CN110056858A - 一种火电机组加热器端差自适应调节方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种火电机组加热器端差自适应调节方法和装置,该调节装置包括温度测量模块一、压力测量模块、温度测量模块二、温度测量模块三、水位测量模块、控制器和加热器疏水调节阀,温度测量模块一、压力测量模块、温度测量模块二、温度测量模块三和水位测量模块均与控制器的信号接收端电连接,控制器的控制端与加热器疏水调节阀电连接,控制器的人机交互端与触控屏电连接。本发明通过采集高压加热器上、下端差,将端差引入到高压加热器水位调节控制中,实现机组在宽负荷范围内加热器端差的自动调节;对各自数值进行加权比较,得出主要影响高压加热器经济性的端差指标,然后对其进行控制,可实现无扰切换。
Description
技术领域
本发明属于火力发电技术领域,涉及一种能够根据机组在不同负荷工况,自动进行加热器端差调节方法和装置。
背景技术
我国能源发展战略的重大方针之一,就是提高能源利用效率。在火力发电系统中,如何在提高机组经济性一直是各火力发电企业节能降耗工作中的一项重要内容。
回热抽汽加热是提高电厂效率的措施之一,回热抽汽系统是热力发电机组原则性热力系统中的主要组成部分,其采用汽轮机作过一部分功的蒸汽来加热进入锅炉的给水,该部分蒸汽不再至凝汽器中向冷却水放热,既避免了蒸汽的热量被循环冷却水带走,使蒸汽热量得到充分利用,同时由于利用了在汽轮机作过部分功的蒸汽来加热给水,提高了给水温度,减少了锅炉受热面的传热温差,从而减少了给水加热过程的不可逆损失,在锅炉中的吸热量也相应减少,提高了机组的循环效率。回热循环是由回热加热器、回热抽汽管道、水管道、疏水管道等组成的一个加热系统,而回热加热器是该系统的核心。大型火力发电机组典型回热系统见图1。
端差概念:回热系统中除了除氧器是属于混合式加热器,其它加热器都均采用表面式加热器,大部分加热器(特别是高压加热器)均采用三段式布置,即过热蒸汽冷却段、蒸汽凝结段和疏水冷却段,此类型表面式加热器端差存在上、下端差的概念,即加热器的上端差一般指加热器抽汽压力下的饱和温度与加热器出口水温之差值;下端差为加热器疏水温度与加热器进水温度的差值。
高压加热器水位对机组影响:对机组运行安全性方面,水位过低,加热器及疏水管道内会形成汽水两相流,冲刷加热器管壁会引起管束振动和冲蚀、同时对疏水调节门阀芯的冲蚀会影响调节阀精度。水位过高,轻则加热器解列,影响机组经济性,重则汽轮机进水,严重影响机组安全性。对加热器端差及机组经济性方面,文献“高压给水加热器水位变化对机组经济性的影响分析(范旭光;《机械工程师》;2012年07期)”建立三段式加热器变工况数学模型,以某330MW机组1号高压加热器为例,计算得出不同负荷时加热器水位对端差的影响。文献“高压加热器水位控制与保护系统介绍(靖长财,张伟,刘四海;《电站辅机》 2013年02期.)”通过理论计算和现场试验得出高压加热器疏水水位过高或过低都会对机组的经济性和安全性产生一定的影响。文献“高压加热器最佳运行水位的确定方法研究(庞乐,郭佳雷,邴汉昆;《发电与空调》;2014年03期.)”说明了机组在一定负荷下,加热器可能会因水位控制不当而使端差增加,导致传热条件恶化。
加热器端差对火力发电机组影响:具体来说:(1)上端差越大,说明给水没有充分被加热器的过热蒸汽加热,也就是本级抽汽加热能力不够,这就变相的把本级加热器的加热任务推卸给了下一级加热器,增加了下一级加热器的抽汽量,相当于排挤了本级低品质抽汽,增加了下一级高品质抽汽量。(2)下端差过大,说明加热器疏水没有被充分冷却,本级加热器抽汽的能力没有被充分发挥就排到了下一级加热器,排挤了下一级加热器低品质的抽汽,增加了本级高品质抽汽量,效率降低。