一种高压加热器提前启动的控制系统和控制方法与流程

本申请涉及超临界火力电力领域，具体涉及一种高压加热器提前启动的控制系统和控制方法。

背景技术：

火电行业内通常会对进入锅炉内的给水进行提前加热至一定温度，以快速启动锅炉加热，以便通过热水蒸汽能快速达到对应汽轮机的启动要求，例如温度，压力等参数。

通常情况下，对于锅炉给水的提前加热，通常是通过高压加热器实现的，而对高压加热器供热的热源通常可以有以下几种方式：

1、辅助热源；例如文献cn203421668u，该专利文献中，虽然可以利用邻机辅汽加热给水温度，但未考虑到给水温升速率、高压加热器端差等问题，没有给出具体的辅汽和高旁蒸汽的供汽时机，使得辅汽与高旁蒸汽的利用率低，甚至可能影响到整个系统安全稳定运行。

2、高旁蒸汽；例如文献cn105605551a中采用高旁蒸汽加热给水温度，同时对几个高压加热器供汽，除了存在上面的问题外，由于高旁蒸汽同时进入高压加热器时，高压加热器为冷态，使得高压加热器的温度骤然升高，还存在安全方面的问题。

技术实现要素：

鉴于以上问题，本发明提供了一种高压加热器提前启动的控制系统和控制方法，该控制系统通过将辅汽(辅助热源)和高压旁路汽体(高旁蒸汽)结合使用以提高给水温度，并对给水温升速率和高压加热器的端差进行精确控制，使得辅汽和高旁蒸汽利用率高，减少燃料消耗，缩短锅炉的启动时间，整个系统安全可靠。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：

一种高压加热器随炉启动的系统，包括高压旁路疏水扩容、凝汽器、除氧器、给水泵、3号高压加热器、2号高压加热器、1号高压加热器、锅炉、过热器、高压旁路电动调节阀、第一减温喷水器、汽轮机、第二减温喷水器、再热器、低压旁路电动调节阀、二段抽汽电动逆止阀、二段抽汽电动调节阀、电动辅汽隔离阀、电动辅汽调节阀、1号高压加热器事故电动疏水阀、2号高压加热器事故电动疏水阀、3号高压加热器事故电动疏水阀、1号高压加热器正常电动疏水阀、2号高压加热器正常电动疏水阀、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、第五温度传感器、第六温度传感器、第七温度传感器、给水调节阀、控制器；

所述第一温度传感器置于主蒸汽管道，所述第二温度传感器置于1号高压加热器加水侧出口处，所述第三温度传感器置于2号高压加热器水侧出口处，所述第四温度传感器置于2号高压加热器水侧进口处，第五温度传感器置于3号高压加热器水侧入口处，第六温度传感器置于2号高压加热器向1号高压加热器正常疏水的出口处，第七温度传感器置于2号高压加热器向3号高压加热器正常疏水的出口处；所述第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、第五温度传感器、第六温度传感器、第七温度传感器与控制器相连，所述控制器与低压旁路电动调节阀、1-3号高压加热器事故电动疏水阀、1、2号高压加热器正常电动疏水阀、二段抽汽电动逆止阀、二段抽汽电动调节阀、第一喷水减温、电动辅汽隔离阀、电动辅汽调节阀电连接。

本发明进一步的改进在于，所述温度传感器与控制器之间无线通信连接，所述控制器具有显示面板。

本发明进一步的改进在于，所述第一温度传感器用于监测主蒸汽温度；所述第二温度传感器用于监测1号高压加热器水侧出口处的给水温度；所述第三温度传感器用于监测2号高压加热器水侧出口处的给水温度；所述第四温度传感器用于监测2号高压加热器水侧进口处的给水温度；所述第五温度传感器用于监测3号高压加热器水侧进口处的给水温度；所述第六温度传感器用于监测2号高压加热器向1号高压加热器正常疏水的出口处的疏水温度；所述第七温度传感器用于监测2号高压加热器向3号高压加热器正常疏水的出口处的疏水温度。

