一种缩短联合循环发电机组烟囱冒黄烟时间的启动系统的制作方法

1.本发明涉及一种余热锅炉系统，尤其涉及一种缩短联合循环发电机组烟囱冒黄烟时间的启动系统。


背景技术：

2.燃用天然气等气体燃料的重型燃气轮机燃烧过程生成的污染物主要是nox，为了降低nox排放，在役重型燃气轮机普遍采用贫燃预混燃烧技术，但贫燃预混燃烧的稳定性较扩散燃烧差，在启机等变工况运行时易引发燃烧不稳定问题，因此为了确保燃气轮机发电机组顺利启动，在启机过程燃气轮机仍采用扩散燃烧或扩散燃烧占主导的分级燃烧技术，待燃气轮机升至一定负荷后，再切换成贫燃预混燃烧模式。
3.由于启机过程中燃气轮机采用了扩散燃烧方式，而扩散燃烧火焰面的温度通常高达2000～2200℃以上，造成大量no生成；同时启机阶段空气量远高于燃料理论充分燃烧所需空气量，燃烧后烟气中剩余氧含量较高，且存在较高的因烟气平均温度低造成燃烧不完全而生成的co、未燃尽碳氢等，这些因素均促成no向no2转化，使烟气中no2浓度显著升高。而no2是一种红棕色气体，稀释后呈黄棕色，导致燃气轮机启机过程中烟囱可明显看到黄黄烟现象。
4.对于燃气蒸汽联合循环发电机组，受限于余热锅炉的启动速度以及汽轮机的暖机时间，发电机组的启动时间一般较长。燃气蒸汽联合循环发电机组的启动一般分为冷态启动、温态启动和热态启动，冷态启动时间最长，热态启动时间最短，但即使是热态启动，启动时间也需约50min左右。虽然目前国家火力发电排放法规并未将燃气轮机启机过程的污染物排放纳入考核指标，但启机过程的污染物排放仍不容忽视。


技术实现要素：

5.为了减少燃气蒸汽联合循环发电机组启机过程的nox排放量，解决余热锅炉启动时间长的问题，本发明提出了一种缩短联合循环发电机组烟囱冒黄烟时间的启动系统。本发明针对余热锅炉高、中、低压蒸汽生成系统，采用机组启动前提前预热的方法，除在高、中、低压蒸发器下方设计辅助蒸汽加热外，还设计了具有加热功能的预热器，在机组启动前，引入辅助加热蒸汽在预热器内对从凝汽器过来的冷凝水进行预热，确保燃气轮机点火启动后，余热锅炉的高、中、低压蒸汽生成系统在燃气轮机高温烟气排气加热下快速产生高温、高压蒸汽，并达到汽轮机暖机冲转对蒸汽参数提出的要求，实现余热锅炉和汽轮机同时快速启动，缩短发电机组启动时间，降低启动过程污染物的生成量。
6.本发明采用如下技术方案来实现的：
7.一种缩短联合循环发电机组烟囱冒黄烟时间的启动系统，包括低压汽包、中压汽包、高压汽包、预热器、低压省煤器、中压省煤器、高压省煤器、低压蒸发器、中压蒸发器、高压蒸发器、低压过热器、中压过热器和高压过热器；其中，
8.所述预热器设置在余热锅炉启动系统的最前端，预热器顶部设置有回水母管、预
热器蒸汽回收管和预热器冷凝水供给管，预热器中上部设置有低压给水管，预热器底部设置有预热器气泡分散器；辅助蒸汽从底部进入预热器后，经预热器气泡分散器形成均匀上升的高温气泡加热预热器内的冷凝水；
9.所述低压汽包的底部设置有低压出水母管，分别与中压给水管和高压给水管相联通，用于将低压汽包内加热后的水输送给中压汽包和高压汽包；
10.所述中压汽包的底部设置有中压汽包回水管，用于余热锅炉提前预热时中压汽包回水，当中压汽包水位达到预设值时，通过中压汽包回水管流回预热器，防止中压汽包满水产生危险；
11.所述高压汽包的底部设置有高压汽包回水管，用于余热锅炉提前预热时高压汽包回水，当高压汽包水位达到预设值时，通过高压汽包回水管流回预热器，防止高压汽包满水产生危险；
