一种无旁路机组启动期间工质与热量协同回收装置及方法与流程

本发明属于火力发电厂热力系统节能，具体涉及一种无旁路机组启动期间工质与热量协同回收装置及方法。

背景技术：

1、火力发电机组启动过程中，锅炉点火后至汽轮机冲转前，需经历一个持续时间较长的蒸汽参数提升阶段。在此期间，锅炉产生的蒸汽因压力、温度等参数尚未达到汽轮机进汽要求，无法进入汽轮机做功。对于配置有高低压旁路系统的机组，该阶段的不合格蒸汽可通过旁路系统引入凝汽器，实现工质与热量的回收；但对于未配置旁路系统的机组，这部分蒸汽通常只能通过锅炉启动排汽管直接对空排放。

2、这一直排方式虽然系统结构简单、无需额外配套设备，是行业内的常规运行方式，但存在以下多方面的显著弊端：

3、其一，工质损耗量大。锅炉启动阶段外排的蒸汽实质上是经除盐水制备系统处理后的高纯度水质经加热后形成的，直接排空意味着大量高品质除盐水工质被白白浪费。对于单台大型火电机组，一次冷态启动过程中对空排放的蒸汽量可达数十吨甚至上百吨，直接增加了电厂除盐水的制备负担与制水成本。

4、其二，热量损失严重。外排蒸汽不仅带走了工质本身，更携带了大量的汽化潜热。这部分热量在蒸汽直接排入大气的过程中同步散失，无法为机组热力系统所利用。从热力学角度看，这部分热量的损失直接降低了机组启动阶段的整体能源利用效率。

5、因此，对于无旁路机组而言，亟需一种能够在工质回收与热量回收两方面同时实现高效利用的启动排汽回收技术方案，以符合当前火电机组深度节能降耗、清洁化运行的发展要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对无旁路机组启动排汽直排造成的工质与热量浪费问题，提供了一种无旁路机组启动期间工质与热量协同回收装置及方法，在实现蒸汽工质凝结回收的基础上，同步回收蒸汽潜热用于预热除盐水，同时优化系统运行的安全性、稳定性与自动化水平，提升综合节能效益。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种无旁路机组启动期间工质与热量协同回收装置，包括工质回收罐、蒸汽引入管路、初始补水组件、循环喷淋系统、补给水预热换热组件、气液分离与排气调压组件、检测组件、分级输水组件、水质切换组件以及控制单元；

4、所述工质回收罐的罐体侧壁开设蒸汽入口，罐体上部设置有安全阀；罐内由上至下依次划分为排气腔、喷淋凝结腔和储水腔，分别对应排气、换热凝结和储水功能分区；

5、所述蒸汽引入管路的入口端用于对接锅炉原有启动排汽管，出口端接入工质回收罐的罐体侧壁的蒸汽入口；

6、所述初始补水组件用于为工质回收罐提供初始除盐水；

7、所述循环喷淋系统设置于喷淋凝结腔内，用于实现罐内储水的持续循环喷淋作业；

8、所述补给水预热换热组件的热侧串联于循环喷淋系统中，冷侧接入初始补水组件，用于对初始除盐水进行预热；

9、所述气液分离与排气调压组件设置于工质回收罐的罐体上部，用于实现罐内气液深度净化、压力调控与超压安全防护；

10、所述检测组件用于采集工质回收罐内部核心运行参数；

11、所述分级输水组件包括自压输水支路与变频输水支路，两路支路进水端均连通储水腔底部出水口，出水端汇总后接入水质切换组件；

12、所述水质切换组件用于保障回收工质合规回用；

13、所述控制单元用于实现进汽、喷淋换热、压力调节、液位输水、水质切换全流程的自适应联动控制，根据机组启动工况的动态变化，自动匹配各组件运行参数。

14、本发明进一步的改进在于，所述工质回收罐为立式承压罐体，罐体设计压力以锅炉启动最高排汽压力为基准，按照最高工作压力＜安全阀整定压力＜罐体设计压力逐级递增的原则选取；

15、所述工质回收罐的容积按体积流量以启动阶段每小时凝结水量的最大值为基准设计，乘以0.5~0.7的系数确定罐体公称总容积；罐内各功能区容积按比例分配：顶部气室空间占总容积的15%~20%，中部有效缓冲容积占总容积的65%~70%，底部最低循环液位区占总容积的10%~15%。

