CN110173682A - 一种燃气-蒸汽联合循环高压过热器超温控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃气‑蒸汽联合循环高压过热器超温控制系统及方法，第一高压过热器及第二高压过热器沿高温烟气流动的方向依次布置，第二高压过热器的出口与减温水系统的出口通过管道并管后与第一高压过热器的入口相连通，第一高压过热器内的金属管壁上设置有若干壁温传感器，其中，各壁温传感器的输出端与就地测量装置的输入端相连接，就地测量装置的输出端与DCS系统的输入端、限速模块的输入端及限幅模块的输入端相连接，限速模块的输出端及限幅模块的输出端与或运算模块的输入端相连接，或运算模块的输出端与DCS系统相连接，DCS系统的输出端与减温水系统的控制端相连接，该系统及方法能够有效的避免高压过热器壁温出现超温现象。
Description
技术领域
本发明属于火电站自动控制技术领域，涉及一种燃气-蒸汽联合循环高压过热器超温控制系统及方法。
背景技术
目前，燃气-蒸汽联合循环发电机组在国内的装机容量具有相当规模。燃气-蒸汽联合循环发电机组就是将燃气轮机的排气引入余热锅炉(HRSG-Heat Recovery SteamGenerator)，产生高温、高压蒸汽驱动汽轮机，带动发电机发电。随着燃气轮机技术的发展，用于燃气-蒸汽联合循环余热锅炉热源载体的进口烟气温度越来越高(500～610℃)，流量越来越大(120～600kg/s)，烟气与蒸汽的质量比在4～10之间，而普通锅炉只为1～1.2。同时，燃气轮机排气是完全发展的紊流，流速和温度都不很均匀，在余热锅炉进口截面上，烟气流速变化有时为±400％，温度不均匀度达±55℃。余热锅炉中烟气大流量、高流速和高紊流度的气动热力特点对传热是有利的，但也会引起一些其他问题，如传热构件的振动，烟气偏流和传热不均，热部件热变形等。而高压过热器正是布置在余热锅炉烟道入口最高烟温区域，致使其工作条件恶劣，受热面管壁温度接近于钢材允许使用的极限温度，极易因系统扰动或工况变化造成金属管壁超温，威胁设备安全。
目前的燃气-蒸汽联合循环系统都是监测最上游的高压过热器出口过热蒸汽温度进而调节喷水阀门进行控制调节。尽管常规运行条件下高压过热器出口汽温通过汽温调节和交叉混合后保持平均出口汽温在额定水平，但由于烟道烟温分布和受热面管内流动的分布不均，尤其在动态过程中，局部受热面的管内外参数存在偏差，在一定条件下极易造成受热面的局部过热超温，甚至引起加速氧化和爆管。
具体的，高压过热器的金属管内流动的是过热蒸汽，管外接受高温烟气对流换热，从而实现对过热蒸汽的加热。当机组工况发生变化时，高压过热器接收的外部热量及内部过热蒸汽吸收的热量出现不平衡，导致高压过热器金属管壁温度的变化，直至达到新的平衡态后，高压过热器的金属管壁温度趋于新的平衡点。当该动态过程的工况波动、管外烟气温度与流动分布不均和(或)管内蒸汽流动不均匀产生了较大的不平衡后，高压过热器有可能出现个别或局部管壁温度超温，严重情况下可能出现大面积管壁超温。
部分机组也安装了壁温测点，但基本仅能实现超温的事后报警，无法实现对壁温测点的有效分析和实时处理，实现超温预警和预防，尚无有效的自动控制手段可采用。
综上所述，基于燃气-蒸汽联合循环机组高压过热器壁温测点，开发其壁温超温控制系统及方法，对提高锅炉设备的安全性和高温受热部件寿命、减少超温甚至爆管等问题或事故的发生都具有重要的作用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种燃气-蒸汽联合循环高压过热器超温控制系统及方法，该系统及方法能够有效的避免高压过热器壁温出现超温现象。
为达到上述目的，本发明所述的燃气-蒸汽联合循环高压过热器超温控制系统包括第一高压过热器、第二高压过热器、减温水系统、就地测量装置、DCS系统、限速模块及限幅模块；
第一高压过热器及第二高压过热器沿高温烟气流动的方向依次布置，第二高压过热器的出口与减温水系统的出口通过管道并管后与第一高压过热器的入口相连通，第一高压过热器内的金属管壁上设置有若干壁温传感器，其中，各壁温传感器的输出端与就地测量装置的输入端相连接，就地测量装置的输出端与DCS系统的输入端、限速模块的输入端及限幅模块的输入端相连接，限速模块的输出端及限幅模块的输出端与或运算模块的输入端相连接，或运算模块的输出端与DCS系统相连接，DCS系统的输出端与减温水系统的控制端相连接。
减温水系统包括减温水源及减温水调门，其中，减温水源的出口与减温水调门的一端相连通，减温水调门的另一端与第二高压过热器的出口通过管道并管后与第一高压过热器的入口相连通，减温水调门的控制端与DCS系统相连接。
