CN110207098A - 考虑锅炉金属蓄热的二次再热机组蒸汽温度控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种考虑锅炉金属蓄热的二次再热机组蒸汽温度控制方法,在不同稳态负荷下,对各设备金属壁温进行测量、记录,计算出锅炉金属蓄热设定值,建立负荷与锅炉金属蓄热设定值的关系;以10%THA为间隔,建立主、再热蒸汽设备蓄热变化量之比与变负荷范围的关系,将其记为f(x);在变负荷过程中,将金属实时蓄热量与蓄热设定值之差通过PID控制器调试得出煤量补偿值,将其与机组DCS中的煤量指令相加得到煤量新值;当蓄热变化引起煤量补偿时,通过f(x)运算,烟气再循环量得到相应的补偿;本发明方法在变负荷过程中通过煤量补偿、烟气再循环量补偿的控制方法,可明显改善二次再热机组变负荷过程中主、再热蒸汽质量,提高机组运行经济性,且本发明方法实现方法简单,投资低。

Description

考虑锅炉金属蓄热的二次再热机组蒸汽温度控制方法
技术领域
本发明属于火电厂热工控制技术领域,具体涉及二次再热火电机组主、再热蒸汽温度控制。
背景技术
在燃煤机组追求大容量、高参数的过程中,二次再热机组以其良好运行特性以及较低的污染排放问题成为主要发展方向之一。然而,由于可再生能源消纳以及用户需求变化,二次再热机组不仅需要承担基本负荷,还面临频繁调峰问题。二次再热机组由于其参数高,设备多,流程复杂等特点,其热惯性较大。在变负荷过程中,金属壁温会出现超温与欠温严重的情况,蒸汽温度难以精确控制。因此,发展高效、宽调比的二次再热机组温度控制技术显得尤为重要。
蓄热是反映系统热惯性的重要指标。考虑到瞬态过程与对应稳态过程下的蓄热量差异,对进入锅炉的热量即煤量进行修正,可充分利用锅炉金属蓄热,改善机组运行过程中的经济性。由于加热主、再热蒸汽的设备蓄热变化量比例不同,故当蓄热引起煤量变化时,再循环烟气量做出相应的调整,合理分配用于加热主、再热蒸汽的热量,改善主、再热蒸汽品质。将金属蓄热引入二次再热机组温度控制系统可以提高其运行过程中的安全性、经济性。
发明内容
本发明针对二次再热锅炉惯性大、蓄热多的特点,从锅炉瞬态特性与静态特性的本质差异中出发,旨在寻觅出从根本上改善二次再热锅炉主、再热蒸汽的参数品质的控制方法。本发明的目的是提供一种考虑锅炉金属蓄热的二次再热火电机组蒸汽温度控制方法,确保变负荷过程中锅炉输出主、再热蒸汽的品质,使锅炉的实际输出主、再热蒸汽温度波动范围小,提高运行过程中的安全性与经济性。,即锅炉参数控制更加精准。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是:
考虑锅炉金属蓄热的二次再热机组蒸汽温度控制方法,具体步骤如下:
(1)锅炉金属蓄热量的计算
测量不同负荷下,锅炉不同设备的金属壁温Ti,i为设备编号;设备金属面的蓄热量计算如下:
Qi=M*cM*(Ti-T0)
式中:Qi为设备金属面的蓄热量,当机组处于稳态负荷时,Qi为此负荷下设备金属面蓄热设定值,当机组处于变负荷时,Qi为设备金属面实时蓄热量,kJ;T0是环境温度,℃;M为金属的质量,kg;cM是金属比热容,kJ/(kg·℃);
主蒸汽设备的总蓄热量:
再热蒸汽设备的总蓄热量:
锅炉金属蓄热量为:
QT=QL+QR
式中:QL为主蒸汽设备的总蓄热量,当机组处于稳态负荷时,QL为此负荷下主蒸汽设备蓄热设定值,当机组处于变负荷时,QL为主蒸汽设备实时蓄热量,kJ;QR为再热蒸汽设备的总蓄热量,当机组处于稳态负荷时,QR为此负荷下再热蒸汽设备蓄热设定值,当机组处于变负荷时,QR为再热蒸汽设备实时蓄热量,kJ;QT为锅炉金属的蓄热量,当机组处于稳态负荷时,QT为此负荷下锅炉金属蓄热设定值,当机组处于变负荷时,QT为锅炉金属实时蓄热量,kJ;n为加热主蒸汽设备总编号;m-n为加热再热蒸汽设备总编号;
(2)列出不同负荷下锅炉金属蓄热设定值与负荷的对应表
当机组处于稳定负荷时,利用步骤(1)中锅炉金属蓄热计算方法,得到不同负荷下锅炉金属蓄热量,称为锅炉金属蓄热设定值,通过线性插值的方法建立负荷与锅炉金属蓄热设定值的关系;
(3)计算不同范围变工况下主、再热蒸汽设备蓄热变化量之比
ΔQL-a-b=QL-a-QL-b
ΔQR-a-b=QR-a-QR-b
式中:a、b表示机组负荷,MW;QL-a为机组负荷在a负荷时,主蒸汽设备蓄热量;QL-b为机组负荷在b负荷时,主蒸汽设备蓄热量;△QL-a-b为机组在负荷在a与b之间变化时,主蒸汽设备的蓄热变化量,kJ;QR-a为机组负荷在a负荷时,再热蒸汽设备蓄热量;QR-b为机组负荷在b负荷时,再热蒸汽设备蓄热量;△QR-a-b为机组在负荷在a与b之间变化时,再热蒸汽设备的蓄热变化量,kJ;△FGRh-s为主、再热蒸汽设备的蓄热变化量之比;
(4)列出不同范围变负荷下主、再热蒸汽设备蓄热变化量之比与负荷之间的关系
选取一定变化间隔,得出主蒸汽与再热蒸汽设备蓄热变化量之比与负荷的关系,记为f(x);
(5)锅炉入口煤量修正计算
在变负荷过程中,由于热惯性的存在,锅炉金属的实时蓄热量QT,r-t与蓄热设定值QT,s-p存在差异,将QT,r-t与QT,s-p的差值△QT输入PID,通过整定PID参数,得到煤量补偿值,记为△Brevised
△QT=QT,r-t-QT,s-p
△Brevised=fPID(△QT)
(6)锅炉入口烟气再循环量修正计算
在变负荷过程中,当蓄热引起煤量补偿时,由于二次再热锅炉惯性较大,再热蒸汽温度可能会面临调节滞后的问题,因此,由蓄热引起的煤量补偿值所带入锅炉系统的热量需要在主、再热蒸汽之间合理分配。当蓄热差引起煤量补偿时,将煤量补偿值通过步骤(4)中所描述的函数f(x)运算,从而得出烟气再循环量的补偿值,记为△FGRrevised:
△FGRrevised=f(x)*△Brevised*Qar/△h/(f(x)+1)
式中:Qar是燃料低位发热量,kJ/kg;△h是烟气流入与流出再热蒸汽受热面焓值之差,kJ/kg;
(7)煤量新值、再循环烟气量新值
将步骤(5)、步骤(6)中得到的煤量、烟气再循环量的补偿值分别与原控制逻辑中由机组DCS系统得到的煤量指令、烟气再循环量指令相加,得到煤量、烟气再循环量的新值:
Brevised=B1+△Bevised
FGRrevised=FGR1+△FGRrevised
式中:B1为由机组DCS中获得的煤量指令,FGR1为由机组DCS中获得的烟气再循环量指令。
(8)主、再热蒸汽温度改善
