CN110529722A - 基于蒸汽过热度参数的管道疏水方法及系统 - Google Patents

基于蒸汽过热度参数的管道疏水方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供的基于蒸汽过热度参数的管道疏水方法及系统，根据热蒸汽母管的压力参数确定饱和蒸汽温度，再根据饱和蒸汽温度和疏水罐内部蒸汽的温度参数得到疏水罐内部蒸汽的过热度，最后根据过热度与预设值比较，输出疏水阀的开闭指令，对机组启停初期低负荷工况下过热蒸汽管道可能产生的凝结水以及低过热度蒸汽及时准确疏放回收。有效解决了火力发电厂、太阳能热发电厂现有控制策略，造成的启动周期增长、疏水阀及管道热冲击大、合格蒸汽被疏放的热量损失大的问题。适用于所有过热状态的蒸汽管道在低参数工况进行自动疏水的工艺过程，工业适用面广，节能效果显著。

Description

基于蒸汽过热度参数的管道疏水方法及系统
技术领域
本发明属于热力发电厂热力控制系统技术领域，具体为基于蒸汽过热度参数的管道疏水方法及系统。
背景技术
在发电厂启、停机的低负荷过程中，热力系统会出现蒸汽过热度低的工况。如果蒸汽的过热度不足，进入汽轮机的过热蒸汽经过前几级叶片后温度降低较大，到达后级叶片的温度有可能会低至饱和温度，转变为湿蒸汽。湿蒸汽带水对叶片的危害极大，所以进入汽轮机组的蒸汽的过热度要控制在50～100℃较为安全。汽轮机厂会对进汽压力、温度有限值要求，就是要保证进汽的过热度，防止汽轮机进水，保护设备安全。
常规火电厂的过热蒸汽管道设置的气动疏水阀，是根据启停过程中机组负荷的大小直接联锁打开/关闭，没有设置任何检测仪表。其具体做法是：在负荷小于20％工况，联锁打开所有管道疏水阀；负荷大于20％，经过一定延时后联锁关闭所有管道疏水阀；虽然其机组运行的连续性、稳定性好，机组启、停次数较少，但这种疏水阀一刀切的粗放型控制方案，依然会影响机组的启停快速性和启停期间的经济性。
在太阳能热发电项目中，有很多不同于火力发电厂的运行工况，尤其在夜晚用电低谷时段，有些光热发电厂会有停机模式；在日出后，开始启动汽轮发电机组设备。这样频繁地启停机组，在启动、预暖阶段，会出现过热汽、再热汽热段等汽源参数波动较大的工况。管道自动疏水的设计，是要保证这个工艺过程应尽量平稳、快速，从而防止汽轮机进水，缩短启动周期，保证机组安全运行。
太阳能热发电项目机组的启停频繁，如仍旧采用传统的控制策略进行管道疏水：所有疏水阀同时开、关，会造成启动周期长、疏水阀热冲击大、部分合格工质被降温回收。造成的各项损耗和较大的热量损失。
发明内容
针对现有技术中机组频繁启停，造成各项损耗和热量损失较大的问题，本发明提供一种基于蒸汽过热度参数的管道疏水方法及系统，根据过热蒸汽管道疏水罐的蒸汽温度参数，控制疏水阀的开闭，有效缩短启动周期，减少工质热量损失，提高机组经济性。
本发明是通过以下技术方案来实现：
基于蒸汽过热度参数的管道疏水方法，包括以下步骤，
S100，获取过热蒸汽管道上疏水罐内部蒸汽的温度参数T1，以及过热蒸汽母管的压力参数P1；
S200，根据过热蒸汽母管的压力参数P1，确定对应压力下的饱和蒸汽温度T2；
S300，根据饱和蒸汽温度T2和疏水罐内部蒸汽的温度参数T1，确定疏水罐内部蒸汽的过热度Ts；
S400，将步骤S300得到疏水罐内部蒸汽的过热度Ts，与预设的蒸汽过热度高设定值TsH和蒸汽过热度低设定值TsL进行比较，根据比较结果控制疏水阀的开关；
当Ts≤TsL，则打开疏水阀；
