一种直流锅炉低负荷稳定运行的水循环系统

1.本发明涉及发电技术领域，具体是一种直流锅炉低负荷稳定运行的水循环系统。


背景技术：

2.为实现我国“碳达峰、碳中和”的战略目标，风能、太阳能等绿色新能源在近几年得到了迅速的发展。新能源发电占我国发电总量的比例在逐年增加。截止2021年，风电与太阳能发电分别同比增长16.6％、20.9％。然而以风能、太阳能为主的新能源发电存在间歇性、随机性和波动性等问题。为保证电网的安全与稳定，需要火力发电方式深度调峰，来减小新能源发电对电网的影响。我国现有火力发电机组以超临界锅炉为主。并且超临界直流锅炉相对自然循环汽包锅炉具有惯性小、自动控制系统先进等优势。这使得直流锅炉成为深度调峰过程中的主力机组。因此，要求直流锅炉可在低负荷状态下稳定工作。然而，直流锅炉在低负荷运行下，存在蒸发管水动力安全性问题，严重时将引发爆管等安全问题。
3.公开号为cn109654471a的发明专利通过在保证给水泵给水流量不变的前提下，提高再循环泵流量的方式，来提高水冷壁的质量流量，以此来解决直流锅炉低负荷运行时，水冷壁质量流量低、热负荷分布不均的水动力问题，但与此同时会造成水冷壁入口干度下降的问题，同时专利cn109654471a通过引用专利cn108613159a中加装笛形管的中间联箱来代替传统中间联箱，从而解决干度下降引起的流量分配不均的问题，但此种方法没有解决水冷壁入口温度降低的问题，而水冷壁入口温度的降低会增加加热段长度，减小蒸发段长度，使得汽水平均比容减小，从而会造成水动力多值性问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种直流锅炉低负荷稳定运行的水循环系统，通过提高水冷壁入口温度，来解决水冷壁水动力多值性问题，确保直流锅炉低负荷下的水动力稳定。
5.本发明的技术方案是：一种直流锅炉低负荷稳定运行的水循环系统，包括汽水分离器、储水箱、再循环泵、高压加热器、给水泵、省煤器、水冷壁、过热器、汽水热交换器、汽轮机和再热器；汽水分离器的疏水出口与储水箱连接，汽水分离器的蒸汽出口与过热器的蒸汽入口连接，储水箱与再循环泵的进水口连接，给水泵的出水口与所述高压加热器的进水口连接，省煤器的出水口设有水冷壁，水冷壁的湿蒸汽出口与汽水分离器的湿蒸汽入口连接；汽水热交换器的进水口分别与所述再循环泵的出水口以及高压加热器的出水口连接，汽水热交换器的出水口与所述省煤器的进水口连接，汽水热交换器的蒸汽出口与所述汽水分离器的湿蒸汽入口连接；汽轮机的高压缸蒸汽入口与所述过热器的蒸汽出口连接；再热器的蒸汽入口与所述汽轮机的高压缸蒸汽出口连接，再热器的蒸汽出口与所述汽水热交换器的蒸汽入口连接。
6.较佳的，所述汽水热交换器的出水口处设有焓差测量模块，所述焓差测量模块包括温度计和压力计，所述再热器的蒸汽出口处设有再热蒸汽抽汽调节阀。
7.较佳的，所述汽水热交换器的出水口设有第一隔离阀，所述再热器与再热蒸汽抽
汽调节阀之间分别设有第二隔离阀和降温降压阀。
8.较佳的，所述再循环泵的出水口设有第一调节阀，所述给水泵的出水口处设有第二调节阀。
9.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
10.1、本发明利用汽水热交换器加热了再循环水与给水混合之后的给水，在再循环流量增加后，提高了水冷壁入口温度，从而解决水冷壁水动力多值性问题，确保直流锅炉低负荷下的水动力稳定。
11.2、本发明利用省煤器入口给水焓值与目标焓值的偏差来控制再热蒸汽的抽汽量，提高了系统的效率以及灵活性。
附图说明
12.图1为本发明的结构示意图。
