一种利用抽汽加热风粉混合物的调峰系统

技术领域

本发明属于电站锅炉技术领域，尤其涉及一种利用抽汽加热风粉混合物的调峰系统。

背景技术

近年来，随着风电、太阳能等可再生能源的大力发展，可再生能源总发电量不断攀高。由于风光资源量与居民生产用电量存在时空差异，在快速发展风光电的同时，也导致风光资源丰富地区的弃风弃光问题日益突出。燃煤机组作为电力系统调峰主力，提升燃煤机组调峰能力是解决弃风弃光问题最直接有效的手段之一。

燃煤机组调峰能力包含低负荷运行能力和快速变负荷能力。目前大部分燃煤机组变负荷速率为1％/min～2％/min，该指标的提升受限于多种因素，例如制粉系统响应速率、燃烧延迟、传热延迟等。为了提高燃煤机组变负荷速率，业内发明了热水储热、熔盐储热、给水节流、凝结水节流等调节方法，但是储热方法成本较高，给水调节方法受限于汽包水位调节幅度有限。

发明内容

本发明的目的在于：为了克服现有技术问题，公开了一种利用抽汽加热风粉混合物的调峰系统，通过本发明系统的结构设置提高了机组变负荷速率。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种利用抽汽加热风粉混合物的调峰系统，所述调峰系统包括：制粉系统、送粉管道、一次风加热器、煤粉分配器和汽轮机低压缸；

所述制粉系统出口端设有送粉管道，所述送粉管道经一次风加热器与煤粉分配器连通；

所述汽轮机低压缸进汽端接收来自汽轮机中压缸排出的高温蒸汽，且所述汽轮机低压缸进汽端设有抽汽管路，所述抽汽管路与所述一次风加热器连接，向一次风加热器内导入汽轮机中压缸排出的高温蒸汽，进行送粉管道内风、粉混合物的加热，通过调节抽汽管路内抽汽量从而改变汽轮机低压缸进气量，以实现相应机组负荷的迅速改变。

根据一个优选的实施方式，所述抽汽管路上设有抽汽调节阀，用于控制从汽轮机低压缸的进气端的抽汽量。

根据一个优选的实施方式，所述调峰系统还包括：第一低压加热器和第二低压加热器；

所述一次风加热器的排汽端分别经第一低压加热器抽汽管路和第二低压加热器抽汽管路与第一低压加热器和第二低压加热器连接。

根据一个优选的实施方式，所述第一低压加热器抽汽管路上设有第一低压加热器抽汽调节阀。

根据一个优选的实施方式，所述第二低压加热器抽汽管路上设有第二低压加热器抽汽调节阀。

根据一个优选的实施方式，所述第一低压加热器还与汽轮机低压缸连通，且相应连通管路上设有第一调节阀。

根据一个优选的实施方式，所述第二低压加热器还与汽轮机低压缸连通，且相应连通管路上设有第二调节阀。

根据一个优选的实施方式，在系统处于稳态运行时，使用抽汽调节阀调节蒸汽抽汽量，通过第一低压加热器抽汽管路和第二低压加热器抽汽管路调节流量分配，并调节第一调节阀和第二调节阀控制进入第一低压加热器和第二低压加热器的蒸汽量，使第一低压加热器和第二低压加热器出口凝结水温与标况机组一致。

根据一个优选的实施方式，当需要迅速升高负荷时，第一调节阀和第二调节阀全关，迅速关小抽汽调节阀，直接增加汽轮机低压缸进汽量，提高汽轮机低压缸的出力，实现负荷的快速升高；同时，打开第一低压加热器抽汽调节阀和第二低压加热器抽汽调节阀，使得第一低压加热器出口水温不变；

当需提升升负荷速率时，在关小抽汽调节阀的同时，关闭第一低压加热器抽汽调节阀和第二低压加热器抽汽调节阀，此时，进入第一低压加热器和第二低压加热器的凝结水水温持续降低，并在降低至预设值时，重新打开第一低压加热器抽汽调节阀和第二低压加热器抽汽调节阀。

根据一个优选的实施方式，当需要迅速降低负荷时，第一调节阀和第二调节阀全开，迅速开大抽汽调节阀，直接减少汽轮机中压缸进汽量，降低汽轮机中压缸的出力，实现负荷的快速降低，然后关小第一调节阀和第二调节阀，以保证第一低压加热器出口水温不变；

当需提升降负荷速率时，在开大抽汽调节阀的同时，不关小第一调节阀和第二调节阀，此时第一低压加热器、第二低压加热器的凝结水水温持续升高，并在升高至阈值时，关闭第一低压加热器抽汽调节阀和第二低压加热器抽汽调节阀以降低凝结水温度。

