CN110925732A - 农林生物质水冷振动炉排锅炉热电联产机组小容量热井和除氧器水位联合控制策略及装置 - Google Patents

农林生物质水冷振动炉排锅炉热电联产机组小容量热井和除氧器水位联合控制策略及装置 Download PDF

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宋鸿伟
王文华
邵长征
栗学杰
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Abstract

本发明公开了一种热电联产机组凝汽器热井和除氧器水位联合控制方法，凝汽器热井和除氧器进水口之间通过变频凝泵连接，通过变频凝泵调节凝汽器热井水位，使所述凝汽器热井水位保持稳定；当除氧器水位低于低限值时，启动凝补水泵向凝汽器热井补水，变频凝泵将水输送至除氧器，使除氧器的水位升高；当除氧器水位高于高限值时，停止补水凝泵。本发明还公开了一种热电联产机组凝汽器热井和除氧器水位联合控制装置。本发明通过优化系统设计，并且采用相应的控制策略实现了全过程自动控制，并且优先保证凝汽器热井水位平稳，除氧器水位控制在一定的范围内。

Description

农林生物质水冷振动炉排锅炉热电联产机组小容量热井和除 氧器水位联合控制策略及装置
技术领域
本发明涉及热电联产机组凝汽器热井和除氧器水位控制领域，并且更具体地，特别是指一种农林生物质水冷振动炉排锅炉热电联产机组小容量热井和除氧器水位联合控制策略及装置。
背景技术
除氧器和凝汽器热井是整个单元机组给水加热系统中的缓冲环节，其水位是机组运行需监控的几个最重要的参数之一，水位过高或过低都会影响机组的安全经济运行，精确控制除氧器和凝汽器热井水位对单元机组的正常运行是必不可少的，适当的控制策略和相应的参数整定是实现水位控制的保障。目前各农林生物质热电联产机组普遍存在无法有效控制除氧器和凝汽器热井水位的问题，基本上均处于手动控制的水平。
现有技术中尚未披露一种新型农林生物质热电联产机组凝汽器热井和除氧器水位联合控制方法及装置，其通过优化系统设计，并采用相应的控制策略来实现除氧器和凝汽器热井水位在机组运行过程中的全过程自动控制。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种热电联产机组凝汽器热井和除氧器水位联合控制方法及装置，能够通过优化系统设计，并且采用相应的控制策略实现了全过程自动控制，并且优先保证凝汽器热井水位平稳，除氧器水位控制在一定的范围内。
基于上述目的，本发明实施例的一方面，提供了一种热电联产机组凝汽器热井和除氧器水位联合控制方法，包括：
凝汽器热井和除氧器进水口之间通过变频凝泵连接，通过变频凝泵调节凝汽器热井水位，使凝汽器热井水位保持稳定；
当除氧器水位低于低限值时，启动凝补水泵向凝汽器热井补水，变频凝泵将水输送至除氧器，使除氧器的水位升高；
当除氧器水位高于高限值时，停止补水凝泵。
在一些实施例中，凝汽器热井水位的调节采用主蒸汽流量作为调节前馈。
在一些实施例中，凝汽器热井的进水包括汽轮机排汽、凝补水泵补水、低加疏水和低负荷抽汽管路疏水。
在一些实施例中，通过变频凝泵调节凝汽器热井水位采取串级PID控制，主调调节凝汽器热井水位，副调调节凝结水流量。
在一些实施例中，凝汽器热井的实际水位与设定值的偏差为±10mm。
在一些实施例中，除氧器水位通过凝补水泵来控制，其中水位在设定值1450-1650mm之间波动。
在一些实施例中，通过设置上水调阀调节变频凝泵出口处的母管压力。
在一些实施例中，启动凝补水泵向凝汽器热井补水时，变频凝泵的频率加大，在凝补水泵启动后凝汽器热井水位与设定值偏差不大于+50mm，后趋于平稳，偏差不大于±10mm。
在一些实施例中，在凝补水泵停止后所述凝汽器热井水位与设定值偏差不大于-50mm，后趋于平稳，偏差不大于±10mm。