13.附图标记说明：
14.1、汽水分离器；2、储水箱；3、再循环泵；4、第一调节阀；5、第二调节阀；6、高压加热器；7、给水泵；8、汽水热交换器；9、焓差测量模块；10、第一隔离阀；11、省煤器；12、水冷壁；13、过热器；14、汽轮机；15、再热器；16、第二隔离阀；17、降温降压阀；18、再热蒸汽抽汽调节阀。
具体实施方式
15.下面结合附图1，对本发明的具体实施方式进行详细描述。在发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，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。
16.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
17.实施例1
18.如图1所示，本发明实施例提供一种直流锅炉低负荷稳定运行的水循环系统，包括汽水分离器1、储水箱2、再循环泵3、高压加热器6、给水泵7、省煤器11、水冷壁12、过热器13、汽水热交换器8、汽轮机14和再热器15；汽水分离器1的疏水出口与储水箱2连接，汽水分离器1的蒸汽出口与过热器13的蒸汽入口连接，储水箱2与再循环泵3的进水口连接，给水泵7的出水口与高压加热器6的进水口连接，省煤器11的出水口设有水冷壁12，水冷壁12的湿蒸汽出口与汽水分离器1的湿蒸汽入口连接；汽水热交换器8的进水口分别与再循环泵3的出水口以及高压加热器6的出水口连接，汽水热交换器8的出水口与省煤器11的进水口连接，汽水热交换器8的蒸汽出口与汽水分离器1的湿蒸汽入口连接；汽轮机14的高压缸蒸汽入口与过热器13的蒸汽出口连接；再热器15的蒸汽入口与汽轮机14的高压缸蒸汽出口连接，再热器15的蒸汽出口与汽水热交换器8的蒸汽入口连接。
19.进一步的，再循环泵3的出水口处设有第一调节阀4，给水泵7的出水口处设有第二调节阀5。
20.工作原理如下，当直流锅炉降负荷至30％bmcr以下时，直流锅炉会由干态转换至湿态。此时，汽水分离器1不再仅仅为通道，而会进行汽水分离。汽水分离器1分离出的合格蒸汽经过热器加热，送往汽轮机14做功，疏水将流往储水箱2，之后经再循环泵3至省煤器入口，通过第一调节阀4和第二调节阀5，使再循环泵3与给水泵7相互协调，维持水冷壁质量流量。若要使直流锅炉稳定工作在低负荷状态，需提高再循环泵3容量，增加再循环流量，进而提高水冷壁的质量流量。
21.再循环流量的增加会引起水冷壁入口温度降低，易造成水动力多值性，给直流锅炉低负荷运行造成隐患。本实施例中通过增加汽水热交换器8来提高水冷壁入口温度，从而解决水冷壁水动力多值性问题，确保直流锅炉低负荷下的水动力稳定，其中，汽水热交换器8汽侧蒸汽来自再热器15，水侧为循环水与给水的混合，汽侧蒸汽在汽水热交换器8中换热后变为汽水混合物，经汽水分离器1分离，水侧得到加热后进入省煤器11。
22.实施例2
23.本实施例在实施例1的基础上，为了能够提高系统的效率以及灵活性，实现利用省煤器入口给水焓值与目标焓值的偏差来控制再热蒸汽的抽汽量。因此在汽水热交换器8的出水口处设有焓差测量模块9，再热器15的蒸汽出口处设有再热蒸汽抽汽调节阀18，其中焓差测量模块9包括温度计和压力计，焓差测量模块9的工作过程为：首先，由锅炉运行状态，确定给水的目标焓值，以使锅炉不发生水动力多值性；然后，通过温度计和压力计测得经汽水热交换器8换热后的给水的温度和压力，然后通过iapws-if97在线计算给水的测量焓值；最后由给水的目标焓值与测量焓值得到焓差。通过焓差测量模块9控制再热蒸汽抽汽调节阀18的开度。当目标焓值大于测量焓值时，增大再热蒸汽抽汽调节阀18的开度；当目标焓值小于测量焓值时，减小再热蒸汽抽汽调节阀18的开度。通过这种方式使省煤器给水的焓值始终保持在目标焓值附近。
