CN103334799A - 双进汽冷凝式汽轮机进汽量的控制方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了双进汽冷凝式汽轮机进汽量的控制方法及控制系统。所公开的制方法包括对两条进汽通路中进汽量的控制，其中一条进汽通路为调速管线，该调速管线中的进汽量是根据汽轮机的实时转速和汽轮机的额定工作转速进行控制，另一条进汽通路为补汽管线，该补汽管线中的进汽量是根据其自身通路中的实时进汽量和该补汽管线的额定进汽量进行控制。相应地，所公开的控制系统包括转速控制器、流量控制器、转速传感器、分别安装于两条管线中的进汽控制阀和流量计。在该控制方法调控下，机组转速的控制仅取决于转速控制器；流量控制器的流量控制功能及时弥补了由于工艺系统波动而引起的蒸汽量不足的情况，保证机组转速调节的稳定性。

Description

双进汽冷凝式汽轮机进汽量的控制方法及控制系统

技术领域

本发明涉及汽轮机进汽量的控制方法，具体涉及双进汽冷凝式汽轮机进汽量的控制方法及其控制系统。

背景技术

在一些特殊的工艺生产过程中（如PTA工艺），会产生大量不同压力等级的副产蒸汽，为了节约能源，应尽可能多的回收利用这些工艺装置副产蒸汽，减少新鲜蒸汽的消耗量，针对此类特殊生产工艺，单进汽冷凝式汽轮机已经不能满足工艺的特殊需求，需配置双进汽冷凝式汽轮机。

对于双进汽冷凝式汽轮机与单进汽冷凝式汽轮机来说，汽轮机机组的转速均取决于进汽量。

参见图2，单进汽冷凝式汽轮机进气量的控制根据汽轮机的实时转速进行调节控制的，具体是将机组转速信号送入控制系统如PLC/DCS控制系统内部，经过转速如PID控制器后，输出一路控制信号到电液转换器；电液转换器又将电信号转换成二次油压信号，通过装在阀体边的油动机带动进汽调节汽阀的杠杆机构去操纵调节汽阀的开度，从而控制汽轮机的进汽量，最终达到控制机组转速的目的。

因双进汽冷凝式汽轮机较单进汽冷凝式汽轮机多一进汽通道，其进汽量是两路进汽通道中进汽量之和，也就是说，双进汽冷凝式汽轮机机组的转速取决于两路进汽通道中进汽量之和，任何一路进汽量的变化都会影响双进汽冷凝式汽轮机机组的转速。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种双进汽冷凝式汽轮机进汽量的控制方法，通过同时控制两条进汽通路中的进汽量来控制机组的转速，并保证机组转速的稳定。

为此，本发明提供的双进汽冷凝式汽轮机进汽量的控制方法包括对两条进汽通路中进汽量的调节控制，

其中一条进汽通路为调速管线，该调速管线中的进汽量是根据汽轮机的实时转速和汽轮机的额定工作转速进行控制调节，

另一条进汽通路为补汽管线，该补汽管线中的进汽量是根据其自身通路中的实时进汽量和补汽管线的额定进汽量进行控制调节。

所述补汽管线的额定进汽量为调速管线中的实时进汽量。

所述补汽管线的额定进汽量是根据双进汽冷凝式汽轮机的运行工况而设定的。

上述双进汽冷凝式汽轮机进汽量的控制方法中双进汽冷凝式汽轮机启动时进汽量的控制是先根据汽轮机的额定工作转速调节调速管线中的进汽量，使汽轮机的转送达到额定工作转速，此时，调速管线中的进汽量为初始进汽量；接着，调节补汽管线中的进汽量使其进汽量为初始进汽量，与此同时，调速管线中的进汽量逐渐减小，保证汽轮机的转速为额定工作转速。