12.所述低压省煤器与低压汽包相连，布置在余热锅炉烟气流向的最下游，利用烟气热量加热经预热器预热后的冷凝水；
13.所述低压蒸发器与低压汽包相连，布置在低压省煤器的上游，低压蒸发器的底部设置有低压蒸发器预热蒸汽管，余热锅炉提前预热时，辅助蒸汽经低压蒸发器预热蒸汽管对低压蒸发器内的冷凝水进行加热；
14.所述低压过热器与低压汽包相连，布置在低压蒸发器的上游，余热锅炉提前余热时，低压汽包内的预热辅助蒸汽可经低压过热器从低压蒸汽旁路回收；
15.所述中压省煤器与中压汽包相连，布置在余热锅炉低压过热器上游，用来加热中压给水管从低压出水母管分流的低压汽包水；
16.所述中压蒸发器与中压汽包相连，布置在中压省煤器上游，中压蒸发器的底部设置有中压蒸发器预热蒸汽管，余热锅炉提前预热时，辅助蒸汽经中压蒸发器预热蒸汽管对中压蒸发器内的冷凝水进行加热；
17.所述中压过热器与中压汽包相连，布置在中压蒸发器的上游，余热锅炉提前余热时，中压汽包内的预热辅助蒸汽可经中压过热器从中压蒸汽旁路回收；
18.所述高压省煤器与高压汽包相连，布置在余热锅炉中压过热器上游，用来加热高压给水管从低压出水母管分流的低压汽包水；
19.所述高压蒸发器与高压汽包相连，布置在高压省煤器上游，高压蒸发器的底部设置有高压蒸发器预热蒸汽管，余热锅炉提前预热时，辅助蒸汽经高压蒸发器预热蒸汽管对高压蒸发器内的冷凝水进行加热；
20.所述高压过热器与高压汽包相连，布置在高压蒸发器的上游，余热锅炉提前余热时，高压汽包内的预热辅助蒸汽可经高压过热器从高压蒸汽旁路回收。
21.本发明进一步的改进在于，预热器的形状为树立的圆柱形罐体结构。
22.本发明进一步的改进在于，所述预热器气泡分散器为一中空的圆形夹层结构。
23.本发明进一步的改进在于，上层圆形板上均匀开设有多个蒸汽喷射孔。
24.本发明进一步的改进在于，预热器底部还设置有预热器排污管和预热器辅助蒸汽管。
25.本发明进一步的改进在于，预热器辅助蒸汽管上设置有预热器辅助蒸汽调节阀。
26.本发明进一步的改进在于，低压蒸发器预热蒸汽管上设置有低压蒸发器预热蒸汽
调节阀。
27.本发明进一步的改进在于，中压蒸发器预热蒸汽管上设置有中压蒸发器预热蒸汽调节阀。
28.本发明进一步的改进在于，高压蒸发器预热蒸汽管上设置有高压蒸发器预热蒸汽调节阀。
29.本发明进一步的改进在于，预热器蒸汽回收管上设置有预热器蒸汽回收控制阀。
30.本发明至少具有如下有益的技术效果：
31.本发明提供的一种缩短联合循环发电机组烟囱冒黄烟时间的启动系统，采用在发电机组启动前预热余热锅炉冷凝水的方法，在余热锅炉高、中、低压蒸发器下方设计辅助蒸汽加热装置，利用辅助蒸汽提前加热余热锅炉高、中、低压蒸发器内冷凝水，缩短燃气轮机高温烟气排入余热锅炉后冷凝水的蒸发时间；同时因在炉外设计了具有加热功能的预热器，可利用辅助蒸汽在预热器内对余热锅炉高、中、低压省煤器和汽包内的冷凝水进行加热，促使余热锅炉可迅速启动，进而缩短燃气蒸汽联合循环发电机组的启动时间，具有降低启动过程的污染物排放量的优势；同时因启机时间缩短，汽轮机可以更早的进行冲转暖机并网发电，提高了机组的经济效益。
附图说明
32.图1是本发明一种缩短联合循环发电机组烟囱冒黄烟时间的启动系统示意图。
33.图2是本发明中预热器示意图。
34.附图标记说明：
