CN106640227B - 一种汽轮机变压运行调节控制方法及装置 - Google Patents

一种汽轮机变压运行调节控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及发电领域，尤其涉及一种汽轮机变压运行调节控制方法及装置，该方法将主汽压力P0与汽轮机进汽压力低设定值PL和汽轮机进汽压力高设定值PH比较，当主汽压力P0介于汽轮机进汽压力低设定值PL和进汽压力高设定值PH之间时，采用变压运行控制模式，自动控制进汽阀阀位F到汽轮机比功率h最大时对应的阀位设定值FSet，当主汽压力P0小于汽轮机进汽压力低设定值PL时，采用压力低限制控制模式，自动控制进汽阀关小，当主汽压力P0大于汽轮机进汽压力高设定值PH时，采用压力高限制控制模式，自动控制进汽阀开大。本发明的有益效果是：充分利用蒸汽能，汽轮机工作更加安全，运行经济性最高。

Description

一种汽轮机变压运行调节控制方法及装置
技术领域
本发明涉及发电领域，尤其涉及一种汽轮机变压运行调节控制方法及装置。
背景技术
目前大型发电机组(如额定功率在150MW及以上)都采用“电子凸轮配汽机构”，即每个进汽阀采用一个油动机控制，可通过控制系统实现“顺序阀”控制，以4个进汽阀为例，可先开启1、4阀，再开启3阀，最后开启第4阀，这样比同时开启4个阀的进汽节流损失要小很多。这类机组进汽方式可以通过控制系统修改选择，而且一般都采用“单元制”运行方式，即一机一炉运行，进汽参数相对稳定，一般长期在额定工况下运行。
小型发电机组(如额定功率在50MW以下)一般都采用机械配汽机构，采用一个油动机同时控制几个进汽阀，进汽阀开启顺序由机械结构固定，主要有提板式和机械凸轮配汽两种形式，油动机通过杠杆或凸轮按固定顺序开启进汽阀。
在石化化工、冶金和建材等行业存在大量的热能可以回收利用，大部分以蒸汽能回收利用为主，主要有两种利用形式，一种是直接将一定压力和温度的蒸汽引入蒸汽轮机做功(或进入其他使用蒸汽能的装置，不在本发明描述)；另一种是通过废热锅炉产生一定压力和温度的蒸汽再引入蒸汽轮机做功。这类蒸汽轮机功率一般不大(如额定功率在50MW以下的小型发电机组)。
在上述的蒸汽能利用应用现场，由于上游工况不稳定，导致汽轮机进汽参数变化很大，经常使汽轮机在非设计工况下运行，效率降低，严重时会损坏机组。
针对这类小型蒸汽能利用的发电机组，目前主要有三种控制方法：定压控制、定功率控制和滑压控制等。
(1)定压控制方法是指设定汽轮机前蒸汽压力为定值，当蒸汽压力高于设定值时，开大汽轮机调节阀，使进汽流量增大，以降低蒸汽压力到设定值；当蒸汽压力低于设定值时，关小汽轮机调节阀，使进汽流量减小，以提高蒸汽压力到设定值。定压控制可使汽轮机进汽压力相对稳定，但当进汽量变化较大且不稳定时，进汽节流损失较大。
(2)定功率控制方法是指设定发电功率为定值，当实际功率小于设定值时，开大汽轮机调节阀，使进汽流量增大，以提高发电功率到设定值；当实际功率大于设定值时，则关小汽轮机调节阀，使进汽流量减小，以降低发电功率到设定值。定功率控制方法只考虑了机组输出功率的稳定，对进汽参数变化影响较大，所以在蒸汽能余热利用场合很少应用。
(3)滑压运行控制方法是将汽轮机调节阀全开，保证汽轮机全部进汽，这种方法可以充分利用上游工艺产生的蒸汽能，但随着上游工艺变化，进汽压力也不断变化，当进汽压力低于汽轮机允许的最低安全进汽压力时，会对汽轮机安全运行造成影响。滑压运行控制在蒸汽余热能利用场合应用较多。
以上控制方法并未考虑机组的最优运行效率点。因此需要发明一种汽轮机在非设计工况下运行的控制方法，以减少汽轮机进汽调节阀的节流损失，提高汽轮机运行的经济型和安全性。