本发明实施例的另一方面还提供了一种热电联产机组凝汽器热井和除氧器水位联合控制装置，包括：凝汽器热井、除氧器以及变频凝泵，其中，
凝汽器热井的补水口连接凝补水泵的出水口并且凝汽器热井的进水口连接凝结水管，
变频凝泵的进水口连接凝汽器热井的出水口并且变频凝泵的出水口连接除氧器的进水口，
除氧器的出水口连接锅炉的进水口。
本发明具有以下有益技术效果：
本发明实施例提供的一种热电联产机组凝汽器热井和除氧器水位联合控制方法及装置，通过在凝汽器热井和除氧器进水口之间设置变频凝泵，首先保证凝汽器热井水位的稳定性，同时在除氧器水位过高或过低时，通过补水凝泵实现除氧器水位的调整，在保证凝汽器热井水位稳定性的基础上，同时保证了除氧器水位在合适的范围内。
本发明实施例通过优化系统设计，并且采用相应的控制策略实现了全过程自动控制，优先保证凝汽器热井水位平稳，除氧器水位控制在一定的范围内，变频凝泵出口母管压力控制满足除氧器上水需求，实践证明，凝补水水泵可以一小时左右启动一次，每次补水40分钟左右，自动控制使汽机侧运行人员已实现无操作、全程监视的目标，大大减少了运行人员的工作量和劳动强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明公开的热电联产机组凝汽器热井和除氧器水位联合控制工程结构示意图；
图2是本发明公开的热电联产机组凝汽器热井和除氧器水位联合控制示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”和“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
基于上述目的，本发明实施例的第一个方面，提出了一种热电联产机组凝汽器热井3和除氧器7水位联合控制方法的一个实施例。图1示出了本发明公开的热电联产机组凝汽器热井3和除氧器7水位联合控制工程结构示意图；图2示出了本发明提供的热电联产机组凝汽器热井3和除氧器7水位联合控制示意图。
一种热电联产机组凝汽器热井3和除氧器7水位联合控制方法，可选地，包括：
凝汽器热井3和除氧器7进水口之间通过变频凝泵4连接，通过变频凝泵4调节凝汽器热井3水位，使凝汽器热井3水位保持稳定；
当除氧器7水位低于低限值时，启动凝补水泵1向凝汽器热井3补水，变频凝泵4将水输送至除氧器7，使除氧器7的水位升高；
当除氧器7水位高于高限值时，停止补水凝泵1。
如图1-2所示，凝汽器热井3为小容量热井。该控制策略中，将凝汽器热井3和除氧器7可看作是一个容器的上下两个部分，控制的目标是首先保证凝汽器热井3水位平稳，其次保障除氧器7水位相对平稳。当除氧器7水位较低时，启动凝补水泵1同时打开凝补水调阀2给凝汽器热井3补水，补充的水量通过变频凝泵4将水给到除氧器7，使除氧器7水位升高；当除氧器7水位较高时，停止凝补水泵1同时关闭凝补水调阀2，调整凝泵频率，使凝汽器热井3水位保持稳定，随着机组水量的蒸发及损耗，在维持热井3水位稳定时，除氧器7水位会逐渐减低。除氧器7水位较低时，再次开始本循环。该控制策略可保持凝汽器热井3水位平稳，除氧器7水位在设定高液位和低液位间稳定运行。在该控制策略中，凝结水再循环调阀5、凝补水调阀2可不参与水位控制。
如图1所示，变频凝泵4包括A变频凝泵41和B变频凝泵42。其中，该变频凝泵4分两路更容易调节除氧器7的上水量。保证除氧器7的水位的精确调节。
由于生物质能锅炉燃烧的不稳定性，导致负荷变化较为剧烈，汽轮机排汽量会随负荷的变化而波动。因此，变频凝泵4在PID调节时要优先考虑排汽量的变化对变频凝泵4变频控制的影响。PID是比例、积分、微分的简称。
在一个优选实施例中，凝汽器热井3水位的调节采用主蒸汽流量作为调节前馈。
其中，本申请采用变频凝泵4调节凝汽器热井3水位，首先要求凝结水泵为变频工作方式，变频改造方案及实施采用现有技术中常用的方式。由于凝汽器热井3设计较小凝汽器排汽量对凝汽器热井3水位影响较大，凝汽器热井3水位对主蒸汽流量变化比较敏感，故采用主蒸汽流量作为凝汽器热井3水位调节前馈，加快负荷变化时PID反应速度。
