本发明涉及一种对钢铁企业燃气锅炉汽机发电进行快速启动并节能的装置及方法，属于钢铁企业燃煤气锅炉汽机发电设备及方法技术领域。
背景技术：
目前，钢铁企业煤气的发生和使用具有波动性，如高炉休风或发生待料时、热风炉在使用煤气消耗量波动、设备检修、产品要求改变时造成煤气消耗量的波动等，波动系数一般为15%～20%，平衡这种煤气波动的措施是进行大量明火放散。为了合理利用煤气能源，绝大数钢铁企业采用锅炉燃烧高炉煤气汽机发电，利用大量低热值高炉煤气进行发电是一项新技术，在不影响锅炉安全运行的情况下，可通过调整发电负荷来增减高炉煤气的使用量，既有效地利用了高炉煤气资源，作为缓冲用户又能及时地调整煤气管网的压力波动，也存在轧钢加热炉等设备定修时，或热轧热送时，煤气富裕，需启动发电备用机组用于消耗煤气杜绝放散。
目前的锅炉汽机发电启动并网要经历以下几个过程：
首先，锅炉上水上入冷态锅炉的水必须是除过氧的除盐水，其温度≥150℃，为了控制汽包壁温差应不大于50℃，减小金属热应力，严格控制上水时间和速度，一般上水时间≥3小时。
其次，进行锅炉点煤气升压升温。锅炉在升压过程中，应控制锅筒内饱和温度的上升速率不大于1.75℃/分，开启锅炉对空排汽阀门进行放散，放散期间伴随噪音污染。尤其在0.01mpa～0.49mpa期间对应饱和温度146℃，温升速度快；随着压力升高其温度变化不大，但为锅炉膨胀均匀，需大量放散蒸汽，随着压力升高，噪音污染分贝越大。锅炉升至汽机主蒸汽压力8.83mpa，主蒸汽535℃温度，需要4个小时。
再有，锅炉向汽轮机供汽前，应对蒸汽管道进行暖管，需要4小时。当汽机主蒸汽压力8.83mpa左右，主蒸汽535℃温度左右，汽轮机暖机冲转升速并网需要4个小时，期间根据蒸汽压力关闭锅炉对空排汽消除噪音污染和能源浪费。
综上所述，正常的锅炉上水启动，直到汽机暖机升速并网带至负荷的全程最少需要15小时，且启动噪音大，严重影响周边居民的的生活，更严重的是在启动期间由于机组负荷无法并网，煤气明火需放散，在锅炉启动大量放散蒸汽和消耗煤气。
随着生产的发展，目前的锅炉汽机发电启动带来的启动并网时间长、启动噪音大、大量放散蒸汽和煤气等缺点已经远远不能适应生产需要，也不符合节能减排、避免污染环境的社会要求，亟待加以改进。
技术人员通过研究机组启动过程中的加热方式和热力特性发现，机组的合理启动方式、方法应该是在启动过程中，使机组各部件得到均匀加热，使各部温差、胀差、热应力和热变形等均在允许范围内变化，尽可能地缩短机组总的启动时间，并兼顾机组启动的安全性与经济性。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种燃煤气锅炉汽机发电快速启动节能装置及方法，这种装置及方法不但可以有效地解决钢铁企业燃煤气锅炉汽机发电机组启动期间温差大、启动时间过长、煤气放散的问题，又可杜绝锅炉和汽机启动期间的能源浪费和噪音污染的问题。
解决上述技术问题的技术方案是：
一种燃煤气锅炉汽机发电快速启动节能装置，它包括高压除氧器、高压给水泵、高压加热器、锅炉本体、汽机电动主汽阀门、汽机、发电机，高压除氧器通过管道与高压给水泵连接，高压给水泵通过管道与高压加热器连接，高压加热器通过管道与锅炉给水系统连接，锅炉给水系统通过管道与锅炉本体连接，锅炉通过蒸汽管道与汽机电动主汽阀门连接，汽机电动主汽阀门通过蒸汽管道与汽机连接，汽机与发电机相连接，其改进之处是，它还有快速启动锅炉低部加热装置，快速启动锅炉低部加热装置包括大气式除氧器、低压给水泵、外部加热蒸汽阀门、蒸汽加热分汽缸、蒸汽加热分配阀门、蒸汽加热分配止逆阀，外部过热蒸汽管道通过外部加热蒸汽阀门与蒸汽加热分汽缸相连接，蒸汽加热分汽缸分别通过管道与大气式除氧器、锅炉水冷壁集箱相连接，在蒸汽加热分汽缸与锅炉水冷壁集箱的连接管道中安装有蒸汽加热分配阀门和蒸汽加热分配止逆阀。
