一种水冷壁系统及其控制方法与流程

本发明涉及锅炉，具体是一种水冷壁系统及其控制方法。

背景技术：

1、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、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水冷壁+中部过渡段混合+上部垂直水冷壁的结构型式。

4、在热负荷更高的螺旋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水冷壁质量流速g0来设计水冷壁，满负荷时螺旋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、综上，目前超(超)临界火电机组锅炉还无法满足未来更低10％调峰负荷下干态运行，若锅炉水冷壁按10％调峰负荷来设计(保证干态运行)，会导致满负荷水冷壁阻力增加，从而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，本发明提供了一种水冷壁系统及其控制方法，解决现有技术存在的给水泵选型成本和运行电耗增加、影响机组安全稳定等问题。

2、本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

3、一种水冷壁系统，包括从上至下连通的螺旋水冷壁、垂直水冷壁、中间混合集箱，垂直水冷壁设于螺旋水冷壁上方，垂直水冷壁通过中间混合集箱与螺旋水冷壁连通。

4、作为一种优选的技术方案，还包括设于螺旋水冷壁下方的螺旋水冷壁下集箱、设于螺旋水冷壁上方的螺旋水冷壁上集箱，螺旋水冷壁下集箱、螺旋水冷壁、螺旋水冷壁上集箱、中间混合集箱依次连通。

5、作为一种优选的技术方案，还包括设于螺旋水冷壁下集箱下方的集中下水管分配集箱，螺旋水冷壁下集箱与集中下水管分配集箱连通，螺旋水冷壁上集箱与中间混合集箱之间的连通管路、螺旋水冷壁下集箱与集中下水管分配集箱之间的连通管路连通。

6、作为一种优选的技术方案，还包括设于螺旋水冷壁下集箱、螺旋水冷壁上集箱上的分隔板，分隔板划分出n个水冷壁回路，还包括n个第一截止阀、n-n第三截止阀，第一截止阀设于螺旋水冷壁上集箱至中间混合集箱的连通管路上，第三截止阀设于集中下水管分配集箱至螺旋水冷壁下集箱的的连通管路上。

7、作为一种优选的技术方案，还包括连通，第一截止阀的上游与第三截止阀的下游的反馈旁路、设于反馈旁路上的第二截止阀。

8、作为一种优选的技术方案，还包括垂直水冷壁下集箱、垂直水冷壁上集箱，中间混合集箱、垂直水冷壁下集箱、垂直水冷壁上集箱依次连通。

9、作为一种优选的技术方案，还包括设于垂直水冷壁上集箱上方的水冷壁出口混合集箱，垂直水冷壁上集箱与水冷壁出口混合集箱连通。

10、作为一种优选的技术方案，螺旋水冷壁分前墙、后墙、左侧、右侧四面布置。

11、所述的一种水冷壁系统的控制方法，高负荷运行时，第一截止阀、第三截止阀均打开，第二截止阀关闭，工质从集中下水管分配集箱出来后全部进入螺旋水冷壁下集箱，通过螺旋水冷壁换热后引入螺旋水冷壁上集箱，再全部汇入中间混合集箱；其中，高负荷指负荷超过设定的最高负荷阈值。

12、所述的一种水冷壁系统的控制方法，低负荷运行时，第一截止阀、第三截止阀均关闭，第二截止阀开启，工质引入n个未设有第三截止阀的水冷壁回路吸热后，通过反馈旁路连接管路经截止阀后进入其余n-n个水冷壁回路；其中，低负荷指负荷低于设定的最低负荷阈值。

13、本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：

14、本发明既能满足未来火电机组10％左右极限调峰负荷锅炉安全运行，也能消除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：

1.一种水冷壁系统，其特征在于，包括从上至下连通的螺旋水冷壁(1)、垂直水冷壁(2)、中间混合集箱(3)，垂直水冷壁(2)设于螺旋水冷壁(1)上方，垂直水冷壁(2)通过中间混合集箱(3)与螺旋水冷壁(1)连通。

