汽包炉燃煤机组新型零号高压加热器供汽系统及运行方法与流程

1.本发明涉及汽包炉燃煤机组新型零号高压加热器供汽系统及运行方法，属于燃煤发电技术领域。


背景技术：

2.在国家碳达峰及碳中和的战略目标下，电网着力构建新型电力系统，大规模的新能源并网运行，大大降低了电网稳定性，现有的燃煤机组在电力系统中的调峰、调频的角色突显重要性，同时给机组部分负荷运行的能力也是提出了极大的挑战，在国家大力鼓励高效清洁煤电的背景下，现存的600mw及以下的亚临界汽包炉机组如何适应新型电力系统赋予的调峰、调频任务及考核将是该类机组运行和发展过程中面临的巨大难题，燃煤机组在调峰运行时，机组本身的负荷处于较低水平，给水温度水平同样较低，导致机组的热耗率、循环效率及烟气脱硝效果均不理想。
3.针对上述问题，国内外学者、制造厂商给出了零号高压加热器的解决方案，具体参见专利授权号cn211008792u、cn207621988u、cn206554985u：即给水经过原有回热系统加热后，进入零号高压加热器进一步加热以提高给水温度，优化机组的各项指标，其中，现有技术中，零号高压加热器的加热蒸汽来源一般为高压缸的一段抽汽或者全周进汽机组的补汽阀后新蒸汽。可以看出，零号高压加热器机组多用于超临界及以上的直流炉燃煤机组，同时，现有的零号高压加热器的加热汽源多为过热蒸汽，零号加热器内的换热过程存在较大端差，同时，由汽机引过来的过热蒸汽需要减温减压，降低了零号高压加热器的节能效果。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供汽包炉燃煤机组新型零号高压加热器供汽系统及运行方法，以汽包的饱和蒸汽替代现有技术中用于加热的过热蒸汽，利用饱和蒸汽进行换热可大大减小零号高压加热器的传热端差，提高压加热器热器的换热效率，有利于机组运行的整体经济性。
5.为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
6.第一方面，本发明提供了汽包炉燃煤机组新型零号高压加热器供汽系统，包括设置于汽水循环系统中的回热系统，所述回热系统包括连接于汽轮机和锅炉汽包之间的多级回热加热器，所述多级回热加热器包括零号高压加热器，所述锅炉汽包引出的饱和蒸汽送入零号高压加热器的加热蒸汽入口，且零号高压加热器的加热蒸汽出口接入锅炉汽包的蒸汽入口。
7.进一步的，所述零号高压加热器的供汽管道上布置有能够调节蒸汽压力的调节阀。
8.进一步的，所述零号高压加热器的供汽管道上布置有零号关断阀，且零号关断阀位于调节阀前设置。
9.进一步的，所述多级回热加热器还包括一号高压加热器、二号高压加热器和三号
高压加热器，且零号高压加热器疏水汇入一号高压关断阀后采用逐级自流方式继续逐级自流至三号高压加热器，最终由三号高压加热器汇总至除氧器。
10.第二方面，本发明提供了汽包炉燃煤机组新型零号高压加热器供汽运行方法，所述方法应用于上述任一所述的汽包炉燃煤机组新型零号高压加热器供汽系统，包括：
11.响应于机组负荷处于第一区间时，零号高压加热器抽汽管道调节阀维持第一开度，不进行调整；
12.响应于机组负荷处于第二区间时，通过pid控制器调节零号高压加热器抽汽管道调节阀以维持加热器入口的蒸汽压力与设定值保持一致，提高零号高压加热器水侧出口的给水温度；
13.响应于机组负荷处于第三区间时，切除该加热器，不再投用；
14.响应于机组出现高压加热器解列或零号高压加热器运行故障时，迅速关闭抽汽管道上的关断阀和调节阀。
15.进一步的，所述第一区间为大于85％，所述第一开度为5％，所述第二区间为10％～85％，所述第三区间为小于10％。
16.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
17.一、本发明公开了一种汽包炉燃煤机组零号高压加热器的供汽系统及运行方法，由锅炉汽包引出饱和蒸汽送至零号高压加热器加热给水，将零号高压加热器技术引入汽包炉燃煤机组，缓解机组调峰运行过程中循环效率降低的困扰，且优化了零号高压加热器的供汽来源，以汽包的饱和蒸汽替代现有技术中用于加热的过热蒸汽，利用饱和蒸汽进行换热可大大减小零号高压加热器的传热端差，提高压加热器热器的换热效率，有利于机组运行的整体经济性。同时，小端差换热改善换热器本身金属材质的应力水平，延长设备的使用寿命；
