机械设备的可调导叶的控制方法、装置以及机械设备
技术领域
本发明涉及火力发电,具体地涉及机械设备的可调导叶的控制方法、装置以及机械设备。
背景技术
燃气-蒸汽联合循环机组在设计工况下运行,可使机组获得较高的热效率,但实际上由于电网负载随着外界需求的变化而变化,或燃气轮机受制于天然气量的原因等,机组不可能长期保持在基本负荷下运行。为了提高机组部分负荷工况下的联合循环热效率,随着负荷的降低应逐渐关小压气机进口可调导叶,减少进入压气机的空气流量,尽量保持透平的燃气初温T1T恒定不变或减少下降幅度,同时使燃气轮机排气温度(EXH)接近余热锅炉的最佳设计温度工作点。
现有技术中,燃气轮机压气机进口可调导叶的最小开度为39℃,最大开度为-4℃。燃机启动令发出后,压气机进口可调导叶即打开到中间开度,以减小空气流量,防止机组喘振。当机组转速大于2745rpm时,压气机进口可调导叶关闭至最小开度,在燃机负荷小于145.2MW时,保持最小开度不变,以维持较高的燃机排气温度,提高联合循环效率。若负荷继续增加,则压气机进口可调导叶逐渐打开,到燃机负荷等于287.8MW时达到最大开度,之后即使负荷继续增加,压气机进口可调导叶开度也保持不变。但是这样的方式,仍然不能使机组的循环效率达到最优。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种机械设备的可调导叶的控制方法、装置以及机械设备,该机械设备的可调导叶的控制方法、装置以及机械设备可以提高机械设备的循环效率,从而使机械设备更加节能。
为了实现上述目的,本发明实施例提供一种机械设备的可调导叶的控制方法,该可调导叶用于控制所述机械设备的进气流量,该方法包括:实时检测所述机械设备的负荷;根据所检测的机械设备的负荷,判断预定时间内所述机械设备的负荷的变化量;以及根据所述机械设备的当前负荷和所述机械设备的负荷的变化量控制所述可调导叶的开度。
优选地,所述根据所述机械设备的当前负荷和所述机械设备的负荷的变化量控制所述可调导叶的开度包括:根据所述机械设备的负荷的变化量得到所述可调导叶调整命令值;根据所述机械设备的当前负荷和所述机械设备的当前负荷与所述可调导叶的开度增加量的对应关系曲线,得到所述可调导叶的开度增加量;根据所述机械设备的负荷的变化量确定所述机械设备的当前负荷与所述可调导叶的设定开度量的对应关系曲线;根据所述机械设备的当前负荷和所述机械设备的当前负荷与所述可调导叶的设定开度量的对应关系曲线,得到所述可调导叶的设定开度量;使用所述可调导叶调整命令值乘以所述可调导叶的开度增加量,并与所述可调导叶的设定开度量相加得到所述可调导叶的最终开度量;根据所述可调导叶的最终开度量控制所述可调导叶的开度。
优选地,所述根据所述机械设备的负荷的变化量得到所述可调导叶调整命令值包括:在所述机械设备的负荷的变化量大于阈值时,得到所述可调导叶调整命令值为1;在所述机械设备的负荷的变化量小于等于阈值时,得到所述可调导叶调整命令值为0。
优选地,所述机械设备为燃气轮机压气机、燃煤机组送风机以及脱硫增压机的其中一者。
优选地,所述阈值为1.5MW。
本发明实施例还提供一种机械设备的可调导叶的控制装置,该可调导叶用于控制所述机械设备的进气流量,该装置包括:检测模块、处理模块以及控制模块,其中,所述检测模块用于实时检测所述机械设备的负荷;所述处理模块用于根据所检测的机械设备的负荷,判断预定时间内所述机械设备的负荷的变化量;以及所述控制模块用于根据所述机械设备的当前负荷和所述机械设备的负荷的变化量控制所述可调导叶的开度。