本发明进一步的改进在于，所述第二温度传感器与第五温度传感器同一时刻的差值为1-3号高压加热器的给水温升。

本发明进一步的改进在于，所述第三温度传感器与第四温度传感器同一时刻的温度差值为2号高压加热器水侧出口侧的给水温升，该给水温升与给水进出2号高压加热器的时间间隔比值为2号高压加热器水侧出口侧的给水温升速率。

本发明进一步的改进在于，所述第六温度传感器与第三温度传感器的温度差值为2号高压加热器的上端差；所述第七温度传感器与第四温度传感器的同一时刻的温度差值为2号高压加热器的下端差。

本申请还提供一种高压加热器提前启动的控制方法，该方法基于前述任一所述的高压加热器提前启动的控制系统，该方法基于任一项所述的高压加热器提前启动的控制系统，包括以下步骤：

1)锅炉上水时，检查二段抽汽电动调节阀、二段抽汽电动逆止阀是否关闭；

2)在完全关闭的前提下，打开电动辅汽隔离阀、电动辅汽调节阀、2号高压加热器事故疏水阀，邻机辅汽系统开始向2号高压加热器供汽，2号高压加热器的汽侧开始建立水位，并对给水开始加热；

3)在邻机辅汽加热给水过程中，控制2号高压加热器水侧出口处的给水温升速率在1℃/min以内并且2号高压加热器的端差在5-8℃内；

4)当1号高压加热器水侧出口处给水温度大于第一预设温度时，锅炉开始点火，并同时全开高压旁路电动调节阀，根据高压旁路后压力和2号高压加热器温升速率自动调节低压旁路电动调节阀开度；第一喷水减温器、第二喷水减温器按设计规则纳入对应混合汽温控制逻辑；

5)当锅炉主蒸汽起压后主蒸汽温度大于第二预设温度时，关闭电动辅汽隔离阀、电动辅汽调节阀；并同时关闭第一喷水减温器，关小低压旁路电动调节阀，打开二段抽汽电动调节阀、二段抽汽电动逆止阀，高压旁路蒸汽向2号高压加热器供汽；

6)在高压旁路蒸汽加热给水过程中，控制2号高压加热器水侧出口处的给水温升速率在1℃/min以内并且2号高压加热器的端差在5-8℃内；

7)当主蒸汽温度达到第三预设温度时，关闭二段抽汽电动调节阀、二段抽汽电动逆止阀，打开第一喷水减温器，并同时将低压旁路电动调节阀(15)恢复到正常开度，汽轮机开始冲转。

本发明进一步的改进在于，所述控制方法还包括，当2号高压加热器水侧出口处的给水温升速率超过1℃/min且处于辅汽供汽时，关小电动辅汽调节阀；当2号高压加热器水侧出口处的给水温升速率超过1℃/min且处于高压旁路蒸汽供汽时，关小二段抽汽电动调节阀，并同时开大低压旁路电动调节阀。

本发明进一步的改进在于，所述控制方法还包括，当2号高压加热器的上端差大于5℃时，打开1号高压加热器正常电动疏水阀和1号高压加热器事故电动疏水阀。

本发明进一步的改进在于，所述控制方法还包括，当2号高压加热器的下端差大于5℃时，打开2号高压加热器正常电动疏水阀和3号高压加热器事故电动疏水阀。

本发明进一步的改进在于，所述第一预设温度优选为170℃，所述第二预设温度优选为200℃，所述第三预设温度为375℃～525℃,优选为525℃。

本发明的一种高压加热器随炉启动的系统和方法。本发明和目前通常使用的系统比起来有以下几方面明显的优点：

1)至机组冲转前，高压加热器可累计提升给水温度35～42℃；缩短了启动时间，合理控制高压旁路蒸汽和辅汽的供汽时机，提高了高压旁路蒸汽和辅汽的利用率，降低了热损失；

2)在锅炉点火前通过邻机辅汽系统对2号高压加热器进行加热，提高锅炉上水温度，通过换水提高锅炉受热面壁温，防止了锅炉点火后主再蒸汽温度100℃左右过再热器弯管水塞消除后，过热器和再热器的壁温上升过快，导致氧化皮脱落的问题；

