CN106089326B - 干熄焦余热回收蒸汽发电汽轮机进、排汽控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种干熄焦余热回收蒸汽发电汽轮机进、排汽控制方法，转速传感器采集汽轮机主轴转速信号，做为汽轮机转速的监测值进行显示；通过DCS控制系统，对汽轮机进、排汽压力进行PID串级调节；采用双回路控制系统，主回路为蒸汽进/排汽压力，副回路为蒸汽进/排汽流量；DCS控制系统输出电流控制信号，使主汽阀及排汽调节阀达到对应的开度；通过位移传感器调节电液伺服阀的输出，控制汽轮机实际转速与目标转速相符。本发明在常规汽轮机控制系统的基础上，基于DCS控制系统对汽轮机进、排汽压力分别进行PID串级调节，使汽轮机进汽压力和排汽压力保持稳定，汽轮机增加或减小负荷时受到的扰动更少，保证了汽轮机的平稳运行。

Description

干熄焦余热回收蒸汽发电汽轮机进、排汽控制方法

技术领域

本发明涉及蒸汽发电技术领域，尤其涉及一种干熄焦余热回收蒸汽发电汽轮机进、排汽控制方法。

背景技术

汽轮机是发电厂的原动机，驱动同步发电机旋转产生电能，向电网输送符合数量和供电品质(电压与频率)要求的电力。由同步发电机的运行特性已知，发电机的端电压决定于无功功率，而无功功率决定于发电机的励磁；电网的频率(或称周波)决定于有功功率，即决定于原动机的驱动功率。因此，电网的电压调节归发电机的励磁系统，频率调节归汽轮机的功率控制系统。这样，机组并网运行时，根据转速偏差改变调节汽门的开度，调节汽轮机的进汽量及焓降，改变发电机的有功功率，满足外界电负荷的变化要求。由于汽轮机调节系统是以机组转速为调节对象，故习惯上将汽轮机调节系统称为调速系统。

申请号为201220468503.8(申请日为2012年9月14日)的中国专利，公开了一种“凝汽式汽轮机向高炉供风的转速控制装置”，包括安装在凝汽式汽轮机主轴上的测速齿轮，相对于测速齿轮的位置设有转速传感器，转速传感器通过脉冲信号变送器与PLC运算器连接，同步电机上设有位移传感器，位移传感器通过位移信号变送器与PLC运算器连接；PLC运算器通过伺服放大器连接凝汽式汽轮机的同步电机，并对其进行控制。

随着现代化工业的飞速发展，越来越多的蒸汽发电机组采用了集散控制系统，集散控制系统(Distributed control system)是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统，简称DCS系统。集散控制系统中所有设备分别处于四个不同的层次，自下而上分别为：现场级、控制级、监控级和管理级。现场级设备一般位于被控生产过程的附近。典型的的现场级设备是各类传感器、变送器和执行器，它们将生产过程中各种物理量转换为电信号。控制级主要由过程控制站和数据采集站组成。过程控制站接收由现场设备来的信号，按一定的控制策略计算出所需的控制量，并送回到现场的执行器中去。数据采集站与过程控制站类似，也接收由现场设备来的信号，但是它不直接完成控制功能，而是将经转换处理后的信号送到监控级设备中去。监控级的主要设备有运行员操作站、工程师工作站和计算站。计算站的主要任务是实现对生产过程的监督控制。管理级包含的内容比较广泛，一般来说，它可能是一个发电厂的厂级管理计算机，也可能是若干个机组的管理计算机。

在现有的汽轮机转速调节系统中，大多只采集汽轮机的转速作为系统反馈值，通过位移传感器测量油动机输出端的位移量较准主汽阀的开度，而没有考虑汽轮机进、排汽压力，但是由于干熄焦余热回收发电系统为小型发电机组，而余热动力资源存在蒸汽压力波动大的特点，因此蒸汽压力对汽轮机发电稳定性造成了较大干扰。

发明内容

本发明提供了一种干熄焦余热回收蒸汽发电汽轮机进、排汽控制方法，在常规汽轮机控制系统的基础上，基于DCS控制系统对汽轮机进、排汽压力分别进行PID串级调节，使汽轮机进汽压力和排汽压力保持稳定，汽轮机的进汽流量稳定，汽轮机增加或减小负荷时受到的扰动更少，保证了汽轮机的平稳运行。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

