CN104005801A - 一种低压蒸汽差压发电系统及其回用蒸汽背压控制方法 - Google Patents

Abstract

一种低压蒸汽差压发电系统及其回用蒸汽背压控制方法，涉及利用蒸汽减温减压过程中的热能的方法和装置，所述的低压蒸汽差压发电系统包括低压蒸汽主管路、主路系统、旁路系统、发电机组系统和控制系统，所述的主路系统包括控制发电机组蒸汽流量的主汽阀，所述的旁路系统设有旁路调节阀，所述的回用蒸汽背压控制方法通过对回用蒸汽背压检测与控制，根据背压实测值Pc与排汽压力设定值Ps的关系，控制系统进入功率控制模式、背压控制模式或者旁路控制模式，可以在来源蒸汽或用户管网压力波动的情况下，通过主汽阀和旁路调节阀控制回用蒸汽背压，在满足低压蒸汽用户需要的同时，确保发电机组稳定运行，使蒸汽压降过程损失的能量得以有效利用。

Description

一种低压蒸汽差压发电系统及其回用蒸汽背压控制方法

技术领域

本发明涉及利用蒸汽减温减压过程中的热能的方法和装置，尤其涉及一种可以稳定控制回用蒸汽背压的控制方法和使用该方法的低压蒸汽压差发电系统。

背景技术

冶金行业中，低压蒸汽主要用于加热、伴热、保温及管道吹扫等用途。所述的低压蒸汽压力范围1.0-1.6MPa、温度范围180-220℃，主要来源于钢铁生产过程中的余热锅炉。而低压蒸汽用户需要的压力为0.5-0.7MPa，温度为150-160℃。

为了满足低压蒸汽用户的需要，通常采用节流减压的工艺来实现低压蒸汽的降压目的。现有的蒸汽减温减压机组如图1所示，主要由汽水分离器1、减温减压装置2、安全保护装置3、以及蒸汽管道阀门等辅助装置所组成。

蒸汽由入口低压蒸汽管网引入，首先进入汽水分离器1，脱去液态水分后，进入减温减压装置2。通过节流减压与减温水喷淋降温后，再经过安全保护装置3进入用户蒸汽管网。

现有的蒸汽减温减压装置原理如下：

蒸汽的减压过程是减压阀加节流孔板来实现的，参见图2。减温减压装置的减压级数由新蒸汽压力二次蒸汽压力之差值来决定。减压阀带有阀杆210，阀杆210与阀瓣220连接，阀杆210和电动执行器230相连，当蒸汽管道内的蒸汽压力有所变化时，通过压力变送器240和比例积分单元，再由电动执行器230操纵阀杆210，使阀瓣220在阀座内上下运动，以改变通道面积大小来达到减压的目的；若是二次或二次以上的减压，除了用减压阀减压外，还需用节流板孔，如图2中使用了两级节流板孔251和252。节流板孔上有许多小孔，当蒸汽流经小孔时，由于通道面积缩小，使流过的蒸汽压力降低，同时也起到消音作用；蒸汽的减温则是将冷却水通过喷嘴260呈雾状喷出，与新蒸汽直接混合来实现的，减温减压装置通过温度变送器270和比例积分单元，由给水分配节流装置280控制喷淋的水量，控制蒸汽的减温。

现有的蒸汽减温减压机组的主要问题在于减温减压过程中损失了大量的能量。以冷轧生产为例，低压蒸汽管网压力1.2MPa（表压）、温度200℃，其焓值为2809.6KJ/Kg，而用户管网蒸汽压力0.5MPa（表压）、温度160℃时，其焓值只有2675.76KJ/Kg。按冷轧机组蒸汽年平均流量60t/h计算，每小时损失的能量高达800万KJ。现有系统中这些蒸汽压降过程损失的能量无法收集利用。

中国实用新型专利“一种纯低温低压的利用低品质蒸汽余热发电装置”（实用新型专利号：ZL200920207915.4授权公告号：CN201771561U）公开了一种纯低温低压的利用低品质蒸汽余热发电装置。由进入管路、螺杆膨胀动力机、出口管路、减速机、发电机构成。该实用新型的目的是回收利用低品质蒸汽能源进行余热发电，并将电力送入电网，把浪费的能源再次利用。

