CN104373158B - 一种锅炉驱动的汽轮机组的控制方法 - Google Patents
一种锅炉驱动的汽轮机组的控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种锅炉驱动的新型汽轮机组,包括汽轮机、给水泵和液力行星齿轮复合传动装置,所述的汽轮机设置有汽轮发电机组主轴,所述的汽轮机通过液力行星齿轮复合传动装置驱动给水泵,所述的给水泵连接至锅炉。本发明在变工况下运行时,给水经济性提高;具体为在变工况下液力行星齿轮复合传动装置拖动给水泵运行的效率大于通过液力偶合器拖动给水泵运行的效率,给水经济性提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种锅炉驱动的汽轮机组及其控制方法,涉及到了节能和提高汽轮发电机组效率的技术领域。
背景技术
在我国,火电机组给水系统的配置方法有:配备2×50%最大连续蒸发量(MCR)的汽动给水泵并配备一台30%MCR电动给水泵,正常情况下汽动给水泵参与给水流量控制和调整的实现,电动给水泵在机组启/停过程中参与给水控制和调整;配备2×50%MCR的电动给水泵并配备一台30%-50%BMCR的备用电动给水泵;汽动给水方法由专门的小汽轮机拖动给水泵运行,电动给水实现方法一般由电动机通过变速装置拖动给水泵运行。国内超临界机组、超超临界火电机组和蒸汽燃气联合循环机组多采用第一种给水系统配置方法,也有部分机组采用后两种给水系统配置方法,现役核电机组的给水系统的配置多为3×50%MCR电动给水泵,由电动机通过调速型液力偶合器拖动给水泵运行。综上所述,我国汽轮发电机组给水实现方法主要有,电动机通过液力偶合器拖动给水泵的电动给水方法;专门小型汽轮机拖动给水泵的给水方法。两种方法都需要为给水泵配备专门的大型原动机。
经过多年来的电力建设,我国电网裕量不断增大,峰谷负荷值相差较大,电网内越来越多的燃煤机组开始参与调峰运行,带基本负荷的燃煤机组也越来越少,机组在变工况下运行的时间也越来越长,很多火电机组谷负荷的只有机组额定负荷的50%左右,机组运行经济性下降,对机组节能运行构成了挑战。机组在变负荷下热力循环效率下降,主要设备偏离经济运行工况,经济性下降,给水系统的经济性也有大幅下降。对于电动机通过液力偶合器拖动给水泵的电动给水方法来说,随着机组偏离基本负荷运行,给水流量和给水压力也发生变化,给水泵运行负荷下降,传动装置传动效率下降,导致给水经济性下降。对于采用专门小型汽轮机拖动给水泵的给水方法来说,机组在低负荷下运行时,因拖动给水泵的汽轮机效率下降导致给水经济性下降。因此,需要针对现有给水方法在变工况下运行的不足经行改进,提高给水效率。
相对于双台采用双台给水泵的给水流量实现方法,单台给水泵提供给水的效率给高,单位功率给水泵的投资也有所下降,近年来有采用100%BMCR给水泵给水实现方法。在这种给水实现方法中,采用小型汽轮机直接拖动100%MCR给水泵运行,相对于采用2台容量为50%MCR汽动给水泵的给水方法,因给水泵容量和拖动给水泵的汽轮机效率提高而给水效率提高,经济性有所提高,但机组在变工况下运行时,依然难以避免小汽轮机效率降低导致机组运行经济性降低的问题;若采用电动机通过调速装置拖动100%BMCR给水泵运行,则需要配置的电动机过大,存在制造难题,且成本较高,机组厂用电率变大。
