一种提升二次再热机组一次调频增负荷的系统及方法与流程

1.本公开属于二次再热机组技术领域，具体涉及一种提升二次再热机组一次调频增负荷的系统及方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.为提高火电机组的效率，二次再热机组比一次再热机组增加了一次蒸汽的循环利用。但是，蒸汽增加一次循环利用，也大幅增加了二次再热机组的再热系统容积惯性，进而延滞了功率占比70％左右的中、低压缸的出力，降低了汽轮机各缸功率的动态叠加效应，不利于一次调频。从多台机组一次调频试验的结果看，对于电网下降0.1hz以上的频差，二次再热机组增负荷的响应性能普遍达不到考核标准的要求。在新能源逐步增多，电网需要火电机组承担更多辅助服务的形势下，二次再热机组必须改变其一次调频性能差的局面。
4.再热系统容积惯性与蒸汽压力正相关，再热系统的蒸汽压力越高，其容积惯性越大。二次再热机组一次再热系统，其蒸汽压力已达到10mpa以上，属高压系统，其容积惯性是二次再热系统容积惯性的两倍以上，也大幅高于同容量一次再热机组的再热容积惯性。因此，一次再热系统容积惯性大是二次再热机组一次调频性能差的主要因素。提升二次再热机组一次调频增负荷性能的措施，应避开一次再热系统惯性的负面影响。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本公开提出了一种提升二次再热机组一次调频增负荷的系统及方法，通过在一次再热系统冷段和二次再热系统冷段管道之间设置蒸汽联络管道，并在蒸汽联络管道上设置能快速打开的减压阀，蒸汽联络管道和减压阀共同组成能避开一次再热系统惯性的蒸汽快速通道系统；当机组触发电网频率下降0.1hz以上的一次调频时，增量蒸汽通过蒸汽快速通道系统，尽快影响功率占比70％的中压缸和低压缸的出力，提升机组的动态升负荷性能。
6.根据一些实施例，本公开的第一方案提供了一种提升二次再热机组一次调频增负荷的系统，采用如下技术方案：
7.一种提升二次再热机组一次调频增负荷的系统，采用蒸汽快速通道系统，所述蒸汽快速通道系统包括设置在一次再热系统冷段管道和二次再热系统冷段管道之间的蒸汽联络管道和设置在所述蒸汽联络管道上的减压阀。根据一次调频最大负荷变化量为6％额定功率，综合考虑汽轮机各缸的功率占比及高压缸功率零增长的因素，蒸汽联络管道容量可按照8％二次再热蒸汽额定流量设计；减压阀出口压力取二次再热器入口安全门的动作值，且具备3s内全开的功能。
8.作为进一步的技术限定，所述一次再热系统冷段管道用于连接超高压缸和一次再热器，所述二次再热系统冷段管道用于连接高压缸和二次再热器。
9.进一步的，所述高压缸和所述一次再热器之间通过一次再热器热段蒸汽母管相连接。
10.进一步的，所述超高压缸的一侧通过机组主蒸汽母管与过热器相连接。
11.进一步的，所述二次再热器热段蒸汽母管与中压缸相连接。
12.进一步的，所述中压缸通过连通管与低压缸相连接。
13.进一步的，所述超高压缸和所述高压缸之间，所述高压缸和所述中压缸之间，以及所述中压缸和所述低压缸之间还通过转子轴直接连接。
14.作为进一步的技术限定，所述减压阀采用液动减压阀。
15.根据一些实施例，本公开的第二方案提供了一种提升二次再热机组一次调频增负荷的方法，采用了第一方案中所提供的提升二次再热机组一次调频增负荷的系统，采用如下的技术方案：
16.一种提升二次再热机组一次调频增负荷的方法，包括以下步骤：
17.步骤s01：当电网频率低于额定频率0.1hz时，触发二次再热机组的一次调频功能，汽轮机超高压调门根据常规一次调频逻辑产生的指令增大开度，指令为汽轮机转速差经转速不等率设计函数计算产生的deh综合阀位指令和ccs功率补偿指令的叠加值，减压阀快速打开；
18.步骤s02：汽轮机超高压调门动作后产生的增量蒸汽，经超高压缸做功后排入一次再热蒸汽系统冷段蒸汽母管，通过蒸汽快速通道进入二次再热系统冷段蒸汽母管，进入二次再热器加热，经中压缸和低压缸做功后排入凝汽器系统；
19.步骤s03：ccs闭环功率控制回路通过汽轮机超高压调门，消除机组实际功率与一次调频理论功率的偏差；