35.1、低压汽包；2、中压汽包；3、高压汽包；4、低压给水泵；5、低压省煤器；6、低压蒸发器；7、低压过热器；8、中压给水泵；9、中压省煤器；10、中压蒸发器；11、中压过热器；12、高压给水泵；13、高压省煤器；14、高压蒸发器；15、高压过热器；16、预热器；17、低压汽包泄压阀；18、低压汽包泄压管；19、低压出水母管；20、低压给水管；21、预热器辅助蒸汽管；22、预热器辅助蒸汽调节阀；23、预热器排污管；24、预热器排污控制阀；25、低压蒸发器预热蒸汽管；26、低压蒸发器预热蒸汽调节阀；27、低压蒸发器排污控制阀；28、低压蒸发器排污管；29、低压蒸汽主管；30、低压汽包下降管；31、低压汽包下降水控制阀；32、中压汽包泄压阀；33、中压汽包泄压管；34、回水母管；35、中压汽包回水调节阀；36、中压汽包回水管；37、中压给水管；38、中压蒸发器预热蒸汽管；39、中压蒸发器预热蒸汽调节阀；40、中压蒸发器排污控制阀；41、中压蒸发器排污管；42、中压蒸汽主管；43、中压汽包下降管；44、中压汽包下降水控制阀；45、高压汽包泄压阀；46、高压汽包泄压管；47、高压汽包回水调节阀；48、高压汽包回水管；49、高压给水管；50、高压蒸发器预热蒸汽管；51、高压蒸发器预热蒸汽调节阀；52、高压蒸发器排污控制阀；53、高压蒸发器排污管；54、高压蒸汽主管；55、高压汽包下降管；56、高压汽包下降水控制阀；57、预热器蒸汽回收控制阀；58、预热器蒸汽回收管；59、低压蒸汽旁路调节阀；60、低压蒸汽旁路；61、低压蒸汽主路调节阀；62、中压蒸汽旁路调节阀；63、中压蒸汽旁路；64、中压蒸汽主路调节阀；65、高压蒸汽旁路调节阀；66、高压蒸汽旁路；67、高压蒸汽主路调节阀；68、预热器冷凝水供给管；69、预热器冷凝水泵；70、预热器气泡分散器。
具体实施方式
36.下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
37.请参阅图1和图2，本发明提供的一种缩短联合循环发电机组烟囱冒黄烟时间的启动系统，主要包括低压汽包1、中压汽包2、高压汽包3、预热器16、低压省煤器5、中压省煤器9、高压省煤器13、低压蒸发器6、中压蒸发器10、高压蒸发器14、低压过热器7、中压过热器11、高压过热器15等。所述低压汽包1、低压省煤器5、中压省煤器9、高压省煤器13、低压过热器7、中压过热器11和高压过热器15等均与传统预热锅炉相同。
38.请参阅图1，本实施例中预热系统主要由预热器16、预热器辅助蒸汽管21、预热器辅助蒸汽调节阀22、预热器排污管23、预热器排污控制阀24、低压蒸发器预热蒸汽管25、低压蒸发器预热蒸汽调节阀26、回水母管34、中压汽包回水调节阀35、中压汽包回水管36、中压蒸发器预热蒸汽管38、中压蒸发器预热蒸汽调节阀39、高压汽包回水调节阀47、高压汽包回水管48、高压蒸发器预热蒸汽管50、高压蒸发器预热蒸汽调节阀51、预热器蒸汽回收控制阀57、预热器蒸汽回收管58、预热器冷凝水供给管68和预热器冷凝水泵69构成。预热器16设置在余热锅炉启动系统的最前端，预热器16顶部设置有回水母管34、预热器蒸汽回收管58和预热器冷凝水供给管68，预热器16中上部设置有低压给水管20，预热器16底部设置有预热器排污管23、预热器辅助蒸汽管21和预热器气泡分散器70；辅助蒸汽从底部进入预热器16后，经预热器气泡分散器70形成均匀上升的高温气泡加热预热器16内的冷凝水。