3)在锅炉点火后至汽轮机冲转前充分利用2号高压加热器吸收高压旁路蒸汽的热量，不仅提高了给水温度，还降低了冷却水和辅汽用量；

4)精确控制了给水温升速率和高压加热器端差，使得高压加热器的提前启动更安全可靠。

5)通过正常疏水管道，2号高压加热器能够向1号高压加热器和3号高压加热器供汽，暖管顺序合理，提前预热了所有高压加热器，加快了高压加热器可正常投入使用，

6)在现有火电系统中改进小，成本低，经济效益高。

附图说明

图1为一种高压加热器提前启动控制系统框图

图2为一种高压加热器提前启动系统电路控制图

图3为辅汽加热给水控制流程图

图4为2号高压加热器高压旁路蒸汽加热给水控制流程图

图中：

1、疏水扩容

2、凝汽器

3、除氧器

4、给水泵

5、3号高压加热器

6、2号高压加热器

7、1号高压加热器

8、锅炉

9、过热器

10、高压旁路电动调节阀

11、第一减温喷水器

12、汽轮机

13、第二减温喷水器

14、再热器

15、低压旁路电动调节阀

16、二段抽汽电动逆止阀

17、二段抽汽电动调节阀

18、电动辅汽隔离阀

19、电动辅汽调节阀

20、1号高压加热器事故电动疏水阀

21、2号高压加热器事故电动疏水阀

22、3号高压加热器事故电动疏水阀

23、1号高压加热器正常电动疏水阀

24、2号高压加热器正常电动疏水阀

25、第一温度传感器

26、第二温度传感器

27、第三温度传感器

28、第四温度传感器

29、第五温度传感器

30、第六温度传感器

31、第七温度传感器

32、给水调节阀

33、控制器

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

参见图1，图1示出了本发明的高压加热器提前启动的控制系统框图。该控制系统包括高压旁路疏水扩容1、凝汽器2、除氧器3、给水泵4、3号高压加热器5、2号高压加热器6、1号高压加热器7、锅炉8、过热器9、高压旁路电动调节阀10、第一减温喷水器11、汽轮机12、第二减温喷水器13、再热器14、低压旁路电动调节阀15、二段抽汽电动逆止阀16、二段抽汽电动调节阀17、电动辅汽隔离阀18、电动辅汽调节阀19、1号高压加热器事故电动疏水阀20、2号高压加热器事故电动疏水阀21、3号高压加热器事故电动疏水阀22、1号高压加热器正常电动疏水阀23、2号高压加热器正常电动疏水阀24、第一温度传感器25、第二温度传感器26、第三温度传感器27、第四温度传感器28、第五温度传感器29、第六温度传感器30、第七温度传感器31、给水调节阀32、控制器33。

第一温度传感器25置于主蒸汽管道，第二温度传感器26置于1号高压加热器加水侧出口处，第三温度传感器27置于2号高压加热器水侧出口处，第四温度传感器28置于2号高压加热器水侧进口处，第五温度传感器29置于3号高压加热器水侧入口处，第六温度传感器30置于2号高压加热器向1号高压加热器正常疏水的出口处，第七温度传感器31置于2号高压加热器向3号高压加热器正常疏水的出口处；第一温度传感器25、第二温度传感器26、第三温度传感器27、第四温度传感器28、第五温度传感器29、第六温度传感器30、第七温度传感器31与控制器33相连，控制器33与低压旁路电动调节阀15、1-3号高压加热器事故电动疏水阀、1-2号高压加热器正常电动疏水阀、二段抽汽电动逆止阀、二段抽汽电动调节阀17、第一喷水减温、电动辅汽隔离阀18、电动辅汽调节阀19电连接。

所用温度传感器与控制器33之间无线通信连接，将采集到的温度信息定时发送到控制器的储存器中，温度传感器带无线发射器，控制器选用高精度高运算速率的单片机，并带无线接收器；温度传感器为接触式温度触感器，测量精度高，控制器还具有显示面板。定时发送时间间隔可以是10秒、20秒、30秒，定时发送的时间间隔越短，采集到的温度信息更准确，但不要超过30秒，以便对给水温升速率和高压加热器端差控制带来不利影响，显示面板为交互式面板，可以用于显示各个温度器的温度值，也可以作为输入接口输入各预设温度。

