一种自适应型直流锅炉疏水扩容控制装置及疏水系统的制作方法

本发明涉及一种自适应型直流锅炉疏水扩容控制装置及疏水系统，属于电力生产领域。

背景技术：

燃煤发电机组向高参数、大容量方向发展，600MW级以上机组普遍采用直流锅炉。目前直流锅炉在启动和运行过程中产生的本体高压疏水一般送入大气式疏水扩容器，其扩容产生的蒸汽排入环境空气，扩容后的水由疏水泵送入凝汽器。该疏水系统主要缺点有三个：（1）约100℃的饱和蒸汽直接排入环境，提高了电厂的水耗和热能消耗；（2）疏水直接送入凝汽器，疏水温度和凝汽器热井水温不匹配，既影响凝汽器的真空运行安全性，又增加了热力循环散热损失，影响电厂经济性；（3）扩容器和大气连通，容易使凝结水系统的水质恶化。

为了提高能源利用率，申请号201520023629.8等专利对排入环境之前的扩容蒸汽热量进行了回收利用。申请号201510134323.4等专利通过提高扩容器压力，将扩容蒸汽和疏水最终送入除氧器，回收了蒸汽工质，并提高了疏水系统能量利用效率。但是电站锅炉由于调峰需求，需要经常进行变负荷或启停操作，在此过程中，机组的压力、温度等热力参数也在随时变化，对于扩容压力高于大气压的疏水扩容系统，给其参数调节带来一定困难。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出了一种自适应型直流锅炉疏水扩容控制装置及疏水系统，既能充分回收扩容过程蒸汽和疏水的能量，又能随时根据负荷和热力系统的要求，相应改变扩容系统的参数，提高能量利用效率。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该自适应型直流锅炉疏水扩容控制装置的结构特点在于：

（1）疏水扩容控制装置用于调节疏水扩容器的压力和温度，它沿高度增加方向（坐标轴Z方向）呈轴对称布置，依次包括阀体基座、阀杆基座、滑块基座和定位基座，它们的中心轴线与阀座密封面、密封阀芯、密封阀杆、主滑块、辅助滑块、调压连杆、基座密封盖、调压顶板、定位基座的中心轴线相互重合。其中阀杆基座和滑块基座为轴对称中空结构。

（2）阀体基座沿水平方向贯穿有圆孔型蒸汽流动通道，沿轴向设置有圆台空心形的阀座密封面，完全贯穿至阀体基座上端面。阀座密封面下端面（面积较小的圆台面）高度介于蒸汽流动通道内表面和阀体基座下端面之间，使密封阀芯和阀座密封面配合时，能完全阻断蒸汽流动通道。蒸汽流动通道两端分别与扩容蒸汽入口管、扩容蒸汽出口管相连，在扩容蒸汽出口管上布置有蒸汽逆止阀，防止蒸汽倒流。

（3）阀杆基座与阀体基座上端面共同围构出阀芯移动空间，其内布置有圆台形密封阀芯，尺寸与阀座密封面相配合。阀杆基座上端面设有与密封阀杆直径相配合的孔洞，密封阀杆两端分别与密封阀芯和主滑块相连。

（4）滑块基座内布置有主滑块和辅助滑块，两者的直径与滑块基座内径相配合。主滑块和辅助滑块之间布置弹簧。基座密封盖设有与调压连杆直径相配合的孔洞，调压连杆两端分别与辅助滑块和调压顶板相连。滑块基座内设有限位挡板，用于限制主滑块向下移动的极限位置，防止密封阀芯与阀座密封面配合时过度碰撞受损。在限位挡板高度之下的滑块基座侧壁上，设有圆孔型调压蒸汽通道，它与扩容蒸汽入口管相连。滑块基座、基座密封盖和阀杆基座上端面围构出的空间被主滑块分为两部分，下部分为调压蒸汽空间，上部分为滑块移动空间。

（5）基座密封盖上端与定位基座连接，定位基座内贯穿有同心圆柱形空心结构的顶板移动空间，调压顶板可以在顶板移动空间内沿轴向移动。定位基座在不同高度方向上设有彼此平行的水平方形空心定位槽，用于放置定位滑块，定位滑块用于限定调压顶板和辅助滑块的轴向位置。