当Ts≥TsH，则延时设定时间后，关闭疏水阀。
优选的，步骤S100中同时获取过热蒸汽母管靠近汽机侧的三处压力参数，并将三处压力参数做均值处理，得到过热蒸汽母管的压力参数P1。
优选的，步骤S300中疏水罐内部蒸汽的过热度Ts的具体确定方式如下；
过热度Ts＝温度参数T1–饱和蒸汽温度T2
优选的，步骤S400中：
蒸汽过热度高设定值TsH比蒸汽过热度参数T2高35～45℃；
蒸汽过热度低设定值TsL比蒸汽过热度高设定值TsH低10～15℃。
本发明还提供一种上述蒸汽过热度参数的管道疏水方法的系统，包括控制单元，以及与其连接的温度传感器和压力变送器，压力变送器安装蒸汽母管道上，温度传感器安装在疏水罐上；
控制单元包括均值模块、饱和蒸汽温度模块、减法模块、高值比较模块、低值比较模块和延伸模块；
温度传感器与减法模块的输入端连接；
压力传感器与饱和蒸汽温度模块的输入端连接，饱和蒸汽温度模块的输出端与减法模块的输入端连接；
减法模块的输出端分别与高值比较模块和低值比较模块连接。
优选的，所述高值比较模块的输出端还连接有延时模块。
优选的，所述温度传感器通过滤波器与减法模块的输入端连接。
优选的，所述疏水罐上设置有温度检测安装孔，温度检测安装孔位于疏水罐自上而下的3/5高度位置处，温度传感器安装在疏水罐的温度检测安装孔上。
优选的，所述压力变送器的数量为多个冗余设置，多个压力变送器等间距安装在靠近汽机侧的蒸汽母管道上。
优选的，所述多个压力变送器分别通过滤波器与均值模块连接，均值模块与饱和蒸汽温度模块的输入端连接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的基于蒸汽过热度参数的管道疏水方法，根据热蒸汽母管的压力参数确定饱和蒸汽温度，在根据饱和蒸汽温度和疏水罐内部蒸汽的温度参数得到疏水罐内部蒸汽的过热度，最后根据过热度与预设值比较，控制疏水阀的开闭，设置蒸汽过热度高值和蒸汽过热度低值，避免过热度在预设值附近拨动，造成疏水阀的反复开闭。该方法能够对启停机初期低负荷工况下过热蒸汽管道可能产生的凝结水以及低过热度蒸汽及时准确疏放回收控制，有效解决了火力发电厂、太阳能热发电厂的大量过热蒸汽管道疏水阀按照机组低负荷时同时打开，机组在一定负荷后同时关闭的控制策略，造成的启动周期增长、疏水阀及管道热冲击大、合格蒸汽被疏放的热量损失的问题。能够有效缩短机组启动时间，减少系统热冲击和系统参数波动，避免合格工质回收造成的热量损失，提高系统及机组设备运行稳定性，通过精准控制有效延长设备的使用寿命。适用于所有过热状态的蒸汽管道在低参数工况进行自动疏水的工艺过程，工业适用面广，节能效果显著。
获取热蒸汽母管上冗余设置的压力参数并进行均值处理，提高控制精度。
本发明提供的基于蒸汽过热度参数的管道疏水系统，通过温度传感器和压力变送器采集温度和压力参数，然后输入至逻辑模块，通过减法模块得到过热度Ts，最后通过比较模块进行比较，输出疏水阀的开关指令，实现方式简单，成本低廉。
附图说明
图1为本发明基于蒸汽过热度参数的管道疏水系统的结构图；
图2为本发明疏水罐的结构图；
图3为本发明疏水方法的控制逻辑组态图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
参阅图3，基于蒸汽过热度参数的管道疏水方法，包括以下步骤，
S100，获取过热蒸汽管道疏水罐内部温度参数T1，以及过热蒸汽母管压力参数P1；
S200，根据过热蒸汽母管压力参数P1，计算得出对应压力下的饱和蒸汽温度T2；