干熄焦余热回收蒸汽发电汽轮机进、排汽控制方法，包括如下步骤：

1)转速传感器采集汽轮机主轴转速信号，并将转速信号传送到DCS控制系统，做为汽轮机转速的监测值进行显示；

2)通过DCS控制系统，对汽轮机进汽压力进行PID串级调节；采用双回路控制系统，主回路为蒸汽进汽压力，副回路为蒸汽进汽流量；具体过程为：

主回路将进汽压力的设定值与进汽压力的测量值在控制器1中进行比较，两者的偏差转换为进汽流量调节值作为控制副回路的输入，然后在控制器2中与进汽流量的测量值进行比较，两者偏差的转换量作为副回路的输出；输出的电流控制信号经放大器给电液伺服阀一个指令信号，电液伺服阀输出流量控制主汽阀油动机输出位移，使主汽阀达到对应的开度；

3)通过DCS控制系统，对汽轮机排汽压力进行PID串级调节；采用双回路控制系统，主回路为蒸汽排汽压力，副回路为蒸汽排汽流量；具体过程为：

主回路将排汽压力的设定值与排汽压力的测量值在控制器3中进行比较，两者的偏差转换为排汽流量调节值作为控制副回路的输入，并在控制器4中与排汽流量的测量值进行比较，两者偏差的转换量作为副回路的输出；输出的电流控制信号经放大器给排汽压力调节阀一个指令信号，使排汽压力调节阀达到对应的开度；

4)进汽压力和排汽压力进行PID运算的计算公式为：

U(t)＝Kp[e(t)+1/Ti∫e(t)dt+Td×de(t)/dt]

式中：Kp为比例系数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数，U(t)为控制系统输出给电液伺服阀/排汽压力调节阀的开度值，e(t)为进汽压力/排汽压力与对应压力设定值的偏差值；

5)主汽阀油动机前设有位移传感器，其检测到的油动机位移信号与DCS控制系统输出的位移信号进行比较，通过两者的差值调节电液伺服阀的输出，控制汽轮机实际转速与目标转速相符，从而保证汽轮机的稳定运行。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

在常规汽轮机控制系统的基础上，基于DCS控制系统对汽轮机进、排汽压力分别进行PID串级调节，使汽轮机进汽压力和排汽压力保持稳定，汽轮机的进汽流量稳定，汽轮机增加或减小负荷时受到的扰动更少，保证了汽轮机的平稳运行。

附图说明

图1是本发明所述干熄焦余热回收蒸汽发电汽轮机进、排汽控制方法的原理图。

图2是本发明所述汽轮机进汽压力PID串级调节原理图。

图3是本发明所述汽轮机排汽压力PID串级调节原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1所示，本发明所述干熄焦余热回收蒸汽发电汽轮机进、排汽控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)转速传感器采集汽轮机主轴转速信号，并将转速信号传送到DCS控制系统，做为汽轮机转速的监测值进行显示；

2)如图2所示，本发明通过DCS控制系统，对汽轮机进汽压力进行PID串级调节；采用双回路控制系统，主回路为蒸汽进汽压力，副回路为蒸汽进汽流量；具体过程为：

主回路将进汽压力的设定值与进汽压力的测量值在控制器1中进行比较，两者的偏差转换为进汽流量调节值作为控制副回路的输入，然后在控制器2中与进汽流量的测量值进行比较，两者偏差的转换量作为副回路的输出；输出的电流控制信号经放大器给电液伺服阀一个指令信号，电液伺服阀输出流量控制主汽阀油动机输出位移，使主汽阀达到对应的开度；

3)如图3所示，本发明通过DCS控制系统，对汽轮机排汽压力进行PID串级调节；采用双回路控制系统，主回路为蒸汽排汽压力，副回路为蒸汽排汽流量；具体过程为：

主回路将排汽压力的设定值与排汽压力的测量值在控制器3中进行比较，两者的偏差转换为排汽流量调节值作为控制副回路的输入，并在控制器4中与排汽流量的测量值进行比较，两者偏差的转换量作为副回路的输出；输出的电流控制信号经放大器给排汽压力调节阀一个指令信号，使排汽压力调节阀达到对应的开度；

4)进汽压力和排汽压力进行PID运算的计算公式为：

U(t)＝Kp[e(t)+1/Ti∫e(t)dt+Td×de(t)/dt]

