汽轮机组的配汽方法和配汽装置
技术领域
本发明涉及火力发电机组的节能控制领域,具体而言,涉及一种汽轮机组的配汽方法和配汽装置。
背景技术
现有的带调节级的1000MW级超超临界汽轮机组,设计采用复合配汽调节方式,适用于带额定负荷运行。由于我国能源结构的特点,火电机组普遍承担电网调峰任务,尤其在当前“灵活性”要求下需要进行深度调峰,火电机组年利用小时逐年下降,汽轮机组在中、低负荷区间运行时间较长。
对于复合配汽调节方式,在中、低负荷区间运行时,每个调门都存在节流损失,相对顺序阀配汽方式,节流损失较大,汽轮机运行经济性差。此外,复合配汽方式只能在单一阀点下滑压运行,目前多采用三阀点滑压方式,使得主蒸汽压力明显偏低,也影响了经济性能。
另外,在确定汽轮机组配汽的阀序组合时,通常通过人工多次试验的方式得到阀序组合,该过程耗时耗力,降低了汽轮机组配汽的运行经济性。
针对上述的问题,目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种汽轮机组的配汽方法和配汽装置,以至少解决现有的复合配汽方法在中、低负荷下运行经济性差的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面,提供了一种汽轮机组的配汽方法,包括:获取汽轮机组的设计参数、机组运行数据;根据设计参数、机组运行数据构建蒸汽流场模型;根据蒸汽流场模型确定汽轮机组的目标阀序组合;根据目标阀序组合对汽轮机组的高压调门开启顺序进行控制。
进一步地,汽轮机组的配汽方法还包括:检测汽轮机组的运行负荷;在检测到汽轮机组的运行负荷大于或等于负荷低限,并小于负荷高限的情况下,从汽轮机组对应的调门组确定顺序阀阀序的组合,其中,负荷低限小于负荷高限;根据顺序阀阀序的组合对汽轮机组的高压调门开启顺序进行控制。
进一步地,汽轮机组的配汽方法还包括:在汽轮机组的启停阶段,在汽轮机组的运行负荷小于负荷低限或者,汽轮机组的运行负荷大于负荷高限的情况下,采用复合配汽方式对汽轮机组的高压调门开启顺序进行控制。
进一步地,汽轮机组的配汽方法还包括:根据蒸汽流场模型,对汽轮机组的叶片和转子的进行受力分析;根据叶片和转子的受力分析结果,对多个阀序组合进行全工况校核,并从多个阀序组合中确定目标阀序组合。
进一步地,汽轮机组的配汽方法还包括:在汽轮机组带负荷运行的情况下,获取汽轮机组按照每个阀序组合控制蒸汽流量的控制结果;根据每个阀序组合对应的控制结果确定汽轮机组的稳态强度以及动强度;根据稳态强度以及动强度确定汽轮机组的配汽方案;根据配汽方案控制汽轮机组的高压调门开启顺序。
进一步地,汽轮机组的配汽方法还包括:在汽轮机组的配汽方案下,获取汽轮机组的调门开度与蒸汽流量的特性关系;根据特性关系确定调门配汽函数;根据调门配汽函数对汽轮机组的蒸汽流量进行控制。
进一步地,汽轮机组的配汽方法还包括:获取对对汽轮机组进行滑压试验得到的第一试验结果;获取对汽轮机组进行调门开度寻优试验得到的第二试验结果;根据滑压试验和调门开度寻优试验的试验结果,确定汽轮机组在目标阀序组合下的高调门经济开度以及滑压运行函数;根据高调门经济开度以及滑压运行函数对汽轮机组的高压调门开启顺序进行调节。
根据本发明实施例的另一方面,还提供了一种汽轮机组的配汽装置,包括:获取模块,用于获取汽轮机组的设计参数、机组运行数据;构建模块,用于根据设计参数、机组运行数据构建蒸汽流场模型;确定模块,用于根据蒸汽流场模型确定汽轮机组的目标阀序组合;控制模块,用于根据目标阀序组合对汽轮机组的高压调门开启顺序进行控制。
根据本发明实施例的另一方面,还提供了一种存储介质,该存储介质包括存储的程序,其中,在程序运行时控制存储介质所在设备执行上述的汽轮机组的配汽方法。
根据本发明实施例的另一方面,还提供了一种处理器,该处理器用于运行程序,其中,程序运行时执行上述的汽轮机组的配汽方法。
在本发明实施例中,采用蒸汽流场模型来确定汽轮机组的目标阀序组合的方式,在获取到汽轮机组的设计参数之后,根据设计参数、机组运行数据构建蒸汽流场模型,然后基于蒸汽流场模型来确定汽轮机组的目标阀序组合,最后根据目标阀序组合对汽轮机组的高压调门开启顺序进行控制。容易注意到的是,通过蒸汽流场模型即可确定汽轮机组的目标阀序组合,无需人工进行多次试验,降低了安全风险,节省了人力物力,进而解决了现有的复合配汽方法在中、低负荷下运行经济性差的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是根据本发明实施例的一种汽轮机组的配汽方法流程图;
