CN216844661U - 一种超临界锅炉灵活性调峰系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超临界锅炉灵活性调峰系统，蒸汽炉水加热器的冷进口分别与省煤器出口总管出口、水冷壁下集箱连通，蒸汽煤粉加热器设置于一次风煤粉管道上；热蒸汽抽取管道的入口与出口分别与再热热段蒸汽母管、蒸汽炉水加热器的热进口连通，蒸汽炉水加热器的热出口与蒸汽煤粉加热器的热进口连接，蒸汽煤粉加热器的热出口连接有乏蒸汽管道。本实用新型克服了超临界锅炉超低负荷运行时转湿态负荷较高的问题。在机组处于超低负荷运行，锅炉须转湿态运行的工况下，对省煤器出口至水冷壁下集箱的炉水进行加热，改善煤粉的着火环境、在降负荷过程中推迟转湿态；蒸汽加热一次风煤粉气流，提高煤粉气流温度降低煤粉着火热、改善燃烧稳定性。

Description

一种超临界锅炉灵活性调峰系统

技术领域

本实用新型属于超临界锅炉灵活性调峰综合改造技术领域，涉及一种超临界锅炉灵活性调峰系统。

背景技术

大力发展新能源是能源发展的方向，是加快推进生态文明建设的要求。近年来，新能源、核电持续快速发展，装机和发电量逐年大幅增长。随着能源结构调整，清洁能源加快发展，局部地区电网在冬季采暖期调峰能力不足，造成新能源消纳困难，部分地区弃风、弃光、弃水问题突出。进一步挖掘占发电量主体地位的传统燃煤机组的深度调峰能力，是当前缓解新能源消纳困境最便捷、快速和有效的手段。

大型火电机组，特别是超(超)临界火电机组，参与宽负荷深度调峰，使得机组锅炉及相关主辅设备经常处于较低负荷和较大的负荷变化率条件，同时要求机组有更低的负荷限值。这种极低负荷运行需求、大的负荷变化率，直接影响机组的安全性、经济性，可能造成如下问题：

1)锅炉燃烧稳定性差、系统运行安全经济性降低。大型火电机组锅炉的最低稳燃负荷设计值一般在30％～40％BMCR，出于安全运行需要，电厂控制的最低稳燃负荷均在40％BMCR以上。深度调峰运行时，锅炉燃烧工况低于原设计的最低稳燃负荷，炉膛温度水平急剧下降、煤粉着火稳定性差，存在炉膛灭火打炮的重大隐患。在锅炉启停炉和极低负荷条件下运行，锅炉需要投油助燃、煤粉着火燃尽变差可能引起尾部二次燃烧、电除尘爆燃和脱硫浆液中毒等事故，系统长周期运行的安全经济性明显降低。

2)水冷壁和受热面烟温壁温偏差增大、水动力安全性降低、主再热汽温不足。机组深度调峰状态下，入炉燃料量减少，一次风粉不均匀性的影响更加凸显，烟温偏差增大、汽压降低、水动力不足或变化剧烈以及燃烧与汽水系统难以协调等原因导致水冷壁和受热面金属容易发生超温，加上长期低负荷运行锅炉及受热面吹灰受限导致机组受热面超温，主、再热蒸汽温度失调、达不到设计值，水冷壁及受热面超温爆管及炉膛掉焦砸坏水冷壁等风险增大，对超(超)临界机组更可能加剧汽水侧氧化皮的生成和剥落，对机组运行安全性造成较大威胁。

3)威胁汽轮机安全经济运行。机组深度调峰和快速变负荷运行时，汽轮机长期运行在小流量低负荷工况，这将使得汽轮机通流部件内部流场变得异常复杂，严重偏离设计情况，从而易导致缸体和转子热变形、叶片高周疲劳、低压末级叶片水蚀等问题，严重缩短汽轮机寿命和影响机组的经济性能，威胁到汽轮机安全运行。

4)影响机组关键部件长周期安全运行。机组深度调峰和快速变负荷运行时，汽包或汽水分离器、联箱、四大管道、锅炉管、主要阀门、汽轮机转子、汽缸、发电机转子等机组关键部件的应力水平大大提升、疲劳损伤及寿命损伤加剧，影响机组的运行安全性。亟待开展深度调峰时的机组关键部件的分析检验监测研究及安全性分析评价。