本申请根据双进汽冷凝式汽轮机的工作特点提出了一种全新的用于双进汽冷凝式汽轮机进汽量自动调节的控制方法，具体是分别采取不同的控制方式对两路不同压力等级的蒸汽进汽量进行控制，进一步控制机组转速，有效避免了由于工艺系统扰动对机组转速产生的大的波动，确保了机组安全、稳定的运行，降低了蒸汽的消耗量。

本发明的另一目的在于提供一种实现上述控制方法的控制系统，该控制系统包括：

转速控制器，

流量控制器，

安装于汽轮机转轴上的转速传感器，

安装于调速管线中的1#进汽控制阀、1#流量计、1#速关阀，且1#流量计和1#速关阀位于1#进汽控制阀的上游，

和，

安装于补汽管线中的2#进汽控制阀，2#流量计、2#速关阀，且2#流量计和2#速关阀位于2#进汽控制阀的上游；

所述转速传感器与所述转速控制器连接，所述1#进汽控制阀与所述转速控制器连接；

所述2#流量计与所述流量控制器连接，所述2#进汽控制阀与所述流量控制器连接。

本发明采用的控制方案是两路不同压力等级下的蒸汽通过两个进汽调节汽阀分别进入汽轮机进汽室进行混合，其中一个进汽调节汽阀设计为调速控制阀，另一个进汽调节汽阀设计为补汽控制阀，它们分别按照各自控制单元的指令改变其进入汽轮机的蒸汽流量，以使机组受控参数（转速或流量）符合机组平稳运行要求。

在此自动调节控制方案中设置两个（PID）回路控制器，一路蒸汽管线控制器为汽轮机转速控制器，负责机组转速调节；另一路蒸汽管线控制器为流量控制器，采用跟踪调速阀管线流量的方案，负责机组的补汽流量调节。通过此方案的合理调节，机组转速的控制唯一取决于转速控制器；流量控制器的流量控制功能及时弥补了由于工艺系统波动而引起的蒸汽量不足的情况；这种控制方法的应用有效的避免了相同参数（即机组转速）控制不同对象（即两条管线中的进汽量）时控制器的直接冲突问题，最终保证了机组转速调节的稳定性，达到了合理利用两路蒸汽的目的。

附图说明

图1是双进汽冷凝式汽轮机蒸汽调节系统示意图；

图2是单进汽冷凝式汽轮机蒸汽调节系统示意图。

以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

以下是发明人提供的关于实现本申请控制方法的优选控制系统，以对本发明的技术方案作进一步解释说明。

参见图1，对于单轴PTA机组用的双进汽冷凝式汽轮机，依照本发明的控制方案，实现本发明的控制系统为：

三个转速传感器（SE1、SE2、SE3），安装于汽轮机轴端，用于汽轮机转速的测量，其中三个现场转速传感器（SE1、SE2、SE3）输出3个脉冲信号进入转速控制器，当三个转速传感器都正常时，转速控制器取中间转速值作为控制器的测量值；当其中任何一个转速传感器出现故障而只剩余二个转速传感器时，转速控制器取相对较高的转速值作为控制器的测量值；当其中任何二个转速传感器出现故障而只剩余1个转速传感器时，转速控制器取唯一的转速值作为转速控制器的测量值；

两台流量计，分别为1#流量计和2#流量计，分别安装于调速管线和补汽管线，用于调速管线和补汽管线工作蒸汽进汽量的测量；

两台压力变送器（PT1、PT2），分别安装于调速管线和补汽管线流量计的上游，用于调速管线和补汽管线工作蒸汽进汽压力的测量和流量计的压力补偿；

两个热电阻（TE1、TE2），分别安装于调速管线和补汽管线流量计的下游，用于调速管线和补汽管线工作蒸汽进汽温度的测量和流量计的温度补偿；

两台差压变送器（FT1、FT2），分别安装于调速管线和补汽管线，用于调速管线和补汽管线工作蒸汽进汽流量计的差压测量；

两套电液转换器，分别为1#电液转换器和2#电液转换器，安装于汽轮机旁，用于将电信号转换成二次油压信号，通过装在阀体边,1#油动机和2#油动机带动进汽调节汽阀的杠杆机构分别去操纵安装于调速管线中的1#进汽控制阀和安装于补汽管线中的2#进汽控制阀的开度；