中国发明专利申请“铜电解低压蒸汽压差发电及供热方法”（发明专利申请号：200910115341.2公开号：CN101555603A）公开了一种铜电解低压蒸汽压差发电及供热方法，包括供热负荷测试、设备选型、管网改造，系统调节，本方法利用铜电解低压蒸汽的压差，采用螺杆动力膨胀机及其发电机组进行发电，采用旁路调节系统调节供热分配，将发电后的蒸汽用于正常生产。该发明可用于铜电解蒸汽压差发电和蒸汽的合理利用，也可用于类拟铜电解工艺的其他金属冶炼蒸汽的压差发电和合理利用。但是，该发明的技术方案的回用蒸汽压力较低，只有0.15MPa，可以直接利用螺杆动力膨胀机的排气压力。同时，该发明所公开的技术方案中的旁通调节阀仅在季节变化螺杆膨胀机蒸汽流量不能满足需求时打开调节流量，其目的是为了分段调节供气能力。

但是，上述实用新型专利和发明专利申请的技术方案虽然提出了螺杆动力膨胀机的排气回用的问题，但是，在螺杆动力膨胀机的排气回用过程中，由于来源蒸汽或用户管网压力的波动，排气压力也称为回用蒸汽背压也会随之波动。由于上述现有技术方案没有解决回用蒸汽背压控制的问题，在实际生产中不仅不能满足低压蒸汽用户需要，也无法保证发电机组的稳定运行。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于低压蒸汽差压发电系统的回用蒸汽背压控制的方法，通过对回用蒸汽背压检测与控制，在满足低压蒸汽用户需要的同时，确保发电机组稳定运行，使蒸汽压降过程损失的能量得以有效利用。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种低压蒸汽差压发电回用蒸汽背压控制方法，所述的低压蒸汽差压发电系统包括低压蒸汽主管路、主路系统、旁路系统、发电机组系统和控制系统，所述的主路系统包括控制发电机组蒸汽流量的主汽阀，所述的旁路系统设有旁路调节阀，其特征在于所述的回用蒸汽背压控制方法包括以下步骤：

S100）启动发电机组并投入功率控制模式，所述的控制系统实时采集发电机组的运行工况参数，以发电机组的功率输出反馈参数作为调节参数，根据发电机组功率的输出控制主汽阀的开度；

S200）控制系统实时检测回用蒸汽背压，确定回用蒸汽背压实时检测值Pc与回用蒸汽背压设定值Ps之间的压力偏差；

S300）将计算所得的压力偏差与最大压力偏差设定值ΔP进行比较；

S400）若Ps-ΔP≤Pc≤Ps+ΔP，则保持功率控制模式，所述的控制系统根据发电机功率输出，控制主汽阀的开度；

S500）若Pc＞Ps+ΔP，则转为背压控制模式，所述的控制系统根据回用蒸汽背压实时检测值，控制主汽阀的开度；

S600）若Pc＜Ps-ΔP，则启动旁路控制模式，所述的控制系统根据回用蒸汽背压控制旁路调节阀的开度；

S700）若实际压力Pc恢复到设定压力Ps，即，Pc=Ps，则返回功率控制模式，否则按照当前控制模式，执行主汽阀或旁路调节阀的控制操作；

S800）若发电机组因系统故障或人工控制紧急停机，则关闭主路系统，启动旁路控制模式，所述的控制系统根据回用蒸汽背压实时检测值，控制旁路调节阀的开度。

本发明的低压蒸汽差压发电回用蒸汽背压控制方法的一种较佳的技术方案，其特征在于在所述的功率控制模式下，所述的控制系统根据以下公式对主汽阀的开度进行PID控制：

$V_m\left(t\right)=K_P[W\left(t\right)+\frac{1}{T_I}{\∫}_0^{t}W\left(t\right)\mathrm{dt}+T_D\frac{\mathrm{dW}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}]---\left(1\right)$

W(t)=Ws(t)-Wc(t)

其中，Vm(t)为时刻t的主汽阀的开度，W(t)为时刻t的发电机功率输出反馈参数，Ws(t)为时刻t的发电机功率输出设定值，Wc(t)为时刻t的发电机功率输出实测值，K_P为比例系数，T_I为积分时间，T_D为微分时间。

本发明的低压蒸汽差压发电回用蒸汽背压控制方法的一种更好的技术方案，其特征在于在所述的背压控制模式下，所述的控制系统根据以下公式对主汽阀的开度进行PID控制：

$V_m\left(t\right)=K_P[P\left(t\right)+\frac{1}{T_I}{\∫}_0^{t}P\left(t\right)\mathrm{dt}+T_D\frac{\mathrm{dP}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}]---\left(2\right)$

P(t)=Ps(t)-Pc(t)

