CN202188481U - 能回收工质和部分热量的无泵直流炉启动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种能回收工质和部分热量的无泵直流炉启动系统，包括汽水分离器、汽水分离器贮水箱、贮水箱出口截止阀、U形管式启动疏水冷却器、汽水分离器水位调节阀、启动疏水回收阀、排污阀、疏水冷却器凝结水进水阀、疏水冷却器凝结水出水阀；经冷却和减压后的启动疏水排入凝汽器的低压旁路接口。贮水箱出口截止阀和U形管式启动疏水冷却器改善了汽水分离器水位调节阀的工作条件，对其承压能力、Cv值、并联台数、严密性、抗汽蚀能力等指标的要求均降低；利用退役的135MW机组的高压加热器作为U形管式启动疏水冷却器使用进一步降低本实用新型的投资；以安全、可靠、节能和节省投资的方式回收启动过程中全部合格工质和部分热量。

Description

能回收工质和部分热量的无泵直流炉启动系统

（一）技术领域：本实用新型涉及一种能回收工质和部分热量的无泵直流炉启动系统。直流炉指发电站用的超临界参数直流动力锅炉；无泵指无启动炉水循环泵；本实用新型可以回收直流炉启动过程中的全部合格工质和部分热量。 

（二）背景技术：

现有技术的电站直流炉启动系统是电站超临界直流锅炉的一个重要组成部分，设置启动系统的目的是在锅炉启动、低负荷运行及停炉过程中，通过启动系统建立并维持水冷壁内的最小质量流量，以保护水冷壁安全；同时满足机组安全、经济启停；低负荷运行及快速地进行事故处理，并尽可能实现工质和热量回收的要求。 

现有技术发电站用的超临界直流炉的无泵启动系统在启动过程中产生的启动疏水先进入大气式扩容器，扩容闪蒸出来的蒸汽经大气式扩容器的排汽管排入大气，饱和水经疏水箱、疏水泵打入凝汽器以回收工质。启动疏水通过大气式扩容器时会受到严重的铁污染，疏水含铁量会成百倍超标，如果勉强回收，将导致凝结水精处理装置短期失效，离子交换树脂早期报废，水冷壁系统结铁垢。同时，因扩容闪蒸出来的蒸汽经大气式扩容器的排汽管排入大气，大约要损失30％的启动疏水；在冬季，北方地区，经大气式扩容器的排汽管排入大气的携带有微水滴的蒸汽，在大气式扩容器附近会形成冻雨，使地坪、平台、扶梯覆冰，带来安全隐患。大气式扩容器方案工质与热量基本上都损失了。 

现有技术发电站用的超临界直流炉的无泵启动系统也有将超临界直流炉在启动过程中产生的启动疏水经过一个背包式减压减温器直排凝汽器回收工质。这种系统已经有若干成功案例，避免了启动疏水通过大气式扩容器时会受到的严重铁污染，但该背包式减压减温器的减压减温能力（疏水量、疏水进口压力、疏水进口焓值）需要按照整个启动过程中最大工况来设计，凝汽器供应商往往感觉设计和布置有难度，困惑，甚至拒绝启动疏水直排凝汽器方案；背包式减压减温器与凝汽器结合的焊缝在运行中有较大的热应力，多年运行后会产生热疲劳裂纹；锅炉热态启动时，启动分离器内疏水焓值较高，为了避免启动疏水在管道内强烈的扩容闪蒸引发管道激振，通常将启动疏水调节阀布置在汽机房内凝汽器近旁，该管道较长、承压能力要求高，布置有一定难度。启动疏水经过一个背包式减压减温器直排凝汽器方案可以回收全部合格工质，但不能回收热量。 