在变负荷过程中,通过煤量、烟气再循环量的补偿,改善主、再热蒸汽温度质量,提高机组运行经济性。
与现有技术相比,本发明的优点如下:
(1)考虑到二次再热机组大惯性问题,将锅炉金属蓄热引入温度控制系统,考虑到主、再热蒸汽之间热量分配问题,将蓄热差引起的煤量补偿值带进锅炉的热量合理分配给主、再热蒸汽温度,通过以上方法,可改善蒸汽品质,提高变负荷过程中的经济性、安全性,增强机组调峰能力。
(2)本发明实现方法简单,回收周期短。
附图说明
图1为100%-75%THA时锅炉实时蓄热量与蓄热设定值变化规律曲线图。
图2为不同变负荷范围下,主、再热蒸汽设备蓄热量变化。
图3为二次再热机组温度控制逻辑。
具体实施方法
下面结合附图和实施例子对本发明进一步说明。
本发明一种考虑锅炉金属蓄热的二次再热机组蒸汽温度控制方法,具体包括如下步骤:
(1)锅炉金属蓄热量计算
火电厂的锅炉系统中,每个设备金属面都安装了温度测点,将测量出的温度记为Ti。通过金属受热面的温度、比热容和金属质量可计算出金属的蓄热量。其中温度由热电偶可直接测得,比热容和金属质量一般在锅炉厂家提供的“锅炉说明书”中会详细给出;
设备金属面的蓄热量计算如下:
Qi=M*cM*(Ti-T0)
式中:Qi为设备金属面的蓄热量,当机组处于稳态负荷时,Qi为此负荷下设备金属面蓄热设定值,当机组处于变负荷时,Qi为设备金属实时蓄热量,kJ;T0是环境温度,℃;M为金属的质量,kg;cM是金属比热容,kJ/(kg·℃);
主蒸汽设备的总蓄热量:
再热蒸汽设备的总蓄热量:
锅炉金属蓄热量为:
QT=QL+QR
式中:QL为主蒸汽设备的总蓄热量,当机组处于稳态负荷时,QL为此负荷下主蒸汽设备蓄热设定值,当机组处于变负荷时,QL为主蒸汽设备实时蓄热量,kJ;QR为再热蒸汽设备的总蓄热量,当机组处于稳态负荷时,QR为此负荷下再热蒸汽设备蓄热设定值,当机组处于变负荷时,QR为再热蒸汽设备实时蓄热量,kJ;QT为锅炉金属的蓄热量,当机组处于稳态负荷时,QT为此负荷下锅炉金属蓄热设定值,当机组处于变负荷时,QT为锅炉金属实时蓄热量,kJ;n为加热主蒸汽设备总编号;m-n为加热再热蒸汽设备总编号;
(2)列出不同负荷下锅炉金属蓄热设定值与负荷的对应表
当机组处于稳定负荷时,利用步骤(1)锅炉金属蓄热量的计算方法,测量出多个稳态负荷的受热面金属温度,进而计算出不同稳态负荷的锅炉金属蓄热设定值,通过线性插值的方法建立负荷与锅炉金属蓄热设定值的关系,如图1中蓄热设定值曲线所示;将此关系接入电厂的DCS控制系统;
(3)列出负荷与主、再热蒸汽蓄热变化量之比的关系
按照步骤(1)中所示方法计算不同稳态工况下机组中主、再热蒸汽设备总蓄热量,选取一定变化间隔,(本发明以10%THA为间隔,如50%-60%THA),按照如下所示方法计算机组在a负荷与b负荷之间主、再热蓄热变化量以及主、再热蒸汽设备蓄热变化量之比:
主蒸汽设备蓄热变化量:
ΔQL-a-b=QL-a-QL-b
再热蒸汽设备蓄热变化量
ΔQR-a-b=QR-a-QR-b
主、再热蒸汽设备蓄热变化量之比:
式中:a、b表示机组负荷,MW;QL-a为机组负荷在a负荷时,主蒸汽设备蓄热量;QL-b为机组负荷在b负荷时,主蒸汽设备蓄热量;△QL-a-b为机组在负荷在a与b之间变化时,主蒸汽设备的蓄热变化量,kJ;QR-a为机组负荷在a负荷时,再热蒸汽设备蓄热量;QR-b为机组负荷在b负荷时,再热蒸汽设备蓄热量;△QR-a-b为机组在负荷在a与b之间变化时,再热蒸汽设备的蓄热变化量,kJ;△FGRh-s为主、再热蒸汽设备的蓄热变化量之比;
(4)列出不同范围变负荷下主、再热蒸汽设备蓄热变化量之比与负荷之间的关系
通过分段函数的方法得出主蒸汽与再热蒸汽设备蓄热变化量之比与负荷的关系,如图2中的主、再热蒸汽设备蓄热变化量之比所示,记为f(x);并将此关系接入机组DCS系统,如图3所示;
(5)锅炉入口煤量修正计算
①信号采集与处理1
在某个运行工况下,读取锅炉壁面各个部位的温度值,按照步骤(1)提及的计算公式,可得到锅炉金属实时蓄热量QT,r-t;通过实时负荷指令Pe,l-c,利用步骤(2)中的关系,可查得对应的蓄热设定值QT,s-p,如图1设定值曲线所示;
②信号采集与处理2
对上一步采集得到的锅炉金属实时蓄热量QT,r-t和蓄热设定值QT,s-p作差,输入PID控制器得到蓄热引起的煤量补偿值△Brevised
③获取煤量指令,处理得到煤量修正值
从机组DCS获取煤量指令B1,通过下式计算得到煤量新值:
Brevised=B1+△Brevised
(6)锅炉入口烟气再循环量修正计算
①信号采集与处理1
热电偶测出烟气流入与流出再热蒸汽受热面的温度,由焓值温度关系得出对应焓值,计算出焓值之差△h。燃料低位发热量一般由煤种确定。
②信号采集与处理2
将△Brevised输入步骤(4)中所描述的函数f(x)运算,进而得出烟气再循环量的补偿值,记为△FGRrevised:
△FGRrevised=f(x)*△Brevised*Qar/△h/(f(x)+1)
③获取烟气再循环量信号,处理得到修正值
从机组DCS获取烟气再循环量指令FGR1,通过下式计算得到烟气再循环量新值:
FGRrevised=FGR1+△FGRrevised
(7)主、再热蒸汽温度改善
在变负荷过程中,通过煤量、烟气再循环量的补偿,改善主、再热蒸汽温度质量,提高机组运行经济性。

Claims (1)

1.一种考虑锅炉金属蓄热的二次再热机组蒸汽温度控制方法,其特征在于:将锅炉金属实时蓄热量与蓄热设定值的差值输入PID控制器,获得煤量补偿值,将煤量补偿值输入负荷与主、再热蒸汽设备蓄热变化量之比的函数关系,获得烟气再循环量补偿值,将煤量、烟气再循环量补偿值分别与从机组DCS中得到的煤量、烟气再循环量指令相加,得到煤量、烟气再循环量新值;具体步骤如下:
(1)锅炉金属蓄热量的计算
测量不同负荷下,锅炉不同设备金属面的壁温Ti,i为设备编号;设备金属面的蓄热量计算如下:
Qi=M*cM*(Ti-T0)
式中:Qi为设备金属面的蓄热量,当机组处于稳态负荷时,Qi为此负荷下设备金属蓄热设定值,当机组处于变负荷时,Qi为设备金属面实时蓄热量,kJ;T0是环境温度,℃;M为金属的质量,kg;cM是金属比热容,kJ/(kg·℃);
主蒸汽设备的总蓄热量:
再热蒸汽设备的总蓄热量:
锅炉金属蓄热量为:
QT=QL+QR