其中，Vm(t)为时刻t的主汽阀的开度，P(t)为时刻t的回用蒸汽背压反馈参数，Ps(t)为时刻t的回用蒸汽背压设定值，Pc(t)为时刻t的回用蒸汽背压检测值，K_P为比例系数，T_I为积分时间，T_D为微分时间。

本发明的低压蒸汽差压发电回用蒸汽背压控制方法的一种改进的技术方案，其特征在于在所述的旁路控制模式下，所述的控制系统根据以下公式对旁路调节阀的开度进行PID控制：

$V_b\left(t\right)=K_P[P\left(t\right)+\frac{1}{T_I}{\∫}_0^{t}P\left(t\right)\mathrm{dt}+T_D\frac{\mathrm{dP}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}]---\left(3\right)$

P(t)=Ps(t)-Pc(t)

其中，Vb(t)为时刻t的旁路调节阀的开度，P(t)为时刻t的回用蒸汽背压反馈参数，Ps(t)为时刻t的回用蒸汽背压设定值，Pc(t)为时刻t的回用蒸汽背压检测值，K_P为比例系数，T_I为积分时间，T_D为微分时间。

本发明的另一个目的是提供一种使用上述回用蒸汽背压控制方法的低压蒸汽差压发电系统，利用低压蒸汽进出口的压差能推动发电机组，将蒸汽压降过程损失的能量转化为电能并入电网，本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种使用上述回用蒸汽背压控制方法的低压蒸汽差压发电系统，包括低压蒸汽主管路、发电机组系统300、安全保护装置3和控制系统500，所述低压蒸汽主管路包括主路快开阀108、主汽阀109和主路电动截止阀102.2，其特征在于：

所述的发电机组系统300与主路快开阀108、主汽阀109和主路电动截止阀102.2组成主路系统100，发电机组系统300的蒸汽管路串联安装在所述的主汽阀109和主路电动截止阀102.2之间；

所述低压蒸汽主管路还包括用于实时检测回用蒸汽背压的压力变送器501，所述的压力变送器501连接在主路电动截止阀102.2之后的排气管路上；

所述的低压蒸汽差压发电系统还设有旁路系统200，所述的旁路系统200包括串联连接的旁路快开阀201和旁路调节阀202；所述的旁路系统200与所述的主路系统100并联连接后，串联连接在低压蒸汽主管路中；

所述压力变送器501的压力输出信号传送到所述的控制系统500，所述的控制系统500的控制输出信号，传送到主汽阀109和旁路调节阀202。

本发明的低压蒸汽差压发电系统的一种较佳的技术方案，其特征在于所述的发电机组系统300包括螺杆膨胀动力机301、减速机302和发电机303组成的螺杆发电机组，还包括PLC控制柜304、并网柜305和联络柜306；所述的螺杆膨胀动力机301的蒸汽管路串接在所述的低压蒸汽主管路中；所述的减速机302一端由联轴器连接于螺杆膨胀动力机301，另一端由联轴器连接于发电机303；发电机303发出的电力，通过经由并网柜305和联络柜306，通过变压器输送到电网。

本发明的低压蒸汽差压发电系统的一种更好的技术方案，其特征在于所述的低压蒸汽主管路还包括疏水系统，所述的疏水系统包括第一和第二两套疏水装置，每套疏水装置由疏水器及旁通阀连接组成；第一疏水装置401.1安装于主路系统的单向阀105和主路快关阀108之间，第二疏水装置401.2安装于低压蒸汽主管路的主路电动截止阀102.2和出口手动截止阀101.5之间。

本发明的低压蒸汽差压发电系统的一种改进的技术方案，其特征在于所述的控制系统500包括连接到主路系统100的主路系统控制单元，连接到旁路系统200的旁路系统控制单元，连接到发电机303、PLC控制柜304、并网柜305和联络柜306的发电并网控制单元，以及连接到上级系统控制网络的远程监控单元；所述的控制系统500通过发电并网控制单元连接到PLC控制柜304，采集发电机组系统300的运行工况参数，对回用蒸汽背压和发电参数进行实时控制。

本发明的有益效果是：

1.本发明的低压蒸汽差压发电回用蒸汽背压控制方法，通过对回用蒸汽背压检测与控制，可以在来源蒸汽或用户管网压力波动的情况下，控制回用蒸汽的排汽压力，在满足低压蒸汽用户需要的同时，确保发电机组稳定运行，使蒸汽压降过程损失的能量得以有效利用。