（三）发明内容：

要解决的技术问题： 

本实用新型的目的是提供一种能回收工质和部分热量的无泵直流炉启动系统以改进大气式扩容器方案严重的铁污染使工质与热量基本上都损失了；启动疏水经过一个背包式减压减温器直排凝汽器方案可以回收全部合格工质，但不能回收热量；该背包式减压减温器的减压减温（能力疏水量、疏水进口压力、疏水进口焓值）需要按照整个启动过程中最大工况来设计，凝汽器供应商往往感觉设计和布置有难度，困惑，甚至拒绝启动疏水直排凝汽器方案；背包式减压减温器与凝汽器结合的焊缝在运行中有较大的热应力，多年运行后会产生热疲劳裂纹；启动分离器内疏水焓值较高，为了避免启动疏水在管道内强烈的扩容闪蒸引发管道激振，通常将启动疏水调节阀布置在汽机房内凝汽器近旁，该管道较长、承压能力要求高，布 置有一定难度。 

采用的技术方案： 

本实用新型能回收工质和部分热量的无泵直流炉启动系统提供了一种新的技术方案： 

a  在启动分离器贮水箱的启动疏水出口增设U形管式启动疏水冷却器； 

b  启动疏水调节阀可布置在启动疏水冷却器近旁； 

c  U形管式启动疏水冷却器的壳侧进口通凝结水，出口至除氧器，U形管式启动疏水冷却器的管侧进口接启动疏水关断阀，管侧出口的启动疏水送入凝汽器的低压旁路接口； 

d  U形管式启动疏水冷却器中启动疏水与凝结水以接近顺流方式传热； 

e  增设启动疏水关断阀与启动疏水调节阀的联锁保护。 

以安全可靠，节能和节省投资的方式实现超临界直流炉在启动过程中产生的启动疏水直排凝汽器的方案，本实用新型可以回收直流炉启动过程中的全部合格工质和部分热量。 

本实用新型能回收工质和部分热量的无泵直流炉启动系统包括汽水分离器6、汽水分离器贮水箱7、贮水箱出口截止阀8、U形管式启动疏水冷却器9、汽水分离器水位调节阀21、启动疏水回收阀28、排污阀31、疏水冷却器凝结水进水阀14、疏水冷却器凝结水出水阀30；汽水分离器6的水侧出口连接汽水分离器贮水箱7，汽水分离器贮水箱7的出口顺序连接贮水箱出口截止阀8、U形管式启动疏水冷却器9的管侧、汽水分离器水位调节阀21、启动疏水回收阀28和凝汽器27，疏水冷却器凝结水进水阀14与疏水冷却器凝结水出水阀30分别与U形管式启动疏水冷却器9的壳侧进出口连接，排污阀31的进口与汽水分离器水位调节阀21的出口连接；在超临界直流锅炉启动期间水冷壁4内的汽水混合物切向进入汽水分离器6，分离出来的高温饱和水经汽水分离器贮水箱7、贮水箱出口截止阀8进入U形管式启动疏水冷却器9的U形管管侧，低温的凝结水经疏水冷却器凝结水进水阀14进入U形管式启动疏水冷却器9的壳侧回收高温启动疏水的部分热量后，经疏水冷却器凝结水出水阀30送入除氧器24；经冷却后的启动疏水经汽水分离器水位调节阀21、启动疏水回收阀28排入凝汽器27的低压旁路接口。 

采用本实用新型的效益在于： 

·启动疏水排凝汽器避免了启动疏水通过大气式扩容器时受到的严重铁污染，安全可靠； 

·低压旁路排汽量与直流炉启动疏水量在任何工况下都不可能同时达到最大值。无须各自配置按照各自最高参数流量压力焓值设计的消能装置减压减温器； 

·任何一台能够接受30％BMCR或者更多流量的低压旁路排汽的凝汽器必定能够安全接受与其配套的任何一台直流炉的启动疏水； 

·最有效，最经济的技术方案是直流炉启动疏水与低压旁路合用同一个消能装置（减压减温器），实现超临界直流炉在启动过程中产生的启动疏水排凝汽器的方案； 

·与背包式减压减温器相比，设计和布置更容易，安全裕量更大，投资更省； 

·增设U形管式启动疏水冷却器后，汽水分离器水位调节阀阀后启动疏水的闪蒸消失或者大大减少，管道运行平稳； 

·增设启动疏水关断阀与启动疏水调节阀的联锁保护后，启动疏水调节阀至凝汽器的 管道的承压要求大大降低； 

·可以回收直流炉启动过程中的全部合格工质和部分热量； 

·既适用采用高、低压串级旁路的超临界汽轮机组，也同样适用采用一级大旁路的超临界汽轮机组； 

·既适用于新机组在设计阶段采用，可以降低造价，简化系统，提高系统安全性；也适用于原来采用大气式扩容器、疏水箱、疏水泵的在役机组，可以避免启动疏水通过大气式扩容器时受到的严重铁污染。 