在一个优选实施例中，凝汽器热井3的进水包括汽轮机排汽、凝补水泵1补水、低加疏水和低负荷抽汽管路疏水。鉴于新型控制策略，优先考虑凝汽器热井3水位调节。通过观察机组运行规律，凝汽器热井3进水有汽轮机排汽、凝补水泵1补水、低加疏水以及低负荷抽汽管路疏水。在机组正常运行时低加疏水和抽汽管路疏水可以不考虑，汽轮机排汽和凝补水泵1补水是影响凝汽器热井3水位变化的主要因素。
在一个优选实施例中，通过变频凝泵4调节凝汽器热井3水位采取串级PID控制，主调调节凝汽器热井3水位，副调调节凝结水流量。凝结水包括汽轮机排汽、凝补水泵1补水、低加疏水和低负荷抽汽管路疏水。
凝汽器热井3水位控制采取串级PID控制，主调调节凝汽器热井3水位，副调调节凝结水流量。主调要求稳态偏差小、对系统干扰响应快，副调要求调节速度快、响应及时。
在一个优选实施例中，凝汽器热井3的实际水位与设定值的偏差为±10mm。
经反复整定，PID调节能平稳运行，稳态运行时凝汽器热井3实际水位与设定值偏差在正负10mm波动，自动控制效果较好，满足机组长期稳定安全运行需要。
在一个优选实施例中，除氧器7水位通过凝补水泵1来控制，其中水位在设定值1450-1650mm之间波动。凝汽器热井3水位控制投自动运行后，除氧器7水位已很平稳，凝汽器热井3水位在正负10mm波动时除氧器7水位基本不变。随着机组水量的蒸发及损耗，除氧器7水位会缓慢下降，在除氧器7和凝汽器热井3水位联合控制策略中，设定除氧器7水位从1650mm降至1450mm时联锁启动凝补水泵1打开凝补水调阀2给凝汽器热井3补水，凝汽器热井3水位自动控制下补进来的水量会迅速转移到除氧器7中，凝汽器热井3水位保持基本不变，除氧器7水位会缓慢升高。除氧器7水位达到1650mm后联锁停止凝补水泵1关闭凝补水调阀2，除氧器7水位随后又开始缓慢降低，重复上述循环过程。
在一个优选实施例中，通过设置上水调阀6调节变频凝泵4出口处的母管压力。变频凝泵4调节凝汽器热井3水位时，凝泵4出口母管压力会随着凝泵变频器频率的变化而波动，如果凝泵4出口母管压力与除氧器7压力相差小于0.3Mpa时，无法保证除氧器7正常上水。
为保障除氧器7正常上水，采用除氧器7上水调门6调节凝结水母管压力。PID参数整定时采取跟随缓慢、稳定偏差小的策略，随负荷波动母管压力控制目标值在0.85-0.95MPa变化。投运后母管实际压力与设定值偏差在正负0.03MPa范围内波动，满足除氧器7上水需求。
变频凝泵4调节凝汽器热井3水位时，变频凝泵4出口母管压力由上水调阀6来控制，变频凝泵4与上水调阀6之间存在调节耦合的问题，通过对PID参数整定解决两个PID间耦合的问题。
在一个优选实施例中，启动凝补水泵1向凝汽器热井3补水时，变频凝泵4的频率加大，在凝补水泵1启动后凝汽器热井3水位与设定值偏差不大于+50mm，后趋于平稳，偏差不大于±10mm。在凝补水泵1停止后凝汽器热井3水位与设定值偏差不大于-50mm，后趋于平稳，偏差不大于±10mm。
除氧器7水位达到设定值下限时联锁启动凝补水泵1打开凝补水调阀2时，进入凝汽器热井3水量会突增，对凝汽器热井3水位控制形成剧烈的外扰，此时变频凝泵4的PID调节会自动加大频率，增加凝结水流量以调节凝汽器热井3水位平稳，在此过程中水位最大偏差能达到+50mm，随后在两个调节过程后回到目标值附近。
除氧器7水位达到设定值上限时联锁停止凝补水泵1关闭凝补水调阀2时，进入凝汽器热井3的水量会突降，对凝汽器热井3水位控制形成剧烈的外扰，此时变频凝泵4的PID调节会自动降低频率，减少凝结水流量以调节凝汽器热井3水位平稳，在此过程中水位最大偏差能达到-50mm，随后在两个调节过程后回到目标值附近。
凝补水调阀2开或关时凝汽器热井3水位变化正负50mm，随后能迅速调整回设定值附近，因此不在凝汽器热井3水位控制PID中参与前馈调节。