5)机组AGC负荷变化速率响应能力不足。当前大型燃煤发电机组锅炉燃烧控制和汽水系统调节的特性，决定大型锅炉燃烧系统及汽水系统的协调控制呈现大惯性的调节控制特性，受限于环保法规的限制，低氮燃烧方式的普遍采用进一步降低了锅炉燃烧及汽水系统调节的灵活性和变负荷响应的速度。如何通过优化燃烧系统和汽水系统大范围变负荷条件下的协调控制，在保证机组安全经济运行和环保指标的条件下，提高机组AGC快速相应能力也是当前需要解决的重要问题。

6)影响辅机运行安全经济性。锅炉长时间低负荷下运行时，炉膛烟温低，煤粉燃烧不完全，加之烟气流速低，影响脱硝设备正常运转、造成空预器、低温省煤器等设备的积灰和腐蚀加剧。辅机设备偏离设计工况，不仅降低了辅机的运行效率，增加了厂用电率，还会带来辅机运行的安全风险。锅炉风机出力过低，可能带来风机的抢风和失速，进而发生喘振、跳闸；磨煤机投用台数少会带来磨煤机跳闸引发的锅炉灭火危险，投用台数多也会带来振动大等危害。

电网调峰问题已经是一个不可忽视的问题，研究学者提出通过技术手段来增强火电机组的调峰能力。针对深度调峰机组进行低负荷稳燃试验，摸清机组的调峰能力。同时结合先进的低负荷稳燃技术等技术改造措施，确定机组的改造方案，并提出可行的配套方案。在进行低负荷稳燃性能试验时，同时应进行机组的冷态下的空气动力场试验、燃烧调整试验、热效率试验及炉内燃烧工况试验等，保证机组安全、稳定运行的同时确保发电机组最大限度地满足电网运行的需要，达到深度调峰的要求。

对于超临界机组来说，一般30％负荷是干湿态转换的临界点，低于30％额定负荷锅炉需进入湿态运行，使得再热汽温大幅降低，对于汽轮机的运行安全性受到严重影响。目前推迟转湿态还没有很有效的技术。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种超临界锅炉灵活性调峰系统，以克服超临界锅炉超低负荷运行时转湿态负荷较高的问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种超临界锅炉灵活性调峰系统，包括再热热段蒸汽母管、省煤器出口总管、水冷壁下集箱、一次风煤粉管道、热蒸汽抽取管道、蒸汽炉水加热器和蒸汽煤粉加热器；

蒸汽炉水加热器的冷进口与省煤器出口总管出口连通，蒸汽炉水加热器的冷出口与水冷壁下集箱连接；

蒸汽煤粉加热器设置于一次风煤粉管道上；

热蒸汽抽取管道的入口与再热热段蒸汽母管和/或过热蒸汽母管连通，热蒸汽抽取管道的出口与蒸汽炉水加热器的热进口连接，蒸汽炉水加热器的热出口与蒸汽煤粉加热器的热进口连接，蒸汽煤粉加热器的热出口连接有乏蒸汽管道。