式中:QL为主蒸汽设备的总蓄热量,当机组处于稳态负荷时,QL为此负荷下主蒸汽设备蓄热设定值,当机组处于变负荷时,QL为主蒸汽设备实时蓄热量,kJ;QR为再热蒸汽设备的总蓄热量,当机组处于稳态负荷时,QR为此负荷下再热蒸汽设备蓄热设定值,当机组处于变负荷时,QR为再热蒸汽设备实时蓄热量,kJ;QT为锅炉金属的蓄热量,当机组处于稳态负荷时,QT为此负荷下锅炉金属蓄热设定值,当机组处于变负荷时,QT为锅炉金属实时蓄热量,kJ;n为加热主蒸汽设备总编号;m-n为加热再热蒸汽设备总编号;
(2)列出不同负荷下锅炉金属蓄热设定值与负荷的对应表
当机组处于稳定负荷时,利用步骤(1)中锅炉金属蓄热量的计算方法,得到不同负荷下锅炉金属蓄热量,称为锅炉金属蓄热设定值,通过线性插值的方法建立负荷与锅炉金属蓄热设定值的关系;
(3)计算不同范围变负荷下主、再热蒸汽设备蓄热变化量之比
ΔQL-a-b=QL-a-QL-b
ΔQR-a-b=QR-a-QR-b
式中:a、b表示机组负荷,MW;QL-a为机组负荷在a负荷时,主蒸汽设备蓄热量;QL-b为机组负荷在b负荷时,主蒸汽设备蓄热量;△QL-a-b为机组负荷在a与b之间变化时,主蒸汽设备的蓄热变化量,kJ;QR-a为机组负荷在a负荷时,再热蒸汽设备蓄热量;QR-b为机组负荷在b负荷时,再热蒸汽设备蓄热量;△QR-a-b为机组负荷在a与b之间变化时,再热蒸汽设备的蓄热变化量,kJ;△FGRh-s为主、再热蒸汽设备蓄热变化量之比;
(4)列出不同范围变负荷下主、再热蒸汽设备蓄热变化量之比与负荷之间的关系
选取一定变化间隔,得出主、再热蒸汽设备蓄热变化量之比与负荷的关系,记为f(x);
(5)锅炉入口煤量修正计算
在变负荷过程中,由于热惯性的存在,锅炉金属实时蓄热量QT,r-t与蓄热设定值QT,s-p存在差异,将QT,r-t与QT,s-p的差值△QT输入PID,通过整定PID参数,得到煤量补偿值,记为△Brevised
△QT=QT,r-t-QT,s-p
△Brevised=fPID(△QT)
(6)锅炉入口烟气再循环量修正计算
在变负荷过程中,当蓄热引起煤量补偿时,由于二次再热机组惯性较大,再热蒸汽温度可能会面临调节滞后的问题,因此,由蓄热引起的煤量补偿值所带入锅炉系统的热量需要在主、再热蒸汽之间合理分配;当蓄热差引起煤量补偿时,将煤量补偿值输入步骤(4)中所描述的函数f(x)运算,进而得出烟气再循环量的补偿值,记为△FGRrevised:
△FGRrevised=f(x)*△Brevised*Qar/△h/(f(x)+1)
式中:Qar是燃料低位发热量,kJ/kg;△h是烟气流入与流出再热蒸汽受热面焓值之差,kJ/kg;
(7)煤量新值、烟气再循环量新值
将步骤(5)和步骤(6)中得到的煤量补偿值与烟气再循环量补偿值分别与由机组DCS中得到的煤量指令、烟气再循环量指令相加,得到煤量新值Brevised和烟气再循环量的新值FGRrevised
Brevised=B1+△Brevised
FGRrevised=FGR1+△FGRrevised
式中:B1为由机组DCS中获得的煤量指令,FGR1为由机组DCS中获得的烟气再循环量指令;
(8)主、再热蒸汽温度改善
在变负荷过程中,通过煤量、烟气再循环量的补偿,改善主、再热蒸汽温度质量,提高机组运行经济性。
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