基于汽机抽汽-锅炉再加热的中温中压供汽系统设计

基于汽机抽汽-锅炉再加热的中温中压供汽系统设计

鲍佳威

天津华电北宸分布式能源有限公司  天津市 300400

摘要：随着我国城市化进程的加快和国民经济的持续发展，节能环保要求不断提高，住宅供暖和工业蒸汽能源利用效率和成本成为主导市长/市场发展的关键因素。由于中国的能源结构以煤炭为主，为了保护环境和实现可持续发展，洁净煤技术得到了很大的发展和普及。在此背景下，应充分利用现有资源，对现有的大功率火力发电厂实施热电联产，以取代落后的小型燃煤火力发电厂和能耗高、污染物多的小型锅炉。利用大型高效热电联产装置实施集中供热及蒸汽供应系统是国内供热技术发展的重要趋势。

关键词：汽机抽汽-锅炉再加热；中温中压；供汽系统设计；

引言

热电联产和集中供热是降低节能和解决工业用热的有效方法。但是热电联产机组的有效经济运行，为了充分发挥其独特的潜力，电网和愿望都必须满足单位经济运行的边界条件。大型工业抽油机主要通过三种方式提供:利用主蒸汽(冷再、热再)降温减压。采用压力抑制方法，由中压缸或低压缸前门转动隔板。压力匹配装置将高压蒸汽引入低压蒸汽。采用一种和三种供应方式不会影响汽轮机的内部效率。蒸汽供应后，冷凝器引起的冷源损失减少，机器和煤的热量消耗降低。减小的值与蒸汽供给参数(压力、温度、流量)有关，与汽轮机性能无关。

一、外供汽超临界机组协调控制难点

（一）滑压曲线匹配问题

超临界机组一般采用间接能量平衡控制方式，锅炉根据商定的负荷命令和与实际功率的偏差调整锅炉的主控制输出。气体稳定运行时，适当的滑动压力曲线可确保汽轮机综合流动准则位于合理的开放度附近。外部蒸汽供应后，调整负荷指示对电网负荷不变地做出反应，但外部蒸汽供应会降低汽轮机的功率，因此此时汽轮机必须打开主蒸汽阀，直到电力负荷完全反应为止。由于负荷调整指示没有改变，锅炉只能被动地保持主蒸汽压力降低的需求压力，从而增加锅炉的力量，实现新的平衡。最终，汽轮机调节阀可以完全打开，但仍然缺乏动力。如果锅炉侧主蒸汽压力能达到设定值，则不增加出口。否则，在达到上限之前，继续增加输出，使锅炉主积分饱和、负荷减少的情况下，回调时间可能会变长。

（二）增负荷无力、降负荷滞后的问题

在外部给料方式下，在纯冷凝的条件下，可以平衡主蒸汽压力或正常工况下的单位负荷，但汽轮机的主力有可能达到上限。当乘务员负荷发生变化时，涡轮机将面临评估电网有利规则的压力。同时，由于水射弹与基函数的比值不平衡，主蒸汽温度将更难控制。

（三）送风及炉膛氧量控制难以满足锅炉需求

氧气含量控制通常使用单位负荷命令重新计算所需氧气含量，并为炉内燃烧的稳定性提供空气。在外部蒸汽供应方式中，锅炉出口大于机关用电负荷。通过转换单位负荷的氧气含量来调整锅炉的氧气含量，锅炉的氧气含量会比预想的大得多，从而增加废气损失。

二、协调控制改造策略

（一）机组滑压曲线修正

增加由外部蒸汽供给补偿的主蒸汽压力损失，根据萃取流和能量质量的差异以及相应比例的变化，预先设定所需的主蒸汽压力值，形成"单位功率所需的主蒸汽压力+工业萃取加热所需的主蒸汽压力"，预测锅炉所需的主蒸汽压力。对于外部蒸汽供应，通过引入主蒸汽压力闭环补偿方案，实时补偿初始减小的补偿压力值，可以实现锅炉和汽轮机能量的准确快速平衡。同时，汽轮机综合流量的相关指令可以快速响应电网负荷变化的需要。

（二）锅炉主控回路修正

通过增加工作负荷(将工业提取器转换成单位负荷)和矿井负荷(将加热提取器转换成单位负荷)，改变锅炉主控制回路，使锅炉主控制在外部供应发生变化时能够快速响应。修改后的锅炉主指令抑制外部供应中断，并通过主、主燃料用户的快速变化保持单位负荷的稳定。

（三）氧量及BTU控制回路完善

改进的氧气控制电路如图4所示，F01(X)是蒸汽流量转换单元设计煤的函数。F02(X)是将蒸汽流量转换为单位设计氧气含量的函数。外部蒸汽供应投入后，含氧量装置自动切断锅炉汽化含氧量功能控制炉的空气供应，BTU补偿电路从实际功率自动转换为锅炉汽化时的煤量，校正燃料进入炉内时的煤量。

