CN102537933B - 一种用于汽轮发电机组的可调式给水回热*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于汽轮发电机组的调节式给水回热***，包括汽轮机的高压缸及在高压缸上增设的远高于通常最高抽汽压力的末级抽汽口，以增设的抽汽为热源的末级给水加热器，与末级抽汽口及末级给水加热器相连的抽汽管道及抽汽管道上的调节阀门。做过功的一部分蒸汽通过末级抽汽管道引至末级给水加热器，以进一步加热锅炉的给水。本发明的回热***是一种弹性回热***，可在机组变负荷状态下维持或改变给水温度，从而提高机组环保性、经济性和安全性并完善调频特性。

Description

一种用于汽轮发电机组的可调式给水回热***

技术领域

本发明涉及一种可调式给水回热***，用于汽轮发电机组。

背景技术

近年来，随着我国经济的快速发展和人民生活水平的显著提高，各行业生产用电和民生用电都迅速增长，电网峰谷差急剧加大，为了保证电网的安全供电和电能质量，电网必须备有足够的调峰能力，既能迎高峰又能就低谷。在我国，由于燃煤发电机组在整个发电总装机中占了73％以上，因而使大型火电机组不得不承担着电网扩大调峰能力的任务，因而常处于不同负荷阶段运行。同时，燃煤火电厂又是污染物排放大户，火电厂的烟气脱硫、脱硝已成为我国“节能减排”的一项重要工作。对于脱硝技术，目前SCR法(选择性催化还原法)是国际上应用最多、技术最成熟的一种烟气脱硝技术。采用SCR法脱硝，当锅炉处于低负荷运行的时候，SCR脱硝***的反应器入口温度可能会下降到低于催化剂的工作温度区间，此时SCR脱硝***就不得不退出运行，一般在60％额定负荷以下就停运SCR脱硝***。而机组负荷越低，产生的污染物NOx值越高，而此时脱硝***却已退出运行。根据中国目前大型火电机组要参与调峰的现状，机组往往很多时候处于低负荷运行状态。因而在现有条件下，脱硝***利用率并不高，机组环保水平也因此而打折扣。

同时，由于机组变负荷运行，当机组处于低负荷时，抽汽压力降低，对应给水温度降低，导致锅炉平均吸热温度降低，从而降低了机组的热力循环热效率，使机组经济性降低，同等发电量下，效率低的机组所对应的污染物排放量要相对增加。

此外，由于机组需要变负荷运行，汽轮机的主蒸汽调节阀经常处于节流状态，这增加了机组的效率损失。尤其是对大型的高参数直流锅炉，一方面由于其蓄热量小，负荷调节响应特性差；另一方面，由于负荷的快速变化导致锅炉压力相应变化，继而水冷壁内汽水温度及后续受热面的蒸汽温度亦快速变化，从而使这些受热面内外壁面的温度梯度急剧变化，产生应力冲击。由于高参数机组受热面大多采用合金钢，受材料的限制，其材料本身设计安全裕度不大，因而调频所导致受热面温度的频繁变化影响了设备的使用寿命，对锅炉运行存在安全隐患。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种可调式给水回热***，减少机组运行时污染物的排放，提高变负荷运行时的经济性，且完善机组调频特性以满足电网调频的要求。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的是机组处于低负荷状态时脱硝***需要停运的问题，同时改善机组的低负荷经济性，完善机组的调频特性。

为实现上述目的，本发明提供了一种可调式给水回热***，至少包括：汽轮机的高压缸、抽汽管道、以所述高压缸的抽汽为热源的末级给水加热器及所述抽汽管道上的调节阀门，还包括：在所述高压缸上增设的末级抽汽口，所述末级抽汽口的抽汽压力比常规的所述高压缸的最高的抽汽压力更高；增设的末级抽汽管道，所述末级抽汽管道与所述末级抽汽口相连；增设的末级给水加热器，做过功的一部分蒸汽通过所述末级抽汽管道引至所述末级给水加热器，用以进一步加热锅炉的给水；以及抽汽调节阀，所述抽汽调节阀安装在增设的所述末级抽汽管道上，用于对所述末级抽汽管道的抽汽进行调节，可保持所述抽汽调节阀后的压力在变负荷时基本不变，并通过所述末级给水加热器维持所述锅炉的所述给水的温度基本不变。

较佳地，所述抽汽调节阀的开度大小还可跟随负荷控制指令而变化，以使所述回热***参与调频。

在本发明的较佳实施方式中，所述末级给水加热器与最高不调节抽汽压力对应的常规给水加热器串联连接。

本发明的可调式给水回热***是一种可在机组变负荷状态下维持或改变给水温度的有效措施，从而提高机组环保性、经济性和安全性并完善调频特性，成为一种弹性回热***，具有以下优点及技术效果：

(1)由于在不同负荷下，平均给水温度能维持基本一致，因而在低负荷下，给水温度相对显著提高，省煤器后烟气温度亦相对升高，这样即使在低负荷下进入脱硝***反应器的入口烟气温度仍然较高，可使催化剂的工作温度仍在正常区间，这能使脱硝***(SCR)不再需要退出运行，大大提高了脱硝***的利用率，显著提升了机组的环保水平。

