CN107120981A - 一种在线监测、闭环调节的高背压供热工况异常控制系统 - Google Patents

一种在线监测、闭环调节的高背压供热工况异常控制系统 Download PDF

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Abstract

一种在线监测、闭环调节的高背压供热工况异常控制系统，包括供热机组和控制系统，所述机组包括凝汽器、间冷塔和循环水系统，间冷塔内设置有百叶窗，凝汽器的A侧通入循环水，B侧通入热网水，循环水通过间冷塔进行冷却，所述循环水系统包括并联设置在间冷塔和凝汽器的A侧之间的变频循环水泵和定速循环水泵，控制系统包括DCS系统、工控机、OPC接口机，工控机通过OPC接口机连接DCS系统，工控机通过DCS系统采集供热机组的实时运行数据，并根据实时运行数据和制定的控制策略，通过DCS系统发送频率指令值给变频循环水泵的变频器、发送百叶窗开度指令值给百叶窗。本发明通过异常控制，能够保证高背压供热机组安全经济运行。

Description

一种在线监测、闭环调节的高背压供热工况异常控制系统
技术领域
本发明属于间接空冷高背压供热技术领域，特别涉及间接空冷高背压供热系统的一种在线监测、闭环调节控制系统。
背景技术
高背压供热是近年来兴起的一种具有良好经济效益的供热技术，能够充分利用低压缸排汽热量，降低机组能耗，同时，能够实现高背压供热和抽凝工况不停机在线切换，具有很强优势。
间接空冷机组采用循环水冷却低压缸排汽，循环水通过间冷塔进行空气冷却，循环水通过间冷塔的散热为系统的热量损失，在保证机组安全运行的前提下，减少间冷塔散热损失，能够有效地提升系统能量利用率，是高背压供热的一个重要控制指标。同时，当机组处于高背压供热工况时，随着机组背压的提升，汽轮机末级叶片会出现越来越强的抖动，称为末级叶片的颤振，颤振值越大，叶片出现断裂的可能性越大，机组的安全隐患越大。末级叶片颤振值可通过计算获得，一般为0~150，高背压供热机组颤振值一般在90~95左右时供热机组效益较高。
高背压供热系统，为了减少系统散热，提升能量利用率，同时保证机组的安全，使汽轮机末级叶片的颤振在允许范围内，需要调节高背压供热机组进入凝汽器循环冷却水的流量和间冷塔运行扇区百叶窗开度，因此现场实施一套在线监测、闭环调节的高背压供热工况异常控制软件，通过在线闭环调节，来保证高背压供热机组安全经济运行。
发明内容
本发明在原系统的基础上，为了克服原系统高背压供热工况系统不能自动调节的缺陷，且仅依靠运行人员判断调节容易出现调节不充分，能量利用率低的缺点，提出一种在线的、能够实现闭环调节的控制系统，提高机组的安全性和经济性。
本发明采用以下技术方案：
一种在线监测、闭环调节的高背压供热工况异常控制系统，包括供热机组和控制系统，所述机组包括凝汽器2、间冷塔3和循环水系统，间冷塔3内设置有百叶窗4，所述凝汽器2的A侧通入循环水，B侧通入热网水，循环水通过间冷塔（3）进行冷却，所述循环水系统包括并联设置在间冷塔3和凝汽器2的A侧之间的变频循环水泵5和定速循环水泵，所述变频循环水泵5后设置一台超声波流量计6；
所述控制系统包括DCS系统、工控机13、OPC接口机14，工控机13通过OPC接口机14连接DCS系统，工控机13通过DCS系统采集供热机组的实时运行数据，并根据实时运行数据和制定的控制策略，通过DCS系统发送频率指令值给变频循环水泵5的变频器、发送百叶窗开度指令值给百叶窗4。
所述工控机13通过DCS系统获取间冷塔各扇区运行状态、间冷塔各扇区百叶窗开度，然后通过OPC接口回传给DCS系统百叶窗的开度指令值。
所述定速循环水泵包括并联的两台，正常情况下，变频循环水泵工作，其中一台定速循环水泵处于备用状态，当达到设定条件时，备用状态的定速循环水泵启动运行；
所述设定条件为：a、变频循环水泵跳闸，b、工控机根据机组实时运行数据获取的末级叶片颤振值大于设定值；c、热网泵全部跳闸。
还包括临机机组，所述临机机组和机组公用变频循环水泵5和超声波流量计6，两台机组不同时处于高背压状态。
本发明的有益效果：本发明通过异常控制，能够保证高背压供热机组安全经济运行。
附图说明
图1为本发明的系统原理图。
其中，（1）低压缸，（2）凝汽器，（3）间冷塔，（4）百叶窗，（5）变频循环水泵，（6）超声波流量计，（7）#5机定速循环水泵Ⅰ，（8）#5机定速循环水泵Ⅱ，（9）#6定速循环水泵Ⅰ，（10）#6机定速循环水泵Ⅱ，（11）#6机循环水回水，（12）#6机循环水出水，（13）工控机，（14）OPC接口机，（15）DCS，（16）SIS，（17）凝汽器热网水进水，（18）凝汽器热网水出水。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