上述燃煤气锅炉汽机发电快速启动节能装置，所述锅炉本体包括省煤器、汽包、下降管、水冷壁、水冷壁集箱和定期排污阀，它们通过高压管道进行连接。
上述燃煤气锅炉汽机发电快速启动节能装置，所述汽机本体包括汽机主汽阀前疏水系统、汽机电动主汽阀门、汽机本体疏水系统和汽机，它们通过高压管道进行连接。
上述燃煤气锅炉汽机发电快速启动节能装置，所述快速启动锅炉低部加热装置的蒸汽加热分汽缸安装有压力表、温度计和配套阀门，蒸汽加热分汽缸底部安装用以排除凝结水的疏水装置。
上述燃煤气锅炉汽机发电快速启动节能装置，所述快速启动锅炉低部加热装置的大气式除氧器安装有水位计、除氧头和配套阀门，锅炉外部冷态的精脱盐水管道通过电动阀门组与大气式除氧器连接，大气式除氧器底部通过管道和阀门组与低压给水泵连接，低压给水泵通过管道和阀门组与高压除氧器连接，输送除氧加热过的热水，锅炉的定期排污阀9通过管道和电动阀门组与大气式除氧器相连接。
一种使用上述装置的燃煤气锅炉汽机发电快速启动节能方法，它包括以下步骤：
第一步，通过大气式除氧器对锅炉进行低压循环加热：
向蒸汽加热分汽缸通入外部过热蒸汽，外部冷态的精脱盐水送入大气式除氧器，开启蒸汽加热分汽缸送与大气式除氧器的调节阀，对大气式除氧器的精脱盐水进行加热除氧；低压给水泵向锅炉送水，锅炉水对锅炉设备加热，降温后的锅炉水经过大气式除氧器加热升温，再经过低压给水泵向锅炉送水，实现对锅炉的低压热循环，锅炉汽包壁温可达到40℃时；
第二步，通过高压式除氧器对锅炉进行低压循环加热：
当锅炉汽包壁温≥40℃时，向高压除氧器投入加热蒸汽，开启高压给水泵将高压除氧器热水经过高压加热器送入锅炉，热水锅炉放热后送入大气式除氧器，再经过低压给水泵送入高压除氧器形成对锅炉的低压加热循环，锅炉汽包壁温可达到80℃时；
第三步，外部蒸汽对锅炉底部直接加热：
外部加热蒸汽通过加热分配阀门和蒸汽加热分配止逆阀进入锅炉保持加热均匀，锅炉汽包壁温可达到100℃时；
第四步，汽机低压滑参数启动：
锅炉点燃煤气，煤气燃烧稳定后，锅炉压力升，汽包产生的饱和蒸汽，经加热后变成过热蒸汽对主蒸汽管道进行暖管；当主蒸汽暖管合格后，维持锅炉燃烧稳定，汽机滑参数启动暖机，汽机达到规定转速后，发电机20并网发电。
上述燃煤气锅炉汽机发电快速启动节能方法，所述第一步包括以下步骤：
a．开启蒸汽加热分汽缸的疏水阀，缓慢微开外部加热蒸汽阀门对系统进行暖管，等暖管合格后，当蒸汽加热分汽缸的压力大≥0.05mpa时，关闭疏水阀；
b．缓慢打开外部加热蒸汽阀门对蒸汽加热分汽缸输送过热蒸汽，当蒸汽加热分汽缸的过热蒸汽压力≥0.3mpa和过热蒸汽温度≥150℃正常后，关小外部加热蒸汽阀门，保持蒸汽加热分汽缸内过热蒸汽压力和温度稳定；
c．将外部冷态的精脱盐水通过管道和电动阀门组送入大气式除氧器，并保持液位在2/3处；
d．开启蒸汽加热分汽缸与大气式除氧器的调节阀，对大气式除氧器内的精脱盐水加热除氧，保持大气式除氧器内水温度≥100℃；
e．开启低压给水泵向锅炉送水，热水经过省煤器送入汽包，汽包热水经过下降管和水冷器送到水冷壁集箱，经过放热后的水温度降低，水中的热量用于加热锅炉设备的金属温度，开启定期排污阀，把降低温度后的锅炉水送入大气式除氧器加热升温，升温后水经过低压给水泵再送入锅炉省煤器形成低压循环加热过程，根据大气式除氧器内温度，调节大气式除氧器加热蒸汽量，始终保持在当大气式除氧器内的水温度≥100℃，对锅炉系统进行低压循环加热，低压循环时间时间1小时内，锅炉汽包壁温可达到40℃时。
