一种燃煤电厂快速启动系统及运行方法

1.本发明涉及燃煤电站技术领域，具体涉及一种燃煤电厂快速启动系统及运行方法。


背景技术：

2.随着可再生能源的不断发展，可再生能源发电的容量也在不断提高。由于可再生能源具有随机性和不可预测的特点，可再生发电对电网的稳定性产生了不利的影响，由于目前电网的调峰任务主要由燃煤电厂承担，因此电厂的调峰任务也日益增加。
3.电厂调峰主要通过快速变负荷和启停等方法实现，提高燃煤电厂的启动速度、降低启动过程的能量消耗有利于提高燃煤电厂的调峰性能，现有机组均采用锅炉与汽轮发电机组联合启动技术，在锅炉产生蒸汽的参数未达到启动汽轮机要求之前，汽轮机无法启动，导致启动时间增加，且不合格的蒸汽会经过旁路，送至凝汽器中，造成能量的浪费。因此，如何提高燃煤电厂的启动时间，降低启动能耗是提高燃煤电厂灵活性亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述不足，提供一种燃煤电厂快速启动系统及运行方法，通过在启动过程中，利用熔融盐储热系统储存的热量来提高主蒸汽的温度，使汽轮机提前预热，降低电厂的启动时间，减少能量的消耗，有利于提高电厂的灵活性。
5.为了达到上述目的，一种燃煤电厂快速启动系统，包括锅炉，锅炉连接蒸汽—熔融盐换热器、汽轮机组和凝汽器，锅炉与蒸汽—熔融盐换热器的连接管路上设置有主蒸汽旁路进口阀门，锅炉与汽轮机组的连接管路上设置有汽轮机进汽调节阀，锅炉与凝汽器的连接管路上设置有汽轮机旁路阀，锅炉的主蒸汽送入蒸汽—熔融盐换热器的热源侧，蒸汽—熔融盐换热器冷源侧出口连接高温储热罐和低温储热罐，高温储热罐和低温储热罐的出口均连接蒸汽—熔融盐换热器冷源侧入口，蒸汽—熔融盐换热器的热源侧出口通过管路连接凝汽器，汽轮机组连接凝汽器。
6.蒸汽—熔融盐换热器与高温储热罐的连接管路上设置有高温储热罐进口调节阀，高温储热罐与蒸汽—熔融盐换热器的连接管路上设置有高温熔融盐泵和高温储热罐出口调节阀。
7.蒸汽—熔融盐换热器与低温储热罐的连接管路上设置有低温储热罐进口调节阀，低温储热罐与蒸汽—熔融盐换热器的连接管路上设置有低温熔融盐泵和低温储热罐出口调节阀。
8.汽—熔融盐换热器与汽轮机组的连接管路上设置有主蒸汽旁路出口阀门，蒸汽—熔融盐换热器与凝汽器的连接管路上设置有主蒸汽旁路排气阀。
9.锅炉与凝汽器的连接管路上设置有旁路减温器。
10.凝汽器连接凝结水泵，凝结水泵连接回热加热器组，回热加热器组连接给水泵，给水泵连接给水调节阀，给水调节阀连接锅炉，汽轮机组的抽汽出口通过管路连接回热加热
器组。
11.蒸汽—熔融盐换热器热源侧入口连接相邻机组，相邻机组与蒸汽—熔融盐换热器的连接管路上设置有邻机补汽减温器和邻机补汽调节阀。
12.一种燃煤电厂快速启动系统的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：
13.在机组停机过程中，调节主蒸汽旁路进口阀门，使得进入汽轮机组的蒸汽流量达到汽轮机组降负荷速率的要求，锅炉产生的多余蒸汽则通过主蒸汽旁路进口阀门进入蒸汽—熔融盐换热器，控制进入蒸汽—熔融盐换热器的熔融盐流量，使得进入高温储热罐的熔融盐温度高于低限值，在蒸汽—熔融盐换热器中换热后的低温蒸汽汇入凝汽器；若进入蒸汽—熔融盐换热器的蒸汽温度低于设定值，或高温储热罐的熔融盐质量达到高限值时，使得锅炉产生的多余蒸汽汇入凝汽器。