图2是根据本发明实施例的一种可选的配汽优化的控制示意图;
图3是根据本发明实施例的一种可选的运行参数的变化示意图;
图4是根据本发明实施例的一种可选的汽轮机组的配汽方法的流程图;以及
图5是根据本发明实施例的一种汽轮机组的配汽装置示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例1
根据本发明实施例,提供了一种汽轮机组的配汽方法实施例,需要说明的是,在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行,并且,虽然在流程图中示出了逻辑顺序,但是在某些情况下,可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图1是根据本发明实施例的汽轮机组的配汽方法流程图,如图1所示,该方法包括如下步骤:
步骤S102,获取汽轮机组的设计参数、机组运行数据。
在步骤S102中,汽轮机组可以为但不限于1000MW级超超临界汽轮机组。上述汽轮机组的设计参数包括但不限于压损、压力值以及温度值。
可选的,汽轮机组的配汽系统可作为本申请所提供的汽轮机组的配汽方法的执行主体,汽轮机组的配汽系统可以包括输入单元,用户通过该输入单元可以向配汽系统输入汽轮机组的设计参数。
步骤S104,根据设计参数、机组运行数据构建蒸汽流场模型。
在步骤S104中,蒸汽流场模型可以为三维仿真模型,例如,汽轮机组调门和调节级喷嘴组蒸汽流场的三维仿真模型,该模型可通过流场分析对多种阀序组合进行理论验证,并确定出不满足需求的阀序组合,然后再进行全工况校核,最后得出理论上适用的顺序阀方式的最佳配汽方案,例如,以高压调门“1&3-2-4”顺序开启组合为主、以“2&4-3-1”顺序开启组合为备用方式。
步骤S106,根据蒸汽流场模型确定汽轮机组的目标阀序组合。
可选的,在确定了蒸汽流场模型之后,配汽系统根据蒸汽流场模型,对汽轮机组的叶片和转子的进行受力分析,根据叶片和/或转子的受力分析结果,对多个阀序组合进行全工况校核,并从多个阀序组合中确定目标阀序组合。
在上述过程中,在通过流场分析对多种阀序组合进行理论验证的过程中,可以采用CFD(Computational Fluid Dynamics,计算流体动力学)确定蒸汽流场在预设区域上的离散分布信息,并对叶片和/或转子进行受力分析,得到叶片和/或转子的受力信息,然后根据离散分布信息以及叶片和/或转子的受力信息排除部分不满足需求的阀序组合,从而得到目标阀序组合。可选的,目标阀序组合包括但不限于每个阀门的开关状态、每个阀门的开度、每个阀门的开启和/或关闭时长、以及多个阀门的启闭顺序。
步骤S108,根据目标阀序组合对汽轮机组的高压调门开启顺序进行控制。
在步骤S108中,在确定了目标阀序组合之后,配汽系统根据目标阀序组合控制对应的高压调门启闭,以实现对汽轮机组的蒸汽流量的控制。
基于上述步骤S102至步骤S108所限定的方案,可以获知,采用蒸汽流场模型来确定汽轮机组的目标阀序组合的方式,在获取到汽轮机组的设计参数、机组运行数据之后,根据设计参数构、机组运行数据建蒸汽流场模型,然后基于蒸汽流场模型来确定汽轮机组的目标阀序组合,最后根据目标阀序组合对汽轮机组的高压调门开启顺序进行控制。容易注意到的是,通过蒸汽流场模型即可确定汽轮机组的目标阀序组合,无需人工进行多次试验,降低了安全风险,节省了人力物力,进而解决了现有的复合配汽方法在中、低负荷下运行经济性差的技术问题。
在一种可选的实施例中,在通过流场蒸汽模型得到目标阀序组合之后,配汽系统检测汽轮机组的运行负荷,其中,在检测到汽轮机组的运行负荷大于或等于负荷低限,并小于负荷高限的情况下,从汽轮机组对应的调门组确定顺序阀阀序的组合,并根据顺序阀阀序的组合对汽轮机组的高压调门开启顺序进行控制,其中,负荷低限小于负荷高限。
需要说明的是,在上述过程中,上述汽轮机组的运行负荷为汽轮机组运行的情况下,汽轮机组所带的负荷。其中,汽轮机组的配汽系统可以包括检测单元,该检测单元可以在汽轮机组运行的情况下,检测汽轮机组的运行负荷。