（四）附图说明：

图1能回收工质和部分热量的无泵直流炉启动系统图 

为了更好地说明本实用新型能回收工质和部分热量的无泵直流炉启动系统的结构，在图1中不仅画出了直流炉启动系统的主要部套汽水分离器6、汽水分离器贮水箱7、贮水箱出口截止阀8、U形管式启动疏水冷却器9、汽水分离器水位调节阀21、疏水冷却器凝结水进水阀14、疏水冷却器凝结水出水阀30、启动疏水回收阀28、排污阀31，也画出了直流炉本体的主要部套高温过热器1、屏式过热器2、低温过热器3、水冷壁4、省煤器5、高温再热器10、低温再热器11和汽轮机及其辅助系统的部分主要部套高压主汽门17、高压缸18、中压联合汽门19、中压缸20、低压缸26、凝汽器27、高压旁路阀16、低压旁路阀25、凝结水泵29、低压加热器32、除氧器24、高压加热器15、高加进汽逆止阀12、高加进汽截止阀13、给水泵23、给水泵出口阀22、低压加热器凝结水进水阀33。各部套间的连线表明了工质水或者蒸汽的流程。 

由图1可见，在超临界直流锅炉启动期间水冷壁4内的汽水混合物切向进入汽水分离器6，分离出来的高温饱和水经汽水分离器贮水箱7、贮水箱出口截止阀8进入U形管式启动疏水冷却器9的U形管管侧，低温的凝结水经疏水冷却器凝结水进水阀14进入U形管式启动疏水冷却器9的壳侧回收高温启动疏水的部分热量后，经疏水冷却器凝结水出水阀30送入除氧器24。U形管式启动疏水冷却器9U形管侧出口的锅炉启动疏水已处于过冷状态，在流经汽水分离器水位调节阀21、启动疏水回收阀28直至进入凝汽器27的低压旁路入口的全部流程中都不会发生因闪蒸引起的剧烈震动。 

在超临界直流锅炉清洗期间，炉水不合格时可以选择关闭启动疏水回收阀28，开启排污阀31弃水。 

在超临界直流锅炉完成启动过程完成汽水分离器6呈现干态并有微量过热度时，严密关闭贮水箱出口截止阀8，以避免U形管式启动疏水冷却器9、汽水分离器水位调节阀21、启动疏水回收阀28及相应管道遭遇超临界压力。 