20.步骤s04：电网频率正常或减压阀打开1分钟后，减压阀关闭，机组恢复正常工作模式。
21.与现有技术相比，本公开的有益效果为：
22.1.本公开无需改动机组原一次调频逻辑，只需增加减压阀的控制逻辑。
23.2.本公开蒸汽联络管道连接的是工作温度接近的一、二次再热系统冷段管道，温度低、路径短，设备成本低。
24.3.本公开可减少高压加热器系统对一次调频增量蒸汽的逐级抽取，保证了中低压缸做功的蒸汽量。
25.4.本公开使二次再热机组获得与一次再热机组类似的一次调频增负荷性能。
26.5.本公开与补汽阀、凝结水节流、高压加热器给水旁路等辅助调频技术无冲突，可组合使用，共同提高二次再热机组的深度调频能力。
27.6.本公开只在大频差一次调频时投用，作用时间1min，且最多改变8％二次再热额定蒸汽量的走向，对机组效率和参数稳定性的影响远比其他技术小，无需准备额外措施。
附图说明
28.构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
29.图1是本公开实施例一中的提升二次再热机组一次调频增负荷的系统的结构示意
图；
30.图2是本公开实施例二中的提升二次再热机组一次调频增负荷的方法的流程图；
31.其中，1、过热器，2、超高压缸，3、一次再热器，4、高压缸，5、二次再热器，6、中压缸，7、低压缸，8、机组主蒸汽母管，9、连通管，10、一次再热系统冷段蒸汽母管，11、一次再热系统热段蒸汽母管，12、二次再热系统冷段蒸汽母管，13、二次再热系统热段蒸汽母管，14、蒸汽联络管道，15、减压阀，16、转子轴。
具体实施方式
32.下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
33.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
34.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
35.在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
36.实施例一
37.本公开实施例一提供了一种提升二次再热机组一次调频增负荷的系统。
38.在现有技术中，二次再热机组现行的一次调频方法是：电网实时频率偏离额定频率0.033hz(对应汽轮机转速2r/min)以上时，触发机组一次调频功能，机组通过超高压调门调节汽轮机的进汽量，产生补偿频差所需的功率；实时频率低于额定频率时，机组增负荷，实时频率高于额定频率时，机组减负荷。
39.二次再热机组超高压调门动作后产生的蒸汽变化量，先经功率占比15％的超高压缸，做功后排入一次再热蒸汽系统；一次再热蒸汽经锅炉加热，再进入功率占比15％的高压缸，做功后排入二次再热蒸汽系统；二次再热蒸汽经锅炉加热，再进入功率占比70％的中、低压缸，做功后排入凝汽器系统。汽轮机做功过程是串联进行，响应快的超高压缸做功少；做功多的中、低压缸则需克服两级再热系统的惯性，响应大为迟滞。这就造成二次再热机组一次调频的响应性能差。
40.如图1所示的一种提升二次再热机组一次调频增负荷的系统，包括过热器1、超高压缸2、一次再热器3、高压缸4、二次再热器5、中压缸6、低压缸7、机组主蒸汽母管8、连通管9、一次再热系统冷段蒸汽母管10、一次再热系统热段蒸汽母管11、二次再热系统冷段蒸汽母管12、二次再热系统热段蒸汽母管13、蒸汽联络管道14、减压阀15和转子轴16。
41.专利(一种二次再热机组一次调频辅助系统，202120512107x)在机组主蒸汽母管和二次再热器热段蒸汽母管之间的辅助系统管道上设置减压阀，其两端连接的均是高温管道，减压阀的降压比大，因此造价高、工作状态恶劣；但是其一次调频响应速度最快，达到非再热机组的水平，可用于对一次调频要求较高的场景。
42.本实施例所提出的提升二次再热机组一次调频增负荷的系统是在一次再热系统冷段蒸汽母管10和二次再热系统冷段蒸汽母管12之间的蒸汽联络管道14设置减压阀15，蒸