小容量凝汽器热井3水位控制采用三冲量串级PID控制，对于主要干扰源的补水作为副调的前馈，及时调节偏差达到水位稳定控制的目的。
基于上述目的，本发明实施例的第二个方面，提出了一种热电联产机组凝汽器热井3和除氧器7水位联合控制装置的一个实施例。如图2所示。该装置包括：凝汽器热井、除氧器以及变频凝泵，其中，
凝汽器热井的补水口连接凝补水泵的出水口并且凝汽器热井的进水口连接凝结水管，
变频凝泵的进水口连接凝汽器热井的出水口并且变频凝泵的出水口连接除氧器的进水口，
除氧器的出水口连接锅炉的进水口。
本发明实施例提供的一种热电联产机组凝汽器热井和除氧器水位联合控制方法及装置，能够通过优化系统设计，并且采用相应的控制策略实现了全过程自动控制，并且优先保证凝汽器热井水位平稳，除氧器水位控制在一定的范围内，凝结水母管压力控制满足除氧器上水需求，凝补水水泵一小时左右启动一次，每次补水40分钟左右，自动控制使汽机侧运行人员已实现无操作、全程监视的目标，大大减少了运行人员的工作量和劳动强度。该控制方式对小容量凝汽器热井水位和除氧器水位的控制具有极大的指导意义，具有较强的推广价值。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热电联产机组凝汽器热井和除氧器水位联合控制方法，其特征在于，
凝汽器热井和除氧器进水口之间通过变频凝泵连接，通过变频凝泵调节凝汽器热井水位，使所述凝汽器热井水位保持稳定；
当除氧器水位低于低限值时，启动凝补水泵向凝汽器热井补水，变频凝泵将水输送至除氧器，使除氧器的水位升高；
当除氧器水位高于高限值时，停止补水凝泵。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述凝汽器热井水位的调节采用主蒸汽流量作为调节前馈。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述凝汽器热井的进水包括汽轮机排汽、凝补水泵补水、低加疏水和低负荷抽汽管路疏水。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过变频凝泵调节凝汽器热井水位采取串级PID控制，主调调节凝汽器热井水位，副调调节凝结水流量。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述凝汽器热井的实际水位与设定值的偏差为±10mm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述除氧器水位通过凝补水泵来控制，其中所述水位在设定值1450-1650mm之间波动。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过设置上水调阀调节变频凝泵出口处的母管压力。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，启动凝补水泵向凝汽器热井补水时，所述变频凝泵的频率加大，在所述凝补水泵启动后凝汽器热井水位与设定值偏差不大于+50mm，后趋于平稳，偏差不大于±10mm。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述凝补水泵停止后所述凝汽器热井水位与设定值偏差不大于-50mm，后趋于平稳，偏差不大于±10mm。
10.一种热电联产机组凝汽器热井和除氧器水位联合控制装置，其特征在于，包括：凝汽器热井、除氧器以及变频凝泵，其中，
所述凝汽器热井的补水口连接凝补水泵的出水口并且所述凝汽器热井的进水口连接凝结水管，
所述变频凝泵的进水口连接所述凝汽器热井的出水口并且所述变频凝泵的出水口连接所述除氧器的进水口，
所述除氧器的出水口连接锅炉的进水口。
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