14.在机组启动过程中，在锅炉产生的蒸汽压力达到汽轮机组的启动要求、但蒸汽温度未达到汽轮机组的启动要求时，同时高温储热罐的熔融盐储量高于30％时，开启主蒸汽旁路进口阀门和主蒸汽旁路出口阀门，使锅炉产生的蒸汽进入蒸汽—熔融盐换热器，同时开启高温熔融盐泵、高温储热罐出口调节阀和低温储热罐进口调节阀，利用储存在高温储热罐的熔融盐对锅炉产生的蒸汽进行加热，使加热后的蒸汽温度达到汽轮机组的启动要求，从而使汽轮机组提前启动；在这个过程中，比较锅炉产生蒸汽流量与汽轮机组预计消耗的蒸汽流量，如果锅炉产生的蒸汽流量高于汽轮机组预计消耗的蒸汽流量，则多余的蒸汽d
bp
汇入凝汽器，如果锅炉产生的蒸汽流量低于汽轮机组预计消耗的蒸汽流量，则打开邻机补汽调节阀，补充锅炉缺少的蒸汽d
cs
；
15.进入蒸汽—熔融盐换热器的高温熔融盐流量需要通过能量守恒进行计算，首先获取高温储热罐的温度t
ht
，并设定进入低温储热罐18的熔融盐温度利用熔融盐物性计算得到熔融盐焓值，获得蒸汽的温度和压力后利用水蒸气物性计算得到蒸汽焓值，最后得到高温熔融盐泵流量的目标值为：
[0016][0017]
式中：d
bl
为锅炉出口蒸汽流量，h
bl
为锅炉出口蒸汽焓值，d
cs
为相邻机组的补汽流量，h
cs
为相邻机组的补汽焓值，d
bp
为汽轮机旁路阀的蒸汽流量，d
tb
为进入汽轮机组的蒸汽流量，h
tb
为进入汽轮机组的蒸汽焓值，通过进入汽轮组的蒸汽温度t
tb
和蒸汽压力p
tb
查物性参数获得，h
ht
为高温储热罐的出口熔融盐焓值，h
ct
为进入低温储热罐的熔融盐焓值；
[0018]
在获得高温熔融盐泵流量的目标值后，通过pid控制调整高温熔融盐泵15的流量至目标值以进入汽轮机的蒸汽温度t
tb
和设定温度的差值反馈至控制器，通过pid控制调节主蒸汽旁路进口阀门的流量d
mb
，主蒸汽旁路进口阀门阀门信号的传递函数为：
[0019][0020]
式中u(s)为主蒸汽旁路进口阀门的控制信号，k
p
、ti和td分别为控制器的比例、积分和微分增益。
[0021]
在锅炉产生的蒸汽压力和温度均达到汽轮机组的启动要求后，关闭主蒸汽旁路进口阀门和主蒸汽旁路出口阀门，开启汽轮机进汽调节阀，使锅炉产生的蒸汽通过汽轮机进汽调节阀进入汽轮机组。
[0022]
在机组停机过程中，进入蒸汽—熔融盐换热器的蒸汽最低温度为370℃。
[0023]
与现有技术相比，本发明在电厂停机过程中，回收部分旁路蒸汽，并储存于储热系统，降低了电厂的能量损失；本发明在启动过程中，通过利用回收的能量的蒸汽提升锅炉产生蒸汽的参数，使汽轮机能够提前启动，也使得未达到汽轮机启动要求的主蒸汽得以回收利用，本发明可以提高燃煤机组的启动速率，减少了电厂的启动时间，降低启动能耗，提高燃煤机组的灵活性。
[0024]
进一步的，本发明能够通过相邻机组的蒸汽提升锅炉产生蒸汽的参数，减少旁路能量损失。
附图说明
[0025]
图1为本发明的系统图；
[0026]
其中，1、锅炉，2、主蒸汽旁路进口阀门，3、汽轮机进汽调节阀，4、汽轮机旁路阀，5、汽轮机组，6、凝汽器，7、凝结水泵，8、回热加热器组，9、给水泵，10、给水调节阀，11、蒸汽—熔融盐换热器，12、主蒸汽旁路出口阀门，13、主蒸汽旁路排气阀，14、高温储热罐，15、高温熔融盐泵，16、高温储热罐出口调节阀，17、低温储热罐进口调节阀，18、低温储热罐，19、低温熔融盐泵，20、低温储热罐出口调节阀，21、高温储热罐进口调节阀，22、旁路减温器，23、邻机补汽调节阀，24、邻机补汽减温器，25、相邻机组。
具体实施方式
[0027]
下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0028]