39.本实施例中低压蒸汽系统主要由低压汽包1、低压给水泵4、低压省煤器5、低压蒸发器6、低压过热器7、低压汽包泄压阀17、低压汽包泄压管18、低压出水母管19、低压给水管20、低压蒸发器排污控制阀27、低压蒸发器排污管28、低压蒸汽主管29、低压汽包下降管30、低压汽包下降水控制阀31、低压蒸汽旁路调节阀59、低压蒸汽旁路60和低压蒸汽主路调节阀61构成。其中低压省煤器5与低压汽包1相连，布置在余热锅炉烟气流向的最下游，利用烟气热量加热经预热器16预热后的冷凝水；低压蒸发器6与低压汽包1相连，低压蒸发器6布置在低压省煤器5的上游，低压蒸发器6的底部设置有低压蒸发器预热蒸汽管25，余热锅炉提前预热时，辅助蒸汽经低压蒸发器预热蒸汽管25对低压蒸发器6内的冷凝水进行加热；低压过热器7与低压汽包1相连，布置在低压蒸发器6的上游，余热锅炉提前余热时，低压汽包1内的预热辅助蒸汽可经低压过热器7从低压蒸汽旁路60回收。
40.本实施例中中压蒸汽系统主要由中压汽包2、中压给水泵8、中压省煤器9、中压蒸发器10、中压过热器11、中压汽包泄压阀32、中压汽包泄压管33、中压给水管37、中压蒸发器排污控制阀40、中压蒸发器排污管41、中压蒸汽主管42、中压汽包下降管43、中压汽包下降水控制阀44、中压蒸汽旁路调节阀62、中压蒸汽旁路63和中压蒸汽主路调节阀64构成。其中中压省煤器9与中压汽包2相连，布置在余热锅炉低压过热器7上游，用来加热中压给水管37从低压出水母管19分流的低压汽包水；中压蒸发器10与中压汽包2相连，中压蒸发器10布置在中压省煤器9上游，中压蒸发器10的底部设置有中压蒸发器预热蒸汽管38，余热锅炉提前预热时，辅助蒸汽经中压蒸发器预热蒸汽管38对中压蒸发器10内的冷凝水进行加热；中压过热器11与中压汽包2相连，中压过热器11布置在中压蒸发器10的上游，余热锅炉提前余热时，中压汽包2内的预热辅助蒸汽可经中压过热器11从中压蒸汽旁路63回收。
41.本实施例中高压蒸汽系统主要由高压汽包3、高压给水泵12、高压省煤器13、高压蒸发器14、高压过热器15、高压汽包泄压阀45、高压汽包泄压管46、高压给水管49、高压蒸发
器排污控制阀52、高压蒸发器排污管53、高压蒸汽主管54、高压汽包下降管55、高压汽包下降水控制阀56、高压蒸汽旁路调节阀65、高压蒸汽旁路66和高压蒸汽主路调节阀67构成。其中高压省煤器13与高压汽包3相连，布置在余热锅炉中压过热器11上游，用来加热高压给水管49从低压出水母管19分流的低压汽包水；高压蒸发器14与高压汽包3相连，高压蒸发器14布置在高压省煤器13上游，高压蒸发器14的底部设置有高压蒸发器预热蒸汽管50，余热锅炉提前预热时，辅助蒸汽经高压蒸发器预热蒸汽管50对高压蒸发器14内的冷凝水进行加热；高压过热器15与高压汽包3相连，布置在高压蒸发器14的上游，余热锅炉提前余热时，高压汽包3内的预热辅助蒸汽可经高压过热器15从高压蒸汽旁路66回收。
42.请参阅图2，在预热器16的底部设计有预热器气泡分散器70。
43.本实施例一种缩短联合循环发电机组烟囱冒黄烟时间的启动系统的具体工作方式如下：