DCS系统包括输出脉冲模块，其中，输出脉冲模块的输入端与或运算模块的输出端相连接，输出脉冲模块的输出端与减温水调门的控制端相连接。
DCS系统还连接有显示器及报警器。
本发明所述的燃气-蒸汽联合循环高压过热器超温控制方法包括以下步骤：
各壁温传感器实时检测第一高压过热器中各金属管壁的温度信息，并将高压过热器中各金属管壁的温度信息发送至就地测量装置中，就地测量装置将高压过热器中各金属管壁的温度信息发送至DCS系统、限速模块及限幅模块中，当任一壁温传感器检测得到的温度大于等于预设最高温度阈值时，DCS系统输出报警信号；同时限速模块实时判断各壁温传感器输出的温度信息的升温速度是否大于等于预设最大升温速度，限幅模块实时判断各壁温传感器输出的温度信息是否大于等于预设最高温度阈值，当任一壁温传感器输出温度信息的升温速度大于等于预设最大升温速度或者任一壁温传感器输出的温度信息大于等于预设最高温度阈值时，或运算模块输出高电平信号给DCS系统，DCS系统接收所述高电平信号，并产生控制信号，并将所述控制信号发送至减温水系统中，减温水系统根据所述控制信号增加进入到第一高压过热器中的减温喷水量，以降低第一高压过热器内的过热蒸汽温度，避免第一高压过热器出现壁温超温现象。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的燃气-蒸汽联合循环高压过热器超温控制系统及方法在具体操作时，采用主动降温的方式，以避免高压过热器壁温出现超温现象，具体的，通过各壁温传感器实时检测第一高压过热器中各金属管壁的温度信息，当任一壁温传感器输出温度信息的升温速度大于等于预设最大升温速度或者任一壁温传感器输出的温度信息大于等于预设最高温度阈值时，则增加进入到第一高压过热器中的减温喷水量，以降低第一高压过热器内的过热蒸汽温度，避免第一高压过热器出现壁温超温现象，以实现对燃气-蒸汽联合循环高压过热器超温控制，避免人为操作带来的各种问题。另外，在实际安装时，只需在现有火电站系统硬件结构基础上，增加监控及控制回路，即可实现对锅炉高压过热器壁温的监测与控制，达到有效降低高压过热器壁温超温风险的目的。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1为第二高压过热器、2为第一高压过热器、3为壁温传感器、4为就地测量装置、5为DCS系统、6为限速模块、7为限幅模块、8为或运算模块、9为输出脉冲模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的燃气-蒸汽联合循环高压过热器超温控制系统包括第一高压过热器2、第二高压过热器1、减温水系统、就地测量装置4、DCS系统5、限速模块6及限幅模块7；第一高压过热器2及第二高压过热器1沿高温烟气流动的方向依次布置，第二高压过热器1的出口与减温水系统的出口通过管道并管后与第一高压过热器2的入口相连通，第一高压过热器2内的金属管壁上设置有若干壁温传感器3，其中，各壁温传感器3的输出端与就地测量装置4的输入端相连接，就地测量装置4的输出端与DCS系统5的输入端、限速模块6的输入端及限幅模块7的输入端相连接，限速模块6的输出端及限幅模块7的输出端与或运算模块8的输入端相连接，或运算模块8的输出端与DCS系统5相连接，DCS系统5的输出端与减温水系统的控制端相连接。另外，DCS系统5还连接有显示器及报警器。
减温水系统包括减温水源及减温水调门10，其中，减温水源的出口与减温水调门10的一端相连通，减温水调门10的另一端与第二高压过热器1的出口通过管道并管后与第一高压过热器2的入口相连通，减温水调门10的控制端与DCS系统5相连接。具体的，DCS系统5包括输出脉冲模块9，其中，输出脉冲模块9的输入端与或运算模块8的输出端相连接，输出脉冲模块9的输出端与减温水调门10的控制端相连接。
本发明所述的燃气-蒸汽联合循环高压过热器超温控制方法包括以下步骤：
各壁温传感器3实时检测第一高压过热器2中各金属管壁的温度信息，并将高压过热器中各金属管壁的温度信息发送至就地测量装置4中，就地测量装置4将高压过热器中各金属管壁的温度信息发送至DCS系统5、限速模块6及限幅模块7中，当任一壁温传感器3检测得到的温度大于等于预设最高温度阈值时，DCS系统5输出报警信号给显示器及报警器；同时限速模块6实时判断各壁温传感器3输出的温度信息的升温速度是否大于等于预设最大升温速度，限幅模块7实时判断各壁温传感器3输出的温度信息是否大于等于预设最高温度阈值，当任一壁温传感器3输出温度信息的升温速度大于等于预设最大升温速度或者任一壁温传感器3输出的温度信息大于等于预设最高温度阈值时，或运算模块8输出高电平信号给DCS系统5，DCS系统5接收所述高电平信号，并产生控制信号，并将所述控制信号发送至减温水系统中，减温水系统根据所述控制信号增加进入到第一高压过热器2中的减温喷水量，以降低第一高压过热器2内的过热蒸汽温度，避免第一高压过热器2出现壁温超温现象。