(2)在低负荷运行时，弹性回热***的使用，增加了回热抽汽量，降低了冷源损失；给水温度相对提高，提高了锅炉平均吸热温度；从而使机组循环热效率得以提高。另外，回热抽汽的增加，相应增加了同等负荷下的主蒸汽流量，对于滑压运行的机组，主蒸汽压力也会相对提高，故平均吸热温度亦相应提高，机组效率亦得以提高。显然负荷越低，此发明技术相对获得的效益越大。随着机组参数的不断提高，抽汽的单位有效焓降亦相应提高，使得本发明所产生的边际效益增加。

(3)回转式空气预热器的转动部分与固定部分存在一定间隙，当转子受热后会产生蘑菇型变形，使间隙增大，特别是对于采用冷端密封不调节方式的锅炉，低负荷的漏风率会随着冷端间隙的增大而增加。在采用本发明的弹性回热***后，在低负荷运行时的给水温度相对提高，省煤器后烟气温度亦相对升高，即在不同低负荷运行时，进入空气预热器的烟气温度相对变化小，因而空气预热器的变形量的变化小，其漏风间隙相对变化小，漏风率相对低，从而相对提升了空气预热器换热效率，从而提高了锅炉效率，同时相对降低了风机功率消耗。

(4)由于在低负荷运行时的给水温度相对提高，省煤器后烟气温度亦相对升高，使进入空预器的烟气温度相对升高，从而使一次风和二次风的热风温度相对提高。这一方面提高了制粉***的干燥出力，另一方面又提高了锅炉的低负荷稳燃性能，提高了锅炉运行安全性。

(5)对于直流锅炉，水冷壁存在着水动力特性的不稳定性问题，尤其是在低负荷运行时，水动力特性更不稳定。采用本发明的弹性回热***后，给水温度相对提高，减少了水冷壁入口欠焓，有利于水动力的稳定，从而提高了锅炉的低负荷运行安全性。

(6)采用本发明的弹性回热***后，在调频过程中，可通过调节抽汽暂态变化量来调节汽轮机的暂态作功变化，从而相应改变发电机的输出功率。而后待锅炉热负荷调节到位后抽汽量恢复正常。由于给水温度最终维持不变，基于锅炉省煤器巨大的蓄热能力，因而省煤器出口温度能基本不变，而给水管系及省煤器等多采用普通钢，其能承受的热应力远大于合金钢。从而能提高汽轮机的调频经济性，锅炉的变负荷运行安全性和设备的使用寿命。

此外，本发明的弹性回热***还具有减少再热器压降等其它优势。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的实施方式的原理示意图；

图2是本发明一个具体实施例的结构示意图；

具体实施方式

本发明的弹性回热***是在现有的回热***基础上，在高压缸上增设一抽汽压力更高的抽汽口及相应抽汽管道并增设一个高压给水加热器组成。该***将做过功的一部分蒸汽通过增设的抽汽管道引至该给水加热器，用以加热锅炉的给水，而其疏水流向前级给水加热器，并在增设的抽汽管道上安装一抽汽调节阀门，对抽汽进行调节，在通常的负荷变化范围内可保持抽汽调节阀后的压力基本不变，以维持给水温度基本不变。本发明按给水流向对给水加热器的顺序进行编号，故该高压给水加热器又称为末级给水加热器，相应地，对应于末级给水加热器的抽汽口和抽汽管道称为末级抽汽口和末级抽汽管道。

现有的回热***如图1中虚线框内所示。前级给水加热器5指的是现有的回热***10中已有的给水加热器，其可能为一个或多个给水加热器，对锅炉的给水B进行加热。前级给水加热器5与高压缸1通过抽汽管道3相连，若前级给水加热器5为多个给水加热器时，抽汽管道3也相应地为与高压缸1相连的多根管道。

本发明中采用了调节阀和截断阀两个不同的术语来描述各个管道的流体控制装置，其中调节阀表示其开度可以调节，截断阀在正常情况下则只有全开和全关两种状态。

末级抽汽口20的位置与高压缸已有的抽汽口2位置相比，更靠近主蒸汽入口A，以获得更高的抽汽压力。

本发明采取的技术方案如图1所示，加装的弹性回热***，由在高压缸1上增设的一个末级抽汽口20、末级抽汽管道30、抽汽管道上的调节阀31和末级给水加热器50组成。

在设定的负荷变化范围内的任意稳定负荷时，通过调节阀31的调节作用，可维持调节阀31后的抽汽压力基本不变，从而保证末级给水加热器50的出口给水温度基本不变。在参与调频时，通过调节阀31控制进入末级给水加热器50的抽汽暂态变化量，来调节汽轮机的暂态作功变化：当负荷要求降低时，开大调节阀31直至全开，使抽汽量增加；反之，当要求升负荷时，则关小调节阀31，使抽汽量减少，排挤抽汽回高压缸1多作功。在调频加、减负荷中，由于对称性，抽汽量的改变导致的汽轮机效率的改变可相互抵消，其平均值不变，故调频本身并不影响机组的经济性。