前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。

本发明的有益效果：

本发明调峰系统增加了一次风加热器，从汽轮机中压缸排汽中抽取一部分蒸汽加热风粉混合物，在变负荷时通过调节抽汽量达到快速改变汽轮机低压缸进汽量的效果，以此实现快速变负荷。与常规回热系统相比，本发明使用中压缸排汽加热风粉混合物，用加热后的乏汽替代第一低压加热器、第二低压加热器抽汽，低压缸抽汽量不变但抽汽点提前，回热程度增加，热力系统效率提高，抽汽总焓增加，回热系统蓄热量也增加。并且，使用风粉混合物作为额外的蓄热介质，在快速变负荷过程中首先发生变化的是风粉混合物的温度而不是凝结水温度，热力系统运行更稳定。并且，在低负荷时，通过对风粉混合物的加热可以提高煤粉的稳燃性能。与配备额外储热介质的储热系统比，本系统不增加额外的储热装置和介质，系统简单，成本比传统储热装置低。

附图说明

图1是本发明调峰系统的系统结构示意图；

其中，1-制粉系统，2-送粉管道，3-一次风加热器，4-煤粉分配器，5-汽轮机低压缸，6-第一低压加热器，7-第二低压加热器，8-第一调节阀，9-第一低压加热器抽汽调节阀，10-第二调节阀,11-第二低压加热器抽汽调节阀，12-抽汽调节阀。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明要指出的是，本发明中，如未特别写出具体涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等，则本发明涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等均为本领域技术人员在现有技术的基础上，可以不经过创造性劳动可以得知的。

参考图1所示，本发明公开了一种利用抽汽加热风粉混合物的调峰系统，包括：制粉系统1，送粉管道2，一次风加热器3，煤粉分配器4，汽轮机低压缸5，第一低压加热器6,第二低压加热器7，第一调节阀8，第一低压加热器抽汽调节阀9，第二调节阀10,第二低压加热器抽汽调节阀11、抽汽调节阀12。

制粉系统1，送粉管道2，煤粉分配器4，汽轮机低压缸5，第一低压加热器6，第二低压加热器7的布置顺序和常规机组一致，在常规燃煤机组的基础上增加了一次风加热器3，第一调节阀8，第一低压加热器抽汽调节阀9，第二调节阀10,第二低压加热器抽汽调节阀11、抽汽调节阀12。

制粉系统1、送粉管道2，一次风加热器3，煤粉分配器4依次连接，制粉系统产生的煤粉由一次风携带进入送粉管道2，风粉混合物经一次风加热器3加热后进入煤粉分配器4。汽轮机低压缸5的进汽为汽轮机中压缸排汽，抽取部分中压缸排汽进入一次风加热器3，中压缸排汽在一次风加热器3中加热风粉混合物，通过抽汽调节阀12调节抽取的中压缸排汽量。

换热后的蒸汽乏汽分成两路分别进入第一低压加热器6的第一低压加热器抽汽管路和第二低压加热器7的第二低压加热器抽汽管路，通过第一低压加热器抽汽调节阀9和第二低压加热器抽汽调节阀11控制两路蒸汽流量的分配。

第一低压加热器6还与汽轮机低压缸5连通，且相应连通管路上设有第一调节阀8；第二低压加热器7还与汽轮机低压缸5连通，且相应连通管路上设有第二调节阀10。第一调节阀8和第二调节阀10在一次风加热器抽汽量达到最大时关闭，在抽汽量降低时可以选择性的开启第一调节阀8和第二调节阀10，用以调节第一低压加热器6和第二低压加热器7出口的凝结水温度。

在实际使用工作过程中，亚临界燃煤机组配备的热力系统一般配有3级高压加热器、1个除氧器和3级低压加热器，工质温度由高到低依次可成为一号、二号、三号高压加热器、除氧器、五号、六号、七号低压加热器。凝汽器中的凝结水经过凝结水泵增压后依次进入七号、六号、五号低压加热器和除氧器，除氧器出口的工质被称为锅炉给水，经由给水泵加热后依次进入三号、二号、一号高压加热器，最终进入锅炉省煤器。为了工质温度匹配，本发明专利所涉及的是六号和七号低压加热器。

低压加热器：低压加热器的作用是加热来自凝汽器的凝结水，汽包炉一般设置串联的3级低压加热器。进入低压加热器的工质是经过凝结水泵增压后凝结水和从汽轮机中压缸或低压缸抽出的过热蒸汽，两股工质不直接混合，换热后，凝结水进入下一级低压加热器，最终进入除氧器，抽出的过热蒸汽降温凝结，成为疏水最终进入凝汽器。

控制方法：

当本系统正常稳态运行时，使用抽汽调节阀12调节一次风加热器3抽汽量，使用第一低压加热器抽汽调节阀9和第二低压加热器抽汽调节阀11调节流量分配，使用第一调节阀8和第二调节阀10配合抽汽调节阀12调节进入第一低压加热器6和第二低压加热器的蒸汽量，使第一低压加热器6和第二低压加热器出口凝结水温与常规机组一致。

当机组处于较低负荷时，预计需要快速升负荷，可提前将第一调节阀8和第二调节阀10全关，仅从中压缸排汽抽汽。当电网发出升负荷指令后，快速关小抽汽调节阀12，直接增加低压缸进汽量，提高低压缸的出力，实现负荷的快速升高，同时打开第一低压加热器抽汽调节阀9和第二低压加热器抽汽调节阀11使低压加热器出口水温不变。