优选地,所述根据所述机械设备的当前负荷和所述机械设备的负荷的变化量控制所述可调导叶的开度包括:根据所述机械设备的负荷的变化量得到所述可调导叶调整命令值;根据所述机械设备的当前负荷和所述机械设备的当前负荷与所述可调导叶的开度增加量的对应关系曲线,得到所述可调导叶的开度增加量;根据所述机械设备的负荷的变化量确定所述机械设备的当前负荷与所述可调导叶的设定开度量的对应关系曲线;根据所述机械设备的当前负荷和所述机械设备的当前负荷与所述可调导叶的设定开度量的对应关系曲线,得到所述可调导叶的设定开度量;使用所述可调导叶调整命令值乘以所述可调导叶的开度增加量,并与所述可调导叶的设定开度量相加得到所述可调导叶的最终开度量;根据所述可调导叶的最终开度量控制所述可调导叶的开度。
优选地,所述根据所述机械设备的负荷的变化量得到所述可调导叶调整命令值包括:在所述机械设备的负荷的变化量大于阈值时,得到所述可调导叶调整命令值为1;在所述机械设备的负荷的变化量小于等于阈值时,得到所述可调导叶调整命令值为0。
优选地,所述机械设备为燃气轮机压气机、燃煤机组送风机以及脱硫增压机的其中一者。
本发明实施例还提供一种机械设备,该机械设备包括上文所述的机械设备的可调导叶的控制装置。
通过上述技术方案,采用本发明提供的机械设备的可调导叶的控制方法、装置以及机械设备,通过监测负荷变化量,以参考负荷变化量来控制可调导叶开度,在避免超温情况下,在部分负荷时使可调导叶开度更小,从而减少进气流量,保持透平入口温度处于较高温度,通过控制燃机的排气温度,使余热锅炉的工作温度保持在最佳工作温度点附近,从而进一步保证整个联合循环机组在更高效率下运行,更加节能。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例,但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中:
图1是本发明一实施例提供的机械设备的可调导叶的控制方法的流程图;
图2是本发明另一实施例提供的机械设备的可调导叶的控制方法的流程图;
图3是本发明一实施例提供的控制逻辑示意图;
图4A是本发明一实施例提供的机械设备的负荷的变化量与可调导叶调整命令值的对应关系图;
图4B是本发明一实施例提供的机械设备的负荷的变化量与可调导叶调整命令值的对应关系曲线示意图;
图5A是本发明一实施例提供的机械设备的当前负荷与可调导叶的设定开度量的对应关系图;
图5B是本发明一实施例提供的机械设备的当前负荷与可调导叶的设定开度量的对应关系曲线示意图;
图6A是本发明一实施例提供的机械设备的当前负荷与可调导叶的开度增加量的对应关系图;
图6B是本发明一实施例提供的机械设备的当前负荷与可调导叶的开度增加量的对应关系曲线示意图;
图7A-7B是本发明一实施例提供的燃烧调整阶段负荷变化示意图;
图8是本发明一实施例提供的机械设备的可调导叶的控制装置的结构示意图。
附图标记说明
1 检测模块 2 处理模块
3 控制模块。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例,并不用于限制本发明实施例。
图1是本发明一实施例提供的机械设备的可调导叶的控制方法的流程图。如图1所示,该可调导叶用于控制所述机械设备的进气流量,该方法包括:
步骤S11,实时检测所述机械设备的负荷;
步骤S12,根据所检测的机械设备的负荷,判断预定时间内所述机械设备的负荷的变化量;以及
步骤S13,根据所述机械设备的当前负荷和所述机械设备的负荷的变化量控制所述可调导叶的开度。
本发明机械设备可以为燃气轮机压气机、燃煤机组送风机或脱硫增压机等进口具有可调导叶的机械设备,在此不做限定。
以燃气轮机压气机为例,燃气-蒸汽联合循环机组的热效率由燃气轮机热效率与联合循环部分的热效率决定,而燃气轮机的热效率主要与压比、温比有直接关系。压比是压气机排气压力与进口的气体压力之比,它代表工质被压缩的程度,用Kp表示,则有:
Kp=p2/p1 式(1)
其中,p1为压气机进气道后、进口可转导叶前的滞止压力;p2为压气机出口处的滞止压力。
温比是透平进口处的温度与压气机进口处的温度之比,用KT表示,则有:
KT=T2/T1 式(2)