由于在不同负荷运行时，给水温度相对提高，机组经济性也相应提高，负荷越低，给水温度相对提高越大，因而相对获得的效益也就越高，以某1000MW超超临界机组的500MW工况为例进行计算，原***500MW工况下相关设计数据如表1所示：

表1  原***相关设计数据

工况(MW)	500
		给水压力(bar)	156.44
给水温度(℃)	249.2
		主蒸汽流量(kg/s)	358.819
主蒸汽压力(bar)	126.54
		主蒸汽温度(℃)	600
高压缸排汽温度(℃)	376.7

再热蒸汽流量(kg/s)	313.52
		冷再蒸汽压力(bar)	29.98
冷再蒸汽温度(℃)	376.7
		热再蒸汽压力(bar)	26.91
热再蒸汽温度(℃)	600
		热耗(KJ/KWH)	7658

加装弹性回热***后，500MW工况相关设计数据如表2所示：

表2  本发明的***相关设计数据

工况(MW)	500
		给水压力(bar)	163.64
给水温度(℃)	289.8
		主蒸汽流量(kg/s)	386.493
主蒸汽压力(bar)	131.44
		主蒸汽温度(℃)	600
高压缸排汽温度(℃)	369.3
		再热蒸汽流量(kg/s)	308.701
冷再蒸汽压力(bar)	29.45
		冷再蒸汽温度(℃)	369.3
热再蒸汽压力(bar)	26.45
		热再蒸汽温度(℃)	600
末级给水加热抽汽流量(kg/s)	33.93
		末级给水加热抽汽压力(bar)	72.33
末级给水加热抽汽温度(℃)	516.4
		热耗(KJ/KWH)	7611

由表1及表2对比，可看出在加装弹性回热***后，在500MW工况下，主蒸汽流量及主蒸汽压力都相应提升，高压缸排汽温度及再热蒸汽流量都相应下降，尤其是给水温度相对升高了40.6℃。总的综合效益是汽机热耗下降47KJ/KWH。

弹性回热***的连接方式可灵活多变，下面的具体实施例只是对弹性回热***的连接方式的举例说明，不应看作对本发明的限制。

如图2所示，加装的弹性回热***，由末级给水加热器50与前级给水加热器5串联，设计通过末级给水加热器50的给水流量为满负荷流量。高加大旁路40构成旁路通道，作为安全措施，与串联在一起的末级给水加热器50和至少一个前级给水加热器5并联。高加大旁路40上安装有控制阀门(图中未示出)。在任意稳定负荷时，通过控制调节阀31来控制进入末级给水加热器的抽汽量，在调频加、减负荷中，由于对称性，给水流量的改变所影响抽汽量的改变导致的机组效率的改变可相互抵消，其平均值不变。

运行方式：

(1)弹性回热***正常运行并参与机组调频运行时，调节阀31事先预留一定节流状态，调节阀31的开度大小可跟随负荷变化而变化。当负荷要求降低时，则开大调节阀31直至全开，使抽汽量增加，从而降低暂态作功能力；反之，当要求升负荷时，则关小调节阀31，使抽汽量减少，排挤抽汽回高压缸1多作功。

(2)弹性回热***的隔绝：从机组安全性角度考虑，一旦弹性回热***出现问题需要停运，给水经过高加大旁路40运行。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种用于汽轮发电机组的可调式给水回热***，至少包括汽轮机的高压缸、末级抽汽管道、以所述高压缸增设的末级抽汽为热源的末级给水加热器及所述末级抽汽管道上的调节阀，其特征在于，还包括：

在所述高压缸上增设的末级抽汽口，所述末级抽汽口的抽汽压力远高于所述高压缸常规的抽汽压力；

增设的末级抽汽管道及末级给水加热器，所述末级抽汽管道与所述末级抽汽口及所述末级给水加热器相连；所述高压缸内做过功的一部分蒸汽通过所述末级抽汽口及所述末级抽汽管道引至所述末级给水加热器，用以进一步加热锅炉给水；以及

抽汽调节阀，所述抽汽调节阀安装在增设的所述末级抽汽管道上，用于对所述末级抽汽管道的抽汽进行节流调节，以保持所述抽汽调节阀后的压力基本不变，相应地使所述末级给水加热器在汽轮机变负荷时仍能维持所述锅炉给水的温度基本不变。

2.如权利要求1所述的可调式给水回热***，其中所述抽汽调节阀的开度大小还可跟随负荷控制指令而变化，以使所述回热***参与汽轮机的功率调节，其中，当要求降负荷时，开大所述抽汽调节阀直至全开，使抽汽量增加；反之，当要求升负荷时，则关小所述抽汽调节阀，使抽汽量减少，排挤抽汽回所述高压缸。

3.如权利要求1所述的可调式给水回热***，其中所述末级给水加热器与所述汽轮机的最高温度等级的常规给水加热器串联连接。