优选的，热蒸汽抽取管道上设有蒸汽量调节门。

优选的，热蒸汽抽取管道上在蒸汽量调节门的上游设有抽蒸汽管道隔离关断门。

优选的，蒸汽炉水加热器采用管壳式加热器。

优选的，蒸汽煤粉加热器采用表面式加热器。

优选的，蒸汽煤粉加热器设置于一次风煤粉管道的入炉前直管段上。

优选的，所述一次风煤粉管道为锅炉下层或次下层单层燃烧器对应的煤粉管。

优选的，乏蒸汽管道上设有乏蒸汽关断门。

优选的，蒸汽炉水加热器的热出口与蒸汽煤粉加热器的热进口之间的连接管路上以及乏蒸汽管道上均设有温度传感器和压力传感器。

优选的，乏蒸汽管道连接至供热管道；

或者，乏蒸汽管道与锅炉定排扩容器连接。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型超临界锅炉灵活性调峰系统能够在机组处于超低负荷(30％额定负荷以下)运行，锅炉须转湿态运行的工况下，利用热蒸汽抽取管道从再热蒸汽热段母管和/或过热蒸汽母管抽部分蒸汽对省煤器出口至水冷壁下集箱的省煤器出口总管中的炉水进行加热、提高省煤器出口总管中炉水的温度，使水冷壁内水温(壁温)提高，有利于改善煤粉的着火环境、利用稳定燃烧；炉水温度提高，同样吸热量下中间点温度提高同样幅度，能够在降负荷过程中推迟转湿态，锅炉进入湿态的负荷点可降至约20～25％额定负荷；引出蒸汽未做功发电，蒸汽消耗量增加，增加了燃料量，炉内燃烧稳定安全；从蒸汽炉水加热器出来的蒸汽仍处于过热状态，因此利用蒸汽煤粉加热器能够将过热状态的蒸汽中的热量用来集热一次风煤粉气流，提高煤粉气流温度，降低煤粉着火热，有利于改善燃烧稳定性。经过蒸汽煤粉加热器换热后的蒸汽温度降低，使得蒸汽形成疏水，可用于他用或者进行回收。

附图说明

图1为本实用新型超临界锅炉灵活性调峰系统的结构示意图。

其中，1为热蒸汽抽取管道、2为省煤器出口总管、3为蒸汽炉水加热器、4是蒸汽中间管道、5是一次风煤粉管道、6是蒸汽煤粉加热器、7乏蒸汽管道，8为抽蒸汽管道隔离关断门，9为蒸汽量调节门，10为乏蒸汽关断门。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

本实用新型为了克服超临界锅炉超低负荷运行时转湿态负荷较高的问题。锅炉低负荷运行，炉内热负荷降低，分布偏差也加大，锅炉给水量降低后，分布均匀性亦大大降低，因此分布偏差的增加必定造成局部超温，锅炉运行风险提高。转湿态运行是提高水冷壁水循环量、降低壁温偏差的有效办法。但转湿态运行因为负荷低，炉内烟气量和烟温下降，主蒸汽温度略有降低，但再热汽温将大幅下降，机组运行经济指标变差。超临界锅炉一般在负荷降至30％ECR时就需要转湿态运行，在负荷升到30％ECR时进入干态运行方式。因此超临界锅炉在灵活性调峰运行状态下，最低负荷需要控制在30％以上，以避免锅炉在干湿态之间频繁转换造成对金属壁温大幅波动和对锅炉寿命的不利影响。因此，要使超临界锅炉在更低负荷下调峰运行，必须降低转湿态运行的负荷。

参照图1，本实用新型超临界锅炉灵活性调峰系统，包括再热热段蒸汽母管、省煤器出口总管2、水冷壁下集箱、一次风煤粉管道5、热蒸汽抽取管道1、蒸汽炉水加热器3和蒸汽煤粉加热器6；蒸汽炉水加热器3的冷进口与省煤器出口总管2出口连通，蒸汽炉水加热器3的冷出口与水冷壁下集箱连接；蒸汽煤粉加热器6设置于一次风煤粉管道5上；热蒸汽抽取管道1的入口与再热热段蒸汽母管和/或过热蒸汽母管连通，热蒸汽抽取管道1的出口与蒸汽炉水加热器3的热进口连接，蒸汽炉水加热器3的热出口与蒸汽煤粉加热器6的热进口连接，蒸汽煤粉加热器6的热出口连接有乏蒸汽管道7。热蒸汽抽取管道1与再热热段蒸汽母管连通，经蒸汽炉水加热器3对省煤器出口总管2来的炉水进行加热，使炉水水温提高20～30℃后进入水冷壁下集箱。加热完炉水的蒸汽温度仍在300℃以上，仍处于过热状态，经中间蒸汽管道4与一次风煤粉管道5上的蒸汽煤粉加热器6连通，对煤粉气流进行加热，可提高煤粉温度30～50℃，降低温度的乏蒸汽经管道7排入锅炉定排扩容器或供热管道。

