1.本发明涉及火力发电技术领域，特别是涉及一种能够快速提升火电机组负荷响应速率的方法。
背景技术：2.近年来，在国家政策的大力引导下，我国可再生能源保持持续快速发展的态势。随着新能源发电的大量并网，电力系统面临巨大的调峰压力，我国的电源结构决定了火电机组灵活性占据了未来电源灵活性的主体地位。火电机组中，其机组负荷爬坡速率是火电灵活性的关键指标，火电机组充分响应电力系统的波动性变化，才能实现快速升降负荷的目标。如何最大限度的提升火电机组负荷响应速率是火电灵活性改造的重要内容之一。
技术实现要素：3.本发明需要解决的技术问题是提供一种基于蓄热罐快速提升火电机组负荷响应速率的方法，以克服除氧器、凝汽器水位、凝结水可调节流量和时间的限制，进一步提高凝结水辅助调频的调节效率，提升机组负荷响应速率。
4.为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
5.基于蓄热罐快速提升火电机组负荷响应速率的方法，该方法基于火电机组发电系统实现，所述火电机组发电系统包括发电机组、凝汽器、凝结水泵、低压加热器组、除氧器、蓄热罐、蓄热罐循环泵，发电机组分别与凝汽器和低压加热器组连接，凝汽器又经凝结水泵连接低压加热器组的输入端，低压加热器组的输出端连接除氧器，蓄热罐并联连接在低压加热器组的首末两端；
6.所述凝结水泵的出口通过蓄热罐低温入口阀与蓄热罐的下部连通，蓄热罐的上部通过蓄热罐高温入口阀与五号低压加热器出口端连通；蓄热罐循环泵进口连接至蓄热罐底部，蓄热罐循环泵出口通过蓄热罐循环泵出口阀与凝结水泵出口底端相连通；蓄热罐循环泵的出口端与蓄热罐入口阀的出口端之间嗨通过蓄热罐循环泵再循环阀相连通；
7.具体包括以下步骤：
8.s1.实时监测机组负荷指令与实际负荷，并计算两者的差值，得到功率偏差值；
9.s2.在监测到负荷指令与实际负荷差值达到凝结水节流预设条件时，将功率偏差值输入机组凝结水节流控制模型，生成凝结水节流量；
10.s3.生成的凝结水节流量经过高低限制信号判断后，通过控制蓄热罐低温入口阀、蓄热罐高温入口阀及蓄热罐循环泵出口阀及蓄热罐循环泵再循环阀调节低压加热器输出的凝结水流量变化，来改变低压缸抽汽量，进一步改变机组功率值。
11.上述基于蓄热罐快速提升火电机组负荷响应速率的方法，步骤s2所述的机组凝结水节流控制模型利用等效焓降法对各级低压加热器的能量变化进行分析，并根据能量守恒原理，推导得出机组功率变化率量与凝结水节流量之间的关系，
12.δne＝k
cw
δq
cw
13.式中，δne为机组功率变化率量，mw；k
cw
为单位流量下凝结水对于机组功率的节流增益，mw/kg；δq
cw
为凝结水节流量，kg/s；
14.机组实际负荷变化率与设定负荷变化率之间的关系为，
[0015][0016]
式中，v1为机组实际负荷变化率，v为机组设定负荷变化率，mw/min；n1为负荷变化初始值，n2为负荷变化目标值，mw；
[0017]
可得凝结水节流量，
[0018][0019]
上述基于蓄热罐快速提升火电机组负荷响应速率的方法，步骤s3中，
[0020]
当机组负荷指令升高时，接收减少凝结水节流量指令，生成蓄热罐低温入口阀及蓄热罐高温入口阀开度指令，并根据开度指令开启蓄热罐低温入口阀及蓄热罐高温入口阀，使低温凝结水进入蓄热罐，蓄热罐上部的高温凝结水通过蓄热罐高温入口阀进入除氧器，减少低压缸的抽汽量，提高机组负荷，同时保证进入除氧器的水量平衡，保持除氧器水位不变；当负荷稳定后，蓄热罐低温入口阀与高温入口阀按照设定的速率关闭；
[0021]
当机组负荷指令降低时，接收增加凝结水节流量指令，生成蓄热罐循环泵出口阀、蓄热罐高温入口阀、蓄热罐循环泵再循环阀启闭指令，开启蓄热罐循环泵出口阀及蓄热罐高温入口阀，关闭蓄热罐循环泵再循环阀，使低温凝结水进入凝结水泵出口，增加通过低压加热器的凝结水流量，增大低压缸的抽汽量，提高机组负荷，同时保证进入除氧器的水量平衡，保持除氧器水位不变；当机组负荷稳定后，蓄热罐循环泵出口阀及蓄热罐高温入口阀按照设定的速率关闭，蓄热罐循环泵再循环阀打开到预设值。