液力行星齿轮传动复合装置是一种高效的传动装置,变负荷应用中,液力负荷行星齿轮传动装置的效率要高于液力偶合器,但由于液力负荷行星齿轮传动装置有液力变矩器的存在(液力变矩器的效率曲线为抛物线),在变负荷应用中液力负荷行星齿轮传动装置存在着最佳负载率,也存在最佳传动比,高于或低于这个传动比,传动效率会下降。本发明在于采用液力行星齿轮传动复合装置作为汽轮发电机组主汽轮机拖动锅炉给水泵运行的传动装置,相比于其他类型的传动装置,在变负荷工况下运行的效率更高。采用变频器控制的电动机拖动100%锅炉最大连续蒸发量前置泵运行,在不改变给水泵出口给水压力的前提下,可以通过变频器调整前置泵出口压力,同时通过传动装置传动比的变化来调整给水泵的功率,使给水泵传动装置的传动比接近传动装置的最佳传动比,提高传动装置的传动效率,进而降低给水能耗提高给水效率。
发明内容
发明目的:本发明的目的在于本发明旨在充分利用汽轮发电机组汽轮机,通过设计一种锅炉驱动的汽轮机组及其控制方法,来解决目前所应用的给水实现方法在变负荷下运行效率下降,经济性降低的技术问题。
技术方案:本发明所述的一种锅炉驱动的汽轮机组,包括汽轮机、给水泵和液力行星齿轮复合传动装置,所述的汽轮机设置有汽轮发电机组主轴,所述的汽轮机通过液力行星齿轮复合传动装置驱动给水泵,所述的给水泵连接至锅炉。
本发明所述的液力行星齿轮复合传动装置为传动效率较高液力行星齿轮复合传动装置,其在60%-100%额定调速工作,整体传动效率可达95%以上。本发明实施实例中所选择的行星齿轮传动装置,为应用比较成熟的RW型和RWE型传动装置,也包括其它类型的高效液力行星齿轮复合传动装置。
具体有两种方案实现:
(1)进一步地,还包括给水前置泵,所述的给水前置泵串联在汽轮发电机组主轴上,所述的给水前置泵连接至给水泵的吸入口。
(2)进一步地,还包括给水前置泵和给水前置泵电动机,所述的给水前置泵电动机驱动给水前置泵,所述的给水前置泵连接至给水泵的吸入口。
对于方案(1)或(2),进一步地,还包括汽轮机盘车装置和发电机,所述的汽轮机包括汽轮机高中压合缸、第一汽轮机低压缸和第二汽轮机低压缸,所述的汽轮机高中压合缸、第一汽轮机低压缸、第二汽轮机低压缸、汽轮机盘车装置、发电机依次串联在汽轮发电机组主轴上。
对于方案(1)或(2),进一步地,还包括第一联轴器、第二联轴器,所述的汽轮发电机组主轴一端通过第一联轴器连接至液力行星齿轮传动装置的输入端,所述的给水泵通过第二联轴器连接至液力行星齿轮传动装置的输出端。
对于方案(2),进一步地,还包括控制器、变频器,所述给水泵上设置有给水压力探测器,该控制器连接至给水压力探测器、变频器和液力行星齿轮复合传动装置、所述变频器连接至给水前置泵电动机。对于方案(1)的还包括控制器,所述给水泵上设置有给水压力探测器,该控制器连接至给水压力探测器、给水前置泵电动机和液力行星齿轮复合传动装置。
此外,本发明还包括方案(1)的锅炉驱动的汽轮机组的控制方法,包括以下步骤:
1)读取机组目标负荷下给水压力P1;
2)将P1与实测给水压力值P0,在控制器中进行比较;
3)若P1<P0比较结果为“是”,则控制器发送信号至液力行星齿轮复合传动装置,增加液力行星齿轮复合传动装置传动比X1,P0增大,然后将实测给水压力值P0反馈至控制器;
4)若P1<P0比较结果为“否”,则控制器发送信号至液力行星齿轮复合传动装置,减少液力行星齿轮复合传动装置传动比X1,P0减小,然后将实测给水压力值P0反馈至控制器;
5)重复步骤1)~4)。
此外,本发明还包括方案(2)的锅炉驱动的汽轮机组的控制方法,包括以下步骤:
1)读取目标负荷下给水压力P1,测量此刻给水压力值P0;
2)将P1与实测给水压力值P0,在控制器中进行比较;
3)若P1<P0结果“是”,则控制器发送信号至液力行星齿轮复合传动装置,增大液力行星齿轮复合传动装置传动比X1,P0增大,同时将P0值反馈至控制器;
4)若P1<P0结果“否”,则控制器发送信号至液力行星齿轮复合传动装置,减小液力行星齿轮复合传动装置传动比X1,P0减小,同时将P0值反馈至控制器;