上述燃煤气锅炉汽机发电快速启动节能方法，所述第二步包括以下步骤：
f．当锅炉汽包壁温≥40℃时，向高压除氧器投入加热蒸汽，保持高压除氧器的水的温度≥150℃,关闭送锅炉省煤器低压循环水阀门，开启高压循环水阀门，开启高压给水泵从高压除氧器送水，经过高压加热器送入锅炉省煤器，热水经过省煤器送入汽包，汽包热水经过下降管、水冷器、水冷壁集箱和定期排污阀送入大气式除氧器，再经过低压给水泵送入高压除氧器形成低压加热循环，始终保持在当高压式除氧器内水温度≥150℃，对锅炉系统进行低压循环加热；
g．当锅炉汽包壁温≥80℃时，关闭锅炉定期排污阀，停止低压给水泵，停止高压给水泵，停止循环加热，锅炉上水至汽包水位计最低可见水位，循环时间1小时内，锅炉汽包壁温可达到80℃时。
上述燃煤气锅炉汽机发电快速启动节能方法，所述第三步包括以下步骤：
h．缓慢开启蒸汽加热分配阀门，加热蒸汽通过加热分配阀门和蒸汽加热分配止逆阀进入水冷壁集箱保持加热均匀，管道不振动，控制汽包上下壁温差不大于40℃（国家规范），蒸汽加热分汽缸保持在0.1mpa，加强加热；待炉水温度上升至100℃左右，根据管道振动情况，缓慢全开外部加热蒸汽阀门，全面投入锅炉底部加热系统全面进行无火升压升温，1小时内，锅炉汽包壁温可达到100℃时。
上述燃煤气锅炉汽机发电快速启动节能方法，所述第四步包括以下步骤：
i．锅炉点燃煤气，煤气燃烧稳稳定后，因锅炉内温度已高达100℃以上，加快升压速度，锅炉压力直接升到0.49mpa，当汽包压力大于0.5mpa时，关闭蒸汽加热分配阀门和蒸汽加热分配止逆阀，关闭外部加热蒸汽阀门，退出锅炉底部加热系统，根据锅炉汽温、汽压上升速度要求，微开启锅炉对空排汽，加快升压升温；
j．当锅炉的主蒸汽压力到达0.59mpa，主蒸汽温度190～205℃，关严汽机电动主汽阀门，开启汽机主汽阀前疏水系统和汽机本体疏水系统，汽包产生的饱和蒸汽经加热后变成过热蒸汽送至汽机电动主汽阀门前，通过汽机主汽阀前疏水系统对主蒸汽管道进行暖管；
k．当主蒸汽暖管合格后，且汽机电动主汽阀门前蒸汽压力≥1.2mpa、主汽温度≥220℃、过热度≥50℃时，锅炉关闭对空排汽，维持锅炉燃烧稳定，主蒸汽压力和温度不下跌，汽机滑参数启动暖机，当汽机冲转到400r/min～500r/min听音检查低速暖机检查5分钟；
l．汽机10分钟内均匀升速到1200r/min，并在1200r/min暖机检查30分钟；
m．汽机20分钟内转速从1200r/min匀速升速到3000r/min（过汽机和发电临界转速时，要快速平稳通过），并在3000r/min暖机检查15分钟。发电机并网发电；
n．关闭汽机本体疏水系统，当锅炉出口蒸汽参数以及蒸发达到额定值时，汽轮机也刚好带上额定负荷，滑参数启动程序再4个小时启动并网完成，6个小时内带负荷暖机并具备满负荷工况。
本发明的有益效果是：
本发明的燃煤气锅炉汽机发电快速启动节能装置增加了快速启动锅炉低部加热装置，在启动过程中采用了大气式除氧器低压循环加热、高压式除氧器低压循环加热、外部蒸汽锅炉底部直接加热、汽机低压滑参数启动等步骤，锅炉从点火生压、主蒸汽暖管、汽机滑参数启动并网代负荷共9小时，在启动过程只有微量蒸汽放散，同时杜绝了煤气放散现象，且启动全程无噪音污染。
本发明大大缩短了燃煤气锅炉汽机发电机组的启动时间，降低了锅炉启动过程中的大量放散蒸汽，降低了机组启动成本，完善了燃气锅炉和汽机快速启动的安全问题，杜绝了机组并网前的蒸汽噪音对周边居民的的污染，减少了钢铁企业煤气明火放散的现象。
本发明开辟了利用钢铁企业的煤气高效利用的新路，又解决了然煤气锅炉汽机发电启动时间长的难题，具有显著的经济效益和社会效益。