本发明中的疏水扩容控制装置的具体工作过程如下：

扩容蒸汽入口管内的压力蒸汽从调压蒸汽通道进入调压蒸汽空间，在蒸汽压力作用下，推动主滑块沿轴向向上运动，弹簧受到压缩。主滑块通过密封阀杆带动密封阀芯一起沿轴向向上运动。之前被密封阀芯所断开的蒸汽流动通道，由于密封阀芯的上移被重新接通，压力蒸汽可以顺利的从扩容蒸汽入口管通过蒸汽流动通道进入扩容蒸汽出口管。蒸汽逆止阀防止外界蒸汽倒流进入扩容蒸汽入口管。

通过调节定位滑块在各个定位槽的位置，可以调节调压顶板的高度，并通过调压连杆调节辅助滑块的轴向位置，从而预先设置对弹簧的压紧力。当调压蒸汽空间内蒸汽压力对主滑块的推动力大于弹簧压紧力时，密封阀芯上移，弹簧被进一步压紧，直至主滑块受力平衡，蒸汽流动通道被逐渐接通。当蒸汽压力对主滑块的推动力小于弹簧压紧力时，蒸汽流动通道仍旧被密封阀芯断开，扩容蒸汽入口管内的蒸汽无法进入扩容蒸汽出口管。因此，可以根据扩容蒸汽入口管的蒸汽压力，预先设定定位滑块的位置，就能控制蒸汽流动通道是否接通。

本发明所述的自适应型直流锅炉疏水系统的特点在于：

（1）该系统包括疏水扩容器、安全阀、疏水扩容控制装置、疏水箱、疏水泵、疏水泵启停开关和逻辑控制器等主要设备。

（2）疏水扩容器蒸汽出口端通过扩容蒸汽入口管与疏水扩容控制装置相连，在扩容蒸汽入口管上设有安全阀排汽管与大气连通，安全阀排汽管上设有安全阀。疏水扩容控制装置另一端通过扩容蒸汽出口管与汽轮机第六段抽汽管连接，在扩容蒸汽出口管上设有蒸汽逆止阀，防止第六段抽汽管中的蒸汽倒流回疏水扩容器。

（3）疏水扩容器分别通过疏水自流管、疏水溢流管与疏水箱连接，疏水扩容器标高大于疏水箱标高，疏水扩容器上的疏水溢流管接口标高大于疏水自流管接口标高。疏水溢流管的作用是防止疏水扩容器发生满水事故。疏水箱通过疏水引出管与#5低压加热器疏水管连接，疏水引出管上设有疏水泵和疏水逆止阀。疏水箱水位高度的信号通过信号线送入逻辑控制器，逻辑控制器根据疏水箱水位高度信号控制疏水泵启停开关，从而控制疏水泵是否运行。其控制逻辑为：若疏水箱水位低于最低水位，则疏水泵停运；若疏水箱水位高于最高水位，则疏水泵启动；若疏水箱水位介于最低水位和最高水位之间，疏水泵保持原有运行状态。

本发明中的直流锅炉疏水系统的具体工作流程如下：

汽轮机的排汽经汽轮机排汽管进入凝汽器，被冷凝成为凝结水，然后在凝结水泵作用下先后流经轴封加热器、#8低压加热器、#7低压加热器、#6低压加热器、#5低压加热器进行加热，经过加热之后的凝结水进入除氧器。#5低压加热器的热源为来自汽轮机第五段抽汽管的蒸汽，蒸汽放热后冷凝为疏水，在压力差作用下经过#5低压加热器疏水管自动流入#6低压加热器。

依次类推，#6低压加热器、#7低压加热器、#8低压加热器的热源分别为来自第六段抽汽管、第七段抽汽管、第八段抽汽管的蒸汽。在压力差作用下，蒸汽放热后的疏水经过#6低压加热器疏水管、#7低压加热器疏水管、#8低压加热器疏水管，分别流入#7低压加热器、#8低压加热器、凝汽器。轴封加热器的热源为轴封漏汽，其放热后凝结的疏水和#8低压加热器疏水汇合后一起流入凝汽器。

在锅炉正常运行时，锅炉本体疏水进入疏水扩容器降压降温后，扩容蒸汽先后经过扩容蒸汽入口管、疏水扩容控制装置、扩容蒸汽出口管，与汽轮机第六段抽汽管中的蒸汽汇合，共同进入#6低压加热器对凝结水进行加热。扩容蒸汽入口管上的安全阀排汽管用于危急情况下的疏水扩容器泄压，防止其超压运行。

