阅读说明：本技术 一种纯凝机组宽负荷调峰系统及运行方法 (Wide-load peak regulation system of straight condensing unit and operation method ) 是由 郭容赫 蒋翀 谭袖 王政先 王健 柳桐 骆仁达 王丽萍 王羽 徐伟轩 于 2020-12-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种纯凝机组宽负荷调峰系统及运行方法,包括锅炉、汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、汽轮机低压缸、发电机、低压加热器、高压加热器和除氧器以及蓄热装置,汽轮机低压缸采用小于同容量的汽缸,解决了小容积流量叶片安全运行问题,利用低压缸出力小的特性,用电低谷时,汽轮机的最小技术出力可下调到机组额定容量的20%～30%；汽轮机高压缸和中压缸采用同容量的汽缸,并允许进汽压力超过额定压力5%,利用高压缸、中压缸的过负荷能力以及蓄热装置的蓄热能力,对低压缸少出力的部分进行了弥补,用电高峰时,汽轮机的最大技术出力可达到机组额定容量的100%。本发明系统简单、性能可靠,解决了纯凝汽轮机不能深度调峰的问题。(The invention discloses a wide load peak regulation system and an operation method of a straight condensing unit, and the system comprises a boiler, a high-pressure cylinder of a steam turbine, a medium-pressure cylinder of the steam turbine, a low-pressure cylinder of the steam turbine, a generator, a low-pressure heater, a high-pressure heater, a deaerator and a heat storage device, wherein the low-pressure cylinder of the steam turbine adopts a cylinder with less than the same capacity, so that the safe operation problem of a small volume flow blade is solved, and the minimum technical output of the steam turbine can be reduced to 20-30% of the rated capacity of the unit by utilizing the characteristic of small output of the; the high-pressure cylinder and the intermediate pressure cylinder of the steam turbine adopt cylinders with the same capacity, the steam inlet pressure is allowed to exceed the rated pressure by 5%, the part with less output of the low-pressure cylinder is compensated by utilizing the overload capacity of the high-pressure cylinder and the intermediate pressure cylinder and the heat storage capacity of the heat storage device, and the maximum technical output of the steam turbine can reach 100% of the rated capacity of a unit at the power consumption peak. The system is simple and reliable in performance, and solves the problem that the straight condensing turbine cannot deeply regulate the peak.)

一种纯凝机组宽负荷调峰系统及运行方法

技术领域

本发明属于火电厂的纯凝机组调峰技术领域，具体涉及一种纯凝机组宽负荷调峰系统及运行方法，尤其适用于电网峰谷差较大的调峰需求，机组负荷“能上能下”。

背景技术

我国电源结构以火电为主，电源结构单一，而近些年来以风电为代表的新能源迅猛增长，为有效消纳新能源资源，降低了火电机组负荷率，加大了火电机组调峰深度，部分地区满负荷运行工况难得一见。在电网峰谷差日益增大的趋势下以及新能源发电具有间歇性、随机性、不可控性的特点，给火电机组调峰带来极大困难，电力系统调节能力不足。为保电网频率稳定、可靠供电，要求火电机组在用电低谷时段能够进行深度调峰，在用电高峰时段具有顶峰能力，机组负荷“能上能下”。

我国火电燃煤机组按照负荷的70%以上设计，国内纯凝机组调峰能力达到50%，这种情况造成了电网灵活性不足，当新能源出力较多的时候，受网内的火电机组调峰能力限制，无法进行全部消纳，部分地区出现较为严重的弃风、弃光和弃水问题。为促进可再生能源消纳，各地相继出台了辅助服务市场运营规则，加大调峰补偿力度，鼓励火电机组进行深度调峰，但让本应承担基本负荷的机组进行深度调峰，不但使机组经济性大幅下降，更影响机组安全运行，给机组本身造成严重的负担、甚至于设备损坏，极大地缩短了机组的使用寿命。近年来的事故频发，特别是低压缸的末级叶片水蚀及损坏，有很大的原因正是源于此所带来的后果。

高负荷运行时，高温、高压蒸汽依次流过高、中压缸，经中压缸排出，并全部进入低压缸，蒸汽到达低压缸次末级和末级时，蒸汽压力，温度降了很低，蒸汽比容增加很大，排汽容积流量很大，为使蒸汽能从低压缸顺利排出，次末级，尤其是末级必须有足够的通流面积，需要尽可能长的末级叶片。

低负荷运行时，低压缸末级叶片需要有最小的蒸汽通过，才能保证其安全运行，否则会对末级叶片产生负面影响：①蒸汽不但不对外做功，而且消耗外界功，出现“鼓风”现象，排汽缸温度上升，引起机组振动；②叶片动应力和动频率发生变化，容易出现大负冲角运行，导致叶片颤振，甚至叶片断裂；③低压缸末级汽流中水滴含量大，当发生回流时，液滴冲击动叶出口边，末级叶片易发生水蚀。