若需要进一步提高升负荷速率，可以在关小抽汽调节阀12时不打开第一低压加热器抽汽调节阀9和第二低压加热器抽汽调节阀11，此时进入低压加热器的凝结水温度会迅速降低，达到低限后需要及时打开第一低压加热器抽汽调节阀9和第二低压加热器抽汽调节阀11以提高凝结水温度。

当机组处于较高负荷时，预计需要快速降负荷，可提前将第一调节阀8和第二调节阀10全开。当电网发出降负荷指令后，快速开大抽汽调节阀12，直接减少汽轮机低压缸5进汽量，降低汽轮机低压缸5的出力，实现负荷的快速降低，同时关小第一调节阀8和第二调节阀10，以保证第一低压加热器出口水温不变。

若需要进一步提高降负荷速率，可在开大抽汽调节阀12的同时不关小第一调节阀8和第二调节阀10，此时进入低压加热器的凝结水温度会迅速升高，达到高限后需要及时关闭第一低压加热器抽汽调节阀9和第二低压加热器抽汽调节阀11以降低凝结水温度。

需要注意的是，本发明对燃煤机组变负荷速率的提升受限于凝结水温度，第一低压加热器和第二低压加热器所能消纳的抽汽量不能无限制的升高。

本发明调峰系统增加了一次风加热器，从汽轮机中压缸排汽中抽取一部分蒸汽加热风粉混合物，在变负荷时通过调节抽汽量达到快速改变汽轮机低压缸进汽量的效果，以此实现快速变负荷。与常规回热系统相比，本发明使用中压缸排汽加热风粉混合物，用加热后的乏汽替代第一低压加热器、第二低压加热器抽汽，低压缸抽汽量不变但抽汽点提前，回热程度增加，热力系统效率提高，抽汽总焓增加，回热系统蓄热量也增加。并且，使用风粉混合物作为额外的蓄热介质，在快速变负荷过程中首先发生变化的是风粉混合物的温度而不是凝结水温度，热力系统运行更稳定。并且，在低负荷时，通过对风粉混合物的加热可以提高煤粉的稳燃性能。与配备额外储热介质的储热系统比，本系统不增加额外的储热装置和介质，系统简单，成本比传统储热装置低。

实施例1：

以330MW亚临界机组为例，来自汽轮机中压缸的蒸汽(压力0.52MPa，温度285℃，流量767661kg/h)进入汽轮机低压缸5之前设置了一路抽汽，抽取部分蒸汽(流量75000kg/h)进入一次风加热器3，蒸汽在一次风加热器3中将风粉混合物由65℃加热至100℃。

换热后的乏汽(温度183℃)分成两路分别进入第一低压加热器6的第一低压加热器抽汽管路(流量24500kg/h)和第二低压加热器7的第二低压加热器抽汽管路(流量50500kg/h)。

在抽汽管路设置第一调节阀8，在第二低压加热器抽汽管路设置第二调节阀10，第一调节阀8和第二调节阀10在一次风加热器3抽汽量最大时关闭，在一次风加热器3抽汽量降低时可以选择性的开启第一调节阀8和第二调节阀10，用以调节第一低压加热器出口的凝结水温度。当需要切除本系统时，关闭第一低压加热器抽汽调节阀9、第二低压加热器抽汽调节阀11和抽汽调节阀12，打开第一调节阀8和第二调节阀10即可。

控制方法：

当本系统正常稳态运行时，使用抽汽调节阀12调节一次风加热器抽汽量，使用第一低压加热器抽汽调节阀9和第二低压加热器抽汽调节阀11调节流量分配，使用第一调节阀8和第二调节阀10配合抽汽调节阀12调节进入第一低压加热器6和第二低压加热器的蒸汽量，使第一低压加热器6和第二低压加热器7出口凝结水温与常规机组一致，以330MW亚临界机组为例，第一低压加热器出口凝结水温114℃，5号低加出口凝结水温96℃。此时带粉一次风温度可由65℃升高至最高100℃，一次风加热器抽汽量最高为75t/h，约占中压缸排汽总流量的9.8％。

当机组处于较低负荷时，预计需要快速升负荷，可提前将第一调节阀8和第二调节阀10全关，仅从中压缸排汽抽汽。当电网发出升负荷指令后，快速关小抽汽调节阀12，直接增加低压缸进汽量，提高低压缸的出力，实现负荷的快速升高。相应的，风粉混合物温度由100℃降低至最低65℃，第一低压加热器6出口水温降低至最低56℃，此时进入低压加热器的凝结水温度迅速降低，若需要维持低压加热器温度可以通过打开第一低压加热器抽汽调节阀9和第二低压加热器抽汽调节阀11使第一低压加热器出口水温保持114℃不变。

当机组处于较高负荷时，预计需要快速降负荷，可提前将第一调节阀8和第二调节阀10全开。当电网发出降负荷指令后，快速开大抽汽调节阀12，同时关小第一调节阀8和第二调节阀10，直接减少低压缸进汽量，降低低压缸的出力，实现负荷的快速降低。相应的，风粉混合物温度由65℃升高至最高100℃，第一低压加热器出口水温维持114℃不变。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。