5)将反馈而来的P0值与目标负荷给水压力P1值,在控制器内进行计算得A1,将A1和a在控制器内进行比较,a为根据机组运行稳定性要求而事先选定参数,若A1≤a的结果是“否”,则重复步骤1)~4),若A1≤a的结果是“是”,则进行步骤6);
6)读取此时液力行星齿轮复合传动装置传动比X1,将X1与预存在控制器内的X0进行比较;
7)若X1<X0比较结果为“是”,则控制器发送信号至液力行星齿轮复合传动装置和变频器,增大液力行星齿轮复合传动装置传动比X1,增大给水泵转速N1,降低给水前置泵转速N2,给水前置泵出口压力P2降低,同时将X1值反馈至控制器;
8)若X1<X0比较结果为“否”,则控制器发送信号至液力行星齿轮复合传动装置和变频器,降低液力行星齿轮复合传动装置传动比X1,降低给水泵转速N1,给水前置泵转速N2增大,给水前置泵出口压力P2增大,同时将X1值反馈至控制器;
9)重复6)~8),直到X1=X0时运行步骤10);
10)将测量此刻给水压力值P0,运行步骤5)。
P1为给定目标负荷下的给水压力,P0为实测给水压力,X1为机组运行时液力行星齿轮传动装置传动比,P2为给水前置泵出口压力,X0为液力行星齿轮传动装置传动比,最佳传动比为液力行星齿轮传动装置固有的传动效率最高时的传动比,N1为给水泵转速,N2为给水前置泵转速;a为设定偏差值,具体由机组运行需要所确定,可在0.1-0.0001之间选取;A1为压力偏差,具体计算方法是,计算P1与P0的差值与P1的比值,再取绝对值,具体计算公式如下:
进一步地,方案(2)的锅炉驱动的汽轮机组的控制方法,在步骤6)和7)中,降低或提高给水前置泵转速N2时,给水前置泵转速N2的变化率与给水泵转速N1相配合,使得给水压力P0恒定。
本发明与现有技术相比,其有益效果是:本发明由汽轮发电机组通过液力行星齿轮复合传动装置拖动给水泵运行,因汽轮发电机组汽轮机在各工况下的效率高于专门为给水泵配置小型汽轮机效率,相对于小型汽轮机直接拖动给水泵的汽动给水方法而言,变工况下运行时,给水经济性提高;因在变工况下液力行星齿轮复合传动装置拖动给水泵运行的效率大于通过液力偶合器拖动给水泵运行的效率,给水经济性提高;本发明采用容量100%最大连续蒸发量的给水泵和前置泵,相对于多台给水泵提供系统给水的方案,因设备数量减少,单台设备功率大效率高,运行经济性提高;相对于电动给水方法而言,本方法减少了能量转换步骤,利用低品质能源拖动给水泵运行,经济性得到高,机组厂用电率下降;本发明通过变频器控制前置泵输出功率的变化,并通过控制器控制传动装置的传动比接近最佳传动比,使得变工况下给水效率提高能耗降低。
附图说明
图1为本发明一种锅炉驱动的汽轮机组实施例1具体实施示意图;
图2为本发明一种锅炉驱动的汽轮机组实施例1中的液力行星齿轮复合传动装置连接示意图;
图3为本发明一种锅炉驱动的汽轮机组实施例2具体实施示意图;
图4为本发明一种锅炉驱动的汽轮机组实施例2中的液力行星齿轮复合传动装置连接示意图;
图5为本发明一种锅炉驱动的汽轮机组实施例2中变频器与给水前置泵连接示意图;
图6为本发明实施例1中的RWE型液力行星齿轮传复合动装置示意图;
图7为本发明实施例2中RW型液力行星齿轮传动复合装置示意图;
图8为本发明实施例3中的控制方法算法示意图;
图9为本发明实施例4中的控制方法算法示意图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明,但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1:
如图1所示,本实施例中的液力行星齿轮复合传动装置7为RWE型液力行星齿轮传复合动装置,但是,本实施例也可以使用RW型液力行星齿轮复合传动装置,并不会影响本实施例的实现。本实施例的锅炉驱动的汽轮机组由汽轮机高中压合缸1、第一汽轮机低压缸2、第二汽轮机气压缸3、汽轮机盘车装置4、发电机5、给水前置泵6、液力行星齿轮复合传动装置7和给水泵8依次通过汽轮发电机组主轴9串联组成,给水前置泵6连接至给水管,给水前置泵6出口连接至给水泵8的入口,如图1箭头所示方向为水流方向。
如图2所示为本实施例中的液力行星齿轮复合传动装置连接示意图,左侧汽轮发电机组主轴9通过第三联轴器29连接至给水前置泵6,该给水前置泵6右侧再通过第一联轴器11连接至液力行星齿轮复合传动装置7,液力行星齿轮复合传动装置7通过第二联轴器28连接至给水泵8。本实施例还包括控制器,所述给水泵8上设置有给水压力探测器,该控制器连接至给水压力探测器和液力行星齿轮复合传动装置7。
如图6所示,汽轮发电机组主轴系9通过联轴器29,与给水前置泵6转轴连接,给水前置泵转轴通过联轴器11与RWE型液力行星齿轮复合传动装置输入端14相连接,RW型液力行星齿轮复合传动装置输出端19通过联轴器28与给水泵8连接。图6所示的RW型液力行星齿轮复合传动装置各部件分别为,RWE型液力行星齿轮传动装置的输入端14,RWE型液力行星齿轮传动装置的工作油15,RWE型液力行星齿轮传动装置的导叶可调式液力变矩器16,RWE型液力行星齿轮传动装置的固定行星齿轮17,RWE型液力行星齿轮传动装置的旋转行星齿轮18,RWE型液力行星齿轮传动装置的输出端19。
由锅炉产生蒸汽,蒸汽推动汽轮机旋转,汽轮机与发电机通过联轴器连接,汽轮机旋转带动发电机旋转,发电机与给水前置泵通过第三联轴器29连接,发电机旋转带动给水前置泵旋转,给水前置泵6通过液力行星齿轮复合传动装置与给水泵连接,通过液力行星齿轮复合传动装置控制器控制给水泵转速,从而控制给水流量和给水压力。
实施例2:
如图3所示,本实施例中的液力行星齿轮复合传动装置7为RW型液力行星齿轮传复合动装置,但是,本实施例也可以使用RWE型液力行星齿轮复合传动装置,并不会影响本实施例的实现。本实施例的锅炉驱动的汽轮机组由汽轮机高中压合缸1、第一汽轮机低压缸2、第二汽轮机气压缸3、汽轮机盘车装置4、发电机5、液力行星齿轮复合传动装置7和给水泵8依次通过汽轮发电机组主轴9串联组成。本实施例还设置有依次通过给水前置泵组轴系12连接的给水前置泵电动机10和给水前置泵6,给水前置泵6连接至给水管,给水前置泵6出口连接至给水泵8的入口,如图2箭头所示方向为水流方向。
如图4所示为本实施例中的液力行星齿轮复合传动装置连接示意图,左侧汽轮发电机组主轴9通过第一联轴器11连接至液力行星齿轮复合传动装置7,液力行星齿轮复合传动装置7通过第二联轴器28连接至给水泵8。本实施例还包括给水前置泵6和给水前置泵电动机10,所述的给水前置泵电动机10驱动给水前置泵6,所述的给水前置泵6连接至给水泵8的吸入口。本实施例还包括控制器,所述给水泵8上设置有给水压力探测器,该控制器连接至给水压力探测器和液力行星齿轮复合传动装置7。
如图7所示汽轮发电机组主轴系9通过联轴器11,与RW型液力行星齿轮传动装置输入端20连接,RW型行星齿轮传动装置输出端27通过联轴器28与给水泵8连接。图8所示的RW型液力行星齿轮复合传动装置各部件分别为,RW型液力行星齿轮传动装置的输入端20;RW型液力行星齿轮传动装置的调速型液力偶合器21;RW型液力行星齿轮传动装置的摩擦离合器22;可调式液力变矩器23;变充液量液力制动器24;RW型液力行星齿轮传动装置的固定行星齿轮25;RW型液力行星齿轮传动装置旋转行星齿轮26;RW型液力行星齿轮传动装置的输入端27。