为避免图1过于繁杂，U形管式启动疏水冷却器9的预暖备用系统未画出，汽水分离器水位调节阀21、启动疏水回收阀28及相应管道因工作温度较低无需预暖备用。 

在图1中的附图标记： 

1  高温过热器  ；          2  屏式过热器；              3  低温过热器； 

4  水冷壁   ；             5  省煤器  ；                6  汽水分离器 ； 

7  汽水分离器贮水箱     ； 8  贮水箱出口截止阀  ；      9  U形管式启动疏水冷却器； 

10 高温再热器  ；          11 低温再热器     ；         12 高加进汽逆止阀； 

13 高加进汽截止阀 ；       14 疏水冷却器凝结水进水阀 ；     15 高压加热器； 

16 高压旁路阀            ；17 高压主汽门 ；                 18 高压缸； 

19 中压联合汽门     ；     20 中压缸；                      21 汽水分离器水位调节阀； 

22 给水泵出口阀 ；         23 给水泵  ；                    24 除氧器 ； 

25 低压旁路阀  ；          26 低压缸        ；              27 凝汽器 ； 

28 启动疏水回收阀  ；      29 凝结水泵                ；    30 疏水冷却器凝结水出水阀； 

31 排污阀    ；            32 低压加热器 ；                 33 低压加热器凝结水进水阀。 

（五）具体实施方式：

本实用新型能回收工质和部分热量的无泵直流炉启动系统包括汽水分离器6、汽水分离器贮水箱7、贮水箱出口截止阀8、U形管式启动疏水冷却器9、汽水分离器水位调节阀21、启动疏水回收阀28、排污阀31、疏水冷却器凝结水进水阀14、疏水冷却器凝结水出水阀30；汽水分离器6的水侧出口连接汽水分离器贮水箱7，汽水分离器贮水箱7的出口顺序连接贮水箱出口截止阀8、U形管式启动疏水冷却器9的管侧、汽水分离器水位调节阀21、启动疏水回收阀28和凝汽器27，疏水冷却器凝结水进水阀14与疏水冷却器凝结水出水阀30分别与U形管式启动疏水冷却器9的壳侧进出口连接，排污阀31的进口与汽水分离器水位调节阀21的出口连接；在超临界直流锅炉启动期间水冷壁4内的汽水混合物切向进入汽水分离器6，分离出来的高温饱和水经汽水分离器贮水箱7、贮水箱出口截止阀8进入U形管式启动疏水冷却器9的U形管管侧，低温的凝结水经疏水冷却器凝结水进水阀14进入U形管式启动疏水冷却器9的壳侧回收高温启动疏水的部分热量后，经疏水冷却器凝结水出水阀30送入除氧器24；经冷却后的启动疏水经汽水分离器水位调节阀21、启动疏水回收阀28排入凝汽器27的低压旁路接口。 

汽水分离器贮水箱7出口连接能可靠隔离超临界压力的贮水箱出口截止阀8。 

U形管式启动疏水冷却器9为135MW机组的高压加热器；U形管式启动疏水冷却器9中启动疏水与凝结水接口以接近顺流方式连接；其壳侧设置有预暖备用系统，采用低压蒸汽预暖，使U形管式启动疏水冷却器9的厚重管板预暖到140℃至180℃。 

U形管式启动疏水冷却器9设计工作压力10MPa，在汽机极热态启动工况水冷壁渡膨胀时锅炉启动疏水降温幅度约120℃。近年关停了大量135MW机组，可以利用退役的135MW机组的高压加热器作为U形管式启动疏水冷却器9使用，135MW机组的高压加热器其管侧的承压能力几乎比U形管式启动疏水冷却器9设计工作压力10MPa高一倍，即使役龄偏长也可以放心使用。300MW等级的超临界直流锅炉可以配用一台135MW机组的1号高压加热器；600MW等级的超临界直流锅炉可以配用2台135MW机组的1号高压加热器；1000MW等级的超临界直流锅炉可以配用2台135MW机组的2号高压加热器。利用退役的135MW机组的高压加热器作为U形管式启动疏水冷却器9使用，需要校核该高压加热器的疏水口的通流能力，如通过启动流量时压降过大，需要适当扩大该高压加热器的疏水口的通流面积。 

原高压加热器的给水进口用作启动疏水进口，原高压加热器的给水出口用作启动疏水出口，原高压加热器的疏水出口用作凝结水进口，原高压加热器的抽汽进口用作凝结水出口，这种连接方式是为了控制在极热态启动时，进入除氧器24的凝结水温度不要过高，以免除氧器24超压。 

在直流炉点火前打开疏水冷却器凝结水进水阀14、疏水冷却器凝结水出水阀30，低压加热器凝结水进水阀33关闭，启动流量的凝结水全部流经U形管式启动疏水冷却器9的壳侧；汽轮机冲转前，部分打开低压加热器凝结水进水阀33，汽轮机带初负荷低压加热器凝结水进水阀33全开；直流炉启动过程结束贮水箱出口截止阀8关闭后，疏水冷却器凝结水进水阀14、疏水冷却器凝结水出水阀30关闭。 

U形管式启动疏水冷却器9在壳侧设置有预暖备用系统，采用厂用辅助蒸汽预暖，使U形管式启动疏水冷却器9的厚重管板预暖到140℃至180℃以减轻热冲击；预暖备用系统间歇式工作，在疏水冷却器凝结水进水阀14和疏水冷却器凝结水出水阀30投入前，自动退出并隔离。 