经济性方面由上述定性分析可知,加热器端差的过大或过小均不利于机组循环效率的提高,国内学者针对加热器端差对火电机组经济性影响进行了很多的定量分析,如文献“超超临界机组加热器端差对煤耗率的影响(田松峰,张培杰,王慧兴,田园沐雪;汽轮机技术;2012年05期)”通过对国内某600MW机组低水位定量计算,分析得出各加热器调整至最佳水位后(计端差合适),机组热耗降低5kJ/kW.h;煤耗0.2g/kW.h;年节煤467.4t。文献“不同运行工况下给水加热器端差特性的计算分析(杨海生,陈伟刚;汽轮机技术;2012年04期)”以某1000MW超超临界机组为例,建立了端差对回热系统影响物理模型,计算得出各加热器端差增大2℃,机组煤耗增加了0.7g/kW.h。文献“1000MW二次再热机组加热器端差对经济性的影响分析(柏静儒,宋亮福,陈峰,韩巍;《汽轮机技术》;2016年06期)”以某进口660MW机组为例,分别在不同负荷下得出7号高压加热器的上端差及下端差计算值,分析了该计算值与设计值的差异。文献“600MW超临界火电机组高、低压加热器端差优化节能分析(胡文强 ,《2015火力发电节能改造现状与发展趋势技术交流会论文集》;2015年)”以某台1000MW超超临界二次再热机组回热加热系统为研究对象,基于等效焓降分析法,分别计算出机组在100%、75%、50%额定负荷下,实际运行时加热器的端差相比于设计值对机组经济性的影响。计算结果表明,低压加热器1、2和3端差对机组经济性影响较大,随着负荷的降低附加损失增大。文献“电站给水加热器水位的优化运行(杨涛,胥建群等;东南大学学报(自然科学版)2012年11月)”通过试验得出了高压加热器水位、端差及机组的负荷关系,表明在机组低负荷时,为保证加热器端差在设计值,必须提升加热器水位,高负荷时应适当降低加热器水位。
目前存在的问题:(1)绝大多数火力发电机组高压加热器的主要控制指标是给水端差(上端差)及疏水端差(下端差),目前汽轮机厂家提供的热力性能特性参数,在不同负荷工况加热器上、下端差均设计为固定值。负荷改变后,高压加热器给水流量、进水温度、抽汽压力、抽汽焓值、上级疏水进口流量及焓值等参数可能会偏离设计值较多,因此原设计端差在机组很宽的负荷范围内未必是其最佳。(2)调节加热器端差最直接有效的方法是通过控制加热器水位,为简化操作或管理方便,大多数电厂在机组不同负荷工况均采用同一固定水位值对加热器水位进行控制。由如下表“某660MW机组高加及除氧器典型工况下的运行参数”试验表明,不同负荷下的水位对端差的影
某660MW机组高加及除氧器典型工况下的运行参数
响是不同的,各负荷阶段采用同一水位值来控制加热器端差势必导致高压加热器不能运行在最佳状态,从而影响机组经济性。(3)由端差定义可知,上端差是加热器对应抽汽压力的饱和温度与其出水温度之差。通常要得到该饱和温度,需要进行离线查表或应用专用软件进行计算,这影响了运行人员对加热器性能指标的直观判断。(4)根据我国电力系统调峰特性,大多数火电机组基本在50%—100%额定负荷区间运行,机组在不同负荷阶段,要控制加热器端差在“最佳值”,需实时调整加热器水位,手动操作强度较大、精度差,若操作不慎,可导致高加系统解列,影响机组安全运行。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:提供一种火电机组加热器端差自适应调节方法和装置,以解决现有技术中存在的大多数火电机组在变负荷后,加热器使用同一设计端差值或固定水位进行控制,导致加热器不能运行在最佳状态;同时解决加热器上、下端差计算不方便,运行人员手动调节劳动强度大、精度差问题。
本发明采取的技术方案为:一种火电机组加热器端差自适应调节方法,该方法包括以下步骤:
(1)投入高压加热器端差自动控制系统后,压力测量模块实时测取加热器抽汽压力P并送入饱和温度计算模块,饱和温度计算模块根据压力P值计算出其对应的饱和温度值T2;