第一温度传感器25用于监测主蒸汽温度；第二温度传感器26用于监测1号高压加热器水侧出口处的给水温度；第三温度传感器27用于监测2号高压加热器水侧出口处的给水温度；第四温度传感器28用于监测2号高压加热器水侧进口处的给水温度；第五温度传感器29用于监测3号高压加热器水侧进口处的给水温度；第六温度传感30器用于监测2号高压加热器向1号高压加热器正常疏水的出口处的疏水温度；第七温度传感器31用于监测2号高压加热器向3号高压加热器正常疏水的出口处的疏水温度。

对于一个高压加热器系统，在进水量一定的前提下，给水流入高压加热器和流出高压加热器的时间间隔是恒定的且已知的，控制器33依据第三温度传感器27和第四温度传感器28所测得温度数据，两者差值即反应了给水进入2号高压加热器的温升值，将该温升值除以给水所在2号高压加热器的时间间隔，即可计算出给水的温升速率，该时间间隔可以在使用前通过显示面板输入。

在采用辅汽或者高压旁路蒸汽是以2号高压加热器为主，在2号高压加热器端差大于一定值时，比如5-8℃，才会进一步对与2号高压加热器串联的1、3号高压加热器进行暖管并加热给水，因为过大的引入蒸汽从2号高压加热器进入1、3号高压加热器进行暖管，会导致2号高压加热器的端差过大，端差过大对机组影响较大，比如上端差过大，使得疏水调节装置异常，高压加热器水位高等问题，甚至影响高压加热器泄露、减少蒸汽与钢管的接触面积，影响热效率，更严重时会造成汽机进水；而下端差大原因是疏水水位低；另一方面，高加提前暖管本来就是非正常启动，疏水管道采用事故疏水管道，因为疏水压力、温度变化很容易引起疏水管道振动，使得正常疏水管道使用更加慎重。

在火电发电系统中，不宜引入过多的管道进入每个高压加热器，而2号高压加热器与高旁通路是联通的，不会影响现有系统的功能，本控制系统采用2号高压加热器加热给水的主要热源，再利用2号高压加热器端差控制来控制正常疏水管道的开闭，来对1、3号高压加热器提前暖管，既经济又安全。

控制器33依据第二温度传感器26与第五温度传感器29的温度差值计算1-3高压加热器的瞬时给水温升，该温度差值为第二温度传感器26与第五温度传感器29同一时刻的温度差值，而某一段时间内，比如5秒、10秒，1分钟等，控制器可以多次采集第二温度传感器26和第五温度传感器29的温度值而计算出多个瞬时给水温升，该瞬时给水温升求均值即可以得到平均给水温升，以提高对高压加热器的给水温升速率的控制精度。比如，在辅汽供汽的时间段内，依据第二温度传感器26与第五温度传感器29的测量值可以计算出辅汽加热给水的平均给水温升，还可以计算出最大给水温升和最小给水温升，通过上述温升数值观察提前启动系统的稳定性；相应地，在高压旁路蒸汽供汽的时间段内，同样可以计算出高压蒸汽旁路加热给水平均给水温升，还可以计算出最大给水温升和最小给水温升；依据第二温度传感器26和第五温度传感器29不同时刻的温度值，还可以获得该段时间内的高压加热器累计给水温升。

控制器33根据第六温度传感器30与第三温度传感器27的差值计算2号高压加热器的上端差；且第三温度传感器27比1号高压加热器正常电动疏水阀23更靠近2号高压加热器，使得更准确测量2号高压加热器的抽汽饱和温度。

控制器33根据第七温度传感器31与第四温度传感器28的差值计算2号高压加热器的下端差；且第七温度传感器31比2号高压加热器正常电动疏水阀24更靠近2号高压加热器，使得更准确测量2号高压加热器的疏水温度。