作为本实用新型优选的实施方案，热蒸汽抽取管道1上设有蒸汽量调节门9，再热蒸汽的抽取量可通过调节门9调节，控制炉水温度提高的程度。

作为本实用新型优选的实施方案，热蒸汽抽取管道1上在蒸汽量调节门9的上游设有抽蒸汽管道隔离关断门8，抽蒸汽管道隔离关断门8能够实现整个系统隔离退出。

作为本实用新型优选的实施方案，蒸汽炉水加热器3采用管壳式加热器，蒸汽煤粉加热器6采用表面式加热器。

作为本实用新型优选的实施方案，蒸汽煤粉加热器6设置于一次风煤粉管道5的入炉前直管段上，所述一次风煤粉管道5为锅炉下层或次下层单层燃烧器对应的煤粉管，加热区段为尽量靠近炉膛的直管段上。

作为本实用新型优选的实施方案，乏蒸汽管道7上设有乏蒸汽关断门10。

作为本实用新型优选的实施方案，蒸汽炉水加热器3的热出口与蒸汽煤粉加热器6的热进口之间的连接管路上以及乏蒸汽管道7上均设有温度传感器和压力传感器。

作为本实用新型优选的实施方案，乏蒸汽在合适的条件下可以混入供热管道，不具备条件的情况下可以引入锅炉定排扩容器进行工质回收，因此乏蒸汽管道7连接至供热管道；或者，乏蒸汽管道7与锅炉定排扩容器连接。

本实用新型所述的超临界锅炉灵活性调峰系统在具体操作时，在机组处于超低负荷(30％额定负荷以下)运行，锅炉须转湿态运行的工况下，从再热蒸汽热段母管和/或过热蒸汽母管抽部分蒸汽对省煤器出口至水冷壁下集箱的炉水进行加热提高温度，水冷壁内水温(壁温)提高，有利于改善煤粉的着火环境、利用稳定燃烧；炉水温度提高，同样吸热量下中间点温度提高同样幅度，可以在降负荷过程中推迟转湿态，锅炉进入湿态的负荷点可降至约20％～25％额定负荷；引出蒸汽未做功发电，蒸汽消耗量增加，增加了燃料量，炉内燃烧稳定安全；梯级蒸汽加热一次风煤粉气流，提高煤粉气流温度30～50℃，降低煤粉着火热，有利于改善燃烧稳定性。梯级利用后的再热蒸汽可以排入定排扩容器，也可以在条件许可的情况下接入供热管道系统，将工质回收或能量充分利用。

实施例

本实施例超临界锅炉灵活性调峰系统包括抽再热蒸汽管道1、管壳式汽水加热器、蒸汽温度降至约300℃之后引至一次风煤粉管道5进行表面式加热的中间蒸汽管道4、蒸汽煤粉加热器6、乏蒸汽管道7、抽蒸汽管道隔离关断门8、乏蒸汽关断门10和蒸汽量调节门9；

蒸汽抽取位置为再热热段蒸汽母管，抽汽压力温度随锅炉容量参数不同而略有差别，低负荷下一般为2～3MPa，蒸汽温度为500～570℃。抽取的再热蒸汽通过管壳式换热器(即蒸汽炉水加热器3)对省煤器出口炉水进行加热，使省煤器出口总管中炉水提高温度20～30℃，炉水提高温度水平能够通过试验或计算确定，运行中仅可微量调整，不宜大幅改变。炉水升温太低对降低转湿态负荷不利，升温太高对工质分配和壁温安全不利。

再热蒸汽抽取的量可通过蒸汽量调节门9进行调节。

低负荷下过来省煤器出口炉水温度270±5℃，对应压力下饱和水温311～318℃，加热的炉水温度保留10℃的欠温，最高只能到308℃，因此从水冷壁运行安全和降低转湿态负荷角度，控制炉水温度在300℃，即调节抽汽量使炉水温升20～30℃。