2.本发明的使用上述回用蒸汽背压控制方法的低压蒸汽差压发电系统，利用低压蒸汽进出口的压差能推动发电机组，将蒸汽压降过程损失的能量转化为电能并入电网，既能有效的利用蒸汽减温减压过程中损失的能量，又能稳定的控制排汽的压力与温度，具有良好的经济效益及节能减排效果。

附图说明

图1是现有蒸汽减温减压机组的工艺流程示意图；

图2是现有蒸汽减温减压机组的减温减压装置的结构示意图；

图3是本发明的低压蒸汽差压发电回用蒸汽背压控制方法的控制系统示意图；

图4是用于低压蒸汽差压发电的螺杆发电机组的结构示意图；

图5是本发明的低压蒸汽差压发电系统的一个实施例的结构示意图；

图6是本发明的低压蒸汽差压发电回用蒸汽背压控制方法的控制流程图。

图中，1-汽水分离器，2-减温减压装置，3-安全保护装置，21-阀杆，22-阀瓣，23-电动执行器，24-压力变送器，25.1、25.2-节流板孔，26-喷嘴，27-温度变送器，28-给水分配节流装置，100-差压发电系统，101.1-入口手动截止阀，101.2、101.3-流量计截止阀，101.5-出口手动截止阀，102.1-入口电动截止阀，102.2-主路电动截止阀，103-常闭手动截止阀，104-涡街流量计，105-止回阀，106-过滤器，107.1、107.2、107.3-膨胀节，108-主路快关阀，109-主汽阀，110.1-主路温度变送器，110.2-排气温度变送器，111.1-主路压力变送器，201-旁路快开阀，202-旁路调节阀，203-旁路手动截止阀，300-发电机组，301-螺杆膨胀动力机，302-减速机，303-发电机，304-PLC控制柜，305-并网柜，306-联络柜，401.1-第一疏水装置，401.2-第二疏水装置，500-控制系统，501-压力变送器。

具体实施方式

为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进行进一步地详细描述。

本发明的低压蒸汽差压发电回用蒸汽背压控制方法用于低压蒸汽差压发电系统，所述的低压蒸汽差压发电系统包括低压蒸汽主管路、主路系统100、旁路系统200、发电机组系统300和控制系统500，主路系统100包括控制发电机组蒸汽流量的主汽阀109，旁路系统200设有旁路调节阀202，参见图3和图4。

本发明的低压蒸汽差压发电系统的一个实施例如图5所示，包括低压蒸汽主管路、发电机组系统300、安全保护装置3和控制系统500，所述低压蒸汽主管路包括主路快开阀108、主汽阀109和主路电动截止阀102.2，在该实施例中，发电机组系统300是螺杆膨胀动力机301、减速机302和发电机303组成的螺杆发电机组。所述的发电机组系统300与主路快开阀108、主汽阀109和主路电动截止阀102.2组成主路系统100，发电机组系统300的蒸汽管路串联安装在所述的主汽阀109和主路电动截止阀102.2之间；所述低压蒸汽主管路还包括用于实时检测回用蒸汽背压的压力变送器501，所述的压力变送器501连接在主路电动截止阀102.2之后的排气管路上；所述的低压蒸汽差压发电系统还设有旁路系统200，所述的旁路系统200包括串联连接的旁路快开阀201和旁路调节阀202；所述的旁路系统200与所述的主路系统100并联连接后，串联连接在低压蒸汽主管路中；所述压力变送器501的压力输出信号传送到所述的控制系统500，所述的控制系统500的控制输出信号，传送到主汽阀109和旁路调节阀202。在本实施例中，主路快开阀108和旁路快开阀201采用气动快开阀，主汽阀109和旁路调节阀202采用气动调节阀。

在本发明的实施例中，所述的控制系统500包括连接到主路系统100的主路系统控制单元，连接到旁路系统200的旁路系统控制单元，连接到发电机303、PLC控制柜304、并网柜305和联络柜306的发电并网控制单元，以及连接到上级系统控制网络的远程监控单元；所述的控制系统500通过发电并网控制单元连接到PLC控制柜304，采集发电机组系统300的运行工况参数，对回用蒸汽背压和发电参数进行实时控制。所述压力变送器501的压力输出信号传送到所述的控制系统500，所述的控制系统500的控制输出信号，传送到主汽阀109和旁路调节阀202。