两台速关阀，分别为1#速关阀和2#速关阀，分别安装于调速管线和补汽管线，用于故障情况下汽轮机的紧急停机；

两台调节汽阀，分别为调速控制阀和补汽控制阀，分别安装于调速管线和补汽管线，用于汽轮机转速和补汽量的调节。

汽轮机转速信号进入PLC/DCS控制系统内部后，作为转速控制器的测量值和转速控制器的设定值进行比较后，再经过比例积分微分模块进行运算处理，输出一路4～20mA转速调节信号去调节调速控制阀的开度，最终达到精确控制机组转速的目的；当机组转速高于转速控制器设定值时，即Δe1（Δe1=转速控制器设定值-实际转速测量值）>0时（转速控制器设定值是汽轮机的额定工作转速），调节器输出值开始减小，1#进汽控制阀的开度随之逐渐关闭；当机组转速低于转速控制器设定值时，即Δe1<0时，调节器输出值开始增大，1#进汽控制阀的开度随之逐渐增大；当机组转速等于转速控制器设定值时，即Δe1=0时，调节器输出值保持在上一时刻的值，1#进汽控制阀的开度不变。

将调速管线的蒸汽流量（1#流量计的测量值）作为流量控制器设定值，补汽管线的实测流量值（2#流量计的测量值）作为流量控制器的测量值，经过比例积分微分模块进行运算处理，输出一路4～20mA流量调节信号去调节2#进汽控制阀的开度；当实际流量高于流量控制器设定值时，即Δe2（Δe1=流量控制器设定值-实际流量测量值）>0时，调节器输出值开始减小，2#进汽控制阀的开度随之逐渐关闭；当实际流量低于流量控制器设定值时，即Δe2<0时，调节器输出值开始增大，2#进汽控制阀的开度随之逐渐增大；当实际流量等于控制器流量设定值时，即Δe2=0时，调节器输出值保持在上一时刻的值，2#进汽控制阀的开度不变。

此流量控制器设定值还可以根据具体的运行工况由操作工进行手动设定，增加其控制功能的灵活性，便于有经验的操作工根据整个工艺系统的具体情况合理的利用工艺系统所提供的每一吨蒸汽。

流量控制器设定值不论采用何种取值方式，机组启动时进汽量的控制都是先根据汽轮机的额定工作转速调节调速管线中的进汽量，使汽轮机达到额定工作转速，此时，调速管线中的进汽量为初始进汽量；接着，调节补汽管线中的进汽量使其进汽量为初始进汽量，与此同时，调速管线中的进汽量减小，保证汽轮机的转速为额定工作转速。

经过两个PID控制器后，分别输出一路4～20mA控制信号到两个不同电液转换器；电液转换器又将电信号转换成二次油压信号，通过装在阀体边的油动机带动进汽调节汽阀的杠杆机构分别去操纵两个调节汽阀的开度，从而控制汽轮机的进汽量，最终达到控制机组转速的目的。

两路控制器分别实现对汽轮机的转速及流量控制；由于两个控制器的控制参数和被控对象都是相对独立的，通过此方案的合理调节，机组转速的控制唯一取决于转速控制器；流量控制器的流量控制功能及时弥补了由于工艺系统波动而引起的蒸汽量不足的情况；这种控制方法的应用有效的避免了相同参数控制不同对象时控制器的直接冲突问题，最终保证了机组转速调节的稳定性，达到了合理利用两路蒸汽的目的。

工艺系统的任何变化都会影响两个控制回路的相对稳定性，为了将工艺系统变化对机组的波动降低到最小，使转速控制器与流量控制器之间达到合理匹配，在两个控制器中投入解耦控制，具体实现方法如下：