16、本发明进一步的改进在于，所述蒸汽引入管路上沿汽流方向依次设置可拆洗前置过滤器、疏水阀组、入口截止阀、入口调节阀、温压传感器；

17、所述前置过滤器用于拦截锅炉启动初期蒸汽携带的锈蚀颗粒与杂质，所述疏水阀组布置于管路最低位，所述入口调节阀为电动调节阀；

18、入口截止阀布置于疏水阀组下游，是蒸汽引入管路上的主隔离阀；

19、入口调节阀为电动调节阀，布置于入口截止阀下游，用于接受控制单元指令连续平滑调节开度，平稳控制进入罐体的蒸汽流量；

20、温压传感器安装在电动调节阀后的管路上，用于采集进汽的温度与压力参数并反馈至控制单元。

21、本发明进一步的改进在于，所述初始补水组件包括补水管道、电动补水阀、补水泵与止回阀，补水管道一端接入厂区除盐水箱，另一端连通储水腔下部，所述止回阀设置于补水管道上，用于防止罐内介质倒灌污染除盐水系统；电动补水泵布置于补水管道上游的止回阀后；电动补水阀为电动调阀，置于补水泵之后，与控制单元电连接，用于控制补水回路的通断与补水速率。

22、本发明进一步的改进在于，所述循环喷淋系统包括环形喷淋管、雾化喷嘴和循环喷淋泵；所述环形喷淋管水平固定于蒸汽入口上方，下侧均匀布置若干竖直向下的雾化喷嘴；所述循环喷淋泵进水端连通储水腔下部，出水端接入换热组件的热侧入口，热侧出口回接环形喷淋管，构成循环喷淋回路；所述环形喷淋管设置有多层，沿工质回收罐的罐体高度方向间隔布置。

23、本发明进一步的改进在于，所述补给水预热换热组件采用宽流道表面式换热器，热侧串联于循环喷淋回路中，冷侧接入厂区除盐水箱，冷热侧完全物理隔离；冷侧管路上设置电动调节阀。

24、本发明进一步的改进在于，所述气液分离与排气调压组件设置于工质回收罐的罐体上部，包括除雾器、排气调节阀和安全阀；所述除雾器水平架设于环形喷淋管的上方，且与喷淋层之间预留气液分离高度；所述排气调节阀为电动调节阀，安装于罐顶；所述安全阀整定压力高于工质回收罐的罐体正常运行压力。

25、本发明进一步的改进在于，所述检测组件包括液位检测组件与罐压传感器；所述液位检测组件安装于工质回收罐的罐体侧壁对应储水腔的高度范围，包含连续液位变送器、高液位开关与低液位开关；所述罐压传感器安装于工质回收罐的罐体顶部。

26、本发明进一步的改进在于，所述分级输水组件包括自压输水支路与变频输水支路，两路支路进水端均连通储水腔底部出水口，出水端汇总后接入水质切换组件；所述自压输水支路上设置电动自压调节阀，所述变频输水支路上设置变频回收水泵；

27、所述水质切换组件包括在线水质监测仪、回收支路、排放支路与切换阀组；所述在线水质监测仪集成电导率、硅含量与ph值检测模块；所述切换阀组用于根据水质信号切换流路，回收支路接入厂区除盐水箱，排放支路接入厂区废水系统。

28、一种无旁路机组启动期间工质与热量协同回收方法，包括：

29、初始补水组件率先工作，为工质回收罐补充初始除盐水，建立罐内基础液相介质，为循环喷淋系统启动、蒸汽凝结换热创造前置条件；

30、机组启动排汽通过蒸汽引入管路输送至工质回收罐，管路组件同步完成杂质过滤、疏水稳压、温压参数采集，为罐内换热工序提供洁净、稳定的蒸汽介质，检测组件同步采集罐体初始压力、液位参数，为控制单元调控提供基础数据；

31、控制单元根据实时工况启动循环喷淋系统，通过雾化喷淋实现高温蒸汽快速凝结，完成气态工质向液态工质的转化；同时循环喷淋回路联动补给水预热换热组件，将蒸汽余热回收用于补给水预热，实现工质回收与热量回收的同步协同，最大化利用机组启动废能；

32、蒸汽凝结后的残余气体经由气液分离与排气调压组件完成深度除雾，截留残余液态工质，减少工质损耗；同时该组件配合检测组件的压力数据，在控制单元的闭环调控下动态调节排气量，稳定罐内运行压力；