(2)计算的饱和温度值T2与温度测量模块一测量的实测温度T1的差值ΔT1为加热器上端差;同时温度测量模块二和温度测量模块三分别测取加热器的进水温度T3和疏水温度T4,进水温度T3和疏水温度T4两者差值ΔT2为加热器下端差;
(3)将ΔT1和ΔT2分别与端差设定模块一的设定值和端差设定模块二的设定值进行比较作差,得到差值ΔT11和ΔT21(得出实际运行端差与设定的“最佳端差值”的偏差值);
(4)将差值ΔT11和ΔT21输入至加权系数输入输出模块进行加权计算,得到加权差值n×ΔT11和(1-n)ΔT21,权重系数n代表了上、下端差在机组加热器经济运行中的比重,可根据操作人员经验或试验得出;
(5)将加权差值n×ΔT11和(1-n)×ΔT21输入比较输出模块一中进行比较,比较后,大于零且大者,输出ΔW1,
即当n×ΔT11>0,且n×ΔT11>(1-n)×ΔT21;则ΔW1=n×ΔT11;
当(1-n)×ΔT21>0,且(1-n)×ΔT21>n×ΔT11;则ΔW1=(1-n)×ΔT21;
ΔW1表示比较输出模块一的输出值;
(6)将ΔW1送至比较输出模块三进行比较输出,当ΔW1≤0时,ΔW=ΔW2,ΔW表示比较输出模块三的输出值,ΔW2表示水位设定模块和水位测量模块间差值,当ΔW1>0时,ΔW=ΔW1,ΔW1表示比较输出模块一的值,即当加热器运行端差与期望端差有偏差时,控制系统将以端差偏差值作为PID控制器的输入值,经PID控制器运算后的输出值作为加热器疏水调节阀的阀门开度控制,控制加热器水位,间接控制了加热器的端差,水位测量模块的测量值W1和比较输出模块一的值ΔW1被送至比较输出模块二进行比较,当ΔW1≤0时,说明加热器运行在较合理的端差范围,比较输出模块二的输出值ΔW3=ΔW1,将测量水位值赋予设定水位值,即PID控制器不输出,维持该水位运行,因此该系统在投退过程中可实现水位控制与端差控制的无扰衔接。
一种火电机组加热器端差自适应调节装置,包括温度测量模块一、压力测量模块、温度测量模块二、温度测量模块三、水位测量模块、控制器和加热器疏水调节阀,温度测量模块一、压力测量模块、温度测量模块二、温度测量模块三和水位测量模块均与控制器的信号接收端电连接,控制器的控制端与加热器疏水调节阀电连接,控制器的人机交互端与触控屏电连接,温度测量模块一用于测量高压加热器出水温度,压力测量模块用于测量自汽轮机的抽汽压力,温度测量模块二和温度测量模块三分别用于测量加热器的进水温度和疏水温度,水位测量模块用于加热器水位,加热器疏水调节阀用于控制加热器水位,触控屏用于设定加热器上端差及下端差、端差显示、水位设定,该调节装置能够实现机组在宽负荷范围内加热器端差的自动调节,调节更精确。
本发明的有益效果:与现有技术相比,本发明通过采集高压加热器上、下端差,将端差引入到高压加热器水位调节控制中,可实现机组在宽负荷范围内加热器端差的自动调节;考虑加热器上、下端差对机组经济性影响的差别,对各自数值进行加权比较,得出主要影响高压加热器经济性的端差指标,然后对其进行控制,可实现加热器水位控制与端差控制的无扰切换。
附图说明
图1为火力发电机组高压加热器流程示意图;
图2为高压加热器水位控制原理示意图;
图3为自适应高压加热器端差控制原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
目前大多数火电机组高压加热器水位控制原理图如附图2所示,控制图各模块功能说明如下:
l 水位测量模块2:实时测取高压加热器水位值W1。
l 水位设定模块1:设定加热器期望控制水位值。
l PID控制器3:PID(Proportion Integration Differentiation)控制器,即比例积分微分控制器。
l 加热器疏水调节阀:调节阀,即系统中的执行机构。
