一种适应极限调峰的锅炉水冷壁及其控制方法与流程

本发明涉及锅炉，具体是一种适应极限调峰的锅炉水冷壁及其控制方法。

背景技术：

1、以新能源为主的绿色低碳新型电力系统将在未来较长一段时间内成为电力增量的主体。以风电、光伏为代表的大规模间歇性可再生能源正在加速能源结构的低碳化转变，但大规模可再生能源并网发电，需要电力系统中有足够的灵活性资源来保证电网安全运行。

2、煤电作为能源保供托底的“压舱石”，为了提高对可再生能源的消纳能力，具有良好调峰潜力的煤电机组正担负着电网中基础调节能源的重要角色。随着新能源的大力推广和发展，未来新能源的上网比例会不断加大，当前火电机组的调峰负荷可能会满足不了未来新型电力系统的要求。为解决可再生能源发电比例增加后带来的更多波动性和不确定性，未来火电机组需承担更低、更极限的调峰负荷。

3、目前承担深度调峰的超(超)临界火电机组锅炉水冷壁基本都采用下部螺旋段水冷壁+中部过渡段混合+上部垂直段水冷壁的结构型式；其中，超(超)临界指超临界或超超临界。

4、在热负荷更高的螺旋段水冷壁区域采用内螺纹管，相比光管，水冷壁临界质量流速更低，可以进一步降低转直流负荷，同时内螺纹管增加了管内换热，可有效降低壁温，水冷壁安全裕度更高。

5、根据调研，目前比较先进的超(超)临界火电机组深度调峰最低能做到约20％～25％负荷，此时锅炉能够干态运行，在不投助燃的情况下燃烧稳定，水冷壁不超温。若再进一步降低调峰负荷，锅炉需湿态运行，会导致机组煤耗增加，长时间湿态运行也会影响机组安全稳定。

6、超(超)临界火电机组深度调峰时，锅炉保持干态运行需满足螺旋段水冷壁质量流速不低于最小质量流速g0(单位：kg/(s.m2))的要求。若按极限调峰10％负荷锅炉干态运行时螺旋段水冷壁质量流速g0来设计水冷壁，满负荷时螺旋段水冷壁质量流速会增加到约10倍g0(约是常规项目的2倍)，这样会带来满负荷时水冷壁阻力大幅增加(以1000mw项目为例，相比常规项目增加约2.7mpa)，导致给水泵选型成本和运行电耗增加，机组经济性下降。

7、锅炉按10％极限调峰负荷干态(需满足螺旋段水冷壁最小质量流速g0的要求)运行来设计水冷壁时，会带来满负荷水冷壁阻力大幅增加，导致给水泵选型成本和运行电耗增加，机组经济性下降。

技术实现思路

1、为克服现有技术的不足，本发明提供了一种适应极限调峰的锅炉水冷壁及其控制方法，解决现有技术存在的满负荷水冷壁阻力大幅增加导致的给水泵选型成本、运行电耗增加、机组经济性下降等问题。

2、本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

3、一种适应极限调峰的锅炉水冷壁，包括相互并联的第一支路、第二支路，第一支路包括相互串联的下部螺旋段水冷壁、上部垂直段水冷壁，第二支路包括旁路换热器。

4、作为一种优选的技术方案，还包括设于下部螺旋段水冷壁、上部垂直段水冷壁之间的中间全混合集箱，中间全混合集箱与下部螺旋段水冷壁、上部垂直段水冷壁分别连接。

5、作为一种优选的技术方案，还包括省煤器出口集箱、集中下降管、前墙水冷壁进口集箱、螺旋段水冷壁出口集箱、垂直段水冷壁进口集箱、垂直段水冷壁出口集箱、水冷壁出口混合集箱、后墙水冷壁进口集箱、旁路换热器进口集箱、旁路换热器出口集箱、汽水分离器。省煤器出口集箱、集中下降管、前墙水冷壁进口集箱、下部螺旋段水冷壁、螺旋段水冷壁出口集箱、中间全混合集箱、垂直段水冷壁进口集箱、上部垂直段水冷壁、垂直段水冷壁出口集箱、水冷壁出口混合集箱依次连通，集中下降管、后墙水冷壁进口集箱、下部螺旋段水冷壁依次连通；集中下降管、旁路换热器进口集箱、旁路换热器、旁路换热器出口集箱、水冷壁出口混合集箱、汽水分离器依次连通。