疏水扩容器中降压后的疏水在重力作用下经过疏水自流管进入疏水箱，然后经过疏水引出管进入疏水泵升压，最后与#5低压加热器疏水管中的疏水汇合，共同流入#6低压加热器。疏水泵的启停由逻辑控制器和疏水泵启停开关根据疏水箱的水位高度信号进行控制。疏水引出管上的疏水逆止阀用于防止#5低压加热器疏水管中的疏水倒流入疏水箱。

在锅炉启动初期，由于锅炉本体疏水的压力较低，此时扩容蒸汽入口管中的蒸汽压力无法推动疏水扩容控制装置中的主滑块上移，蒸汽流动通道仍然为断开状况，该工况下，锅炉本体疏水先后经过疏水扩容器、疏水箱、疏水泵后，与#5低压加热器疏水管中的疏水汇合，共同流入#6低压加热器。锅炉启动过程中、后期，随着锅炉本体疏水压力的逐渐升高，扩容蒸汽入口管中的蒸汽压力也逐增加，直至使疏水扩容控制装置中的密封阀芯上移、蒸汽流动通道接通。若启动初期的锅炉本体疏水水质较差，达不到凝汽器中凝结水的水质要求，则可以停止疏水泵运行，打开疏水箱下部的排污阀，将水质差的疏水排往事故水槽。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：（1）通过改变疏水扩容装置中的定位滑块位置，可以调节疏水扩容器的工作压力和工作温度，实现疏水扩容系统参数随机组启停和负荷变化的匹配过程。（2）锅炉本体疏水在疏水扩容器中产生的扩容蒸汽和疏水的能量被全部回收，并且其热力参数和汽轮机的抽汽回热系统匹配，与疏水扩容器中的疏水全部流入凝汽器的系统相比，提高了能量利用效率和系统安全性。（3）本疏水系统中的工质最终全部进入凝结水系统，减少了蒸汽排放损失。（4）疏水泵间断运行，降低了疏水系统的电能消耗。

附图说明

图1是本发明实施例中自适应型直流锅炉疏水扩容控制装置的结构示意图。

图2是本发明实施例中定位基座的结构示意图。

图3是本发明实施例中自适应型直流锅炉疏水系统的流程图。

图中：1-疏水扩容器，2-安全阀排汽管，3-安全阀，4-疏水扩容控制装置，5-第五段抽汽管，6-汽轮机，7-第六段抽汽管，8-第七段抽汽管，9-第八段抽汽管，10-#8低压加热器，11-汽轮机排汽管，12-凝汽器，13-凝结水泵，14-轴封加热器，15-轴封加热器疏水管，16-#8低压加热器疏水管，17-#7低压加热器疏水管，18-#7低压加热器，19-#6低压加热器疏水管，20-#6低压加热器，21-#5低压加热器疏水管，22-#5低压加热器，23-疏水逆止阀，24-疏水泵启停开关，25-疏水泵，26-疏水引出管，27-逻辑控制器，28-排污阀，29-信号线，30-疏水自流管，31-疏水箱，32-疏水溢流管，101-定位基座，102-调压顶板，103-基座密封盖，104-辅助滑块，105-滑块移动空间，106-主滑块，107-限位挡板，108-调压蒸汽通道，109-阀杆基座，110-阀芯移动空间，111-扩容蒸汽入口管，112-蒸汽流动通道，113-阀体基座，114-阀座密封面，115-扩容蒸汽出口管，116-蒸汽逆止阀，117-定位滑块，118-调压连杆，119-滑块基座，120-弹簧，121-调压蒸汽空间，122-密封阀杆，123-密封阀芯，124-顶板移动空间，125-定位槽，A-锅炉本体疏水，B-加热之后的凝结水，C-轴封漏汽，D-排污水。

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1。

参见图1至图3，本实施例中的疏水扩容控制装置4沿高度增加方向（坐标轴Z方向）呈轴对称布置，依次包括阀体基座113、阀杆基座109、滑块基座119和定位基座101，它们的中心轴线与阀座密封面114、密封阀芯123、密封阀杆122、主滑块106、辅助滑块104、调压连杆118、基座密封盖103、调压顶板102、定位基座101的中心轴线相互重合。其中阀杆基座109和滑块基座119为轴对称中空结构。