汽联络管道14的两端均连接在冷段管道之间；与专利(一种二次再热机组一次调频辅助系统，202120512107x)相比，管道温度降低了200℃，减压阀的降压比小3倍，因此造价要便宜得多，是一种更安全、更经济的利于工程实践的方法；但是其一次调频响应速度只能达到一次再热机组的水平。
43.作为一种或多种实施方式，一次再热系统冷段管道10用于连接超高压缸2和一次再热器3，二次再热系统冷段管道12用于连接高压缸4和二次再热器5。
44.作为一种或多种实施方式，高压缸4和一次再热器3之间通过一次再热器热段蒸汽母管11相连接。
45.作为一种或多种实施方式，超高压缸2的一侧通过机组主蒸汽母管8与过热器1相连接。
46.作为一种或多种实施方式，二次再热器热段蒸汽母管13与中压缸6相连接。
47.作为一种或多种实施方式，中压缸6通过连通管9与低压缸相连接。
48.作为一种或多种实施方式，超高压缸2和高压缸4之间，高压缸4和中压缸6之间，以及中压缸6和低压缸7之间通过转子轴16直接连接。
49.作为一种或多种实施方式，减压阀15采用液动减压阀。
50.实施例二
51.本公开实施例二提供了一种提升二次再热机组一次调频增负荷的方法，采用了实施例一种所提供的提升二次再热机组一次调频增负荷的系统。
52.从火电机组的一次调频性能看，一次再热机组好于二次再热机组。因此，蒸汽再热系统的惯性是影响火电机组一次调频性能的主要因素。
53.容量同为1000mw的一、二次再热机组，表征再热系统惯性大小的再热容积时间常数，一次再热机组在17s左右；二次再热机组一、二次再热容积时间常数分别为25s和10s左右。提升二次再热机组一次调频增负荷性能的方法，应使增量蒸汽避开惯性较大的一次再热系统，以获得与一次再热机组类似的响应性能。
54.因此，本实施例进行了提升二次再热机组一次调频增负荷的方法的相关研究。
55.如图2所示的一种提升二次再热机组一次调频增负荷的方法，包括以下步骤：
56.步骤s01：当电网频率低于额定频率0.1hz时，触发二次再热机组的一次调频功能，汽轮机超高压调门根据常规一次调频逻辑产生的指令增大开度，指令为汽轮机转速差经转速不等率设计函数计算产生的deh综合阀位指令和ccs功率补偿指令的叠加值，减压阀快速打开；
57.步骤s02：汽轮机超高压调门动作后产生的增量蒸汽，经超高压缸做功后排入一次再热蒸汽系统冷段蒸汽母管，通过蒸汽快速通道进入二次再热系统冷段蒸汽母管，进入二次再热器加热，经中压缸和低压缸做功后排入凝汽器系统；
58.步骤s03：ccs闭环功率控制回路通过汽轮机超高压调门，消除机组实际功率与一次调频理论功率的偏差；
59.步骤s04：电网频率正常或减压阀打开1分钟后，减压阀关闭，机组恢复正常工作模式。
60.作为一种或多种实施方式，根据一次调频最大负荷变化量为6％额定功率，综合考虑汽轮机各缸的功率占比及高压缸功率零增长的因素，蒸汽快速通道的管道容量可按照
8％二次再热蒸汽额定流量设计；减压阀出口压力取二次再热器入口安全门的动作值，且具备3s内全开的功能。
61.作为一种或多种实施方式，在火电厂的分散式控制系统中，增加蒸汽快速通道减压阀的控制逻辑：当二次再热机组一次调频功能触发、且电网频率低于额定频率0.1hz时，减压阀快速打开；在电网频率正常或减压阀打开1分钟后，减压阀关闭。
62.本实施例无需改动机组原一次调频逻辑，只需增加减压阀的控制逻辑；蒸汽联络管道连接的是工作温度接近的一、二次再热系统冷段管道，温度低、路径短，设备成本低；可减少高压加热器系统对一次调频增量蒸汽的逐级抽取，保证了中低压缸做功的蒸汽量；使二次再热机组获得与一次再热机组类似的一次调频增负荷性能；与补汽阀、凝结水节流、高压加热器给水旁路等辅助调频技术无冲突，可组合使用，共同提高二次再热机组的深度调频能力；只在大频差一次调频时投用，作用时间1min，且最多改变8％二次再热额定蒸汽量的走向，对机组效率和参数稳定性的影响远比其他技术小，无需准备额外措施。
63.上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。