由锅炉产生蒸汽,蒸汽推动汽轮机旋转,汽轮机与发电机通过联轴器连接,汽轮机旋转带动发电机旋转,发电机通过液力行星齿轮复合传动装置与给水泵连接,通过液力行星齿轮复合传动装置控制器控制给水泵转速,从而控制给水流量和给水压力。给水前置泵6与前置泵电动机10连接,电源通过变频器13向水前置泵电动机10提供电源,变频器13控制给水前置泵8的输出功率以及出口压力。
实施例3
采用实施例1的装置,如图8所示,其控制器控制给水流量的方法为:
1)读取机组目标负荷下给水压力P1,
2)将P1与实测给水压力值P0,在控制器中进行比较;
3)若P1<P0比较结果为“是”,则控制器发送信号至液力行星齿轮复合传动装置,增加液力行星齿轮复合传动装置传动比X1,P0增大,然后将实测给水压力值P0反馈至控制器;
4)若P1<P0比较结果为“否”,则控制器发送信号至液力行星齿轮复合传动装置,减少液力行星齿轮复合传动装置传动比X1,P0减小,然后将实测给水压力值P0反馈至控制器;
5)重复步骤1)~4)。
实施例4
采用实施例1的装置,如图9所示,其控制器控制给水流量的方法为:
1)读取目标负荷下给水压力P1,测量此刻给水压力值P0;
2)将P1与实测给水压力值P0,在控制器中进行比较;
3)若P1<P0结果“是”,则控制器发送信号至液力行星齿轮复合传动装置,增大液力行星齿轮复合传动装置传动比X1,P0增大,同时将P0值反馈至控制器;
4)若P1<P0结果“否”,则控制器发送信号至液力行星齿轮复合传动装置,减小液力行星齿轮复合传动装置传动比X1,P1减小,同时将P0值反馈至控制器;
5)将反馈而来的P0值与目标负荷给水压力P1值,在控制器内进行计算得A1,将A1和a在控制器内进行比较,a为根据机组运行稳定性要求而事先选定参数,若A1≤a的结果是“否”,则重复步骤1)~4),若A1≤a的结果是“是”,则进行步骤6);
6)读取此时液力行星齿轮复合传动装置传动比X1,将X1与预存在控制器内的X0进行比较;
7)若X1<X0比较结果为“是”,则控制器发送信号至液力行星齿轮复合传动装置和变频器,增大液力行星齿轮复合传动装置传动比X1,增大给水泵转速N1,降低给水前置泵转速N2,给水前置泵出口压力P2降低,同时将X1值反馈至控制器;
8)若X1<X0比较结果为“否”,则控制器发送信号至液力行星齿轮复合传动装置和变频器,降低液力行星齿轮复合传动装置传动比X1,降低给水泵转速N1,给水前置泵转速N2增大,给水前置泵出口压力P2增大,同时将X1值反馈至控制器;
9)重复6)~8),直到X1=X0时运行步骤10);
10)将测量此刻给水压力值P0,运行步骤5)。
P1为给定目标负荷下的给水压力,P0为实测给水压力,X1为机组运行时液力行星齿轮传动装置传动比,P2为给水前置泵出口压力,X0为液力行星齿轮传动装置传动比最佳传动比,N1为给水泵转速,N2为给水前置泵转速;a为设定偏差值,具体由机组运行需要所确定,可在0.1-0.0001之间选取;A1为压力偏差,具体计算方法是,计算P1与P0的差值与P1的比值,再取绝对值,具体计算公式如下:
在步骤7)和8)中,降低或提高给水前置泵转速N2时,给水前置泵转速N2的变化率与给水泵转速N1相配合,使得给水压力P0恒定。
如上所述,尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明,但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下,可对其在形式上和细节上作出各种变化。
Claims (3)
1.一种锅炉驱动的汽轮机组的控制方法,其特征在于包括以下步骤:
1)读取机组目标负荷下给水压力P1,
2)将P1与实测给水压力值P0,在控制器中进行比较;
3)若P1<P0比较结果为“是”,则控制器发送信号至液力行星齿轮复合传动装置,增加液力行星齿轮复合传动装置传动比X1,P0增大,然后将实测给水压力值P0反馈至控制器;