三、抽汽安全性校核及控制策略

（一）抽汽调整方案

离开热中心可分为两类:非受控提取和受控提取。如果不调整回收方案，即直接从换热管中回收，则无需对汽轮机本体进行改造，但回收量不能太大，中低负荷回收压力难以保证，对汽轮机高压分离器和后续两个叶片阶段的安全性影响很大。采用可调回收方案时，应在回收孔下游设置调节阀，通过抑制压力提高单位回收量和回收参数的稳定性，同时有效保证高压缸过流元件的安全性。本工程为了满足大负荷运行时的大流量提取要求，必须采用可调提取方案，以保证供应参数的稳定性。再加上热管加蝶阀调节大口径萃取，改造费用会非常高。为了提高投资合理性，充分利用机器现有设备，经过多次综合分析判断，确定了中钢门调试的技术路线。正常工作条件下，机器中央调节阀全开，不参与调节。如果气体进入回收项目，逻辑上还需要增加回收环节，将中央调节阀指令改为优先回收控制。也就是说，压力缓解所需的中央调节阀的开启指令必须叠加在原始负载控制部分的开启指令上，以向中央调节阀输出最终的整体指令。为了合理调整机器提取参数，保证加热提取操作的安全性，有必要评估机器在不同提取操作条件下的提取能力，并在此基础上提出合理的高压缸排气压力控制曲线，构成单位加热提取控制逻辑。

（二）管道及附件选型要求

萃取管内径必须满足给定参数下指定蒸汽流量的供应要求。根据蒸汽参数(压力、温度)、流量和建议流量确定初始管道直径，并根据应力分析计算的特定管道布局计算介质压降。当压力差接近汽轮机热平衡设定极限时，管道直径的选择就完成了。如果压力差超过或低于汽轮机热平衡设置范围(压力差大于热平衡设置，导致管道直径过大，初始投资过大，不经济)，则必须调整管道直径或管道布局，重复上述过程，直到得到满意的结果。

（三）气动止回阀

为了防止再加热加热器饱和水在汽轮机排放时反弹至汽轮机，通常需要在汽轮机再生和提取管道上安装止回阀，这也是防止汽轮机流入的辅助措施。高能量等级的抽油管必须安装止回阀，但低能量等级，可能导致汽轮机超速，不需要安装止回阀。是否安装止回阀，以及每个抽取管道的止回阀数量，应由汽轮机制造商通过汽轮机加速度分析来确定。速度分析原理:汽轮机甩车时，必须关闭抽汽止回阀，但某一级抽汽止回阀不能关闭或延迟是有原因的。这时，这个水平加热器的火水蒸发了，再次流入涡轮。如果该水平获得的汽轮机超速量在汽轮机制造厂的允许范围内，则只能安装一个止回阀。否则，必须依次安装两个止回阀。也就是说，是否安装止回阀，止回阀的数量由汽轮机制造商决定，当提取管线止回阀出现故障时，汽轮机加速分析是必要的。对于同类型机器的单级蓄热式热提取，根据蓄热式加热器和提取管道的布置类型和位置，汽轮机速度分析结果可能不同。取样管路上只安装了一个止回阀，如果没有汽轮机超速分析，已经发生了多起汽轮机超速事故。

（四）厂级供热运行优化

目前，基于中联参数的热抽方案已成功应用于多个宽政府下的工业蒸汽供应项目，有效解决了热能深度峰值时蒸汽压力波动大、蒸汽供应能力不足的问题。需求高峰期热电联产蒸汽供应的可靠性大大提高。热电联产机组的外部蒸汽供应收入主要由蒸汽供应收入、销售收入、峰值收入、运行费用组成，主要包括煤耗、水耗和用电量，重点是标准煤耗。因此，对于工业供应、燃气、燃煤火力发电厂，如何根据一定的外部供应条件和厂级调峰政策合理分配供应负荷，合理控制各单位用电负荷、中低压进气阀开启、中低压缸效率、给水泵、汽轮机汽源等。这是提高电厂盈利能力的关键。转换后，单位工作变得更加困难。为了实现全厂的科学运行、精细化管理，深入开发热电联产的经济效益，必须实现智能供热的优化，取代现有人工智能操作员和管理人员的技术经验，提出合适的控制策略，优化目标最小，实现厂级供热运行的优化。

结束语

为了最大限度地发挥火力发电厂工业蒸汽供应的优势，可以在最大限度地提高工厂利益的基础上，将单位高精度变工况计算与蒸汽供应-标准煤电气性能研究相结合，实现工厂级工业蒸汽供应的智能化优化运行。提出了基于名义煤价、电网电价、其他边界条件的工厂级工业蒸汽供应优化配置模型。

参考文献

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