阀体基座113沿水平方向贯穿有圆孔型蒸汽流动通道112，沿轴向设置有圆台空心形的阀座密封面114，完全贯穿至阀体基座113上端面。阀座密封面114下端面（面积较小的圆台面）高度介于蒸汽流动通道112内表面和阀体基座113下端面之间，使密封阀芯123和阀座密封面114配合时，能完全阻断蒸汽流动通道112。蒸汽流动通道112两端分别与扩容蒸汽入口管111、扩容蒸汽出口管115相连，在扩容蒸汽出口管115上布置有蒸汽逆止阀116。

阀杆基座109与阀体基座113上端面共同围构出阀芯移动空间110，其内布置有圆台形密封阀芯123，尺寸与阀座密封面114相配合。阀杆基座109上端面设有与密封阀杆122直径相配合的孔洞，密封阀杆122两端分别与密封阀芯123和主滑块106相连。

滑块基座119内布置有主滑块106和辅助滑块104，两者的直径与滑块基座119内径相配合。主滑块106和辅助滑块104之间布置弹簧120。基座密封盖103设有与调压连杆118直径相配合的孔洞，调压连杆118两端分别与辅助滑块104和调压顶板102相连。滑块基座119内设有限位挡板107，用于限制主滑块106向下移动的极限位置，防止密封阀芯123与阀座密封面114配合时过度碰撞受损。在限位挡板107高度之下的滑块基座119侧壁上，设有圆孔型调压蒸汽通道108，它与扩容蒸汽入口管111相连。滑块基座119、基座密封盖103和阀杆基座109上端面围构出的空间被主滑块106分为两部分，下部分为调压蒸汽空间121，上部分为滑块移动空间105。

基座密封盖103上端与定位基座101连接，定位基座101内贯穿有同心圆柱形空心结构的顶板移动空间124，调压顶板102可以在顶板移动空间124内沿轴向移动。定位基座101在不同高度方向上设有彼此平行的水平方形空心定位槽125，用于放置定位滑块117，定位滑块117用于限定调压顶板102和辅助滑块104的轴向位置。

疏水系统包括疏水扩容器1、安全阀3、疏水扩容控制装置4、疏水箱31、疏水泵25、疏水泵启停开关24和逻辑控制器27等主要设备。

疏水扩容器1蒸汽出口端通过扩容蒸汽入口管111与疏水扩容控制装置4相连，在扩容蒸汽入口管111上设有安全阀排汽管2与大气连通，安全阀排汽管2上设有安全阀3，用于危急情况下的疏水扩容器1泄压，防止其超压运行。疏水扩容控制装置4另一端通过扩容蒸汽出口管115与汽轮机第六段抽汽管7连接，在扩容蒸汽出口管115上设有蒸汽逆止阀116，防止第六段抽汽管7中的蒸汽倒流回疏水扩容器1。

疏水扩容器1分别通过疏水自流管30、疏水溢流管32与疏水箱31连接，疏水扩容器1标高大于疏水箱31标高，疏水扩容器1上的疏水溢流管32接口标高大于疏水自流管31接口标高。疏水溢流管32的作用是防止疏水扩容器1发生满水事故。疏水箱31通过疏水引出管26与#5低压加热器疏水管21连接，疏水引出管26上设有疏水泵25和疏水逆止阀23。疏水箱31水位高度的信号通过信号线29送入逻辑控制器27，逻辑控制器27根据疏水箱31水位高度信号控制疏水泵启停开关24，从而控制疏水泵25是否运行。其控制逻辑为：若疏水箱31水位低于最低水位，则疏水泵25停运；若疏水箱31水位高于最高水位，则疏水泵25启动；若疏水箱31水位介于最低水位和最高水位之间，疏水泵25保持原有运行状态。

汽轮机6的排汽经汽轮机排汽管11进入凝汽器12，被冷凝成为凝结水，然后在凝结水泵13作用下先后流经轴封加热器14、#8低压加热器10、#7低压加热器18、#6低压加热器20、#5低压加热器22进行加热，经过加热之后的凝结水B进入除氧器。#5低压加热器22的热源为来自汽轮机第五段抽汽管5的蒸汽，蒸汽放热后冷凝为疏水，在压力差作用下经过#5低压加热器疏水管21自动流入#6低压加热器20。