具体的，当任一壁温传感器3输出的温度信息的升温速度大于等于预设最大升温速度时，限速模块6输出高电平信号，当任一壁温传感器3输出的温度信息大于等于预设最高温度阈值时，限幅模块7输出高电平信号，当限幅模块7或限速模块6输出高电平信号时，则或运算模块8均输出高电平信号给输出脉冲模块9，输出脉冲模块9接收所述高电平信号，并根据所述高电平信号产生控制信号，然后根据所述控制信号增大减温水调门10的开度，以增加进入到第一高压过热器2中的减温喷水量，实现主动降低第一高压过热器2壁温超温风险的目标，从而避免第一高压过热器2壁温超温现象的发生，维持高压过热器金属管的安全。
另外，在实际操作时，可以根据各壁温传感器3输出的最高温度及最高升温速度控制进入到第一高压过热器2中减温喷水量，即，当各壁温传感器3输出的最高温度越高，则减温水喷水量最大，当各壁温传感器3输出温度的最高升温速度越大，则减温水喷水量越大，以实现精细化控制。
Claims (5)
1.一种燃气-蒸汽联合循环高压过热器超温控制系统，其特征在于，包括第一高压过热器(2)、第二高压过热器(1)、减温水系统、就地测量装置(4)、DCS系统(5)、限速模块(6)及限幅模块(7)；
第一高压过热器(2)及第二高压过热器(1)沿高温烟气流动的方向依次布置，第二高压过热器(1)的出口与减温水系统的出口通过管道并管后与第一高压过热器(2)的入口相连通，第一高压过热器(2)内的金属管壁上设置有若干壁温传感器(3)，其中，各壁温传感器(3)的输出端与就地测量装置(4)的输入端相连接，就地测量装置(4)的输出端与DCS系统(5)的输入端、限速模块(6)的输入端及限幅模块(7)的输入端相连接，限速模块(6)的输出端及限幅模块(7)的输出端与或运算模块(8)的输入端相连接，或运算模块(8)的输出端与DCS系统(5)相连接，DCS系统(5)的输出端与减温水系统的控制端相连接。
2.根据权利要求1所述的燃气-蒸汽联合循环高压过热器超温控制系统，其特征在于，减温水系统包括减温水源及减温水调门(10)，其中，减温水源的出口与减温水调门(10)的一端相连通，减温水调门(10)的另一端与第二高压过热器(1)的出口通过管道并管后与第一高压过热器(2)的入口相连通，减温水调门(10)的控制端与DCS系统(5)相连接。
3.根据权利要求2所述的燃气-蒸汽联合循环高压过热器超温控制系统，其特征在于，DCS系统(5)包括输出脉冲模块(9)，其中，输出脉冲模块(9)的输入端与或运算模块(8)的输出端相连接，输出脉冲模块(9)的输出端与减温水调门(10)的控制端相连接。
4.根据权利要求1所述的燃气-蒸汽联合循环高压过热器超温控制系统，其特征在于，DCS系统(5)还连接有显示器及报警器。
5.一种燃气-蒸汽联合循环高压过热器超温控制方法，其特征在于，基于权利要求1所述的燃气-蒸汽联合循环高压过热器超温控制系统，包括以下步骤：
各壁温传感器(3)实时检测第一高压过热器(2)中各金属管壁的温度信息，并将高压过热器中各金属管壁的温度信息发送至就地测量装置(4)中，就地测量装置(4)将高压过热器中各金属管壁的温度信息发送至DCS系统(5)、限速模块(6)及限幅模块(7)中，当任一壁温传感器(3)检测得到的温度大于等于预设最高温度阈值时，DCS系统(5)输出报警信号；同时限速模块(6)实时判断各壁温传感器(3)输出的温度信息的升温速度是否大于等于预设最大升温速度，限幅模块(7)实时判断各壁温传感器(3)输出的温度信息是否大于等于预设最高温度阈值，当任一壁温传感器(3)输出温度信息的升温速度大于等于预设最大升温速度或者任一壁温传感器(3)输出的温度信息大于等于预设最高温度阈值时，或运算模块(8)输出高电平信号给DCS系统(5)，DCS系统(5)接收所述高电平信号，并产生控制信号，并将所述控制信号发送至减温水系统中，减温水系统根据所述控制信号增加进入到第一高压过热器(2)中的减温喷水量，以降低第一高压过热器(2)内的过热蒸汽温度，避免第一高压过热器(2)出现壁温超温现象。
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