本系统中，先采用邻机辅汽对2号高压加热器进行加热，在给水温度达到第一预设温度后，优选170℃，锅炉开始点火，点火后至汽轮机冲转前，主蒸汽温度达到第二预设温度后，优选200℃，辅汽关闭，开始引入高压旁路蒸汽加热给水，直到主蒸汽温度达到第三预设温度后，该第三预设温度为汽轮机冲转温度，一般为375℃～525℃，优选525℃，停止高压旁路蒸汽向2号高压加热器供汽，汽轮机开始冲转，逐步投运3号、2号、1号高压加热器至正常方式。上述各预设温度的优选值是根据火电机组系统的运行规律和热力学公式计算所得的。

参见图2，图2示出了本发明的高压加热器提前启动系统电路控制图，控制器33与第一温度传感器25、第二温度传感器26、第三温度传感器27、第四温度传感器28、第五温度传感器29、第六温度传感器30、第七温度传感器31电连接，作为控制器33的输入信号，控制器33依据输入信号而产生相应的控制信号。

控制器33与低压旁路电动调节阀15、二段抽汽电动调节阀17、电动辅汽调节阀19、1号高压加热器事故电动疏水阀20、2号高压加热器事故电动疏水阀21、3号高压加热器事故电动疏水阀22、1号高压加热器正常电动疏水阀23、2号高压加热器正常电动疏水阀24电连接，作为控制器33的输出信号的执行机构。

鉴于上述的高压加热器提前启动控制系统，提供了一种高压加热器提前启动的控制方法，具体参见图3、图4，包括以下步骤：

本申请还提供一种高压加热器提前启动的控制方法，该方法基于前述任一所述的高压加热器提前启动的控制系统，该方法基于任一项所述的高压加热器提前启动的控制系统，包括以下步骤：

1)锅炉上水时，检查二段抽汽电动调节阀、二段抽汽电动逆止阀是否关闭；

2)在完全关闭的前提下，打开电动辅汽隔离阀、电动辅汽调节阀、2号高压加热器事故疏水阀，邻机辅汽系统开始向2号高压加热器供汽，2号高压加热器的汽侧开始建立水位，并对给水开始加热；

3)在邻机辅汽加热给水过程中，控制2号高压加热器水侧出口处的给水温升速率在1℃/min以内并且2号高压加热器的端差在5-8℃内；

4)当1号高压加热器水侧出口处给水温度大于第一预设温度时，锅炉开始点火，并同时全开高压旁路电动调节阀，根据高压旁路后压力和2号高压加热器温升速率自动调节低压旁路电动调节阀开度；第一喷水减温器、第二喷水减温器按设计规则纳入对应混合汽温控制逻辑；

5)当锅炉主蒸汽起压后主蒸汽温度大于第二预设温度时，关闭电动辅汽隔离阀、电动辅汽调节阀；并同时关闭第一喷水减温器，关小低压旁路电动调节阀，打开二段抽汽电动调节阀、二段抽汽电动逆止阀，高压旁路蒸汽向2号高压加热器供汽；

6)在高压旁路蒸汽加热给水过程中，控制2号高压加热器水侧出口处的给水温升速率在1℃/min以内并且2号高压加热器的端差在5-8℃内；

7)当主蒸汽温度达到第三预设温度时，关闭二段抽汽电动调节阀、二段抽汽电动逆止阀，打开第一喷水减温器，并同时将低压旁路电动调节阀15恢复到正常开度，汽轮机开始冲转。

该控制方法还包括，当2号高压加热器水侧出口处的给水温升速率超过1℃/min且处于辅汽供汽时，关小电动辅汽调节阀；当2号高压加热器水侧出口处的给水温升速率超过1℃/min且处于高压旁路蒸汽供汽时，关小二段抽汽电动调节阀，并同时开大低压旁路电动调节阀；

该控制方法还包括，当2号高压加热器的上端差大于5℃时，打开1号高压加热器正常电动疏水阀和1号高压加热器事故电动疏水阀。

该控制方法还包括，当2号高压加热器的下端差大于5℃时，打开2号高压加热器正常电动疏水阀和3号高压加热器事故电动疏水阀。

本申请说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于系统及终端实施例而言，由于其中的方法基本相似于方法的实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例中的说明即可。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本申请未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本申请的技术方案并非是对本申请的限制，如来替代，本申请仅结合并参照优选的实施方式进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本申请的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本申请的宗旨，也应属于本申请的权利要求保护范围。

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