发明内容
针对上述方案的缺点，本发明提出一种能够有效利用蒸汽能(或蓄热蒸汽能)，提高汽轮机运行的经济型和安全性的汽轮机变压运行调节控制方法及装置。
本发明技术方案是：一种汽轮机变压运行调节控制方法，将主汽压力P0与汽轮机进汽压力低设定值PL和汽轮机进汽压力高设定值PH比较，当主汽压力P0介于汽轮机进汽压力低设定值PL和进汽压力高设定值PH之间时，采用变压运行控制模式，自动控制进汽阀阀位F到汽轮机比功率h最大时对应的阀位设定值FSet，当主汽压力P0小于汽轮机进汽压力低设定值PL时，采用压力低限制控制模式，自动控制进汽阀关小，当主汽压力P0大于汽轮机进汽压力高设定值PH时，采用压力高限制控制模式，自动控制进汽阀开大。
优选的，进汽阀阀位设定值FSet的确定方法为：进汽阀阀位设定值FSet的确定方法为：在主汽压力P0介于汽轮机进汽压力低设定值PL和进汽压力高设定值PH之间时，根据公式计算比功率h，其中，KW为汽轮机发电功率，KWmax为汽轮机最大发电功率，Q为实际蒸汽流量，Qmax为最大蒸汽流量，f(P)为蒸汽压力修正函数，通过控制进汽阀阀位F得出所对应的汽轮机比功率h，获得汽轮机比功率h与进汽阀阀位F之间曲线示意图，确定汽轮机比功率h最大值时所对应的进汽阀阀位F为阀位设定值FSet。
优选的，在采用变压运行控制模式时，测量主汽温度T0，主汽压力P0，主汽流量Q0，计算得到温变率RTT，压变率RTP，流量变化率RTQ，并分别设定变化率限制值a、b和c，当RTT>a，或RTP>b，或RTQ>c时，保持进汽阀阀位F暂时不变，当进汽参数变化率小于限制值时，将进汽阀阀位F向进汽阀阀位设定值FSet调整。
优选的，当主汽压力P0大于汽轮机进汽压力高设定值PH时，将部分主蒸汽存储；当主汽压力P0小于汽轮机进汽压力低设定值PL时，将存储的主蒸汽释放。
本发明还涉及一种汽轮机变压运行调节控制方法的系统，包括新蒸汽源、油动机、汽轮机以及发电机，所述新蒸汽源通过蒸汽管道经过主汽门阀和进汽阀连接汽轮机的输入端，所述油动机控制汽轮机的进汽阀，所述汽轮机驱动发电机做功发电，还包括控制装置，所述控制装置包括控制模块，测量模块，所述测量模块连接主汽门后的蒸汽管道以及汽轮机，用于测量主蒸汽参数以及汽轮机运行参数，所述控制模块连接油动机，用于对进汽阀阀位进行控制。
优选的，所述控制装置还包括斜坡发生器、比较器、保持模块、比例模块、积分器、加法器以及减法器，所述斜坡发生器、比较器分别连接控制模块输入端，所述控制模块输出端依次连接保持模块、比例模块、积分器以及油动机，所述加法器和减法器分别连接控制模块输出端，加法器和减法器的输出端分别连接油动机。
优选的，还包括蒸汽蓄热装置，所述蒸汽蓄热装置的输入端通过通汽阀连接新蒸汽源输出端，蒸汽蓄热装置的输出端依次连接排汽阀和逆止阀，所述通汽阀和排汽阀均连接控制模块。
本发明的有益效果是：当主汽压力P0大于汽轮机进汽压力高限值PH时，自动控制开大进汽阀，以充分利用蒸汽能，同时通过蒸汽蓄热装置存储多余的蒸汽能；当主汽压力P0小于汽轮机进汽压力低限值PL时，自动控制关小进汽阀，以确保汽轮机运行在安全的压力范围内，同时通过蒸汽蓄热装置放热以补充蒸汽能的不足；当主汽压力P0介于汽轮机进汽压力高限值PH和低限值PL时，采用变压运行方式，自动控制进汽阀门阀位F到汽轮机比功率h最大时对应的阀位设定值FSet，以使汽轮机进汽阀门节流损失最小，运行经济性最高。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例的系统结构示意图；