2.根据权利要求1所述的一种水冷壁系统，其特征在于，还包括设于螺旋水冷壁(1)下方的螺旋水冷壁下集箱(5)、设于螺旋水冷壁(1)上方的螺旋水冷壁上集箱(6)，螺旋水冷壁下集箱(5)、螺旋水冷壁(1)、螺旋水冷壁上集箱(6)、中间混合集箱(3)依次连通。

3.根据权利要求2所述的一种水冷壁系统，其特征在于，还包括设于螺旋水冷壁下集箱(5)下方的集中下水管分配集箱(4)，螺旋水冷壁下集箱(5)与集中下水管分配集箱(4)连通，螺旋水冷壁上集箱(6)与中间混合集箱(3)之间的连通管路、螺旋水冷壁下集箱(5)与集中下水管分配集箱(4)之间的连通管路连通。

4.根据权利要求3所述的一种水冷壁系统，其特征在于，还包括设于螺旋水冷壁下集箱(5)、螺旋水冷壁上集箱(6)上的分隔板(8)，分隔板(8)划分出n个水冷壁回路，还包括n个第一截止阀(21)、n-n第三截止阀(23)，第一截止阀(21)设于螺旋水冷壁上集箱(6)至中间混合集箱(3)的连通管路上，第三截止阀(23)设于集中下水管分配集箱(4)至螺旋水冷壁下集箱(5)的的连通管路上。

5.根据权利要求4所述的一种水冷壁系统，其特征在于，还包括连通，第一截止阀(21)的上游与第三截止阀(23)的下游的反馈旁路、设于反馈旁路上的第二截止阀(22)。

6.根据权利要求5所述的一种水冷壁系统，其特征在于，还包括垂直水冷壁下集箱(9)、垂直水冷壁上集箱(10)，中间混合集箱(3)、垂直水冷壁下集箱(9)、垂直水冷壁上集箱(10)依次连通。

7.根据权利要求6所述的一种水冷壁系统，其特征在于，还包括设于垂直水冷壁上集箱(10)上方的水冷壁出口混合集箱(7)，垂直水冷壁上集箱(10)与水冷壁出口混合集箱(7)连通。

8.根据权利要求5至7任一项所述的一种水冷壁系统，其特征在于，螺旋水冷壁(1)分前墙、后墙、左侧、右侧四面布置。

9.权利要求5至7任一项所述的一种水冷壁系统的控制方法，其特征在于，高负荷运行时，第一截止阀(21)、第三截止阀(23)均打开，第二截止阀(22)关闭，工质从集中下水管分配集箱(4)出来后全部进入螺旋水冷壁下集箱(5)，通过螺旋水冷壁(1)换热后引入螺旋水冷壁上集箱(6)，再全部汇入中间混合集箱(3)；其中，高负荷指负荷超过设定的最高负荷阈值。

10.权利要求5至7任一项所述的一种水冷壁系统的控制方法，其特征在于，低负荷运行时，第一截止阀(21)、第三截止阀(23)均关闭，第二截止阀(22)开启，工质引入n个未设有第三截止阀(23)的水冷壁回路吸热后，通过反馈旁路连接管路经截止阀(22)后进入其余n-n个水冷壁回路；其中，低负荷指负荷低于设定的最低负荷阈值。

技术总结本发明涉及锅炉技术领域，公开了一种水冷壁系统及其控制方法，该系统包括从上至下连通的螺旋水冷壁、垂直水冷壁、中间混合集箱，垂直水冷壁设于螺旋水冷壁上方，垂直水冷壁通过中间混合集箱与螺旋水冷壁连通。本发明解决了现有技术存在的给水泵选型成本和运行电耗增加、影响机组安全稳定等问题。技术研发人员：刘宇钢,冯玉霄,熊鹏,王婷,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：2024/6/11