在转速控制器和流量控制器中分别设置一个解耦系数，当由于蒸汽量剧烈波动引起机组转速波动，此时1#进汽控制阀超出了其最佳的可调范围，有可能在大开度下长时间工作运行，在流量控制器中加入解耦控制后，当1#进汽控制阀有一定的开度时，2#进汽控制阀也相应的打开一定开度，此时1#进汽控制阀的负荷就会随之下降，1#进汽控制阀就会回到其最佳工作区域运行；或者，当补汽管线的蒸汽供给突然增大，在其他参数不变的情况下，机组转速势必升高，2#进汽控制阀在关闭的同时，由于转速控制器的解耦作用，此时1#进汽控制阀也会随之关闭一定角度，两个调节汽阀的这种紧密配合，使机组在发生重大波动时，能够利用最短的调节时间使机组趋于平稳。

为了防止汽轮机在正常运转时出现超速，转速控制器还做了限速控制，具体实现方法如下：

当汽轮机转速超过其额定转速高限值时，1#进汽控制阀的限速控制投用，1#进汽控制阀快速关闭一定开度，使转速在一定时间内降至额定转速。若在规定时间内转速还没有回归到正常值，则限速控制持续作用，继续按照设定的开度开阀；为了达到双保险限速，流量控制器也加入了转速限速控制，在超速时，2#进汽控制阀也会相应关小一定开度。

此控制方法对于机组的转速及流量控制效果很好，避免了蒸汽流量测量波动对汽轮机转速调节产生的影响，有效的提高了这种双进汽汽轮机组转速控制的精确性，确保了机组运行的稳定性，降低了蒸汽量的消耗，最终实现了两路蒸汽的合理利用。

Claims (5)

1.双进汽冷凝式汽轮机进汽量的控制方法，其特征在于，该方法包括对两条进汽通路中进汽量的调节控制，

其中一条进汽通路为调速管线，该调速管线中的进汽量是根据汽轮机的实时转速和汽轮机的额定工作转速进行控制调节，

另一条进汽通路为补汽管线，该补汽管线中的进汽量是根据其自身通路中的实时进汽量和补汽管线的额定进汽量进行控制调节。

2.如权利要求1所述的双进汽冷凝式汽轮机进汽量的控制方法，其特征在于，所述补汽管线的额定进汽量为调速管线中的实时进汽量。

3.如权利要求1所述的双进汽冷凝式汽轮机进汽量的控制方法，其特征在于，所述补汽管线的额定进汽量是根据双进汽冷凝式汽轮机的运行工况而设定的。

4.如权利要求1至3任一权利要求所述的双进汽冷凝式汽轮机进汽量的控制方法，其特征在于，双进汽冷凝式汽轮机启动时进汽量的控制是先根据汽轮机的额定工作转速调节调速管线中的进汽量，使汽轮机达到额定工作转速，此时，调速管线中的进汽量为初始进汽量；接着，调节补汽管线中的进汽量使其进汽量为初始进汽量，与此同时，调速管线中的进汽量减小，保证汽轮机的转速为额定工作转速。

5.一种实现权利要求1至4任一权利要求所述控制方法的控制系统，其特征在于，该控制系统包括：

转速控制器，

流量控制器，

安装于汽轮机转轴上的转速传感器，

安装于调速管线中的1#进汽控制阀、1#流量计、1#速关阀，且1#流量计和1#速关阀位于1#进汽控制阀的上游，

和，

安装于补汽管线中的2#进汽控制阀，2#流量计、2#速关阀，且2#流量计和2#速关阀位于2#进汽控制阀的上游；

所述转速传感器与所述转速控制器连接，所述1#进汽控制阀与所述转速控制器连接；

所述2#流量计与所述流量控制器连接，所述2#进汽控制阀与所述流量控制器连接。

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