此外,还需要说明的是,当汽轮机组的运行负荷大于或等于负荷低限,并小于负荷高限时,说明汽轮机组的负荷为中、低负荷,即在中、低负荷下,汽轮机组采用顺序阀配汽调节。容易注意到的是,汽轮机组在中、低负荷区间运行时,如果采用复合配汽调节方式,每个调门都存在节流损失,汽轮机组的运行经济性差,而汽轮机组在中、低负荷区间运行时,采用顺序阀配汽调节方式可以减少节流损失,提高汽轮机组的运行经济性。
另外,在汽轮机组的启停阶段,在汽轮机组的运行负荷小于负荷低限或者,汽轮机组的运行负荷大于负荷高限的情况下,采用复合配汽方式对汽轮机组的蒸汽流量进行控制。即在汽轮机组启停和低负荷阶段仍采用原有复合配汽方式。
需要说明的是,在本申请中,仍保留汽轮机组的原阀序方式,并新增了顺序阀序方式,两种阀序可以实现无扰切换,提高了不同阀序调节方式的灵活切换。
具体的,在蒸汽流场模型的理论指导下,在汽轮机组带负荷运转后,通过现场试验来研究分析新阀序下的机组适应性,尤其是部分进汽对汽轮机轴系稳定性的影响,验证仿真建模计算得出的配汽方案。然后根据制造加工工艺,分析配汽方式调整对调节级安全性的影响。针对配汽优化后调节级部分进汽“KICK”效应的稳态强度、动强度分析,得出该调节级强度和模态分析结果安全可靠;改变配汽方式后,尤其在两阀工况下运行,需限制滑压参数来保障调节级的安全可靠性。
在一种可选的实施例中,在汽轮机组带负荷运行的情况下,配汽系统获取汽轮机组按照每个阀序组合控制蒸汽流量的控制结果,并根据每个阀序组合对应的控制结果确定汽轮机组的稳态强度以及动强度,然后根据稳态强度以及动强度确定汽轮机组的配汽方案,最后根据配汽方案控制汽轮机组的高压调门开启顺序。
需要说明的是,在本申请中,在汽轮机组DCS控制系统中增加了顺序阀控制功能,设计阀序在线切换功能,并设计了顺序阀方式的主/备模式,可以根据实际情况,选择不同阀序组合,提高顺序阀配汽方式的适应性。可选的,图2示出了配汽优化的控制示意图,由图2可知,本申请所提供的方案保留了原阀序方式,新增了顺序阀方式,两种阀序可以实现无扰切换,在新阀序方式中包括两套顺序阀函数,共同参与阀门管理。
在一种可选的实施例中,配汽系统还在汽轮机组的配汽方案下,获取汽轮机组的调门开度与蒸汽流量的特性关系,并根据特性关系确定调门配汽函数,最后根据调门配汽函数对汽轮机组的蒸汽流量进行控制。
需要说明的是,通过高压调门流量特性试验研究,可获得实际的调门开度与蒸汽流量特性关系,并结合设计参数来确定顺序阀方式的调门配汽函数,并进行冷态、热态工况的调试,完善控制功能。其中,图3示出了切除时汽轮机组的运行参数的变化示意图。
在一种可选的实施例中,在根据目标阀序组合对汽轮机组的蒸汽流量进行控制之后,配汽系统还通过滑压试验、调门开度寻优试验,来确定经济运行开度以及滑压曲线。具体的,配汽系统获取对汽轮机组进行滑压试验得到第一试验结果,获取对汽轮机组进行调门开度寻优试验得到的第二试验结果,并根据第一试验结果和第二试验结果,确定汽轮机组在目标阀序组合下的高调门经济开度以及滑压运行函数,最后根据高调门经济开度以及滑压运行函数对汽轮机组的负荷进行调节。
需要说明的是,通过滑压寻优试验来确定高调门经济开度以及相应的滑压运行函数,并设计出两套滑压运行参数,分别匹配复合阀和顺序阀方式,通过试验得出顺序阀方式下的滑压参数,函数关系如表1所示:
表1 配汽优化后主汽压和负荷函数关系
另外,在机组投用顺序阀方式下,进一步优化其变负荷性能,变负荷速率达到1.5%额定负荷/每分钟,满足电网对AGC及一次调频的功能要求。
在一种可选的实施例中,图4示出了本申请所提供的汽轮机组的配汽方法的流程图,通过图4所示的流程图可实现汽轮机组的经济运行。具体的,通过仿真建模计算理论分析最佳配汽方案;通过摸底试验来验证新配汽方式的适用性;通过强度校核论证新配汽方式的安全性;通过控制策略设计和逻辑组态增加新的顺序阀调节功能;通过热态试验投用新的控制方式,并实现在线切换;通过试验寻找顺序阀方式下的经济运行滑压曲线;进一步优化顺序阀方式下的变负荷性能,满足电网调度要求。
由上可知,本申请所提供的方案能够实现汽轮机组的经济运行,尤其在中、低负荷区间经济性收益较大,各负荷下平均约可降低发电煤耗率1.1g/kW.h。按照年利用小时数4250h,单机容量1050MW,标煤850元每吨计算,年节约成本约830万人民币,达到了节能降耗目的。
实施例2