本实施例中低压蒸汽主管路的管道入口连接到入口低压蒸汽管网，出口连接到冷轧用户管网。在该实施例中，低压蒸汽主管路管道上依次安装有入口手动截止阀101.1、入口电动截止阀102.1、涡街流量计104、止回阀105、过滤器106、膨胀节107.1、膨胀节107.2、主路快关阀108、主汽阀109、主路温度变送器110.1、主路压力变送器111.1、（螺杆）发电机组系统300、主路电动截止阀102.2、膨胀节107.3、压力变送器501、安全保护装置3、排气温度变送器110.2、手动截止阀101.5。为便于流量计检修效验，所述的涡街流量计104串联在两个流量计截止阀101.2和101.3之间，并且与设有常闭手动截止阀103的流量计旁通管道并联连接。

在图5所示的实施例中，旁路系统200的蒸汽管道入口接自低压蒸汽主管路的膨胀节107.1与107.2之间，出口接入主路电动截止阀102.2与膨胀节107.3之间，采用法兰连接。管道上依次安装有旁路快开阀201、旁路调节阀202、旁路手动截止阀203。

在图3、图4和图5所示的实施例中，发电机组系统300包括螺杆膨胀动力机301、减速机302和发电机303组成的螺杆发电机组，还包括在图3中省略的PLC控制柜304、并网柜305和联络柜306；所述的螺杆膨胀动力机301包括润滑油系统和冷却水系统；所述的螺杆发电机组通过PLC控制柜304连接到控制系统500；所述的螺杆膨胀动力机301的蒸汽管路串接在所述的低压蒸汽主管路中，螺杆膨胀动力机301蒸汽入口接在主路压力变送器111.1之后，排汽出口接在主路电动截止阀102.2之前。所述的减速机302一端由联轴器连接于螺杆膨胀动力机301，另一端由联轴器连接于发电机303；发电机303发出的电力，通过经由并网柜305和联络柜306，通过变压器输送到电网。

在图5所示的低压蒸汽差压发电系统的实施例中，疏水系统包括第一和第二两套疏水装置，每套疏水装置由疏水器及旁通阀连接组成；第一疏水装置401.1安装于主路系统的单向阀105和主路快关阀108之间，第二疏水装置401.2安装于低压蒸汽主管路的主路电动截止阀102.2和出口手动截止阀101.5之间。

在本实施例的低压蒸汽差压发电系统中，来源蒸汽（低压蒸汽）参数和低压蒸汽用户的回用蒸汽背压要求如下：

压力范围：1.0-1.6MPa；

温度范围：180-260℃。

回用蒸汽背压（排汽压力）控制范围：0.5-0.7MPa。

低压蒸汽差压发电系统的工艺流程如下：入口蒸汽取自低压蒸汽管网（压力：1.0-1.6MPa），通过低压蒸汽主管路进入差压发电系统，由主汽阀109调节进汽量与进汽压力，进入螺杆膨胀动力机301的阴阳转子腔体膨胀做功，降压后的蒸汽（压力：0.5-0.7MPa）排入用户管网。同时螺杆膨胀动力机301带动发电机303发电，电能经变压器并入电网供生产使用。

本发明的低压蒸汽差压发电回用蒸汽背压控制方法的控制流程的一个实施例如图6所示，包括以下步骤：

S100）启动发电机组系统300并投入功率控制模式，控制系统500实时采集发电机组系统300的运行工况参数，以发电机组系统300的功率输出反馈参数作为调节参数，根据发电机组功率的输出控制主汽阀109的开度。

在本步骤中，低压蒸汽差压发电系统的启动步骤如下：在系统管网（包括螺杆膨胀动力机301）充分预热后，打开入口手动截止阀101.1、入口电动截止阀102.1、流量计104前后的l流量计截止阀101.2和101.3、主路快关阀108、主路电动截止阀102.2、出口手动截止阀101.5和旁路手动截止阀203，关闭常闭手动截止阀103和旁路快开阀201。启动螺杆膨胀动力机301及整个发电机组系统300，主汽阀109自动打开，步进式逐渐开大，管网低压蒸汽（来源蒸汽）进入螺杆膨胀动力机使其运转达到额定转速，满足同步条件后自动合闸并网，系统进入功率控制模式。动力机转速随电网频率波动，流体做功对机组的影响表现为功率输出的大小。控制系统500通过控制通讯网络（最简单的例子是采用RS-485通讯），实时采集发电机运行工况参数，以发电机功率（W）输出反馈作为调节参数，采用并联PID调节模式，控制主汽阀109的开度，从而调整发电机组的功率输出。

在功率控制模式下，控制系统500根据以下公式对主汽阀109的开度进行PID控制：

$V_m\left(t\right)=K_P[W\left(t\right)+\frac{1}{T_I}{\∫}_0^{t}W\left(t\right)\mathrm{dt}+T_D\frac{\mathrm{dW}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}]---\left(1\right)$