低压缸末级叶片长度确定后，让它满足较大负荷需求时，它就不能满足较小负荷需求，反之亦然。按照基本负荷设计的汽轮机，理论上汽轮机最小技术出力可达30%额定负荷，实际运行中受汽轮机低压缸末级叶片最小冷却蒸汽流量以及锅炉最低稳燃限制，为保证末级叶片安全运行，纯凝机组调峰能力在40%左右，调峰深度以及宽度未能满足电网负荷“能上能下”的需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，提供一种设计合理、运行可靠的纯凝机组宽负荷调峰系统及运行方法，在保证低压缸末级叶片安全的前提下，满足纯凝机组宽负荷调峰需求，机组负荷“能上能下”。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种纯凝机组宽负荷调峰系统，其特征在于：包括锅炉、汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、汽轮机低压缸、发电机、低压加热器、高压加热器和除氧器以及蓄热装置，所述汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、汽轮机低压缸和发电机依次连接，所述汽轮机高压缸分别通过主蒸汽管和高压排汽管与锅炉连接，所述汽轮机中压缸通过再热蒸汽管与锅炉连接，所述汽轮机中压缸还通过中压排汽管与汽轮机低压缸连接，所述中压排汽管连接有中压排汽管分支管，所述中压排汽管分支管与蓄热装置连接，所述汽轮机低压缸、低压加热器、高压加热器和除氧器和锅炉通过低压加热器入水管、凝结水管和锅炉给水管依次连接，所述低压加热器还通过蓄热装置出汽/水管与蓄热装置连接，同时低压加热器还通过低压加热器抽汽管与汽轮机低压缸连接。

进一步的，所述主蒸汽管上安装有阀门一，所述再热蒸汽管上安装有阀门二。

进一步的，所述中压排汽管上安装有阀门三，所述中压排汽管分支管上安装有阀门四。

进一步的，所述蓄热装置出汽/水管上安装有阀门五，所述低压加热器抽汽管上安装有阀门六。

进一步的，所述汽轮机高压缸和汽轮机中压缸采用相同容量的汽缸，并允许进汽压力超过额定压力5%，所述汽轮机低压缸采用小于汽轮机高压缸和汽轮机中压缸容量的汽缸；所述汽轮机高压缸和汽轮机中压缸的最大通流能力相匹配，并与所述汽轮机低压缸的最大通流能力不匹配。最大通流能力不匹配是指，蒸汽流过高压缸、中压缸经中压排汽管进入低压缸，当进入低压缸的蒸汽流量达到最大时，此时进入高压缸、中压缸还未达到最大。

进一步的，所述汽轮机低压缸中末级叶片的长度具备最大容积流量通过能力，同时能在小容积流量工况下安全运行，所述小容积流量工况为：蒸汽流过汽轮机高压缸和汽轮机中压缸进入汽轮机低压缸，经末级叶片排出的容积流量为最小，并且蒸汽在各汽缸内做功能力达到预设的最小负荷。

所述的纯凝机组宽负荷调峰系统的运行方法，其特征在于：所述运行方法的步骤如下：

1）负荷低谷时段，通过调整锅炉的运行工况和蓄热装置的运行工况，即调整阀门一的开度，关小阀门一，减小主蒸汽流量，全开阀门二、阀门三和阀门六，关闭阀门四和阀门五，减少蒸汽在汽轮机高压缸、汽轮机中压缸和汽轮机低压缸内做功的份额，减少发电负荷，满足低谷时段的电网深度调峰要求；

2）负荷高峰时段，通过调整锅炉的运行工况、蓄热装置的运行工况和低压加热器的运行工况，即调整阀门一的开度，开大阀门一，增大主蒸汽流量，全开阀门二和阀门三，增加蒸汽在汽轮机高压缸、汽轮机中压缸和汽轮机低压缸内做功的份额，当汽轮机中压缸的排汽流量大于汽轮机低压缸的最大进汽流量时，开启阀门四，将多余部分蒸汽送到蓄热装置内换热并进行储存，开启阀门五，将蓄热装置内的热量引入低压加热器中进行热量释放，维持系统汽/水流量平衡，或关闭阀门六切除低压加热器，或部分切除高压加热器，增加汽轮机做功能力，满足高峰时段的电网负荷需求；

3）负荷平时段，通过调整锅炉的运行工况、蓄热装置的运行工况和低压加热器的运行工况，即调整阀门一的开度，调整主蒸汽流量，全开阀门二和阀门三，关闭阀门四，开启阀门六，开启阀门五，将储存在蓄热装置内的热量对低压加热器释放，为维持系统汽/水平衡，可将低压加热器中的低温水引入到蓄热装置中进行储存，满足平时段的电网负荷需求。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：系统简单、性能可靠、制作成本低，具有可行性、可操作性和创新性。运用本发明后，汽轮机的技术出力，最小可下调到机组额定容量的20%～30%，最大为机组额定容量的100%，保证了机组末级叶片安全运行，增大了纯凝机组调峰深度和宽度，机组负荷“能上能下”，具有较高的实用价值。