根据本发明实施例,还提供了一种汽轮机组的配汽装置实施例,其中,图5是根据本发明实施例的汽轮机组的配汽装置示意图,如图5所示,该装置包括如下步骤:获取模块501、构建模块503、确定模块505以及控制模块507。
其中,获取模块501,用于获取汽轮机组的设计参数、机组运行数据;构建模块503,用于根据设计参数、机组运行数据构建蒸汽流场模型;确定模块505,用于根据蒸汽流场模型确定汽轮机组的目标阀序组合;控制模块507,用于根据目标阀序组合对汽轮机组的高压调门开启顺序进行控制。
此处需要说明的是,上述获取模块501、构建模块503、确定模块505以及控制模块507对应于上述实施例的步骤S102至步骤S108,四个模块与对应的步骤所实现的实例和应用场景相同,但不限于上述实施例所公开的内容。
在一种可选的实施例中,控制模块包括:检测模块、第一确定模块以及第一控制模块。其中,检测模块,用于检测汽轮机组的运行负荷;第一确定模块,用于在检测到汽轮机组的运行负荷大于或等于负荷低限,并小于负荷高限的情况下,从汽轮机组对应的调门组确定顺序阀阀序的组合,其中,负荷低限小于负荷高限;第一控制模块,用于根据顺序阀阀序的组合对汽轮机组的高压调门开启顺序进行控制。
在一种可选的实施例中,控制模块包括:第二控制模块。其中,第二控制模块,用于在汽轮机组的启停阶段,在汽轮机组的运行负荷小于负荷低限或者,汽轮机组的运行负荷大于负荷高限的情况下,采用复合配汽方式对汽轮机组的高压调门开启顺序进行控制。
在一种可选的实施例中,确定模块包括:第二确定模块以及第三确定模块。其中,第二确定模块,用于根据蒸汽流场模型,对汽轮机组的叶片和转子的进行受力分析;第三确定模块,用于根据叶片和转子的受力分析结果,对多个阀序组合进行全工况校核,并从多个阀序组合中确定目标阀序组合。
在一种可选的实施例中,控制模块包括:第一获取模块、第四确定模块、第五确定模块以及第三控制模块。其中,第一获取模块,用于在汽轮机组带负荷运行的情况下,获取汽轮机组按照每个阀序组合控制蒸汽流量的控制结果;第四确定模块,用于根据每个阀序组合对应的控制结果确定汽轮机组的稳态强度以及动强度;第五确定模块,用于根据稳态强度以及动强度确定汽轮机组的配汽方案;第三控制模块,用于根据配汽方案控制汽轮机组的高压调门开启顺序。
在一种可选的实施例中,汽轮机组的配汽装置还包括:第二获取模块、第六确定模块以及第四控制模块。其中,第二获取模块,用于在汽轮机组的配汽方案下,获取汽轮机组的调门开度与蒸汽流量的特性关系;第六确定模块,用于根据特性关系确定调门配汽函数;第四控制模块,用于根据调门配汽函数对汽轮机组的蒸汽流量进行控制。
在一种可选的实施例中,控制模块包括:第三获取模块、第四获取模块、第七确定模块以及第五控制模块。其中,第三获取模块,用于获取对汽轮机组进行滑压试验得到的第一试验结果;第四获取模块,用于获取对汽轮机组进行调门开度寻优试验得到的第二试验结果;第七确定模块,用于根据第一试验结果和第二试验结果,确定汽轮机组在目标阀序组合下的高调门经济开度以及滑压运行函数;第五控制模块,用于根据高调门经济开度以及滑压运行函数对汽轮机组的高压调门开启顺序进行调节。
实施例3
根据本发明实施例的另一方面,还提供了一种存储介质,该存储介质包括存储的程序,其中,在程序运行时控制存储介质所在设备执行实施例1中的汽轮机组的配汽方法。
实施例4
根据本发明实施例的另一方面,还提供了一种处理器,该处理器用于运行程序,其中,程序运行时执行实施例1中的汽轮机组的配汽方法。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述,不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述的部分,可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的技术内容,可通过其它的方式实现。其中,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如所述单元的划分,可以为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,单元或模块的间接耦合或通信连接,可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。