[0022]
由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。
[0023]
本发明应用蓄热罐实现，根据调节指令，通过蓄热罐改变机组中凝结水的流量，提高了凝结水辅助调频的调节效率，既克服了除氧器、凝汽器水位、凝结水可调节流量和时间的限制，提升了机组负荷响应速率，又提高了非供热期蓄热罐的利用率。与传统火电机组的运行效果相比较，至少提高机组负荷响应速率0.43mw/min，提升比例7.2％(以350mwmw为例)，同时减少凝结水节流过程中受到除氧器水位、凝结水热井水位等造成的调节限制，提高了调节效果。
附图说明
[0024]
图1为本发明所述火电机组发电系统的结构示意图。
[0025]
图2为本发明所述方法的流程图。
具体实施方式
[0026]
下面将结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步详细说明。
[0027]
火电机组在实施常规凝结水节流过程中，需要保证除氧器水位和凝汽器热井水位
在合理范围内波动，并根据除氧器水位的实时水位与设定值水位的偏差，对凝结水节流控制过程进行干预，导致凝结水节流调频动作率和响应效率偏低。
[0028]
随着热电解耦改造的实施，采用蓄热罐的热电解耦方式电厂越来越多，大型蓄热罐的建造也为利用蓄热罐开展凝结水辅助调频技术创造了有利条件。蓄热罐在供热期投入使用，而非供热期则会闲置，造成资源的浪费。本发明在非供热期时，通过蓄热罐与凝结水节流技术相结合，来改善除氧器及凝汽器水位对凝结水节流的限制，既提高了蓄热罐的使用率，避免设备闲置，又能够提高了凝结水辅助调频的调节效率，提升了机组负荷响应速率。
[0029]
为此，本发明提供一种基于蓄热罐快速提升火电机组负荷响应速率方法，解决凝结水节流调频过程中的制约因素，进一步提高机组负荷响应速度。
[0030]
该方法基于火电机组发电系统实现，该系统的结构如图1所示，包括高压缸1、中压缸2、低压缸3、发电机4、凝汽器5、凝结水泵6、蓄热罐7、蓄热罐循环泵8、八号低压加热器9、七号低压加热器10、六号低压加热器11、五号低压加热器12、除氧器13、蓄热罐低温入口阀14、蓄热罐高温入口阀15、蓄热罐循环泵出口阀16和蓄热罐循环泵再循环阀17，高压缸1、中压缸2、低压缸3、发电机4构成发电机组，八号低压加热器9、七号低压加热器10、六号低压加热器11、五号低压加热器12构成低压加热器组。
[0031]
高压缸1、中压缸2、低压缸3、发电机4同轴布置，处于同一水平面，并顺次连接；凝结水泵入口与凝汽器输出端相连，凝结水泵出口与八号低压加热器水侧入口相连，并依次与七号低压加热器、六号低压加热器、五号低压加热器相连，五号低压加热器出口与除氧器13入口相连。
[0032]
凝结水泵6出口通过蓄热罐低温入口阀14与蓄热罐下部相连，蓄热罐上部通过蓄热罐高温入口阀15与除氧器进口相连；蓄热罐循环泵8进口连接至蓄热罐7底部，蓄热罐循环泵8出口通过蓄热罐循环泵出口阀16与凝结水泵6出口相连，蓄热罐循环泵再循环阀17自蓄热罐循环泵8出口与蓄热罐入口阀14出口相连。
[0033]
本发明中，高温高压蒸汽经高压缸、中压缸、低压缸做功后进入凝汽器5中凝结成水；凝结水依次经八号低压加热器、七号低压加热器、六号低压加热器、五号低压加热器加热后送入除氧器进行出样处理后使用。当系统中机组负荷发生变动时，可通过调节蓄热罐低温入口阀14、蓄热罐高温入口阀15、蓄热罐循环泵出口阀16和蓄热罐循环泵再循环阀17的开合状态来对凝结水流量进行调节，进一步实现对机组负荷的快速响应。
[0034]