本发明的在线监测、闭环调节的高背压供热工况异常控制系统，包括控制系统，用于对供热机组进行控制，供热机组包括凝汽器2、间冷塔3和循环水系统，间冷塔3内设置有百叶窗4，凝汽器2的A侧通入循环水，B侧通入热网水，循环水系统连接在凝汽器2的A侧和间冷塔3之间，凝汽器2的A侧出口的循环水进入间冷塔3冷却后，通过循环水系统进入凝汽器2的A侧入口，循环水系统包括并联设置在间冷塔3和凝汽器2的A侧之间的变频循环水泵5和定速循环水泵，所述变频循环水泵5后设置一台超声波流量计6；本发明还包括临机机组，临机机组和本例机组公用变频循环水泵5和超声波流量计6，两台机组不同时处于高背压状态。
控制系统包括DCS系统、工控机13、OPC接口机14，工控机13通过OPC接口机14连接DCS系统，工控机13通过DCS系统获取间冷塔各扇区运行状态、间冷塔各扇区百叶窗开度，然后通过OPC接口回传给DCS系统百叶窗的开度指令。即工控机13通过DCS系统采集供热机组的实时运行数据，该实时运行数据为现有供热机组的通常采集的数据，根据这些数据计算得到颤振值，作为控制指标，然后通过制定的控制策略给出变频循环水泵5变频器的频率指令值和百叶窗的开度指令。这些指令值在系统自动运行时，通过DCS下发给现场设备进行执行，实现系统的连续闭环控制。同时，异常控制系统画面及数据上传至SIS。
本发明的异常控制系统有“抽凝状态”与“高背压运行状态”的切换功能，异常控制系统只有在“高背压运行状态下”才能进行自动调节。“高背压运行状态”下投运扇区具备“自动”调节功能。
正常情况下，供热机组只开变频循环水泵和两列间冷塔冷却扇区；一台定速循环水泵应急保护时备用启动，其他扇区备用。但是在极端情况下（运行模式改变），会要求再投用一列或两列扇区。
附图1为本发明的一个具体实施例，该实施例中系统分为两台机组，冷却系统采用表面式凝汽器间接空冷系统，冷却设备为带垂直布置的空冷散热器的自然通风间冷塔3，#5机组、#6机组共用一座间冷塔3。冷却系统采用扩大单元制，两台机组配置四台定速循环水泵（均为双速电机）、一座间冷塔、两条循环水供水管道、两条循环水回水管道及其它配套的地下储水箱、膨胀水箱、充水泵、补水泵、冲洗水泵等。冷却三角垂直布置在间冷塔进风口的圆周上，每个冷却三角进风口处布置有可调开度的百叶窗。两台机组的循环水出口（即冷水）设置有电动联络门，用于进行机组的切换；两台机组的热水母管在间冷塔内设置有电动联络门，用来进行两台机组热水之间的连通。间冷系统既可以单元制运行，也可以公有制运行。在冬季低负荷运行时，根据防冻要求，可以采用3台循环水泵为两台机组提供冷却水的运行模式。极端工况，如最大采暖工况，根据防冻要求，可以采用两台循环水泵半速运行模式。
本实施例在原有循环水系统基础上，增加一台公用变频循环水泵5，并在其出口设置一台超声波流量计6进行流量在线测量。
两台机组不同时处于高背压状态，即供热期一台机组处于高背压运行工况时，另一台机组为抽凝工况运行，以#5机组高背压工况运行、#6机组抽凝工况运行为例，其凝汽器循环水冷却系统有两种运行模式。
工控机对变频泵和百叶窗的控制策略包括以下两种模式下的运行方式。
运行模式一：
#5机组高背压模式运行、#6机组抽凝模式运行，新增加的变频循环水泵为#5机组提供冷却水（变频循环水泵6与#5机组循环水系统联络门打开）；间冷塔3为单元制模式运行，即#5机组循环水通过#5机组间冷塔进行冷却，#6机组循环水通过#6机组间冷塔进行冷却。
此种运行方式下，异常控制系统通过对变频循环水泵5的变频器频率和间冷塔3投运扇区各百叶窗开度进行调节，实现高背压工况下系统的在线控制。
通过设定频率传送给DCS，在满足间冷塔的最小防冻流量（3000m3/h）前提下，调节变频循环水泵的频率值，保证机组运行安全，此处采用指标“末级叶片颤振值”<95，即调节系统需保证“末级叶片颤振值”始终处于95以下。
同时，#5机定速循环水泵Ⅰ和#5机定速循环水泵Ⅱ中的一台投入备用，高背压工况下，定速（低速）冷却循环水泵联锁启动条件为：a、变频循环水泵跳闸，b、OPC回传给DCS的“末级叶片颤振值”>100，c、机组热网系统的热网循环水泵全跳。
对于间冷塔3的防冻，高背压正常工况下运行2个扇区，旁路阀全关，2个扇区最低总流量不小于3000m3/h。由于实际情况中百叶窗执行机构的动作滞后于指令，实现自动控制非常困难，为此采用如下方式：
DCS系统与工控机数据交互方式为：
1、DCS通过OPC接口机传递给“控制系统工控机”的数据