W(t)=Ws(t)-Wc(t)

其中，Vm(t)为时刻t的主汽阀的开度，W(t)为时刻t的发电机功率输出反馈参数，Ws(t)为时刻t的发电机功率输出设定值，Wc(t)为时刻t的发电机功率输出实测值，K_P为比例系数，T_I为积分时间，T_D为微分时间。

S200）控制系统500实时检测回用蒸汽背压，确定回用蒸汽背压实时检测值Pc与回用蒸汽背压设定值Ps之间的压力偏差；

S300）将计算所得的压力偏差与最大压力偏差设定值ΔP进行比较；

S400）若Ps-ΔP≤Pc≤Ps+ΔP，则保持功率控制模式，所述的控制系统根据发电机功率输出，控制主汽阀的开度。

当来源蒸汽压力降低（仍处于低压蒸汽压力波动范围内，即≥1.0MPa），螺杆膨胀机进出口压差降低，功率减小，主汽阀109根据功率控制模式将逐渐打开，通过增加进汽量保证排汽压力。

S500）若Pc＞Ps+ΔP，则转为背压控制模式，所述的控制系统根据回用蒸汽背压实时检测值，控制主汽阀的开度。

当来源蒸汽压力升高或用户使用量减少导致排汽背压升高，回用蒸汽背压实时检测值Pc超出排汽压力最高设定值时（Ps+ΔP），系统转入背压控制模式。主汽阀109逐渐关小，期间如果由于蒸汽流量减小导致螺杆膨胀机功率降低至最小保护功率（Wmin），主汽阀109则保持开度不变，直至回用蒸汽背压实时检测值Pc下降到排汽压力设定值Ps，系统返回到功率控制模式。

在背压控制模式下，所述的控制系统根据以下公式对主汽阀的开度进行PID控制：

$V_m\left(t\right)=K_P[P\left(t\right)+\frac{1}{T_I}{\∫}_0^{t}P\left(t\right)\mathrm{dt}+T_D\frac{\mathrm{dP}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}]---\left(2\right)$

P(t)=Ps(t)-Pc(t)

其中，Vm(t)为时刻t的主汽阀的开度，P(t)为时刻t的回用蒸汽背压反馈参数，Ps(t)为时刻t的回用蒸汽背压设定值，Pc(t)为时刻t的回用蒸汽背压检测值，K_P为比例系数，T_I为积分时间，T_D为微分时间。

S600）若Pc＜Ps-ΔP，则启动旁路控制模式，所述的控制系统根据回用蒸汽背压控制旁路调节阀的开度。

当用户用量增大导致排汽背压降低，回用蒸汽背压实时检测值Pc低于排汽压力最低设定值时（Ps-ΔP），此时螺杆膨胀机管路系统的蒸汽流量不能满足用户蒸汽用量，旁路控制模式自动投运。具体控制步骤为：旁路快开阀201打开，旁路调节阀202根据系统背压PID控制开度，为主路补充蒸汽流量，保证系统背压。待回用蒸汽背压实时检测值Pc恢复到排气压力设定值Ps后，旁路快开阀201关闭，即旁路控制模式结束。

在旁路控制模式下，所述的控制系统根据以下公式对旁路调节阀的开度进行PID控制：

$V_b\left(t\right)=K_P[P\left(t\right)+\frac{1}{T_I}{\∫}_0^{t}P\left(t\right)\mathrm{dt}+T_D\frac{\mathrm{dP}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}]---\left(3\right)$

P(t)=Ps(t)-Pc(t)

其中，Vb(t)为时刻t的旁路调节阀的开度，P(t)为时刻t的回用蒸汽背压反馈参数，Ps(t)为时刻t的回用蒸汽背压设定值，Pc(t)为时刻t的回用蒸汽背压检测值，K_P为比例系数，T_I为积分时间，T_D为微分时间。

S700）若实际压力Pc恢复到设定压力Ps，即，Pc=Ps，则返回功率控制模式，否则按照当前控制模式，执行主汽阀或旁路调节阀的控制操作；

S800）若发电机组因系统故障或人工控制紧急停机，则关闭主路系统，启动旁路控制模式，所述的控制系统根据回用蒸汽背压实时检测值，控制旁路调节阀的开度。

当螺杆发电机组系统发生故障停机，或人为发现重大故障紧急手动操作紧急停机时，主路快关阀108关闭，旁路快开阀201打开，旁路控制模式自动投运。旁路调节阀202根据系统背压PID控制开度，确保排汽压力稳定。