4)若P1<P0比较结果为“否”,则控制器发送信号至液力行星齿轮复合传动装置,减少液力行星齿轮复合传动装置传动比X1,P0减小,然后将实测给水压力值P0反馈至控制器;
5)重复步骤1)~4);
所述锅炉驱动的新型汽轮机组,包括汽轮机、给水泵(8)和液力行星齿轮复合传动装置(7),所述的汽轮机设置有汽轮发电机组主轴(9),所述的汽轮机通过液力行星齿轮复合传动装置(7)驱动给水泵(8),所述的给水泵(8)连接至锅炉;
还包括给水前置泵(6),所述的给水前置泵(6)串联在汽轮发电机组主轴(9)上,所述给水前置泵(6)通过液力行星齿轮复合传动装置(7)与给水泵(8)连接,所述给水前置泵(6)出口与给水泵(8)吸入口相连;
还包括给水前置泵(6)和给水前置泵电动机(10),所述的给水前置泵电动机(10)驱动给水前置泵(6),所述的给水前置泵(6)出口连接至给水泵(8)的吸入口;
还包括汽轮机盘车装置(4)和发电机(5),所述的汽轮机包括汽轮机高中压合缸(1)、第一汽轮机低压缸(2)和第二汽轮机低压缸(3),所述的汽轮机高中压合缸(1)、第一汽轮机低压缸(2)、第二汽轮机低压缸(3)、汽轮机盘车装置(4)、发电机(5)依次串联在汽轮发电机组主轴(9)上;
还包括第一联轴器(11)、第二联轴器(28),所述的汽轮发电机组主轴(9)一端通过第一联轴器(11)连接至液力行星齿轮传动装置(7)的输入端,所述的给水泵(8)通过第二联轴器(28)连接至液力行星齿轮传动装置(7)的输出端;
还包括控制器,所述给水泵(8)上设置有给水压力探测器,该控制器连接至给水压力探测器和液力行星齿轮复合传动装置(7)。
2.根据权利要求1所述的锅炉驱动的汽轮机组的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)读取目标负荷下给水压力P1,测量此刻给水压力值P0;
2)将P1与实测给水压力值P0,在控制器中进行比较;
3)若P1<P0结果“是”,则控制器发送信号至液力行星齿轮复合传动装置,增大液力行星齿轮复合传动装置传动比X1,P0增大,同时将P0值反馈至控制器;
4)若P1<P0结果“否”,则控制器发送信号至液力行星齿轮复合传动装置,减小液力行星齿轮复合传动装置传动比X1,P0减小,同时将P0值反馈至控制器;
5)将反馈而来的P0值与目标负荷给水压力P1值,在控制器内进行计算得A1,将A1和a在控制器内进行比较,a为根据机组运行稳定性要求而事先选定参数,若A1≤a的结果是“否”,则重复步骤1)~4),若A1≤a的结果是“是”,则进行步骤6);
6)读取此时液力行星齿轮复合传动装置传动比X1,将X1与预存在控制器内的X0进行比较;
7)若X1<X0比较结果为“是”,则控制器发送信号至液力行星齿轮复合传动装置和变频器,增大液力行星齿轮复合传动装置传动比X1,增大给水泵转速N1,降低给水前置泵转速N2,给水前置泵出口压力P2降低,同时将X1值反馈至控制器;
8)若X1<X0比较结果为“否”,则控制器发送信号至液力行星齿轮复合传动装置和变频器,降低液力行星齿轮复合传动装置传动比X1,降低给水泵转速N1,给水前置泵转速N2增大,给水前置泵出口压力P2增大,同时将X1值反馈至控制器;
9)重复6)~8),直到X1=X0时运行步骤10);
10)将测量此刻给水压力值P0,运行步骤5)。
3.根据权利要求2所述的锅炉驱动的汽轮机组的控制方法,其特征在于,在步骤6)和7)中,降低或提高给水前置泵转速N2时,给水前置泵转速N2的变化率与给水泵转速N1相配合,使得给水压力P0恒定。
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