参见图1，一种燃煤电厂快速启动系统，包括锅炉1，锅炉1连接蒸汽—熔融盐换热器11、汽轮机组5和凝汽器6，锅炉1与蒸汽—熔融盐换热器11的连接管路上设置有主蒸汽旁路进口阀门2，锅炉1与汽轮机组5的连接管路上设置有汽轮机进汽调节阀3，锅炉1与凝汽器6的连接管路上设置有汽轮机旁路阀4，锅炉1的主蒸汽送入蒸汽—熔融盐换热器11的热源侧，蒸汽—熔融盐换热器11冷源侧出口连接高温储热罐14和低温储热罐18，高温储热罐14和低温储热罐18的出口均连接蒸汽—熔融盐换热器11冷源侧入口，蒸汽—熔融盐换热器11的热源侧出口通过管路连接凝汽器6，汽轮机组5连接凝汽器6。锅炉1与凝汽器6的连接管路上设置有旁路减温器22。
[0029]
蒸汽—熔融盐换热器11与高温储热罐14的连接管路上设置有高温储热罐进口调节阀21，高温储热罐14与蒸汽—熔融盐换热器11的连接管路上设置有高温熔融盐泵15和高温储热罐出口调节阀16。蒸汽—熔融盐换热器11与低温储热罐18的连接管路上设置有低温储热罐进口调节阀17，低温储热罐18与蒸汽—熔融盐换热器11的连接管路上设置有低温熔融盐泵19和低温储热罐出口调节阀20。汽—熔融盐换热器11与汽轮机组5的连接管路上设置有主蒸汽旁路出口阀门12，蒸汽—熔融盐换热器11与凝汽器6的连接管路上设置有主蒸汽旁路排气阀13。
[0030]
凝汽器6连接凝结水泵7，凝结水泵7连接回热加热器组8，回热加热器组8连接给水泵9，给水泵9连接给水调节阀10，给水调节阀10连接锅炉1，汽轮机组5的抽汽出口通过管路连接回热加热器组8。
[0031]
蒸汽—熔融盐换热器11热源侧入口连接相邻机组25，相邻机组25与蒸汽—熔融盐
换热器11的连接管路上设置有邻机补汽减温器24和邻机补汽调节阀23。
[0032]
高温储热罐14和低温储热罐18的工质为熔融盐，高温储热罐14的工质最低温度为370℃，低温储热罐18的工质最低温度为240℃。
[0033]
一种燃煤电厂快速启动系统的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0034]
所述的锅炉1的出口分为三个支路，第一个支路与主蒸汽旁路进口阀门2的进口相连接，第二支路与汽轮机进汽调节阀3的进口相连接，第三个支路与汽轮机旁路阀4的进口相连接；主蒸汽旁路进口阀门2的出口与邻机补汽调节阀23的出口汇合，并与蒸汽—熔融盐换热器11的蒸汽进口相连接，蒸汽—熔融盐换热器11的蒸汽出口分为两个支路，分别与主蒸汽旁路出口阀门12的进口以及主蒸汽旁路排气阀13的进口相连接，汽轮机进汽调节阀3的出口与主蒸汽旁路出口阀门12的出口汇合，并与汽轮机组5的进口相连接，汽轮机旁路阀4的出口则与主蒸汽旁路排气阀13的出口汇合，并经过旁路减温器22与凝汽器6的蒸汽进口相连接；汽轮机组5的乏汽出口与凝汽器6的乏汽进口相连接，汽轮机组5的抽汽出口则与回热加热器组8的蒸汽进口相连接，凝汽器6的凝结水出口经过凝结水泵7与回热加热器组8的给水进口相连接，回热加热器组8的给水出口则通过给水调节阀10与锅炉1的进口相连接；蒸汽—熔融盐换热器11的熔融盐出口分为两个支路，第一个支路经过高温储热罐进口调节阀21与高温储热罐14的进口相连接，高温储热罐14的出口则经过高温熔融盐泵15与高温储热罐出口调节阀16的进口相连接，另一个支路经过低温储热罐进口调节阀17与低温储热罐18的进口相连接，低温储热罐18的出口则经过低温熔融盐泵19与低温储热罐出口调节阀20相连接；高温储热罐出口调节阀16的出口与高温储热罐出口调节阀16的出口汇合，与蒸汽—熔融盐换热器11的熔融盐进口相连接。
[0035]