在系统运行过程中，控制系统500根据背压实测值Pc与排汽压力设定值Ps的关系，系统自动进入三种控制模式，分别根据公式1、公式2或公式3控制主汽阀109与旁路调节阀202的开度，在该实施例中，比例系数K_P、积分时间T_I、微分时间T_D设定值如下：

1）功率控制模式：K_P=0.008，T_I=1000ms，T_D=0；

2）背压控制模式：K_P=5.0，T_I=5000ms，T_D=0；

3）旁路控制模式：K_P=8.0，T_I=10000ms，T_D=0；

系统排汽压力Ps的设定范围：0.55-0.65MPa；

系统排汽压力偏差ΔP的设定范围：0.025-0.05MPa。

本发明的低压蒸汽差压发电系统的停运步骤如下：停运螺杆膨胀动力机301及整个发电机组系统300，主汽阀109逐渐关小，发电机功率降低至最小保护功率（Wmin）达到延时保护时，并网柜断开。主汽阀109完全关闭后，依次关闭入口手动截止阀101.1、入口电动截止阀102.1、出口手动截止阀101.5切断进出口蒸汽，打开第一疏水装置401.1和第二疏水装置401.2中的疏水器旁通阀，将管道中的余汽泄压放散。

本发明的低压蒸汽差压发电系统及回用蒸汽背压控制方法适用于各类蒸汽减温减压机组，可以在保证排汽压力稳定的前提下，将低压蒸汽这种低品位能源在减温减压过程中损失的能量有效的收集起来，通过螺杆膨胀机发电系统将势能转化为电能，并入电网供生产使用。同时，做完功压力温度降低后的蒸汽排入减温减压机组后的用户管网，在节能减排上具有良好的实施效果。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的技术方案，而并非用作为对本发明的限定，任何基于本发明的实质精神对以上所述实施例所作的变化、变型，都将落在本发明的权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种低压蒸汽差压发电回用蒸汽背压控制方法，所述的低压蒸汽差压发电系统包括低压蒸汽主管路、主路系统、旁路系统、发电机组系统和控制系统，所述的主路系统包括控制发电机组蒸汽流量的主汽阀，所述的旁路系统设有旁路调节阀，其特征在于所述的回用蒸汽背压控制方法包括以下步骤：

S100）启动发电机组并投入功率控制模式，所述的控制系统实时采集发电机组的运行工况参数，以发电机组的功率输出反馈参数作为调节参数，根据发电机组功率的输出控制主汽阀的开度；

S200）控制系统实时检测回用蒸汽背压，确定回用蒸汽背压实时检测值Pc与回用蒸汽背压设定值Ps之间的压力偏差：

S300）将计算所得的压力偏差与最大压力偏差设定值ΔP进行比较；

S400）若Ps-ΔP≤Pc≤Ps+ΔP，则保持功率控制模式，所述的控制系统根据发电机功率输出，控制主汽阀的开度；

S500）若Pc＞Ps+ΔP，则转为背压控制模式，所述的控制系统根据回用蒸汽背压实时检测值，控制主汽阀的开度；

S600）若Pc＜Ps-ΔP，则启动旁路控制模式，所述的控制系统根据回用蒸汽背压控制旁路调节阀的开度；

S700）若实际压力Pc恢复到设定压力Ps，即，Pc=Ps，则返回功率控制模式，否则按照当前控制模式，执行主汽阀或旁路调节阀的控制操作；

S800）若发电机组因系统故障或人工控制紧急停机，则关闭主路系统，启动旁路控制模式，所述的控制系统根据回用蒸汽背压实时检测值，控制旁路调节阀的开度。

2.根据权利要求1所述的低压蒸汽差压发电回用蒸汽背压控制方法，其特征在于在所述的功率控制模式下，所述的控制系统根据以下公式对主汽阀的开度进行PID控制：

$V_m\left(t\right)=K_P[W\left(t\right)+\frac{1}{T_I}{\∫}_0^{t}W\left(t\right)\mathrm{dt}+T_D\frac{\mathrm{dW}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}]---\left(1\right)$

W(t)=Ws(t)-Wc(t)

其中，Vm(t)为时刻t的主汽阀的开度，W(t)为时刻t的发电机功率输出反馈参数，Ws(t)为时刻t的发电机功率输出设定值，Wc(t)为时刻t的发电机功率输出实测值，KP为比例系数，TI为积分时间，TD为微分时间。