18.二、本发明针对汽包炉燃煤机组，引入零号高压加热器技术提高给水温度，降低锅炉传热端差，提高机组的循环效率，同时，给水温度的提高优化了烟气脱硝效果，在提升机组经济性的同时，优化了机组的环保性能，确保了机组在电力系统调峰、调频过程中运行的可靠性；
19.三、本发明优化了机组零号高压加热器的供汽方式，以汽包中的饱和蒸汽替代由汽轮机引出的过热蒸汽，减小加热器内部的传热端差，降低加热器内部金属的热应力，充分保证了零号加热器运行的安全性和可靠性。同时，采用饱和蒸汽有效降低回热抽汽管道的减温减压作用，进一步优化机组运行的经济性。本发明优化的对象为国内现存的汽包炉燃煤机组，其改造难度与改造成本较低，市场前景广泛，且国内机组的推广普及应用也较为简单。
附图说明
20.图1是本发明实施例一提供的汽包炉燃煤机组零号高压加热器供汽系统的热力系统图；
21.图中：100、锅炉；110、锅炉汽包；210、高压缸；220、中压缸；230、低压缸一；240.低压缸二；300、零号高压加热器；310、一号高压加热器；320、二号高压加热器；330、三号高压加热器；340、除氧器；350、一号低压加热器；360、二号低压加热器；370、三号低压加热器；
410、主给水泵；420、给水前置泵；430、凝结水泵；500、调节阀；510、一号高压关断阀；520、二号高压关断阀；530、三号高压关断阀；540、除氧关断阀；550、一号低压关断阀；560、二号低压关断阀；570、三号低压关断阀；610、高压缸主调门；620、中压缸主调门；630、凝结水调阀；710、高压缸主汽门；720、中压缸主调门；730、零号关断阀；910、凝汽器一；920、凝汽器二。
具体实施方式
22.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
23.实施例一：
24.下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明，针对现有零号加热器技术存在的节能效果不足，本实施例公开了汽包炉燃煤机组新型零号高压加热器供汽系统及运行方法，将零号高压加热器技术引入汽包炉机组，同时针对汽包炉的系统特点，优化零号高压加热器的供汽位置选择，提升零号高压加热器技术的节能效果，优化机组的热耗率、循环效率及烟气脱硝效果。
25.汽包炉燃煤机组新型零号高压加热器供汽系统及运行方法，其技术方案为：
26.本发明中以600mw亚临界燃煤机组采用三缸四排汽布置为例进行阐述，如图1所示，汽包炉燃煤机组，包括锅炉100、汽轮机、发电系统(发电系统包括主发电机、主变压系统、励磁系统以及厂用电回路，图中未标出)和汽水循环系统(汽水循环系统包括回热系统、凝结水系统以及给水系统)，汽水循环系统包括回热系统、凝结水系统以及给水系统，回热系统是指由汽轮机引出的一部分蒸汽用于加热释放过潜热的给水，提高整个汽水循环过程的运行效率。
27.汽轮机包括依次同轴连接的高压缸210、中压缸220、低压缸一230和低压缸二240，蒸汽依次经过高压缸主汽门710和高压缸主调门610后，进入高压缸210；高压缸210中排汽返回锅炉中的再热系统，再热系统提供的蒸汽依次经过中压缸主汽门720和中压缸主调门620后，进入中压缸220。
28.凝结水系统包括凝汽器本体、凝汽器抽真空以及主凝结水阀的控制，凝汽器本体的作用是对来自低压缸排汽进行冷凝，释放排汽的潜热；凝汽器抽真空包括汽室抽真空和水室抽真空，汽室抽真空的过程将凝汽器汽室中的不凝结气体排出，保证汽水循环过程的水质，水室抽真空是为了机组启动时，建立凝汽器水室的虹吸效果，保证循环水系统的稳定运行；主凝结水阀控制主凝结水流量，从而维持除氧器340水位的稳定；凝汽器本体的热井水位由补水阀与溢流阀控制，设定热水水位补水液位以及溢流阀开启液位。
29.本发明中，低压缸一230连接凝汽器一910，凝汽器一910连接凝汽器二920；低压缸二240也连接凝汽器二920；凝汽器二920依次与凝结水泵430、凝结水调阀630和三号低压加热器370相连接。