系统通过水位测量模块2实时测量加热器水位值W1,通过与水位设定模块1设定值相减后形成水位偏差值ΔW,该值输出至PID控制器3,当ΔW为正值时,说明实际水位高于控制水位,PID控制器3输出指令控制加热器疏水调节阀开阀,阀门开大后,流出加热器的疏水量增加,加热器水位下降;当ΔW为负值时,说明实际水位低于控制水位,PID控制器3输出指令控制加热器疏水调节阀关阀,阀门关小后,流出加热器的疏水量减少,加热器水位上升。通过上述对加热器水位的闭环控制调节,直至偏差值“ΔW”小于期望值范围,PID控制器3停止输出。
通过上述方法可以有效控制加热器水位,但该水位不能直观反映高压加热器在该运行工况下的端差是否最佳(该值可参考设计值或通过试验确定)。大多数火电厂要计算加热器端差,需通过线下查表求得加热器抽汽压力对应的饱和温度后,根据上、下端差定义进行计算,再利用计算得出的端差结果,进行手动调整加热器水位。该过程需要多次的反复计算、调整,繁琐复杂,劳动强度较大,调整不慎还会影响机组安全运行。
因此,本发明提出了如下的火电机组加热器端差自适应调节方法和火电机组加热器端差自适应调节装置,已解决上述的问题。
实施例1:如图3所示,一种火电机组加热器端差自适应调节方法,该方法包括以下步骤:
(1)投入高压加热器端差自动控制系统后,压力测量模块1实时测取加热器抽汽压力P并送入饱和温度计算模块3,饱和温度计算模块3根据压力P值计算出其对应的饱和温度值T2;
(2)计算的饱和温度值T2与温度测量模块一2测量的实测温度T1的差值ΔT1为加热器上端差;同时温度测量模块二4和温度测量模块三5分别测取加热器的进水温度T3和疏水温度T4,进水温度T3和疏水温度T4两者差值ΔT2为加热器下端差;
(3)将ΔT1和ΔT2分别与端差设定模块一6的设定值T5和端差设定模块二8的设定值T6进行比较作差,得到差值ΔT11和ΔT21(得出实际运行端差与设定的“最佳端差值”的偏差值),ΔT1和ΔT2通过端差显示模块7显示;
(4)将差值ΔT11和ΔT21输入至加权系数输入输出模块9进行加权计算,得到加权差值n×ΔT11和(1-n)ΔT21,权重系数n代表了上、下端差在机组加热器经济运行中的比重,可根据操作人员经验或试验得出;
(5)将加权差值n×ΔT11和(1-n)×ΔT21输入比较输出模块一10中进行比较,比较后,大于零且大者,输出ΔW1,
即当n×ΔT11>0,且n×ΔT11>(1-n)×ΔT21;则ΔW1=n×ΔT11;
当(1-n)×ΔT21>0,且(1-n)×ΔT21>n×ΔT11;则ΔW1=(1-n)×ΔT21;
ΔW1表示比较输出模块一10的输出值;
(6)将ΔW1送至比较输出模块三14进行比较输出,当ΔW1≤0时,ΔW=ΔW2,ΔW表示比较输出模块三14的输出值,ΔW2表示水位设定模块12和水位测量模块13间差值,当ΔW1>0时,ΔW=ΔW1,ΔW1表示比较输出模块一10的值,即当加热器运行端差与期望端差有偏差时,控制系统将以端差偏差值作为PID控制器15的输入值,经PID控制器15运算后的输出值作为加热器疏水调节阀16的阀门开度控制,控制加热器水位,间接控制了加热器的端差,水位测量模块13的测量值W1和比较输出模块一10的值ΔW1被送至比较输出模块二11进行比较,当ΔW1≤0时,说明加热器运行在较合理的端差范围,比较输出模块二11的输出值ΔW3=ΔW1,将测量水位值赋予设定水位值,即PID控制器不输出,维持该水位运行,因此该系统在投退过程中可实现水位控制与端差控制的无扰衔接。