24.更进一步的，汽水热交换器8的出水口处设有第一隔离阀10，所述再热器15与再热蒸汽抽汽调节阀18之间分别设有第二隔离阀16和降温降压阀17。
25.在系统发生安全事故时，通过第一隔离阀10与第二隔离阀16能够起到截断工质，防止发生进一步危险的作用。通过降温降压阀17可对再热蒸汽降温降压，方便进一步利用再热蒸汽作为换热热源。
26.以上公开的仅为本发明的较佳地几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种直流锅炉低负荷稳定运行的水循环系统，包括汽水分离器(1)、储水箱(2)、再循环泵(3)、高压加热器(6)、给水泵(7)、省煤器(11)、水冷壁(12)、过热器(13)，汽水分离器(1)的疏水出口与储水箱(2)连接，汽水分离器(1)的蒸汽出口与过热器(13)的蒸汽入口连接，储水箱(2)与再循环泵(3)的进水口连接，给水泵(7)的出水口与所述高压加热器(6)的进水口连接，省煤器(11)的出水口设有水冷壁(12)，水冷壁(12)的湿蒸汽出口与汽水分离器(1)的湿蒸汽入口连接，其特征在于，还包括：汽水热交换器(8)，其进水口分别与所述再循环泵(3)的出水口以及高压加热器(6)的出水口连接，其出水口与所述省煤器(11)的进水口连接，其蒸汽出口与所述汽水分离器(1)的湿蒸汽入口连接；汽轮机(14)，其高压缸蒸汽入口与所述过热器(13)的蒸汽出口连接；再热器(15)，其蒸汽入口与所述汽轮机(14)的高压缸蒸汽出口连接，其蒸汽出口与所述汽水热交换器(8)的蒸汽入口连接。2.根据权利要求1所述的一种直流锅炉低负荷稳定运行的水循环系统，其特征在于，所述汽水热交换器(8)的出水口处设有焓差测量模块(9)，所述焓差测量模块(9)包括温度计和压力计，所述再热器(15)的蒸汽出口处设有再热蒸汽抽汽调节阀(18)。3.根据权利要求2所述的一种直流锅炉低负荷稳定运行的水循环系统，其特征在于，所述汽水热交换器(8)的出水口处设有第一隔离阀(10)，所述再热器(15)与再热蒸汽抽汽调节阀(18)之间分别设有第二隔离阀(16)和降温降压阀(17)。4.根据权利要求1所述的一种直流锅炉低负荷稳定运行的水循环系统，其特征在于，所述再循环泵(3)的出水口处设有第一调节阀(4)，所述给水泵(7)的出水口处设有第二调节阀(5)。

技术总结
本发明公开了一种直流锅炉低负荷稳定运行的水循环系统，包括汽水分离器、储水箱、再循环泵、高压加热器、给水泵、省煤器、水冷壁、过热器、汽水热交换器、汽轮机和再热器；汽水分离器分别与储水箱和过热器连接，储水箱与再循环泵连接，给水泵与高压加热器连接，省煤器与水冷壁连接，水冷壁与汽水分离器连接；汽水热交换器分别与再循环泵、高压加热器、省煤器以及汽水分离器连接；汽轮机与过热器连接；再热器分别汽轮机以及汽水热交换器连接。本发明利用汽水热交换器加热了再循环水与给水混合之后的给水，在再循环流量增加后，提高了水冷壁入口温度，从而解决水冷壁水动力多值性问题，确保直流锅炉低负荷下的水动力稳定。直流锅炉低负荷下的水动力稳定。直流锅炉低负荷下的水动力稳定。


技术研发人员：王超 刘斌 王研凯 王利民 高军 车得福 樊海龙 刘铠瑞 全向 孙兴业
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2023.01.13
技术公布日：2023/8/14