①：间冷塔扇区的运行状态（2/6）。
②：间冷塔各扇区百叶窗（51个）开度的反馈。
2、控制系统工控机通过OPC回传DCS的点为。
17个百叶窗开度指令点。
控制的方式为：
1、 间冷塔3扇区分为两组，扇区1、3、5为第一组（各有8个百叶窗），2、4、6为第二组（各有9个百叶窗）。正常运行时，控制系统投自动调节，每组只开启一个扇区（扇区选择取决于运行人员在操作）。
2、控制系统每次调节按照发单个指令调节百叶窗，单个百叶窗指令最小调节量为4.25%（可根据实际情况进行适当调整）。
3、调节百叶窗的原则为：需要增加开度时，优先增加开度最小的百叶窗，需要减小开度时，优先减小开度最大的百叶窗。如果百叶窗开度等大小的话，就按照次序增减。当某一个百叶窗开度和指令差值大于7%的时候，控制系统将不再对此百叶窗发送指令。
4、当变频循环水泵转速达到最大值时（同时凝汽器背压超过33KPa时），系统进行报警，提示需要手动逐个投入其它扇区，背压仍不能满足要求时，手动启动定速循环水泵。
5、末级叶片颤振值计算的调整量反馈到DCS里，当此值达到115时，DCS将百叶窗开度开到60%。
系统防扰动方式：
系统在投入自动控制前对变频循环水泵频率和百叶窗开度实时值进行读取，作为设定值进行跟踪，防止投入自动时产生较大的扰动。
运行模式二：
间冷塔3防冻流量会带走系统的部分热量，能量损耗越少，系统热量利用率越高，因此，采取措施进一步减少#5机组间冷塔系统需要的防冻流量。
系统可采用如下运行方式：在#5机组高背压模式运行时，利用变频循环水泵5，将#6机组间冷塔冷却后的循环水引入#5机组凝汽器冷却区，#5机组间冷塔停止运行，各扇区百叶窗均关闭。此种运行方式下，需注意观察#6机组间冷塔膨胀水箱水位，必要时可在冷塔膨胀水箱的溢出水管道增加阀门进行封闭。同时需要保证，在热网失水时，能够及时启动定速循环水泵，保证系统安全运行。
此种运行方式下，异常控制系统不再需要控制间冷塔扇区百叶窗的开度，仅通过调节新增变频循环水泵的电机频率，调整进入凝汽器的循环冷却水量，实现高背压工况下系统的在线控制。
工控机上的异常控制系统对变频泵的控制是通过设定频率传送给DCS，调节循环水量，保证机组运行安全，此处同样采用指标“末级叶片颤振值”<95。
同时，一台定速（低速）泵投入备用，高背压工况定速（低速）冷却循环水泵联锁启动条件为：a、变频循环水泵跳闸，b、OPC回传的“末级叶片颤振值”>100，c、机组热网系统的热网循环水泵全跳。
系统防扰动方式：
异常控制系统软件在投入自动控制前对变频循环水泵频率实时值进行读取，作为设定值进行跟踪，防止投入自动时产生较大的扰动。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种在线监测、闭环调节的高背压供热工况异常控制系统，包括供热机组和控制系统，所述机组包括凝汽器（2）、间冷塔（3）和循环水系统，间冷塔（3）内设置有百叶窗（4），其特征在于：所述凝汽器（2）的A侧通入循环水，B侧通入热网水，循环水通过间冷塔（3）进行冷却，所述循环水系统包括并联设置在间冷塔（3）和凝汽器（2）的A侧之间的变频循环水泵（5）和定速循环水泵，所述变频循环水泵（5）后设置一台超声波流量计（6）；
所述控制系统包括DCS系统、工控机（13）、OPC接口机（14），工控机（13）通过OPC接口机（14）连接DCS系统，工控机（13）通过DCS系统采集供热机组的实时运行数据，并根据实时运行数据和制定的控制策略，通过DCS系统发送频率指令值给变频循环水泵（5）的变频器、发送百叶窗开度指令值给百叶窗（4）。
2.根据权利要求1所述的一种在线监测闭环调节的高背压供热工况异常控制系统，其特征在于：所述工控机（13）通过DCS系统获取间冷塔各扇区运行状态、间冷塔各扇区百叶窗开度，然后通过OPC接口回传给DCS系统百叶窗的开度指令值。
3.根据权利要求1所述的一种在线监测、闭环调节的高背压供热工况异常控制系统，其特征在于：所述定速循环水泵包括并联的两台，正常情况下，变频循环水泵工作，其中一台定速循环水泵处于备用状态，当达到设定条件时，备用状态的定速循环水泵启动运行；
所述设定条件为：a、变频循环水泵跳闸，b、工控机根据机组实时运行数据获取的末级叶片颤振值大于设定值；c、热网泵全部跳闸。
4.根据权利要求1所述的一种在线监测、闭环调节的高背压供热工况异常控制系统，其特征在于：还包括临机机组，所述临机机组和机组公用变频循环水泵（5）和超声波流量计（6），两台机组不同时处于高背压状态。
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