式中：Kp为比例系数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数，U(t)为控制系统输出给电液伺服阀/排汽压力调节阀的开度值，e(t)为进汽压力/排汽压力与对应压力设定值的偏差值；

5)主汽阀油动机前设有位移传感器，其检测到的油动机位移信号与DCS控制系统输出的位移信号进行比较，通过两者的差值调节电液伺服阀的输出，控制汽轮机实际转速与目标转速相符，从而保证汽轮机的稳定运行。

以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

【实施例】

某钢厂干熄焦余热回收蒸汽发电系统原采用2台6MW背压式汽轮发电机组，其蒸汽外送量不能够调整，导致富余蒸汽不能够转化为电能而浪费。为提高蒸汽利用率，新建1台25MW抽凝式发电机组并配套1台25MW同步发电机，汽轮机额定抽汽量30t/h，最大抽汽量60t/h，采用DCS控制系统进行数据采集，并在工业计算机上实现显示与控制算法。

汽轮机通过主汽阀调节蒸汽量，蒸汽进入汽轮机做功，汽轮机输出功率的多少取决于进入汽轮机的蒸汽量，而进汽量则取决于调节汽阀的开度。为使汽轮机运行稳定，本发明根据蒸汽用量需求，灵活调节进汽压力和排气压力，使进汽流量更稳定，从而使汽轮机的控制更平稳，减少蒸汽放散，保护环境。

进汽压力测量采用智能型压力变送器，测量范围：0～5MPa；

排汽压力测量采用智能型压力变送器，测量范围：-0.1～0MPa；

抽气压力测量采用智能型压力变送器，测量范围：0～1MPa；

汽轮机入口蒸汽流量检测采用喷嘴流量计，测量范围；0～180t/h。

汽轮机抽汽外送蒸汽流量检测检测采用孔板流量计，测量范围；0～110t/h。

该项目投产后运行良好，干熄焦余热发电汽轮机增减负荷时自动控制进、排气量，，减少了汽轮机启动时的扰动误差，汽轮机运行平稳。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.干熄焦余热回收蒸汽发电汽轮机进、排汽控制方法，其特征在于，基于DCS控制系统对汽轮机进、排汽压力分别进行PID串级调节，使汽轮机进汽压力和排汽压力保持稳定，汽轮机的进汽流量稳定，具体包括如下步骤：

1)转速传感器采集汽轮机主轴转速信号，并将转速信号传送到DCS控制系统，做为汽轮机转速的监测值进行显示；

2)通过DCS控制系统，对汽轮机进汽压力进行PID串级调节；采用双回路控制系统，主回路为蒸汽进汽压力，副回路为蒸汽进汽流量；具体过程为：

主回路将进汽压力的设定值与进汽压力的测量值在控制器（1）中进行比较，两者的偏差转换为进汽流量调节值作为控制副回路的输入，然后在控制器（2）中与进汽流量的测量值进行比较，两者偏差的转换量作为副回路的输出；输出的电流控制信号经放大器给电液伺服阀一个指令信号，电液伺服阀输出流量控制主汽阀油动机输出位移，使主汽阀达到对应的开度；

3)通过DCS控制系统，对汽轮机排汽压力进行PID串级调节；采用双回路控制系统，主回路为蒸汽排汽压力，副回路为蒸汽排汽流量；具体过程为：

主回路将排汽压力的设定值与排汽压力的测量值在控制器（3）中进行比较，两者的偏差转换为排汽流量调节值作为控制副回路的输入，并在控制器（4）中与排汽流量的测量值进行比较，两者偏差的转换量作为副回路的输出；输出的电流控制信号经放大器给排汽压力调节阀一个指令信号，使排汽压力调节阀达到对应的开度；

4)进汽压力和排汽压力进行PID运算的计算公式为：

U(t)＝Kp[e(t)+1/Ti∫e(t)dt+Td×de(t)/dt]

式中：Kp为比例系数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数，U(t)为控制系统输出给电液伺服阀/排汽压力调节阀的开度值，e(t)为进汽压力/排汽压力与对应压力设定值的偏差值；

5)主汽阀油动机前设有位移传感器，其检测到的油动机位移信号与DCS控制系统输出的位移信号进行比较，通过两者的差值调节电液伺服阀的输出，控制汽轮机实际转速与目标转速相符，从而保证汽轮机的稳定运行。