其中,T1为压气机进口处的滞止温度;T2为透平进口处的滞止温度,即燃气初温。
在一定的燃气轮机负荷点,若关小压气机进口可调导叶,则压气机进气量减少,压比降低,温比上升,可能压比降低比温比上升对燃气轮机影响的热效率要大,因此燃气轮机的负荷会有所下降;若保持燃气轮机的负荷不变,需要增加燃料量来维持燃气轮机的负荷,透平的排气量变化不大,但排气温度会随着温比及燃料量的增加大幅上升,相对应的燃气轮机可调导叶开度也会随着压气机排气压力下降而提高,余热锅炉的高压主蒸汽温度、压力上升,汽轮机发电机的负荷上升,因此一般汽轮机负荷增加量会大于燃气轮机降低的负荷,使整个联合循环的热效率提高。
根据以上理论分析,可以通过部分负荷下负荷稳定时减小压气机进口可调导叶的开度,有助于提升热效率。
因此,本发明实施例可以在得到机械设备的负荷和机械设备的负荷的变化量时,在机械设备当前负荷可以影响可调导叶的开度的基础上,根据机械设备的负荷的变化量进一步控制可调导叶的开度。
图2是本发明另一实施例提供的机械设备的可调导叶的控制方法的流程图。如图2所示,该方法包括:
步骤S21,根据所述机械设备的负荷的变化量得到所述可调导叶调整命令值;
步骤S22,根据所述机械设备的当前负荷和所述机械设备的当前负荷与所述可调导叶的开度增加量的对应关系曲线,得到所述可调导叶的开度增加量;
步骤S23,根据所述机械设备的负荷的变化量确定所述机械设备的当前负荷与所述可调导叶的设定开度量的对应关系曲线;
步骤S24,根据所述机械设备的当前负荷和所述机械设备的当前负荷与所述可调导叶的设定开度量的对应关系曲线,得到所述可调导叶的设定开度量;
步骤S25,使用所述可调导叶调整命令值乘以所述可调导叶的开度增加量,并与所述可调导叶的设定开度量相加得到所述可调导叶的最终开度量;
步骤S26,根据所述可调导叶的最终开度量控制所述可调导叶的开度。
下面基于附图详述上述步骤。图3是本发明一实施例提供的控制逻辑示意图。如图3所示,整个控制方法具有多个控制逻辑,以FX15、FX16、FX06以及FX26分别表示,其中,逻辑FX15用于判断机械设备负荷是否稳定,即机械设备的负荷的变化量是否小于等于阈值;逻辑FX16用于根据机械设备的当前负荷和机械设备的当前负荷与可调导叶的开度增加量的对应关系曲线,给出可调导叶的开度增加量;逻辑FX06和逻辑FX26均用于根据机械设备的当前负荷和机械设备的当前负荷与可调导叶的设定开度量的对应关系曲线,给出可调导叶的设定开度量,不同在于何时使用二者受逻辑FX15的判断结果的影响。
图4A是本发明一实施例提供的机械设备的负荷的变化量与可调导叶调整命令值的对应关系图;图4B是本发明一实施例提供的机械设备的负荷的变化量与可调导叶调整命令值的对应关系曲线示意图。首先,见图4A-4B所示,本发明实施例可以设定机械设备的负荷的变化量为1.5MW,当逻辑FX15发现机械设备的负荷的变化量(△MW)小于等于阈值,则输出可调导叶调整命令值(也可称为灵敏度)为0;当逻辑FX15发现机械设备的负荷的变化量(△MW)大于阈值,则输出可调导叶调整命令值为1。
图5A是本发明一实施例提供的机械设备的当前负荷与可调导叶的设定开度量的对应关系图;图5B是本发明一实施例提供的机械设备的当前负荷与可调导叶的设定开度量的对应关系曲线示意图。接着,见图5A-5B所示,在本发明实施例中,提供了两种逻辑FX06和FX26中,不同的机械设备的当前负荷(GT load MW)对应的可调导叶的设定开度量(IGV%),机械设备的当前负荷下的可调导叶的设定开度量可以从图5B的曲线图中得出。在逻辑FX15发现负荷的变化量小于等于阈值时,使用逻辑FX06;在逻辑FX15发现负荷的变化量大于阈值时,使用逻辑FX26。也可以理解为FX26是可调导叶跟踪逻辑,在逻辑FX15发现负荷的变化量小于等于阈值时,可调导叶跟踪逻辑退出,此时使用逻辑FX06;在逻辑FX15发现负荷的变化量大于阈值时,可调导叶跟踪逻辑启动,此时使用逻辑FX26。