然后根据饱和蒸汽温度T2和疏水罐内部温度参数T1，计算得出疏水罐内部蒸汽的过热度Ts，单位是℃；
S300，利用疏水罐内部蒸汽的过热度Ts，与预设的蒸汽过热度高值TsH和蒸汽过热度低值TsL进行比较，根据比较结果控制疏水阀的开关。
当Ts≤TsL，则打开疏水阀；
当Ts≥TsH，则延时t秒后，关闭疏水阀。
参阅图1和2，一种基于蒸汽过热度参数的管道疏水系统，包括控制单元，以及与其连接的温度传感器和多个压力变送器。
所述多个压力变送器等间距安装在靠近汽机侧的蒸汽母管道上，过热蒸汽管的低位直段管道上设置有疏水罐，疏水罐上设置有温度检测安装孔，温度检测安装孔位于疏水罐自上而下的3/5的高度位置处，温度传感器安装在疏水罐的温度检测安装孔上。
控制单元包括多个滤波器、均值模块、饱和蒸汽温度模块、减法模块、高值比较模块、低值比较模块和延伸模块。
温度传感器通过第一滤波器与减法模块的输入端连接；
多个压力传感器分别通过一个滤波器与均值模块连接，均值模块与饱和蒸汽温度模块的输入端连接，饱和蒸汽温度模块的输出端与减法模块的输入端连接。
减法模块的输出端分别与高值比较模块和低值比较模块连接，高值比较模块的输出端还连接有延时模块。
温度传感器采集的疏水罐的温度参数T1，通过第一滤波器进行滤波后输入至减法模块。
压力传感器的数量为三个，三个压力传感器各采集的过热蒸汽母管的压力参数，分别输入至与其连接的滤波器进行滤波，滤波后的三个压力参数分别输入至均值模块，得到压力均值，压力均值再输入至饱和蒸汽温度模块，饱和蒸汽温度模块输出饱和蒸汽温度T2。
在减法模块中，温度参数T1减去饱和蒸汽温度T2得到疏水罐内部蒸汽的过热度Ts。
过热度Ts分别输入至高值比较模块和低值比较模块，高值比较模块中预设蒸汽过热度高设定值TsH，低值比较模块中预设蒸汽过热度低设定值TsL。
蒸汽过热度Ts经低值比较模块运算，当Ts≤TsL，低值比较模块输出疏水阀开指令。
蒸汽过热度Ts经高值判断模块运算，当Ts≥TsH，高值判断模的输出值经过沿延时模块DELAY延时t秒之后，输出疏水阀关指令。
蒸汽过热度高设定值TsH比蒸汽过热度参数T2高35～45℃；
蒸汽过热度低设定值TsL比蒸汽过热度高设定值TsH低10～15℃。具体设定值由工艺系统安全性和工艺过程具体情况确定。
饱和蒸汽温度模块可以选择上海新华公司的PTCAL模块、国电智深公司的ENTHAPLY模块或艾默生公司的STEAMTABLE模块。
所述控制单元为DCS/PLC控制单元。
滤波器可以选择上海新华公司的FILTER模块、国电智深公司的LEADLAG模块或艾默生公司的SMOOTH模块。
蒸汽过热度的计算过程为：蒸汽过热度Ts＝蒸汽温度T1–饱和蒸汽温度T2，蒸汽过热度的标准单位是摄氏度(℃)。蒸汽过热度高设定值TsH以及蒸汽过热度低设定值TsL依据运行经验提出初始值，现场实施时结合现场调试过程修正得到最终定值；延时模块DELAY的延时时间t可在调试过程依据现场实际情况给出。
本发明提供的基于蒸汽过热度参数的管道疏水系统，能够对每个疏水阀根据疏水点的蒸汽参数进行单独控制，提高控制精准度，能够实现在蒸汽过热度不足时及时疏放回收凝结水，防止汽轮机进水；其次，能够疏放回收低过热度蒸汽工质，实现启动、暖管的工艺过程；又可以在疏水点蒸汽品质达标后及时关闭疏水阀，尽快进入下一工艺过程，缩短机组启动时间；另外，分别控制疏水阀，减少系统热冲击、减小系统参数波动、避免合格工质回收造成的热损失，提高系统及机组设备运行稳定性及使用寿命，是提高控制水平、实现工艺过程精细控制的有效方法。