44.余热锅炉启动系统工作时，预热器排污控制阀24、低压蒸发器排污控制阀27、低压汽包下降水控制阀31、中压蒸发器排污控制阀40、中压汽包下降水控制阀44、高压蒸发器排污控制阀52、高压汽包下降水控制阀56、低压蒸汽主路调节阀61、中压蒸汽主路调节阀64、高压蒸汽主路调节阀67关闭，预热器辅助蒸汽调节阀22、低压蒸发器预热蒸汽调节阀26、中压汽包回水调节阀35、中压蒸发器预热蒸汽调节阀39、高压汽包回水调节阀47、高压蒸发器预热蒸汽调节阀51、预热器蒸汽回收控制阀57、低压蒸汽旁路调节阀59、中压蒸汽旁路调节阀62、高压蒸汽旁路调节阀65打开，启动预热器冷凝水泵69，冷凝水经预热器冷凝水供给管68从预热器16顶部进入预热器16，同时辅助蒸汽经预热器辅助蒸汽管21从预热器16底部经预热器气泡分散器70后形成均匀的高温气泡，与预热器16内的冷凝水直接接触发生热交换，热交换完的乏汽从预热器16头部的预热器蒸汽回收管58返回辅助蒸汽生成系统；预热器16底部的水因最先与辅助蒸汽气泡接触，水温较高，密度较低，因此形成自然往上的升力，从回水母管34和预热器冷凝水供给管68进入预热器16的冷凝水，水温较低，密度较高，因此自然下降至预热器16底部，这样预热器16内的水循环被辅助蒸汽加热。
45.预热器16内被加热后的冷凝水在低压给水泵4的抽吸作用下经低压给水管20进入低压省煤器5，并与低压省煤器5内原存有的冷凝水进行热交换，然后再进入低压汽包1，加热低压汽包1内原存有的冷凝水；低压汽包内的冷凝水在加热过程中同时流入低压出水母管19，在中压给水泵8的抽吸作用下经中压给水管37进入中压省煤器9，并与中压省煤器9内原存有的冷凝水进行热交换，然后再进入中压汽包2，加热中压汽包2内原存有的冷凝水；在高压给水泵12的抽吸作用下经高压给水管49进入高压省煤器13，并与高压省煤器13内原存有的冷凝水进行热交换，然后再进入高压汽包3，加热高压汽包3内原存有的冷凝水；同时中压汽包2和高压汽包3内的冷凝水在加热过程中分别经中压汽包回水管36和高压汽包回水管48流入回水母管34，最终又从预热器16顶部进入预热器16重新被加热。
46.在预热器16、低压省煤器5、中压省煤器9、高压省煤器13、低压汽包1、中压汽包2、高压汽包3内冷凝水被辅助蒸汽加热的同时，辅助蒸汽分别经低压蒸发器预热蒸汽管25、中压蒸发器预热蒸汽管38、高压蒸发器预热蒸汽管50进入低压蒸发器6、中压蒸发器10、高压蒸发器14加热蒸发器内原存有的冷凝水，热交换完后的乏汽然后分别进入低压汽包1、中压汽包2、高压汽包3进一步加热汽包内的冷凝水，最后分别经低压蒸汽旁路60、中压蒸汽旁路63、高压蒸汽旁路66重新返回辅助蒸汽生成系统被加热，形成用于余热锅炉启动系统的新
高温辅助蒸汽。
47.待余热锅炉内冷凝水被加热到所需温度时，启动燃气轮机，关闭预热器辅助蒸汽调节阀22、低压蒸发器预热蒸汽调节阀26、中压汽包回水调节阀35、中压蒸发器预热蒸汽调节阀39、高压汽包回水调节阀47、高压蒸发器预热蒸汽调节阀51、预热器蒸汽回收控制阀57，打开低压汽包下降水控制阀31、中压汽包下降水控制阀44、高压汽包下降水控制阀56，燃气轮机燃烧膨胀做功后的高温烟气排入余热锅炉，加热高压过热器15、中压过热器11、低压过热器7、高压蒸发器14、中压蒸发器10、低压蒸发器6、高压省煤器13、中压省煤器9、低压省煤器5内的冷凝水快速生成高温高压蒸汽，待蒸汽指标满足要求后，打开低压蒸汽主路调节阀61、中压蒸汽主路调节阀64、高压蒸汽主路调节阀67，同时关闭低压蒸汽旁路调节阀59、中压蒸汽旁路调节阀62、高压蒸汽旁路调节阀65，余热锅炉生成的蒸汽快速进入汽轮机冲转暖机，缩短燃气蒸汽联合循环发电机组启动时间，降低启动过程nox等污染物排放量。
48.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。