图6A是本发明一实施例提供的机械设备的当前负荷与可调导叶的开度增加量的对应关系图;图6B是本发明一实施例提供的机械设备的当前负荷与可调导叶的开度增加量的对应关系曲线示意图。接着,见图6A-6B所示,在本发明实施例中,提供了逻辑FX16中,不同的机械设备的当前负荷对应不同的可调导叶的开度增加量(△IGV%),机械设备的当前负荷下的可调导叶的开度增加量可以从图6B的曲线图中得出。
再请见图3,如上文所述逻辑FX15输出0或1,逻辑FX16输出可调导叶的开度增加量,然后二者相乘,得到IGV Bias,逻辑FX06或FX26输出可调导叶的设定开度量,然后与IGVBias相加(或只在使用逻辑FX06时与IGV Bias相加),得到可调导叶的最终开度量。因此,可以理解的是,在负荷稳定时,IGV Bias为0,只使用逻辑FX06的结果得到可调导叶的最终开度量;在负荷波动时,则需要使用逻辑FX26的结果与IGV Bias相加得到可调导叶的最终开度量。
为了避免燃烧温度上升可能将导致NOx排放的上升,或者燃烧裕度变小,出现燃烧压力波动的几率上升,影响燃气轮机的安全运行等问题,本发明还提供机组启动后的燃烧调整方式。
机组启动后,进行了压气机进口可调导叶自动跟踪导入前后的实绩验证和燃烧调整,保证机组的安全经济运行。
燃烧调整作业内容主要有四项:机组的燃烧裕度确认、机组黄烟排放的调整和压气机进口可调导叶自动跟踪逻辑的优化及负荷摆动。如图7A-7B所示的燃烧调整阶段负荷变化示意图,依次进行TCA吹扫、CLCSO校准、燃烧调整(NOx和烟色状况确认)、控制设定变更、负荷摆动试验以及IGV跟踪功能测试,具体如下:
CLCSO信号重新校准:压气机进口可调导叶开度及设定值变更后,机组的最大出力有可能会改变。为了保证燃调的准确性,需要在起机后带满负荷的状态下对CLCSO信号进行重新校准。
在IGV开度一定的情况下,燃气轮机的输出功率和燃烧稳定性均与透平入口温度T1T相关性极大,所以燃气轮机的控制均是想以T1T为控制对象,并根据其即使状态作为反馈以控制和调节其它参数。但因T1T非常高,目前尚无能够长期稳定测量该温度的测量元件,不能直接获得该温度,为此需要利用其它参数通过各种运算找到一个参数来类比该温度,由此引入了CLCSO的概念。根据发电机输出、IGV开度、进气温度、进气流量、排气流量比、大气压比等参数来计算CLCSO,其物理意义是,将透平入口温度变成无量纲值,该值与T1T成正比,通过CLCSO来控制各路燃料比率和旁路阀开度,达到控制燃气轮机的输出功率和燃烧稳定性的目的。
燃烧裕度及黄烟确认:由于可调导叶调整逻辑,机组的燃烧裕度可能会发生变化,需要重新确认燃烧裕度。即某个固定的负荷,通过分别调整燃料阀BV/PL/TH的开度,确认燃烧振动边界的位置,以确认机组今后BV/PL/TH开度可以到达的范围。同时,为了满足环保的相关要求,在燃调的同时也需要兼顾黄烟的排放,因此BV/PL/TH开度会根据现场观测的排烟情况进行微调。
控制设定变更:燃烧调整的主要任务是找到机组在各个负荷下安全稳定的燃烧区间,通过分别调整燃料阀BV/PL/TH的开度,确认燃烧振动边界的位置,并将偏离的工况点调整到正常燃烧区域,保证燃烧过程的安全和稳定。该过程中燃料阀BV/PL/TH的开度会有变化,最后通过计算将调整后的燃料阀开度做成曲线,得到了中调整后的燃料阀开度和CLCSO的关系曲线,将此曲线所对应的值导入逻辑中,即完成了对逻辑中的相关函数进行修改,以便机组能够按照新的设定运行。
负荷摆动试验:在设定变更完成之后,对于机组在新设定值下的运行情况进行验证。需要让机组完成从燃烧的最低负荷到满负荷的一次升降,负荷摆动确认无问题后,将变更后的控制逻辑进行下装。
运行状态确认:IGV跟踪功能测试,对采用新的设定后的运行情况进行再次确认和评价。计划从低到高共八个负荷段。