依次类推，#6低压加热器20、#7低压加热器18、#8低压加热器10的热源分别为来自第六段抽汽管7、第七段抽汽管8、第八段抽汽管9的蒸汽。在压力差作用下，蒸汽放热后的疏水经过#6低压加热器疏水管19、#7低压加热器疏水管17、#8低压加热器疏水管16，分别流入#7低压加热器18、#8低压加热器10、凝汽器12。轴封加热器14的热源为轴封漏汽C，其放热后凝结的疏水和#8低压加热器10的疏水汇合后一起流入凝汽器12。

锅炉本体疏水A进入疏水扩容器1降压降温后，扩容蒸汽经扩容蒸汽入口管111和疏水扩容控制装置4上的调压蒸汽通道108进入调压蒸汽空间121，在蒸汽压力作用下，推动主滑块106沿轴向向上运动，主滑块106通过密封阀杆122带动密封阀芯123一起沿轴向向上运动，弹簧120逐渐受到压缩，直至主滑块106受到的蒸汽推动力和弹簧压缩弹力相互平衡。此时由于密封阀芯123的上移，蒸汽流动通道112被接通，扩容蒸汽从扩容蒸汽入口管111先后经过蒸汽流动通道112、扩容蒸汽出口管115，与汽轮机第六段抽汽管7中的蒸汽汇合，共同进入#6低压加热器20对凝结水进行加热。

疏水扩容器1中降压后的疏水在重力作用下经过疏水自流管30进入疏水箱31，然后经过疏水引出管26进入疏水泵25升压，最后与#5低压加热器疏水管21中的疏水汇合，共同流入#6低压加热器20。疏水泵25的启停由逻辑控制器27和疏水泵启停开关24根据疏水箱31的水位高度信号进行控制。疏水引出管26上的疏水逆止阀23用于防止#5低压加热器疏水管5中的疏水倒流入疏水箱31。

以额定工况下蒸发量2100t/h、过热蒸汽压力25.4MPa、过热蒸汽温度570℃的直流锅炉正常运行状态为例，汽轮机第五段抽汽管5的蒸汽参数分别为0.411MPa、247℃，第六段抽汽管7的蒸汽参数分别为0.121MPa、169℃，#5低压加热器疏水管21中的疏水温度为110℃，通过调节疏水扩容控制装置4的定位滑块117位置，使锅炉本体疏水A进入疏水扩容器1降压降温后成为压力0.15MPa、温度111℃的扩容蒸汽和疏水。从疏水箱31经疏水引出管26进入疏水泵25的疏水，其压力从0.15MPa升压至0.42MPa。

实施例2

仍以实施例1中的直流锅炉和疏水系统为例。在锅炉启动初期，疏水扩容器中扩容蒸汽压力为0.1MPa、温度100℃，无法推动疏水扩容控制装置4中的主滑块106向上移动，蒸汽流动通道112被密封阀芯123断开。此时锅炉本体疏水A的水质达不到凝汽器12中的凝结水水质要求，疏水泵25停止运行，排污阀28打开，锅炉本体疏水A经疏水自流管30进入疏水箱31，经排污管道排往事故水槽。

当锅炉本体疏水A的水质达到凝汽器12中的凝结水水质要求后，关闭排污阀28，疏水箱31中的水位逐渐上升超过最高水位后，逻辑控制器27打开疏水泵启停开关24，使疏水泵25开始运行，将疏水送往#6低压加热器20。随着启动过程的逐渐进行，当疏水扩容器1中的扩容蒸汽压力达到0.15MPa，疏水扩容控制装置4的蒸汽流动通道112接通，整套疏水系统运行状态切换至实施例1。

实施例3

以实施例1中的疏水系统为例，直流锅炉额定工况下的蒸发量3030t/h、过热蒸汽压力26.3MPa、过热蒸汽温度605℃。

汽轮机第五段抽汽管5的蒸汽参数分别为0.636MPa、338℃，第六段抽汽管7的蒸汽参数分别为0.329MPa、262℃，#5低压加热器疏水管21中的疏水温度为142℃，通过调节疏水扩容控制装置4的定位滑块117位置，使锅炉本体疏水A进入疏水扩容器1降压降温后成为压力0.39MPa、温度143℃的扩容蒸汽和疏水。从疏水箱31经疏水引出管26进入疏水泵25的疏水，其压力从0.39MPa升压至0.65MPa。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。