附图说明

图1是本发明的纯凝机组宽负荷调峰系统结构示意图。

图中：锅炉1、汽轮机高压缸2、汽轮机中压缸3、汽轮机低压缸4、发电机5、低压加热器6、高压加热器和除氧器7、蓄热装置8、主蒸汽管9、再热蒸汽管10、高压排汽管11、中压排汽管12、中压排汽管分支管13、低压加热器入水管14、凝结水管15、锅炉给水管16、蓄热装置出汽/水管17、低压加热器抽汽管18、阀门一19、阀门二20、阀门三21、阀门四22、阀门五23、阀门六24。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例。

参见图1，本实施例中，一种纯凝机组宽负荷调峰系统，包括锅炉1、汽轮机高压缸2、汽轮机中压缸3、汽轮机低压缸4、发电机5、低压加热器6、高压加热器和除氧器7以及蓄热装置8，汽轮机高压缸2、汽轮机中压缸3、汽轮机低压缸4和发电机5依次连接，汽轮机高压缸2分别通过主蒸汽管9和高压排汽管11与锅炉1连接，汽轮机中压缸3通过再热蒸汽管10与锅炉1连接，汽轮机中压缸3还通过中压排汽管12与汽轮机低压缸4连接，中压排汽管12连接有中压排汽管分支管13，中压排汽管分支管13与蓄热装置8连接，汽轮机低压缸4、低压加热器6、高压加热器和除氧器7和锅炉1通过低压加热器入水管14、凝结水管15和锅炉给水管16依次连接，低压加热器6还通过蓄热装置出汽/水管17与蓄热装置8连接，同时低压加热器6还通过低压加热器抽汽管18与汽轮机低压缸4连接。

具体的，主蒸汽管9上安装有阀门一19，再热蒸汽管10上安装有阀门二20，中压排汽管12上安装有阀门三21，中压排汽管分支管13上安装有阀门四22，蓄热装置出汽/水管17上安装有阀门五23，低压加热器抽汽管18上安装有阀门六24。

本实施例中，汽轮机高压缸2和汽轮机中压缸3采用相同容量的汽缸，并允许进汽压力超过额定压力5%，汽轮机低压缸4采用小于汽轮机高压缸2和汽轮机中压缸3容量的汽缸；汽轮机高压缸2和汽轮机中压缸3的最大通流能力相匹配，并与汽轮机低压缸4的最大通流能力不匹配。

本实施例中，汽轮机低压缸4中末级叶片的长度具备最大容积流量通过能力，同时能在小容积流量工况下安全运行，小容积流量工况为：蒸汽流过汽轮机高压缸2和汽轮机中压缸3进入汽轮机低压缸4，经末级叶片排出的容积流量为最小，并且蒸汽在各汽缸内做功能力达到预设的最小负荷。

本实施例中，纯凝机组宽负荷调峰系统的运行方法步骤如下：

1）负荷低谷时段，通过调整锅炉1的运行工况和蓄热装置8的运行工况，即调整阀门一19的开度，关小阀门一19，减小主蒸汽流量，全开阀门二20、阀门三21和阀门六24，关闭阀门四22和阀门五23，减少蒸汽在汽轮机高压缸2、汽轮机中压缸3和汽轮机低压缸4内做功的份额，减少发电负荷，满足低谷时段的电网深度调峰要求；

2）负荷高峰时段，通过调整锅炉1的运行工况、蓄热装置8的运行工况和低压加热器6的运行工况，即调整阀门一19的开度，开大阀门一19，增大主蒸汽流量，全开阀门二20和阀门三21，增加蒸汽在汽轮机高压缸2、汽轮机中压缸3和汽轮机低压缸4内做功的份额，当汽轮机中压缸3的排汽流量大于汽轮机低压缸4的最大进汽流量时，开启阀门四22，将多余部分蒸汽送到蓄热装置8内换热并进行储存，开启阀门五23，将蓄热装置8内的热量引入低压加热器6中进行热量释放，维持系统汽/水流量平衡，或关闭阀门六24切除低压加热器6，或部分切除高压加热器，增加汽轮机做功能力，满足高峰时段的电网负荷需求；

3）负荷平时段，通过调整锅炉1的运行工况、蓄热装置8的运行工况和低压加热器6的运行工况，即调整阀门一19的开度，调整主蒸汽流量，全开阀门二20和阀门三21，关闭阀门四22，开启阀门六24，开启阀门五23，将储存在蓄热装置8内的热量对低压加热器6释放，为维持系统汽/水平衡，可将低压加热器6中的低温水引入到蓄热装置8中进行储存，满足平时段的电网负荷需求。

本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。