图2是本发明实施例中汽轮机比功率h与进汽阀门阀位F之间的曲线示意图；
图3是本发明实施例的工作流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
图1是本发明实施例的系统结构示意图，如图1所示，一种汽轮机变压运行调节控制方法的系统，包括新蒸汽源107、油动机104、汽轮机101、发电机102、控制装置105以及蒸汽蓄热装置106，所述新蒸汽源通过蒸汽管道经过主汽门阀111和进汽阀103连接汽轮机的输入端，所述油动机控制汽轮机的进汽阀，所述汽轮机驱动发电机做功发电，所述控制装置包括控制模块201、测量模块202、斜坡发生器203、比较器204、保持模块205、比例模块206、积分器207、加法器208以及减法器209，所述控制模块连接油动机，用于对进汽阀阀位进行控制，所述测量模块连接主汽门后的蒸汽管道以及汽轮机，所述斜坡发生器、比较器分别连接控制模块输入端，所述控制模块输出端依次连接保持模块、比例模块、积分器以及油动机，所述加法器和减法器分别连接控制模块输出端，加法器和减法器的输出端分别连接油动机，所述蒸汽蓄热装置的输入端通过通汽阀108连接新蒸汽源输出端，蒸汽蓄热装置的输出端依次连接排汽阀109和逆止阀110，所述通汽阀和排汽阀均连接控制模块。
测量模块用于测量主蒸汽参数以及汽轮机运行参数，主蒸汽参数包括主汽温度T0，主汽压力P0，主汽流量Q0，汽轮机运行参数包括发电功率KW。
要使汽轮机在相对效率最高点运行，首先要检测确定汽轮机相对效率，下面定义比功率h来表征汽轮机的相对效率：
其中，KW为发电功率，KWmax为最大发电功率，Q为实际蒸汽流量，Qmax为最大蒸汽流量，f(P)为蒸汽压力修正函数。其中发电功率KW、主汽压力P0和蒸汽流量Q都为实际容易测量的参数。
比功率h越大，表明单位进汽量输出的功率越大，汽轮机相对效率越高。相应地通过多次实验可以确定比功率h与汽轮机油动机行程F的对应关系，如图2所示。当油动机行程F开到使进汽阀节流损失最小的位置时，比功率h的值最大，这时汽轮机的相对效率最高，该位置为进汽阀阀位设定值FSet。
汽轮机进汽压力低设定值PL和汽轮机进汽压力高设定值PH根据汽轮机进汽参数范围来设定。比较器将主蒸汽压力P0与PL和PH值比较，通过比较结果，确定三种运行控制模式：变压运行控制模式(PL<P0<PH)，压力低限制控制模式(P0<PL)，压力高限制控制模式(P0>PH)。
如图3所示，在变压运行控制模式中，控制模块将经过斜坡发生器后的阀位设定值F’Set与阀位反馈值Fpv比较，所得到的偏差ΔF经过保持模块、比例模块、积分器，最终将油动机阀位F控制定位到目标阀位设定值FSet。斜坡发生器的作用是防止目标阀位设定值FSet变化太快，会对汽轮机本体造成影响。测量模块分别测量主汽温度T0，主汽压力P0，主汽流量Q0，分别计算得到温变率RTT，压变率RTP，流量变化率RTQ，考虑到进汽参数变化率大时，会对汽轮机本体造成影响，因此分别设定温变率RTT，压变率RTP，流量变化率RTQ的限制值a、b和c，当RTT>a，或RTP>b，或RTQ>c时，保持模块保持实际阀位暂时不变，等到进汽参数变化率小于限制值时，保持解除。比例模块放大阀位偏差ΔF输出，控制模块可以根据实际情况设置比例系数，积分器累积阀位偏差ΔF输出，实现阀位控制的无差调节。在这过程中，控制模块控制通汽阀、排汽阀关闭。
压力高限制控制模式中，当主汽压力P0大于汽轮机进汽压力高设定值PH且系统无故障，阀门开度小于高限值时，控制模块通过减法器，以一定的速率控制阀门开大。当主汽压力P0大于汽轮机进汽压力高设定值PH条件不满足时，自动退出压力高限制控制模式。同时，控制模块控制通气阀打开，排汽阀关闭，蒸汽蓄热装置进行多余蒸汽的存储。