6、作为一种优选的技术方案，螺旋段水冷壁出口集箱、垂直段水冷壁进口集箱、垂直段水冷壁出口集箱均在前后左右侧四面墙布置，中间全混合集箱在左右两侧墙布置。

7、作为一种优选的技术方案，旁路换热器出口集箱至水冷壁出口混合集箱管道上设置有温度测点、压力测点。

8、作为一种优选的技术方案，集中下降管至旁路换热器进口集箱管道包括主支路、旁路，主支路上设置有主路调节阀、主路闸阀、止回阀、流量测量装置，旁路上设置有旁路调节阀、旁路闸阀。

9、作为一种优选的技术方案，还包括一级过热器，旁路换热器设于炉膛出口、沿烟气流向的一级过热器的前面。

10、所述的一种适应极限调峰的锅炉水冷壁的控制方法，当锅炉运行在极限调峰负荷值附近时，关闭主路闸阀，打开旁路闸阀，通过调节旁路调节阀来保证旁路换热器最小流量；其中，极限调峰负荷值附近的判定条件提前设定。

11、作为一种优选的技术方案，当锅炉运行在极限调峰负荷以上时，关闭旁路闸阀，打开主路闸阀，通过调节主路调节阀来保证水冷壁运行安全和避免水冷壁阻力超过设定阈值。

12、作为一种优选的技术方案，当旁路换热器出口过热度≤a℃时，则通过调节旁路调节阀减小水冷壁旁路的流量；当旁路换热器出口过热度＞a℃且旁路换热器壁温接近报警值时，则通过调节旁路调节阀增大水冷壁旁路的流量；在极限调峰负荷以上，当水冷壁旁路的流量逐渐加大接近b％时，若上部垂直段水冷壁壁温接近报警值，则通过调节主路调节阀减小水冷壁旁路的流量；其中，a、b值提前设定，水冷壁旁路的流量接近b％、旁路换热器壁温接近报警值、上部垂直段水冷壁壁温接近报警值的判定条件提前设置。。

13、本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：

14、本发明在高效超超临界对冲燃烧塔式锅炉水冷壁上采用了带旁路换热器的设计，既能满足10％左右极限调峰负荷锅炉安全运行，也能减小在满负荷时阻力增加给机组经济性带来的影响，同时兼顾极限调峰负荷下锅炉水动力的安全性和满负荷下机组运行的经济性。

技术特征：

1.一种适应极限调峰的锅炉水冷壁，其特征在于，包括相互并联的第一支路、第二支路，第一支路包括相互串联的下部螺旋段水冷壁(1)、上部垂直段水冷壁(2)，第二支路包括旁路换热器(3)。

2.根据权利要求1所述的一种适应极限调峰的锅炉水冷壁，其特征在于，还包括设于下部螺旋段水冷壁(1)、上部垂直段水冷壁(2)之间的中间全混合集箱(4)，中间全混合集箱(4)与下部螺旋段水冷壁(1)、上部垂直段水冷壁(2)分别连接。