本发明提供的基于蒸汽过热度参数的管道疏水方法，在任何热力系统的过热蒸汽管道存在低负荷工况需要自动疏水的工艺过程，都可以采用。在常规火力发电厂项目应用，替代传统控制策略，也可显著改善控制精度，减少一定的热损耗。在太阳能热发电项目中，节能效果更明显。在发电厂热力系统中可适用于以下工艺过程：主蒸汽管道疏水、再热蒸汽热段管道疏水、高压缸各段抽汽管道疏水等。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于蒸汽过热度参数的管道疏水方法，其特征在于，包括以下步骤，
S100，获取过热蒸汽管道上疏水罐内部蒸汽的温度参数T1，以及过热蒸汽母管的压力参数P1；
S200，根据过热蒸汽母管的压力参数P1，确定对应压力下的饱和蒸汽温度T2；
S300，根据饱和蒸汽温度T2和疏水罐内部蒸汽的温度参数T1，确定疏水罐内部蒸汽的过热度Ts；
S400，将步骤S300得到疏水罐内部蒸汽的过热度Ts，与预设的蒸汽过热度高设定值TsH和蒸汽过热度低设定值TsL进行比较，根据比较结果控制疏水阀的开关；
当Ts≤TsL，则打开疏水阀；
当Ts≥TsH，则延时设定时间后，关闭疏水阀。
2.根据权利要求1所述基于蒸汽过热度参数的管道疏水方法，其特征在于，步骤S100中同时获取过热蒸汽母管靠近汽机侧的三处压力参数，并将三处压力参数做均值处理，得到过热蒸汽母管的压力参数P1。
3.根据权利要求1所述基于蒸汽过热度参数的管道疏水方法，其特征在于，步骤S300中疏水罐内部蒸汽的过热度Ts的具体确定方式如下；
过热度Ts＝温度参数T1–饱和蒸汽温度T2
4.根据权利要求1所述基于蒸汽过热度参数的管道疏水方法，其特征在于，步骤S400中：
蒸汽过热度高设定值TsH比蒸汽过热度参数T2高35～45℃；
蒸汽过热度低设定值TsL比蒸汽过热度高设定值TsH低10～15℃。
5.一种权利要求1-4任一项所述基于蒸汽过热度参数的管道疏水方法的系统，其特征在于，包括控制单元，以及与其连接的温度传感器和压力变送器，压力变送器安装蒸汽母管道上，温度传感器安装在疏水罐上；
控制单元包括饱和蒸汽温度模块、减法模块、高值比较模块和低值比较模块；
温度传感器与减法模块的输入端连接；
压力变送器与饱和蒸汽温度模块的输入端连接，饱和蒸汽温度模块的输出端与减法模块的输入端连接；
减法模块的输出端分别与高值比较模块和低值比较模块连接。
6.根据权利要求5所述基于蒸汽过热度参数的管道疏水方法的系统，其特征在于，所述高值比较模块的输出端还连接有延时模块。
7.根据权利要求5所述基于蒸汽过热度参数的管道疏水方法的系统，其特征在于，所述温度传感器通过滤波器与减法模块的输入端连接。
8.根据权利要求5所述基于蒸汽过热度参数的管道疏水方法的系统，其特征在于，所述疏水罐上设置有温度检测安装孔，温度检测安装孔位于疏水罐自上而下的3/5高度位置处，温度传感器安装在疏水罐的温度检测安装孔上。
9.根据权利要求5所述基于蒸汽过热度参数的管道疏水方法的系统，其特征在于，所述压力变送器的数量为多个冗余设置，多个压力变送器等间距安装在靠近汽机侧的蒸汽母管道上。
10.根据权利要求9所述基于蒸汽过热度参数的管道疏水方法的系统，其特征在于，所述多个压力变送器分别通过滤波器与均值模块连接，均值模块与饱和蒸汽温度模块的输入端连接。
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