压力低限制控制模式中，当主汽压力P0小于汽轮机进汽压力低设定值PL且系统无故障和阀门开度大于低限值时，通过加法器，以一定的速率控制阀门关小。当主汽压力P0小于汽轮机进汽压力低设定值PL条件不满足时，自动退出压力低限制控制模式。同时，控制模块控制通气阀关闭，同时排汽阀打开，蒸汽蓄热装置进行蒸汽的补充。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (5)

1.一种汽轮机变压运行调节控制方法，其特征在于，将主汽压力P0与汽轮机进汽压力低设定值PL和汽轮机进汽压力高设定值PH比较，当主汽压力P0介于汽轮机进汽压力低设定值PL和进汽压力高设定值PH之间时，采用变压运行控制模式，自动控制进汽阀阀位F到汽轮机比功率h最大时对应的阀位设定值FSet，当主汽压力P0小于汽轮机进汽压力低设定值PL时，采用压力低限制控制模式，自动控制进汽阀关小，当主汽压力P0大于汽轮机进汽压力高设定值PH时，采用压力高限制控制模式，自动控制进汽阀开大；进汽阀阀位设定值FSet的确定方法为：在主汽压力P0介于汽轮机进汽压力低设定值PL和进汽压力高设定值PH之间时，根据公式计算比功率h，其中，KW为汽轮机发电功率，KWmax为汽轮机最大发电功率，Q为实际蒸汽流量，Qmax为最大蒸汽流量，f(P)为蒸汽压力修正函数，通过控制进汽阀阀位F得出所对应的汽轮机比功率h，获得汽轮机比功率h与进汽阀阀位F之间曲线示意图，确定汽轮机比功率h最大值时所对应的进汽阀阀位F为阀位设定值FSet。
2.根据权利要求1所述的汽轮机变压运行调节控制方法，其特征在于，在采用变压运行控制模式时，测量主汽温度T0，主汽压力P0，主汽流量Q0，计算得到温变率RTT，压变率RTP，流量变化率RTQ，并分别设定变化率限制值a、b和c，当RTT>a，或RTP>b，或RTQ>c时，保持进汽阀阀位F暂时不变，当进汽参数变化率小于限制值时，将进汽阀阀位F向进汽阀阀位设定值FSet调整。
3.根据权利要求1所述的汽轮机变压运行调节控制方法，其特征在于，当主汽压力P0大于汽轮机进汽压力高设定值PH时，将部分主蒸汽存储；当主汽压力P0小于汽轮机进汽压力低设定值PL时，将存储的主蒸汽释放。
4.一种基于权利要求1-3任一项所述的汽轮机变压运行调节控制方法的系统，包括新蒸汽源、油动机、汽轮机、蒸汽蓄热装置以及发电机，所述新蒸汽源通过蒸汽管道经过主汽门阀和进汽阀连接汽轮机的输入端，所述油动机控制汽轮机的进汽阀，所述汽轮机驱动发电机做功发电，其特征在于，还包括控制装置，所述控制装置包括控制模块，测量模块，所述测量模块连接主汽门后的蒸汽管道以及汽轮机，用于测量主蒸汽参数以及汽轮机运行参数，所述控制模块连接油动机，用于对进汽阀阀位进行控制，所述蒸汽蓄热装置的输入端通过通汽阀连接新蒸汽源输出端，蒸汽蓄热装置的输出端依次连接排汽阀和逆止阀，所述通汽阀和排汽阀均连接控制模块。
5.根据权利要求4所述的汽轮机变压运行调节控制方法的系统，其特征在于，所述控制装置还包括斜坡发生器、比较器、保持模块、比例模块、积分器、加法器以及减法器，所述斜坡发生器、比较器分别连接控制模块输入端，所述控制模块输出端依次连接保持模块、比例模块、积分器以及油动机，所述加法器和减法器分别连接控制模块输出端，加法器和减法器的输出端分别连接油动机。
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