本发明通过加入蓄热罐参与燃煤机组凝结水辅助调频，其流程如图2所示，具体包括如下步骤。
[0035]
s1.实时监测机组负荷指令与实际负荷，并计算两者的差值，得到功率偏差值。
[0036]
s2.在监测到负荷指令与实际负荷差值达到凝结水节流预设条件时，将功率偏差值输入机组凝结水节流控制模型，生成凝结水节流量。
[0037]
本实施例中，以某350mw超临界机组为例，凝结水节流的预设条件如表1。
[0038]
表1
[0039][0040]
本步骤中所述的机组凝结水节流控制模型利用等效焓降法对各级低压加热器的能量变化进行分析，并根据能量守恒原理，推导得出机组功率变化率量与凝结水节流量之间的关系：
[0041]
δne＝k
cw
δq
cw
[0042]
式中，δne为机组功率变化率量，mw；k
cw
为单位流量下凝结水对于机组功率的节流增益，mw/kg；δq
cw
为凝结水节流量，kg/s。
[0043]
通过机组在不同热耗工况下对回热加热系统进行定量分析，得到凝结水流量变化率与机组负荷之间的对应关系，得出不同工况下的节流增益。延续上例，350mw超临界机组的分水额定流量520t/h时，取值为0.031，分水流量控制在30％～100％额定流量。
[0044]
机组实际负荷变化率与设定负荷变化率之间的关系为，
[0045][0046]
式中，v1为机组实际负荷变化率，v为机组设定负荷变化率，mw/min；n1为负荷变化初始值，n2为负荷变化目标值，mw。
[0047]
可得凝结水节流量，
[0048][0049]
s3.生成的凝结水节流量经过高低限制信号判断后，通过控制蓄热罐低温入口阀、蓄热罐高温入口阀及蓄热罐循环泵出口阀及蓄热罐循环泵再循环阀调节低压加热器输出的凝结水流量变化，来改变低压缸抽汽量，进一步改变机组功率值。
[0050]
本步骤中，当机组负荷指令升高时，接收减少凝结水节流量指令，生成蓄热罐低温入口阀14及蓄热罐高温入口阀15开度指令，并根据开度指令开启蓄热罐低温入口阀14及蓄热罐高温入口阀15，使低温凝结水进入蓄热罐7，蓄热罐上部的高温凝结水通过蓄热罐高温入口阀进入除氧器13，减少低压缸3的抽汽量，提高机组负荷，同时保证进入除氧器的水量平衡，保持除氧器水位不变；当负荷稳定后，蓄热罐低温入口阀与高温入口阀按照设定的速率关闭。本指令执行过程中，蓄热罐循环泵再循环阀保持不变，保持循环泵再循环最小流
量。
[0051]
当机组负荷指令降低时，接收增加凝结水节流量指令，生成蓄热罐循环泵出口阀16、蓄热罐高温入口阀15、蓄热罐循环泵再循环阀17启闭指令，开启蓄热罐循环泵出口阀16及蓄热罐高温入口阀15，关闭蓄热罐循环泵再循环阀17，使低温凝结水进入凝结水泵出口，增加通过低压加热器的凝结水流量，增大低压缸的抽汽量，提高机组负荷，同时保证进入除氧器的水量平衡，保持除氧器水位不变；当机组负荷稳定后，蓄热罐循环泵出口阀及蓄热罐高温入口阀按照设定的速率关闭，蓄热罐循环泵再循环阀打开到预设值。
[0052]
延续上述实施例，超临界350mw机组的原有机组负荷变化率6mw/min，机组从负荷350mw降为105mw过程中，将凝结水分流至蓄热罐中，蓄热罐分水流量为520.82t/h，机组平均降负荷变化率为6.43mw/min，提升0.43mw/min，机组的负荷响应速率提高了7.2％。
[0053]
具体计算过程如表2。
[0054]
表2
[0055][0056]