33、罐内凝结储存的回收工质，由控制单元根据液位、压力工况，调控分级输水组件匹配最优输水模式，将工质平稳输送至水质切换组件；水质切换组件实时检测水质指标，并根据检测信号自动切换流路，实现合格工质回用、不合格工质排放；

34、检测组件持续采集液位和压力参数并反馈至控制单元，控制单元联动所有执行组件，实现进汽量、喷淋流量、换热量、排气压力、输水量、水质切换的多参数联动自适应调节；同时通过安全联锁保护逻辑，在液位超限、压力异常和水质超标工况下自动触发调控或保护动作。

35、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：

36、本发明提供的一种无旁路机组启动期间工质与热量协同回收装置及方法，针对现有无旁路机组启动过程中，启动排汽直接外排造成工质、热量大量损耗，机组启动水耗、制水成本偏高，传统回收设备适配性差、自动化水平低、回收水质不稳定等行业痛点，通过优化整体结构布局、集成多功能协同组件、设置全流程自适应联动控制体系，实现无旁路机组启动阶段工质与热量的高效协同回收，相较于传统技术具备多项突出技术效果，具体结合装置结构及工作原理分析如下：

37、本发明通过工质回收罐、蒸汽引入管路、循环喷淋系统及补给水预热换热组件的协同配合，构建了完整的启动排汽凝结回收体系。装置可直接对接锅炉原有启动排汽管，将机组启动阶段外排的蒸汽有效导入工质回收罐内部，依托罐内喷淋凝结腔的持续循环喷淋作业，对引入的启动蒸汽进行充分凝结处理，能够回收机组启动过程中的大部分外排蒸汽。同时，利用回收蒸汽的余热对初始除盐水进行预热，在实现蒸汽工质回收的同时完成热量协同利用。

38、回收后的凝结工质纯度高，可直接替代机组部分除盐水补水，有效减少机组启动阶段新鲜除盐水的消耗量，大幅降低电厂制水系统的运行负荷与制水成本，节水降耗效果显著，从根本上解决了无旁路机组启动排汽直接外排导致的工质资源严重浪费问题。

39、本发明整体系统结构独立，无需对机组主机热力系统进行任何改动，同时不依赖热网、凝汽器等原有配套设备即可独立完成工质与热量回收作业。装置整体采用并联接入方式，仅需在锅炉原有启动排汽管路上并联接入本发明即可完成设备改造，改造施工流程简单、施工工作量小，大幅降低了设备改造的施工成本与停机改造时长。

40、该结构设计适配各类无旁路存量机组的节能改造场景，不受机组型号、原有热力系统布局的限制，通用性与适配性极强，能够快速落地应用于各类存量无旁路机组的节能升级，设备投资成本低、落地推广性强。

41、本发明搭载控制单元，可实现装置进汽、喷淋换热、压力调节、液位输水、水质切换全流程的自适应联动控制，能够根据机组启动工况的动态变化，实时自动匹配各组件的运行参数。针对机组启动过程中蒸汽流量、蒸汽参数波动幅度大的变工况运行特性，装置可通过蒸汽参数联动调节减温水流量，同时依托检测组件采集的罐内核心运行参数，结合液位信号自动控制分级输水组件水泵的启停作业。

42、整套系统运行过程无需人工干预，可自主适配机组启动全周期的工况波动，有效规避了人工操作滞后、调节精度不足导致的回收效率低、设备运行不稳定等问题，大幅提升了装置全自动运行的稳定性与可靠性，适配机组复杂多变的启动工况。

43、本发明的工质回收全过程采用纯净介质作业，机组启动外排蒸汽本身纯度较高，且喷淋凝结、补水预热过程仅混入纯净除盐水，无杂质、污染物引入。同时，装置集成气液分离与排气调压组件、水质切换组件，可实现罐内气液深度净化、水质合规校验，进一步保障回收工质的水质稳定性。

44、经本发明回收的工质完全符合除盐水标准，可直接回用于机组系统，无需配套增设额外的水处理设备，简化了工质回用流程，降低了后续水处理设备投资及运行成本，同时保障了回收工质回用的安全性与合规性，避免不合格工质回用对机组设备造成损耗。

45、本发明工质回收罐罐体上部设置安全阀，配合气液分离与排气调压组件，可实现罐内压力精准调控与超压安全防护，同时完成气液深度分离与排气作业。结合检测组件对罐内核心运行参数的实时采集监测，可全程监控装置运行状态，及时规避罐内超压、气液堆积、液位异常等安全隐患，全方位保障装置长期连续、安全稳定运行，提升了设备运行的安全冗余。