附图说明
图1是本发明的燃煤气锅炉汽机发电快速启动节能装置结构示意图。
图中标记如下：高压除氧器1、高压给水泵2、高压加热器3、省煤器4、汽包5、下降管6、水冷壁7、水冷壁集箱8、定期排污阀9、大气式除氧器10、低压给水泵11、外部加热蒸汽阀门12、蒸汽加热分汽缸13、蒸汽加热分配阀门14、蒸汽加热分配止逆阀15、汽机主汽阀前疏水系统16、汽机电动主汽阀门17、汽机本体疏水系统18、汽机19、发电机20、低压循环水阀门21、高压循环水阀门22、精脱盐水23、过热蒸汽24、快速启动锅炉低部加热装置25。
具体实施方式
本发明的燃煤气锅炉汽机发电快速启动节能装置包括高压除氧器1、高压给水泵2、高压加热器3、锅炉本体、汽机电动主汽阀门17、汽机19和快速启动锅炉低部加热装置25。
图中显示，高压除氧器1通过管道与高压给水泵2连接，高压给水泵2通过管道与高压加热器3连接，高压加热器3通过管道与锅炉给水系统连接，锅炉给水系统通过管道与锅炉本体连接。锅炉通过蒸汽管道与汽机电动主汽阀门17连接，汽机电动主汽阀门17通过蒸汽管道与汽机19连接，汽机19与发电机20相连接。
图中显示，锅炉本体包括省煤器4、汽包5、下降管6、水冷壁7、水冷壁集箱8和定期排污阀9，它们通过高压管道进行连接。
图中显示，汽机本体包括汽机主汽阀前疏水系统16、汽机电动主汽阀门17、汽机本体疏水系统18和汽机19，它们通过高压管道进行连接。
图中显示，快速启动锅炉低部加热装置25包括大气式除氧器10、低压给水泵11、外部加热蒸汽阀门12、蒸汽加热分汽缸13、蒸汽加热分配阀门14、蒸汽加热分配止逆阀15和相关的管道阀们等设备。
图中显示，过热蒸汽系统的蒸汽加热分汽缸13安装有压力表、温度计和配套阀门，蒸汽加热分汽缸13底部安装疏水装置用以排除凝结的水。过热蒸汽24通过外部加热蒸汽阀门12通过管道与蒸汽加热分汽缸13连接。蒸汽加热分汽缸13内的过热蒸汽24一部分通过管道和调节阀与大气式除氧器10连接，另一部分过热蒸汽24通过管道与蒸汽加热分配阀门14和蒸汽加热分配止逆阀15连接，过热蒸汽24通过蒸汽加热分配阀门14和蒸汽加热分配止逆阀15管道与锅炉水冷壁集箱连接。
图中显示，水蒸汽系统的大气式除氧器10安装有水位计、除氧头和配套阀门。锅炉使用外部冷态的精脱盐水23通过管道和电动阀门组与大气式除氧器10连接，大气式除氧器10底部通过管道和阀门组与低压给水泵11连接，输送除氧加热过的热水，低压给水泵11通过管道和阀门组与高压除氧器1连接。
图中显示，锅炉循环加热水系统的锅炉的定期排污阀9通过管道和电动阀门组与大气式除氧器10连接。
本发明的燃气锅炉汽机发电快速启动节能方法在启动过程中采用了大气式除氧器低压循环加热、高压式除氧器低压循环加热、外部蒸汽锅炉底部直接加热、汽机低压滑参数启动等步骤，锅炉从点火生压、主蒸汽暖管、汽机滑参数启动并网代负荷共9小时，在启动过程只有微量蒸汽放散，同时杜绝了煤气放散现象，且启动全程无噪音污染。具体步骤如下：
第一步，通过大气式除氧器对锅炉进行低压循环加热：
a．开启蒸汽加热分汽缸13的疏水阀，缓慢微开外部加热蒸汽阀门12对系统进行暖管，等暖管合格后，当蒸汽加热分汽缸13的压力大≥0.05mpa时，关闭疏水阀；
b．缓慢打开外部加热蒸汽阀门12对蒸汽加热分汽缸13输送过热蒸汽，当蒸汽加热分汽缸13的过热蒸汽压力≥0.3mpa和过热蒸汽温度≥150℃正常后，关小外部加热蒸汽阀门12，保持蒸汽加热分汽缸13内过热蒸汽压力和温度稳定；
c．将外部冷态的精脱盐水23通过管道和电动阀门组送入大气式除氧器10，并保持液位在2/3处；