3.根据权利要求2所述的一种适应极限调峰的锅炉水冷壁，其特征在于，还包括省煤器出口集箱(7)、集中下降管(8)、前墙水冷壁进口集箱(9)、螺旋段水冷壁出口集箱(12)、垂直段水冷壁进口集箱(13)、垂直段水冷壁出口集箱(14)、水冷壁出口混合集箱(15)、后墙水冷壁进口集箱(10)、旁路换热器进口集箱(11)、旁路换热器出口集箱(16)、汽水分离器(17)。省煤器出口集箱(7)、集中下降管(8)、前墙水冷壁进口集箱(9)、下部螺旋段水冷壁(1)、螺旋段水冷壁出口集箱(12)、中间全混合集箱(4)、垂直段水冷壁进口集箱(13)、上部垂直段水冷壁(2)、垂直段水冷壁出口集箱(14)、水冷壁出口混合集箱(15)依次连通，集中下降管(8)、后墙水冷壁进口集箱(10)、下部螺旋段水冷壁(1)依次连通；集中下降管(8)、旁路换热器进口集箱(11)、旁路换热器(3)、旁路换热器出口集箱(16)、水冷壁出口混合集箱(15)、汽水分离器(17)依次连通。

4.根据权利要求3所述的一种适应极限调峰的锅炉水冷壁，其特征在于，螺旋段水冷壁出口集箱(12)、垂直段水冷壁进口集箱(13)、垂直段水冷壁出口集箱(14)均在前后左右侧四面墙布置，中间全混合集箱(4)在左右两侧墙布置。

5.根据权利要求3所述的一种适应极限调峰的锅炉水冷壁，其特征在于，旁路换热器出口集箱(16)至水冷壁出口混合集箱(15)管道上设置有温度测点(24)、压力测点(25)。

6.根据权利要求3所述的一种适应极限调峰的锅炉水冷壁，其特征在于，集中下降管(8)至旁路换热器进口集箱(11)管道包括主支路、旁路，主支路上设置有主路调节阀(19)、主路闸阀(18)、止回阀(22)、流量测量装置(23)，旁路上设置有旁路调节阀(21)、旁路闸阀(20)。

7.根据权利要求1至6任一项所述的一种适应极限调峰的锅炉水冷壁，其特征在于，还包括一级过热器(6)，旁路换热器(3)设于炉膛出口、沿烟气流向的一级过热器(6)的前面。

8.权利要求6或7所述的一种适应极限调峰的锅炉水冷壁的控制方法，其特征在于，当锅炉运行在极限调峰负荷值附近时，关闭主路闸阀(18)，打开旁路闸阀(20)，通过调节旁路调节阀(21)来保证旁路换热器最小流量；其中，极限调峰负荷值附近的判定条件提前设定。

9.权利要求6或7所述的一种适应极限调峰的锅炉水冷壁的控制方法，其特征在于，当锅炉运行在极限调峰负荷以上时，关闭旁路闸阀(20)，打开主路闸阀(18)，通过调节主路调节阀(19)来保证水冷壁运行安全和避免水冷壁阻力超过设定阈值。

10.权利要求6或7所述的一种适应极限调峰的锅炉水冷壁的控制方法，其特征在于，当旁路换热器(3)出口过热度≤a℃时，则通过调节旁路调节阀(21)减小水冷壁旁路的流量；当旁路换热器(3)出口过热度＞a℃且旁路换热器(3)壁温接近报警值时，则通过调节旁路调节阀(21)增大水冷壁旁路的流量；在极限调峰负荷以上，当水冷壁旁路的流量逐渐加大接近b％时，若上部垂直段水冷壁(2)壁温接近报警值，则通过调节主路调节阀(19)减小水冷壁旁路的流量；其中，a、b值提前设定，水冷壁旁路的流量接近b％、旁路换热器(3)壁温接近报警值、上部垂直段水冷壁(2)壁温接近报警值的判定条件提前设置。

技术总结本发明涉及锅炉技术领域，公开了一种适应极限调峰的锅炉水冷壁及其控制方法，该锅炉水冷壁，包括相互并联的第一支路、第二支路，第一支路包括相互串联的下部螺旋段水冷壁、上部垂直段水冷壁，第二支路包括旁路换热器。本发明解决了现有技术存在的满负荷水冷壁阻力大幅增加导致的给水泵选型成本、运行电耗增加、机组经济性下降等问题。技术研发人员：刘宇钢,熊鹏,王婷,龚超,潘绍成,莫春鸿受保护的技术使用者：东方电气集团东方锅炉股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/2/1