实施例2:如图3所示,一种火电机组加热器端差自适应调节装置,包括温度测量模块一2、压力测量模块1、温度测量模块二4、温度测量模块三5、水位测量模块13、控制器和加热器疏水调节阀16,温度测量模块一2、压力测量模块1、温度测量模块二4、温度测量模块三5和水位测量模块13均与控制器的信号接收端电连接,控制器的控制端与加热器疏水调节阀16电连接,控制器的人机交互端与触控屏(或DCS系统)电连接,温度测量模块一2用于测量高压加热器出水温度,压力测量模块1用于测量自汽轮机的抽汽压力,温度测量模块二4和温度测量模块三5分别用于测量加热器的进水温度和疏水温度,水位测量模块13用于加热器水位,加热器疏水调节阀16用于控制加热器水位,触控屏用于设定加热器上端差及下端差、端差显示、水位设定,该调节装置能够实现机组在宽负荷范围内加热器端差的自动调节,调节更精确。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,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,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内,因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (2)
1.一种火电机组加热器端差自适应调节方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:
(1)压力测量模块实时测取加热器进汽压力P并送入饱和温度计算模块,饱和温度计算模块根据压力P值计算出其对应的饱和温度值T2;
(2)计算的饱和温度值T2与温度测量模块一测量的实测温度T1的差值ΔT1为加热器上端差;同时温度测量模块二和温度测量模块三分别测取加热器的进水温度T3和疏水温度T4,进水温度T3和疏水温度T4两者差值ΔT2为加热器下端差;
(3)将ΔT1和ΔT2分别与端差设定模块一的设定值和端差设定模块二的设定值进行比较作差,得到差值ΔT11和ΔT21(得出实际运行端差与设定的“最佳端差值”的偏差值);
(4)将差值ΔT11和ΔT21输入至加权系数输入输出模块进行加权计算,得到加权差值n×ΔT11和(1-n)ΔT21,权重系数n代表了上、下端差在机组加热器经济运行中的比重;
(5)将加权差值n×ΔT11和(1-n)×ΔT21输入比较输出模块一中进行比较,比较后,大于零且大者,输出ΔW1,
即当n×ΔT11>0,且n×ΔT11>(1-n)×ΔT21;则ΔW1=n×ΔT11;
当(1-n)×ΔT21>0,且(1-n)×ΔT21>n×ΔT11;则ΔW1=(1-n)×ΔT21;
ΔW1表示比较输出模块一的输出值;
(6)将ΔW1送至比较输出模块三进行比较输出,当ΔW1≤0时,ΔW=ΔW2,ΔW表示比较输出模块三的输出值,ΔW2表示水位设定模块和水位测量模块间差值,当ΔW1>0时,ΔW=ΔW1,ΔW1表示比较输出模块一的值,即当加热器运行端差与期望端差有偏差时,控制系统将以端差偏差值作为PID控制器的输入值,经PID控制器运算后的输出值作为加热器疏水调节阀的阀门开度控制,控制加热器水位,间接控制了加热器的端差,水位测量模块的测量值W1和比较输出模块一的值ΔW1被送至比较输出模块二进行比较,当ΔW1≤0时,比较输出模块二的输出值ΔW3=ΔW1,将测量水位值赋予设定水位值,即PID控制器不输出,维持该水位运行。
2.一种火电机组加热器端差自适应调节装置,其特征在于:包括温度测量模块一、压力测量模块、温度测量模块二、温度测量模块三、水位测量模块、控制器和加热器疏水调节阀,温度测量模块一、压力测量模块、温度测量模块二、温度测量模块三和水位测量模块均与控制器的信号接收端电连接,控制器的控制端与加热器疏水调节阀电连接,控制器的人机交互端与触控屏电连接,温度测量模块一用于测量高压加热器出水温度,压力测量模块用于测量自汽轮机的抽汽压力,温度测量模块二和温度测量模块三分别用于测量加热器的进水温度和疏水温度,水位测量模块用于加热器水位,加热器疏水调节阀用于控制加热器水位,触控屏用于设定加热器上端差及下端差、端差显示、水位设定。
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