d．开启蒸汽加热分汽缸13与大气式除氧器10的调节阀，对大气式除氧器10内的精脱盐水23加热除氧，保持大气式除氧器10内水温度≥100℃；
e．开启低压给水泵11向锅炉送水，热水经过省煤器4送入汽包5，汽包5热水经过下降管6和水冷器7送到水冷壁集箱8，经过放热后的水温度降低，水中的热量用于加热锅炉设备的金属温度，开启定期排污阀9，把降低温度后的锅炉水送入大气式除氧器10加热升温，升温后水经过低压给水泵11再送入锅炉省煤器4形成低压循环加热过程，根据大气式除氧器10内温度，调节大气式除氧器10加热蒸汽量，始终保持在当大气式除氧器10内的水温度≥100℃，对锅炉系统进行低压循环加热，低压循环时间时间1小时内，锅炉汽包壁温可达到40℃时。
第二步，通过高压式除氧器对锅炉进行低压循环加热：
f．当锅炉汽包壁温≥40℃时，向高压除氧器1投入加热蒸汽24，保持高压除氧器1的水的温度≥150℃,关闭送锅炉省煤器4的低压循环水阀门21，开启高压循环水阀门22，开启高压给水泵2从高压除氧器1送水，经过高压加热器3送入锅炉省煤器4，热水经过省煤器4送入汽包5，汽包5热水经过下降管6、水冷器7、水冷壁集箱8和定期排污阀9送入大气式除氧器10，再经过低压给水泵11送入高压除氧器1形成低压加热循环，始终保持在当高压式除氧器1内水温度≥150℃，对锅炉系统进行低压循环加热；
g．当锅炉汽包壁温≥80℃时，关闭锅炉定期排污阀9，停止低压给水泵11，停止高压给水泵1，停止循环加热，锅炉上水至汽包水位计最低可见水位，循环时间1小时内，锅炉汽包壁温可达到80℃时。
第三步，外部蒸汽对锅炉底部直接加热：
h．缓慢开启蒸汽加热分配阀门14，加热蒸汽24通过蒸汽加热分配阀门14和蒸汽加热分配止逆阀15进入水冷壁集箱8保持加热均匀，管道不振动，控制汽包上下壁温差不大于40℃（国家规范），蒸汽加热分汽缸13保持在0.1mpa，加强加热；待炉水温度上升至100℃左右，根据管道振动情况，缓慢全开外部加热蒸汽阀门12，全面投入锅炉底部加热系统全面进行无火升压升温，1小时内，锅炉汽包壁温可达到100℃时。
第四步，汽机低压滑参数启动：
i．锅炉点燃煤气，煤气燃烧稳稳定后，因锅炉内温度已高达100℃以上，加快升压速度，锅炉压力直接升到0.49mpa，当汽包5压力大于0.5mpa时，关闭蒸汽加热分配阀门14和蒸汽加热分配止逆阀15，关闭外部加热蒸汽阀门12，退出锅炉底部加热系统，根据锅炉汽温、汽压上升速度要求，微开启锅炉对空排汽，加快升压升温；
j．当锅炉的主蒸汽压力到达0.59mpa，主蒸汽温度190～205℃，关严汽机电动主汽阀门17，开启汽机主汽阀前疏水系统16和汽机本体疏水系统18，汽包5产生的饱和蒸汽经加热后变成过热蒸汽送至汽机电动主汽阀门17前，通过汽机主汽阀前疏水系统16对主蒸汽管道进行暖管；
k．当主蒸汽暖管合格后，且汽机电动主汽阀门17前蒸汽压力≥1.2mpa、主汽温度≥220℃、过热度≥50℃时，锅炉关闭对空排汽，维持锅炉燃烧稳定，主蒸汽压力和温度不下跌，汽机滑参数启动暖机，当汽机冲转到400r/min～500r/min听音检查低速暖机检查5分钟；
l．汽机10分钟内均匀升速到1200r/min，并在1200r/min暖机检查30分钟；
m．汽机20分钟内转速从1200r/min匀速升速到3000r/min（过汽机和发电临界转速时，要快速平稳通过），并在3000r/min暖机检查15分钟。发电机20并网发电；
n．关闭汽机本体疏水系统18，当锅炉出口蒸汽参数以及蒸发达到额定值时，汽轮机也刚好带上额定负荷，滑参数启动程序再4个小时启动并网完成，6个小时内带负荷暖机并具备满负荷工况。