贮水箱出口截止阀8和U形管式启动疏水冷却器9的使用大大改善了汽水分离器水位调节阀21的工作条件，对汽水分离器水位调节阀21的承压能力、Cv值、并联台数、严密性、抗汽蚀能力等技术指标的要求均大大降低，汽水分离器水位调节阀21的个数与U形管式启动疏水冷却器9的台数相同。 

当贮水箱出口截止阀8关闭，超临界直流锅炉又处于亚临界工况运行时，由于散热等原因汽水分离器贮水箱7中可能出现液位并缓慢升高，设置有一条小管道到屏式过热器2之前的喷水点，使汽水分离器贮水箱7中得水位保持正常。 

贮水箱出口截止阀8、汽水分离器水位调节阀21、启动疏水回收阀28、排污阀31之间有联锁保护关系。 

A启动疏水回收阀28、排污阀31相互闭锁，不能同时为“开”位，但可以同时为“关”位； 

B当汽水分离器6的压力高于10MPa时，贮水箱出口截止阀8自动关闭； 

C贮水箱出口截止阀8打开的必要条件：汽水分离器6的压力低于10MPa和汽水分离器水位调节阀21处于“起始开度”位和启动疏水回收阀28、排污阀31之一处于“开”位。 

除氧器24为内置式除氧器，最高承压能力2.0MPa，配置有接收疏水冷却器凝结水出水阀30来的专用迭式圆盘型喷嘴。 

Claims (4)

1.一种能回收工质和部分热量的无泵直流炉启动系统，其特征在于：包括汽水分离器(6)、汽水分离器贮水箱(7)、贮水箱出口截止阀(8)、U形管式启动疏水冷却器(9)、汽水分离器水位调节阀(21)、启动疏水回收阀(28)、排污阀(31)、疏水冷却器凝结水进水阀(14)、疏水冷却器凝结水出水阀(30)；汽水分离器(6)的水侧出口连接汽水分离器贮水箱(7)，汽水分离器贮水箱(7)的出口顺序连接贮水箱出口截止阀(8)、U形管式启动疏水冷却器(9)的管侧、汽水分离器水位调节阀(21)、启动疏水回收阀(28)和凝汽器(27)，疏水冷却器凝结水进水阀(14)与疏水冷却器凝结水出水阀(30)分别与U形管式启动疏水冷却器(9)的壳侧进出口连接，排污阀(31)的进口与汽水分离器水位调节阀(21)的出口连接；在超临界直流锅炉启动期间水冷壁(4)内的汽水混合物切向进入汽水分离器(6)，分离出来的高温饱和水经汽水分离器贮水箱(7)、贮水箱出口截止阀(8)进入U形管式启动疏水冷却器(9)的U形管管侧，低温的凝结水经疏水冷却器凝结水进水阀(14)进入U形管式启动疏水冷却器(9)的壳侧回收高温启动疏水的部分热量后，经疏水冷却器凝结水出水阀(30)送入除氧器(24)；经冷却后的启动疏水经汽水分离器水位调节阀(21)、启动疏水回收阀(28)排入凝汽器(27)的低压旁路接口。

2.根据权利要求1所述的能回收工质和部分热量的无泵直流炉启动系统，其特征是所述的汽水分离器贮水箱(7)出口连接能可靠隔离超临界压力的贮水箱出口截止阀(8)。

3.根据权利要求1所述的能回收工质和部分热量的无泵直流炉启动系统，其特征是所述的U形管式启动疏水冷却器(9)为135MW机组的高压加热器；U形管式启动疏水冷却器(9)中启动疏水与凝结水接口以接近顺流方式连接；其壳侧设置有预暖备用系统，采用低压蒸汽预暖，使U形管式启动疏水冷却器(9)的厚重管板预暖到140℃至180℃。

4.根据权利要求1所述的能回收工质和部分热量的无泵直流炉启动系统，其特征是所述的贮水箱出口截止阀(8)、汽水分离器水位调节阀(21)、启动疏水回收阀(28)、排污阀(31)之间有联锁保护关系。 

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