所述的一种燃煤电厂快速启动系统的运行方法，在机组停机过程中，打开主蒸汽旁路进口阀门2、汽轮机进汽调节阀3、主蒸汽旁路排气阀13、低温熔融盐泵19、低温储热罐出口调节阀20和高温储热罐进口调节阀21，关闭汽轮机旁路阀4、主蒸汽旁路出口阀门12、高温熔融盐泵15、高温储热罐出口调节阀16、低温储热罐进口调节阀17和邻机补汽调节阀23，调节主蒸汽旁路进口阀门2，使得进入汽轮机组5的蒸汽流量达到汽轮机组5降负荷速率的要求，锅炉1产生的多余蒸汽则通过主蒸汽旁路进口阀门2进入蒸汽—熔融盐换热器11，通过调节低温熔融盐泵19，控制进入蒸汽—熔融盐换热器11的熔融盐流量，使得进入高温储热罐14的熔融盐温度高于360℃，蒸汽在蒸汽—熔融盐换热器11中换热后，通过旁路排气阀13和旁路减温器22汇入凝汽器6，在进入蒸汽—熔融盐换热器11的蒸汽温度低于360℃，关闭主蒸汽旁路进口阀门2、低温熔融盐泵19、低温储热罐出口调节阀20和高温储热罐进口调节阀21，打开汽轮机旁路阀4，使得锅炉1产生的多余蒸汽通过主蒸汽旁路排气阀13和旁路减温器22后汇入凝汽器6。
[0036]
在机组启动过程中，特别是在汽轮机组5升转速前的阶段，如果锅炉1产生的蒸汽压力达到设定值、但是温度未达到设定值，打开主蒸汽旁路进口阀门2、主蒸汽旁路出口阀门12、高温熔融盐泵15、高温储热罐出口调节阀16和低温储热罐进口调节阀17，关闭主蒸汽旁路排气阀13、低温熔融盐泵19、低温储热罐出口调节阀20和高温储热罐进口调节阀21，在此阶段控制的目标为，通过利用高温储热罐14的储热，提高锅炉1产生的蒸汽温度，使得蒸汽的温度达到汽轮机组5的启动要求。
[0037]
在这个过程中，比较锅炉1产生蒸汽流量与汽轮机组5预计消耗的蒸汽流量，如果
锅炉1产生的蒸汽流量高于汽轮机组5预计消耗的蒸汽流量，则多余的蒸汽d
bp
汇入凝汽器6，如果锅炉1产生的蒸汽流量低于汽轮机组5预计消耗的蒸汽流量，则打开邻机补汽调节阀23，补充锅炉1缺少的蒸汽d
cs
；
[0038]
进入蒸汽—熔融盐换热器11的高温熔融盐流量需要通过能量守恒进行计算，首先获取高温储热罐14的温度t
ht
，并设定进入低温储热罐18的熔融盐温度利用熔融盐物性计算得到熔融盐焓值，获得蒸汽的温度和压力后利用水蒸气物性计算得到蒸汽焓值，最后得到高温熔融盐泵15流量的目标值为：
[0039][0040]
式中：d
bl
为锅炉1出口蒸汽流量，h
bl
为锅炉1出口蒸汽焓值，d
cs
为相邻机组25的补汽流量，h
cs
为相邻机组25的补汽焓值，d
bp
为汽轮机旁路阀4的蒸汽流量，d
tb
为进入汽轮机组5的蒸汽流量，h
tb
为进入汽轮机组5的蒸汽焓值，通过进入汽轮组5的蒸汽温度t
tb
和蒸汽压力p
tb
查物性参数获得，h
ht
为高温储热罐14的出口熔融盐焓值，h
ct
为进入低温储热罐18的熔融盐焓值；
[0041]
在获得高温熔融盐泵15流量的目标值后，通过pid控制调整高温熔融盐泵15的流量至目标值以进入汽轮机的蒸汽温度t
tb
和设定温度的差值反馈至控制器，通过pid控制调节主蒸汽旁路进口阀门2的流量d
mb
，主蒸汽旁路进口阀门2阀门信号的传递函数为：
[0042][0043]
式中u(s)为主蒸汽旁路进口阀门2的控制信号，k
p
、ti和td分别为控制器的比例、积分和微分增益。
[0044]
在锅炉1产生的蒸汽压力和温度均达到汽轮机组5的启动要求后，关闭主蒸汽旁路进口阀门2和主蒸汽旁路出口阀门12，开启汽轮机进汽调节阀3，使锅炉1产生的蒸汽通过汽轮机进汽调节阀3进入汽轮机组5。
[0045]
在机组停机过程中，进入蒸汽—熔融盐换热器11的蒸汽最低温度为370℃。
[0046]
通过使用本系统和方法，可以储存燃煤电厂停机时的旁路损失，并在电厂启动过程中，通过利用储热加热主蒸汽，提高主蒸汽的温度，使得主蒸汽尽快达到汽轮机的启动要求，减少了电厂的启动时间，同时不合格的主蒸汽由于被加热利用，减少了启动过程中的能量损失，提高了电厂的启动效率，增加了电厂的灵活性。