3.根据权利要求1所述的低压蒸汽差压发电回用蒸汽背压控制方法，其特征在于在所述的背压控制模式下，所述的控制系统根据以下公式对主汽阀的开度进行PID控制：

$V_m\left(t\right)=K_P[P\left(t\right)+\frac{1}{T_I}{\∫}_0^{t}P\left(t\right)\mathrm{dt}+T_D\frac{\mathrm{dP}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}]---\left(2\right)$

P(t)=Ps(t)-Pc(t)

其中，Vm(t)为时刻t的主汽阀的开度，P(t)为时刻t的回用蒸汽背压反馈参数，Ps(t)为时刻t的回用蒸汽背压设定值，Pc(t)为时刻t的回用蒸汽背压检测值，KP为比例系数，TI为积分时间，TD为微分时间。

4.根据权利要求1所述的低压蒸汽差压发电回用蒸汽背压控制方法，其特征在于在所述的旁路控制模式下，所述的控制系统根据以下公式对旁路调节阀的开度进行PID控制：

$V_b\left(t\right)=K_P[P\left(t\right)+\frac{1}{T_I}{\∫}_0^{t}P\left(t\right)\mathrm{dt}+T_D\frac{\mathrm{dP}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}]---\left(3\right)$

P(t)=Ps(t)-Pc(t)

其中，Vb(t)为时刻t的旁路调节阀的开度，P(t)为时刻t的回用蒸汽背压反馈参数，Ps(t)为时刻t的回用蒸汽背压设定值，Pc(t)为时刻t的回用蒸汽背压检测值，KP为比例系数，TI为积分时间，TD为微分时间。

5.一种权利要求1至4之任一权利要求所述的回用蒸汽背压控制方法的低压蒸汽差压发电系统，包括低压蒸汽主管路、发电机组系统（300）、安全保护装置（3）和控制系统（500），所述低压蒸汽主管路包括主路快开阀（108）、主汽阀（109）和主路电动截止阀（102.2），其特征在于：

所述的发电机组系统（300）与主路快开阀（108）、主汽阀（109）和主路电动截止阀（102.2）组成主路系统（100），发电机组系统（300）的蒸汽管路串联安装在所述的主汽阀（109）和主路电动截止阀（102.2）之间；

所述低压蒸汽主管路还包括用于实时检测回用蒸汽背压的压力变送器（501），所述的压力变送器（501）连接在主路电动截止阀（102.2）之后的排气管路上；

所述的低压蒸汽差压发电系统还设有旁路系统（200），所述的旁路系统（200）包括串联连接的旁路快开阀（201）和旁路调节阀（202）；所述的旁路系统（200）与所述的主路系统（100）并联连接后，串联连接在低压蒸汽主管路中；

所述压力变送器（501）的压力输出信号传送到所述的控制系统（500），所述的控制系统（500）的控制输出信号，传送到主汽阀（109）和旁路调节阀（202）。

6.根据权利要求5所述的低压蒸汽差压发电系统，其特征在于所述的发电机组系统300包括螺杆膨胀动力机301、减速机302和发电机303组成的螺杆发电机组，还包括PLC控制柜304、并网柜305和联络柜306；所述的螺杆膨胀动力机301的蒸汽管路串接在所述的低压蒸汽主管路中；所述的减速机302一端由联轴器连接于螺杆膨胀动力机301，另一端由联轴器连接于发电机303；发电机303发出的电力，通过经由并网柜305和联络柜306，通过变压器输送到电网。

7.根据权利要求5所述的低压蒸汽差压发电系统，其特征在于所述的低压蒸汽主管路还包括疏水系统，所述的疏水系统包括第一和第二两套疏水装置，每套疏水装置由疏水器及旁通阀连接组成；第一疏水装置401.1安装于主路系统的单向阀105和主路快关阀108之间，第二疏水装置401.2安装于低压蒸汽主管路的主路电动截止阀102.2和出口手动截止阀101.5之间。

8.根据权利要求5、6或7所述的低压蒸汽差压发电系统，其特征在于所述的控制系统500包括连接到主路系统100的主路系统控制单元，连接到旁路系统200的旁路系统控制单元，连接到发电机303、PLC控制柜304、并网柜305和联络柜306的发电并网控制单元，以及连接到上级系统控制网络的远程监控单元；所述的控制系统500通过发电并网控制单元连接到PLC控制柜304，采集发电机组系统300的运行工况参数，对回用蒸汽背压和发电参数进行实时控制。