30.给水系统包括主给水泵410和给水前置泵420，其主要功能是将来自除氧器340经过热力除氧的主给水加压送至高压加热器、省煤器以及后续加热系统。给水路为：各个高压加热器和各个低压加热器中的排汽均进入除氧器340进行热力除氧，形成循环给水，依次经过给水前置泵420、主给水泵410、三号高压加热器330、二号高压加热器320、一号高压加热器310和零号高压加热器300加热后，与锅炉汽包110的水冷壁入口相连通。
31.本发明中，回热系统包括多级回热加热器，优选包括四台高压加热器(即零号高压加热器300、一号高压加热器310、二号高压加热器320和三号高压加热器330，高压缸210中的部分蒸汽经过一号高压关断阀510与一号高压加热器310的加热蒸汽入口相连通，高压缸210中还有部分蒸汽经过二号高压关断阀520与二号高压加热器320的加热蒸汽入口相连通)、一台除氧器340和三台低压加热器(即一号低压加热器350、二号低压加热器360、三号低压加热器370，中压缸220中的部分蒸汽经过三号高压关断阀530与三号高压加热器330的加热蒸汽入口相连通；中压缸220中部分蒸汽经过除氧关断阀540，进入除氧器340；低压缸一230和低压缸二240中部分蒸汽经过一号低压关断阀550与一号低压加热器350的加热蒸汽入口相连通，低压缸一230中部分蒸汽经过二号低压关断阀560与二号低压加热器360的加热蒸汽入口相连通；低压缸二240中还有部分蒸汽经过三号低压关断阀570与三号低压加热器370的加热蒸汽入口相连通)，通过加热器多级布置来减小蒸汽与给水的换热端差。
32.如图1所示，汽包炉燃煤机组新型零号高压加热器供汽系统，由锅炉汽包110引出的饱和蒸汽送入零号高压加热器300的加热蒸汽入口。这里以饱和蒸汽替代高压缸过热蒸汽，降低了加热器内的汽水换热端差，提高了加热器的换热效率，提升了整个机组运行的经济性。同时，以饱和蒸汽作为加热蒸汽可以有效降低加热器内部金属的热应力，充分保证了零号高压加热器300运行的安全性和可靠性，进一步延长了零号高压加热器300金属结构的使用寿命。
33.需要说明的是，在零号高压加热器300的供汽管道上布置有调节阀500，布置调节阀500用于在部分负荷运行时，调节进入零号高压加热器300的蒸汽压力，控制加热器出口的给水温度在合理范围内。在零号高压加热器300的供汽管道上调节阀500前布置有零号关断阀730，布置零号关断阀730的目的是保证零号高压加热器300与锅炉汽包110的运行安全，在零号高压加热器300故障解列时，隔离零号高压加热器300与锅炉汽包110。零号高压加热器300疏水采用逐级自流方式，汇入一号高压关断阀510后继续逐级自流，最终汇总至除氧器340。本发明所列机组汽机形式、高加方案及低加布置方案针对600mw亚临界机组，600mw及以下单机容量的燃煤机组汽机布置形式、回热系统布置方案可根据制造厂商提供的方案进行更改。
34.汽包炉燃煤机组新型零号高压加热器供汽系统运行方法，包括以下步骤：
35.步骤1、当机组负荷高于85％，此时，一号高压加热器310出口的给水温度本身处于较高水平，零号高压加热器300抽汽管道调节阀500维持5％开度即可，无需进行调整。
36.步骤2、当机组负荷处于10％～85％之间时，通过pid控制器，调节零号高压加热器300抽汽管道调节阀500以维持加热器入口的蒸汽压力与设定值保持一致，提高零号高压加热器300水侧出口的给水温度。需要指明的是，最终进入省煤器的温度需要处于欠饱和状态以维持锅炉的水动力循环，与饱和温度的差值应保持在35℃以上，机组负荷低于10％后，切除该加热器，不再投用。
37.步骤3、当机组出现高压加热器(一号高压加热器310、二号高压加热器320或三号高压加热器330)解列或者零号高压加热器300运行故障时，抽汽管道上的关断阀(一号高压关断阀510、二号高压关断阀520或三号高压关断阀530)和调节阀500迅速关闭，规避安全风险。
38.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人
员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。