技术特征：1.基于蓄热罐快速提升火电机组负荷响应速率的方法，其特征在于，该方法基于火电机组发电系统实现，所述火电机组发电系统包括发电机组、凝汽器(5)、凝结水泵(6)、低压加热器组、除氧器(13)、蓄热罐(7)、蓄热罐循环泵(8)，发电机组分别与凝汽器(5)和低压加热器组连接，凝汽器(5)又经凝结水泵(6)连接低压加热器组的输入端，低压加热器组的输出端连接除氧器(13)，蓄热罐(7)并联连接在低压加热器组的首末两端；所述凝结水泵(6)的出口通过蓄热罐低温入口阀(14)与蓄热罐(7)的下部连通，蓄热罐(7)的上部通过蓄热罐高温入口阀(15)与五号低压加热器(12)出口端连通；蓄热罐循环泵(8)进口连接至蓄热罐(7)底部，蓄热罐循环泵(8)出口通过蓄热罐循环泵出口阀(16)与凝结水泵出口底端相连通；蓄热罐循环泵(8)的出口端与蓄热罐入口阀(14)的出口端之间嗨通过蓄热罐循环泵再循环阀(17)相连通；所述方法具体包括以下步骤：s1.实时监测机组负荷指令与实际负荷，并计算两者的差值，得到功率偏差值；s2.在监测到负荷指令与实际负荷差值达到凝结水节流预设条件时，将功率偏差值输入机组凝结水节流控制模型，生成凝结水节流量；s3.生成的凝结水节流量经过高低限制信号判断后，通过控制蓄热罐低温入口阀、蓄热罐高温入口阀及蓄热罐循环泵出口阀及蓄热罐循环泵再循环阀调节低压加热器输出的凝结水流量变化，来改变低压缸抽汽量，进一步改变机组功率值。2.根据权利要求1所述的基于蓄热罐快速提升火电机组负荷响应速率的方法，其特征在于，步骤s2所述的机组凝结水节流控制模型利用等效焓降法对各级低压加热器的能量变化进行分析，并根据能量守恒原理，推导得出机组功率变化率量与凝结水节流量之间的关系，δn
e
＝k
cw
δq
cw
式中，δn
e
为机组功率变化率量，mw；k
cw
为单位流量下凝结水对于机组功率的节流增益，mw/kg；δq
cw
为凝结水节流量，kg/s；机组实际负荷变化率与设定负荷变化率之间的关系为，式中，v1为机组实际负荷变化率，v为机组设定负荷变化率，mw/min；n1为负荷变化初始值，n2为负荷变化目标值，mw；可得凝结水节流量，3.根据权利要求2所述的基于蓄热罐快速提升火电机组负荷响应速率的方法，其特征在于，步骤s3中，当机组负荷指令升高时，接收减少凝结水节流量指令，生成蓄热罐低温入口阀(14)及蓄热罐高温入口阀(15)开度指令，并根据开度指令开启蓄热罐低温入口阀(14)及蓄热罐高
温入口阀(15)，使低温凝结水进入蓄热罐(7)，蓄热罐上部的高温凝结水通过蓄热罐高温入口阀进入除氧器(13)，减少低压缸(3)的抽汽量，提高机组负荷，同时保证进入除氧器的水量平衡，保持除氧器水位不变；当负荷稳定后，蓄热罐低温入口阀与高温入口阀按照设定的速率关闭；当机组负荷指令降低时，接收增加凝结水节流量指令，生成蓄热罐循环泵出口阀(16)、蓄热罐高温入口阀(15)、蓄热罐循环泵再循环阀(17)启闭指令，开启蓄热罐循环泵出口阀(16)及蓄热罐高温入口阀(15)，关闭蓄热罐循环泵再循环阀(17)，使低温凝结水进入凝结水泵出口，增加通过低压加热器的凝结水流量，增大低压缸的抽汽量，提高机组负荷，同时保证进入除氧器的水量平衡，保持除氧器水位不变；当机组负荷稳定后，蓄热罐循环泵出口阀及蓄热罐高温入口阀按照设定的速率关闭，蓄热罐循环泵再循环阀打开到预设值。
技术总结本发明公开了一种基于蓄热罐快速提升火电机组负荷响应速率的方法，所述方法包括以下步骤：实时监测机组负荷指令与实际负荷，并计算两者的差值，得到功率偏差值；在监测到负荷指令与实际负荷差值达到凝结水节流预设条件时，将功率偏差值输入机组凝结水节流控制模型，生成凝结水节流量；生成的凝结水节流量经过高低限制信号后，通过控制蓄热罐低温入口阀、蓄热罐高温入口阀及蓄热罐循环泵出口阀及蓄热罐循环泵再循环阀调节低压加热器输出的凝结水流量变化，来改变低压缸抽汽量，进一步改变机组功率值。本发明克服了除氧器、凝汽器水位、凝结水可调节流量和时间的限制，进一步提高了凝结水辅助调频的调节效率，提升了机组负荷响应速率。负荷响应速率。负荷响应速率。
技术研发人员：郭江龙 米大斌 王剑峰 李琼 李涛 刘书安
受保护的技术使用者：河北建投能源科学技术研究院有限公司
技术研发日：2022.06.24
技术公布日：2022/11/1
