数的设备；
所述控制系统和检测系统通信，控制给水再循环系统和能量回收系统中装置和阀门的动作，用于在给水泵转速不再随机组负荷下降时，开启给水泵再循环管道，投入使用能量回收系统。
给水再循环系统可以采用现有的常规给水再循环系统。
在本实施例中，给水再循环系统包括给水泵1.2、给水泵驱动装置1.1、给水管道、给水泵再循环管道、给水泵前置泵1.4、关断阀和除氧器4，所述给水泵1.2连接给水泵驱动装置1.1，由给水泵驱动装置1.1驱动，所述给水泵1.2的出口通过给水管道连接至锅炉，给水管道还连接有给水泵再循环管道，所述给水泵再循环管道通过再循环控制支路连接除氧器4；
所述给水泵1.2的入口通过管路连接给水泵前置泵1.4，两者均和减速箱1.3连接，给水泵前置泵1.4和除氧器4连接，且连接管路上依次设置有低压给水关断阀1.5、低压给水滤网1.6和低压给水关断阀1.5。
在本实施例中，再循环控制支路包括依次连接的原给水再循环前后隔离阀2.1、多级减压阀2.2和原给水再循环前后隔离阀2.1，除氧器4的入口处还设置有原给水再循环逆止阀2.3。
给水管道上依次设置有给水泵出口逆止阀1.9、给水泵出口关断阀1.10、炉前给水调节阀1.11和炉前给水流量测量装置1.12。
液力透平3.1的出口连接发电机3.2，所述发电机3.2通过变频器3.3连接至电网。液力透平3.1的入口设置有液力透平入口滤网3.6。
通过使用流体不可压缩（液体）的能量回收液力透平（HPRT）回收给水再循环介质能量。原给水再循环介质减压过程中回收的能量被液力透平（HPRT）转化为旋转机械能，然后直接驱动发电机，并通过变频器将电能输送到厂用电系统中。
本实施例中，变频器3.3采用四象限变频器，配合液力透平转速远传信号，实施对液力透平转速的调整，确保液力透平在不同的进出口介质压差下，工作在较为高效的转速。根据液力透平3.1的流量、扬程、转速的曲线进行调整。
部分实施例中，所述控制系统还连接有能量回收装置的振动监测系统、能量回收装置的密封水系统、能量回收装置的润滑油系统，并对其进行运行监控和调节。
部分实施例中，所述控制系统并与DCS之间建立联系，满足运行人员对本系统的运行控制要求。
当出现以下运行工况，给水泵转速不再随机组负荷进一步下降，锅炉给水流量控制切换至炉前给水调节阀进行控制：
a、机组负荷降低，给水流量减少到给水泵流量扬程曲线较为平缓段，容易出现流量波动时；
b、当给水泵入口流量低于最小流量时;
c、当给水泵转速接近临界转速时；
当出现以上运行工况，根据泵厂计算的对应转速下的最小流量要求，自动开启给水再循环，投入液力透平回收再循环能量。此时有两个控制目标：
a、根据液力透平压差、流量、转速特性曲线，调节液力透平转速，匹配液力透平前后压差，调节流过液力透平的介质流量，满足给水泵对应转速下的最小流量要求；
b、开启液力透平出口调节阀，控制调节阀后压力不超过除氧器接纳允许的压力上限值，并按照运行人员设定区间进行自动调节。
液力透平能量回收系统故障时，原给水再循环阀支路可以紧急切入，实现给水再循环功能，满足不同转速下给水泵所需最小流量要求。
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)
1.一种给水再循环能量回收系统，其特征是，包括给水再循环系统和与能量回收系统，所述能量回收系统包括能量回收装置、控制系统、检测系统、调节阀和隔离阀，其中，所述能量回收装置和给水再循环系统的再循环控制支路并联，用于回收给水再循环系统减压过程中回收的能量；
所述能量回收装置的入口处和出口处和给水泵再循环管道的连接处之间均设置有隔离阀；
所述能量回收装置的出口处设置有调节阀；
所述检测系统包括用于检测给水泵转速、能量回收系统压差、流量和转速参数的设备；
所述控制系统和检测系统通信，控制给水再循环系统和能量回收系统中装置和阀门的动作，用于在给水泵转速不再随机组负荷下降时，开启给水泵再循环管道，投入使用能量回收系统。
2.如权利要求1所述的一种给水再循环能量回收系统，其特征是，所述给水再循环系统包括给水泵、驱动装置、给水管道、给水泵再循环管道、前置泵、关断阀和除氧器，所述给水泵连接驱动装置，由驱动装置驱动，所述给水泵的出口通过给水管道连接至锅炉，给水管道还连接有给水泵再循环管道，所述给水泵再循环管道通过再循环控制支路连接除氧器；
所述给水泵的入口通过管路连接前置泵，前置泵和除氧器连接，且连接管路上设置有关断阀。
3.如权利要求1所述的一种给水再循环能量回收系统，其特征是，所述再循环控制支路包括依次连接的前隔离阀、多级减压阀和后隔离阀，除氧器的入口处还设置有逆止阀。
4.如权利要求1所述的一种给水再循环能量回收系统，其特征是，所述给水管道上依次设置有给水泵出口逆止阀、给水泵出口关断阀、炉前给水调节阀和给水流量测量装置。
5.如权利要求1所述的一种给水再循环能量回收系统，其特征是，所述除氧器和前置泵的连接管路上依次设置有关断阀、低压给水滤网和关断阀。
6.如权利要求1所述的一种给水再循环能量回收系统，其特征是，所述能量回收装置的出口连接发电机，所述发电机通过变频器连接至电网。
7.如权利要求1-6中任一项所述的一种给水再循环能量回收系统，其特征是，所述能量回收装置为液力透平。
8.如权利要求1-6中任一项所述的一种给水再循环能量回收系统，其特征是，所述控制系统还连接有能量回收装置的振动监测系统、能量回收装置的密封水系统、能量回收装置的润滑油系统，并对其进行运行监控和调节。
9.基于权利要求1-8中任一项所述的给水再循环能量回收系统的工作方法，其特征是，包括以下步骤：
在给水泵转速不再随机组负荷下降时，开启给水泵再循环管道，投入使用能量回收系统，根据能量回收装置的压差、流量、转速特性曲线，调节能量回收装置的转速，匹配能量回收装置前后压差，调节流过能量回收装置的介质流量，满足给水泵对应转速下的最小流量要求；
开启能量回收装置出口处的调节阀，控制调节阀后压力不超过除氧器接纳允许的压力上限值。
10.如权利要求9所述的工作方法，其特征是，当出现以下任一工况时，认为给水泵转速不再随机组负荷下降：
a、机组负荷降低，给水流量减少到给水泵流量扬程曲线的平缓段时；
b、当给水泵入口流量低于最小流量时；
c、当给水泵转速和临界转速的差值小于设定值时。
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