蒸汽加热炉水后，温度320±10℃，可以引至炉前煤粉管道对煤粉进行预热，提高煤粉温度，降低煤粉气流的着火热，提高低负荷锅炉稳燃能力。直吹式一次风粉混合温度对于烟煤一般在70～80℃，通过蒸汽加热提高30～50℃，蒸汽温度降至100±10℃左右，成为疏水。蒸汽加热煤粉提高表面式加热器进行，设置在入炉前直管段上。抽蒸汽管道上设置抽蒸汽管道隔离关断门8和蒸汽量调节门9，可以进行系统隔离和汽量调节。乏蒸汽管道7上设置乏蒸汽关断门10，进行系统隔离，高负荷不投用。中间蒸汽管道4和乏蒸汽管道7上设置工质的温度压力测点。

本实施例超临界锅炉灵活性调峰系统在使用时，在机组处于超低负荷(30％额定负荷以下)继续降负荷运行，锅炉须转湿态的工况下，从再热蒸汽热段母管抽部分蒸汽对省煤器出口至水冷壁下集箱的炉水进行加热提高温度20～30℃，降低转湿态负荷至20～25％额定负荷，蒸汽温度由500℃以上降至320±10℃，蒸汽流量通过调节阀调节，控制进入水冷壁的炉水温度在300±5℃；300℃以上的蒸汽仍处于过热状态，引至炉前下层或次下层煤粉管道(直段)上通过表面式加热器对煤粉气流进行加热，提高温度30～50℃，而蒸汽温度降至100±10℃，通过乏气管道排至定排扩容器或供热管道。

Claims (10)

1.一种超临界锅炉灵活性调峰系统，其特征在于，包括再热热段蒸汽母管、省煤器出口总管(2)、水冷壁下集箱、一次风煤粉管道(5)、热蒸汽抽取管道(1)、蒸汽炉水加热器(3)和蒸汽煤粉加热器(6)；

蒸汽炉水加热器(3)的冷进口与省煤器出口总管(2)出口连通，蒸汽炉水加热器(3)的冷出口与水冷壁下集箱连接；

蒸汽煤粉加热器(6)设置于一次风煤粉管道(5)上；

热蒸汽抽取管道(1)的入口与再热热段蒸汽母管和/或过热蒸汽母管连通，热蒸汽抽取管道(1)的出口与蒸汽炉水加热器(3)的热进口连接，蒸汽炉水加热器(3)的热出口与蒸汽煤粉加热器(6)的热进口连接，蒸汽煤粉加热器(6)的热出口连接有乏蒸汽管道(7)。

2.根据权利要求1所述的一种超临界锅炉灵活性调峰系统，其特征在于，热蒸汽抽取管道(1)上设有蒸汽量调节门(9)。

3.根据权利要求2所述的一种超临界锅炉灵活性调峰系统，其特征在于，热蒸汽抽取管道(1)上在蒸汽量调节门(9)的上游设有抽蒸汽管道隔离关断门(8)。

4.根据权利要求1所述的一种超临界锅炉灵活性调峰系统，其特征在于，蒸汽炉水加热器(3)采用管壳式加热器。

5.根据权利要求1所述的一种超临界锅炉灵活性调峰系统，其特征在于，蒸汽煤粉加热器(6)采用表面式加热器。

6.根据权利要求1所述的一种超临界锅炉灵活性调峰系统，其特征在于，所述一次风煤粉管道(5)为锅炉下层或次下层单层燃烧器对应的煤粉管。

7.根据权利要求1或6所述的一种超临界锅炉灵活性调峰系统，其特征在于，蒸汽煤粉加热器(6)设置于一次风煤粉管道(5)的入炉前直管段上。

8.根据权利要求1或6所述的一种超临界锅炉灵活性调峰系统，其特征在于，乏蒸汽管道(7)上设有乏蒸汽关断门(10)。

9.根据权利要求1或6所述的一种超临界锅炉灵活性调峰系统，其特征在于，蒸汽炉水加热器(3)的热出口与蒸汽煤粉加热器(6)的热进口之间的连接管路上以及乏蒸汽管道(7)上均设有温度传感器和压力传感器。

10.根据权利要求1所述的一种超临界锅炉灵活性调峰系统，其特征在于，乏蒸汽管道(7)连接至供热管道；

或者，乏蒸汽管道(7)与锅炉定排扩容器连接。

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