本发明通过对燃机逻辑中压气机进口可调导叶开度随负荷变化量而变化的设置,避免了燃机提前进入温控的可能,进而保证了燃机的安全稳定运行。可提高机组的联合循环效率0.5%左右,年节省费用相当可观,并在一定程度上降低NO2和CO的含量,为环保做出贡献。本发明的应用,填补了国内在燃气轮机压气机进口可调导叶自动跟踪技术上的应用空白,提高了专业技术人员对燃气轮机的认知,此项发明可推广至其它机械设备上,同时为国家节能减排做出贡献。
图8是本发明一实施例提供的机械设备的可调导叶的控制装置的结构示意图。如图8所示,该可调导叶用于控制所述机械设备的进气流量,该装置包括:检测模块1、处理模块2以及控制模块3,其中,所述检测模块1用于实时检测所述机械设备的负荷;所述处理模块2用于根据所检测的机械设备的负荷,判断预定时间内所述机械设备的负荷的变化量;以及所述控制模块3用于根据所述机械设备的当前负荷和所述机械设备的负荷的变化量控制所述可调导叶的开度。
优选地,所述根据所述机械设备的当前负荷和所述机械设备的负荷的变化量控制所述可调导叶的开度包括:根据所述机械设备的负荷的变化量得到所述可调导叶调整命令值;根据所述机械设备的当前负荷和所述机械设备的当前负荷与所述可调导叶的开度增加量的对应关系曲线,得到所述可调导叶的开度增加量;根据所述机械设备的负荷的变化量确定所述机械设备的当前负荷与所述可调导叶的设定开度量的对应关系曲线;根据所述机械设备的当前负荷和所述机械设备的当前负荷与所述可调导叶的设定开度量的对应关系曲线,得到所述可调导叶的设定开度量;使用所述可调导叶调整命令值乘以所述可调导叶的开度增加量,并与所述可调导叶的设定开度量相加得到所述可调导叶的最终开度量;根据所述可调导叶的最终开度量控制所述可调导叶的开度。
优选地,所述根据所述机械设备的负荷的变化量得到所述可调导叶调整命令值包括:在所述机械设备的负荷的变化量大于阈值时,得到所述可调导叶调整命令值为1;在所述机械设备的负荷的变化量小于等于阈值时,得到所述可调导叶调整命令值为0。
优选地,所述机械设备为燃气轮机压气机、燃煤机组送风机以及脱硫增压机的其中一者。
本发明实施例还提供一种机械设备,该机械设备包括上文所述的机械设备的可调导叶的控制装置。
上述装置的实施例与上文所述的方法的实施例类似,在此不再赘述。
通过上述技术方案,采用本发明提供的机械设备的可调导叶的控制方法、装置以及机械设备,通过监测负荷变化量,以参考负荷变化量来控制可调导叶开度,在避免超温情况下,在部分负荷时使可调导叶开度更小,从而减少进气流量,保持透平入口温度处于较高温度,通过控制燃机的排气温度,使余热锅炉的工作温度保持在最佳工作温度点附近,从而保证整个联合循环机组在高效率下运行,更加节能。
以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式,但是,本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明实施例的技术构思范围内,可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复,本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成,该程序存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请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、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
此外,本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明实施例的思想,其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。