CN110939492A - 一种汽轮机中低压缸双路进汽结构及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及汽轮机领域，具体涉及一种汽轮机中低压缸双路进汽结构及控制方法。包括高压缸、中压缸、低压缸、去热网换热器、凝气器与洗涤塔，所述中压缸与低压缸之间连通有中低压连通管，所述中低压连通管上设置有CV阀，所述中压缸与低压缸之间还连通有中低压旁路管，所述中低压旁路管上设置有BPV阀，所述中压缸与去热网换热器之间连通有换热通汽管，所述换热通汽管上设置有LEV阀，所述CV阀、BPV阀与LEV阀均通过电气回路接入DCS电调控制系统，可实现自动调控，所述中压缸上排气口位置的母管上与低压缸上进气口位置的母管上均设置有压力传感器。本发明调频性能更好，自动化程度更高，具有更好的稳定性和经济效益，适合应用推广。
Description
技术领域
本发明涉及汽轮机领域，具体涉及一种汽轮机中低压缸双路进汽结构及控制方法。
背景技术
近年来电网对火电机组调频响应能力要求日益严苛，火电机组需在电网ACE模式满足调频需求，传统机组通过控制主汽门开度和速度调整调频性能，但受到锅炉出力慢，响应滞后时间长，且容易造成主汽温和主汽压的大幅波动的影响，很多机组调频性能不能满足电网需求，严重影响企业效益水平。
部分供热机组在抽凝工况下，运行人员通过手动调整中低压联通门或供热抽汽门改变供热量实现负荷的快速调整，火电厂汽轮机的安全稳定运行在火电厂中至关重要，同时需要兼顾热网的热负荷要求的变化、中压缸排汽压力安全范围、低压缸进汽压力的安全范围，该过程需要大量的人工干预，会因为操作人员的熟练度产生调节效果差异，造成机组在调频过程中的不稳定，而且手动调整兼顾要素较多存在很大的安全隐患。
汽轮机的中压缸排汽压力和低压缸进汽压力涉及汽轮机的安全运行，中压缸排汽压力过低会造成汽轮机中压缸过负荷，中压缸排汽压力过高会造成中压缸效率较低，低压缸进汽压力过低会造成低压缸压力端差小，容易带来鼓风摩擦。通过CV阀或者LEV阀去控制进入低压缸的进汽量因阀门过大，调整精度差，容易造成中压缸排汽压力、供热量、低压缸进汽压力的大幅波动，影响机组安全运行。
因此，一种能够实现火电厂汽轮机组快速调频，同时兼顾汽轮机中压缸排汽压力、供热量、低压缸进汽压力的安全运行的稳定的自动控制系统成为火电厂安全稳定运行的需求。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种汽轮机中低压缸双路进汽结构及控制方法，通过在原有汽轮机设备上增设一条中低压缸旁路，在中低压缸旁路增设可以精确快速控制的油动阀门，该阀门接入DCS电调控制，通过控制中低压缸旁路阀，短时间改变进入低压缸的进汽量，增加或减少进入低压缸的蒸汽量，利用一定的滞后时间通过CV阀维持中排压力在安全范围，同时热网抽汽门LEV阀同步结合主汽门进行电网调频，自动保证供热。本发明采用的技术方案如下：
一种汽轮机中低压缸双路进汽结构，包括高压缸、中压缸、低压缸、去热网换热器、凝气器与洗涤塔，所述中压缸与低压缸之间连通有中低压连通管，所述中低压连通管上设置有CV阀，所述中压缸与低压缸之间还连通有中低压旁路管，所述中低压旁路管上设置有BPV阀，所述中压缸与去热网换热器之间连通有换热通汽管，所述换热通汽管上设置有LEV阀，所述CV阀、BPV阀与LEV阀均通过电气回路接入DCS电调控制系统，可实现自动调控，所述中压缸上排气口位置的母管上与低压缸上进气口位置的母管上均设置有压力传感器。
所述中低压旁路管的通气流量为汽轮机BMCR主汽流量的20%。
所述中低压旁路管的管径设置为中低压连通管的管径的二分之一。
所述换热通汽管至少设置两条。
一种汽轮机中低压缸双路进汽结构的控制方法，包括以下步骤：
S1、DCS电调控制系统控制CV阀参与调节；
S2、DCS电调控制系统控制BPV阀参与调节；
S3、DCS电调控制系统控制LEV阀参与调节；
所述S1的具体调节方式为：
根据中压缸的排气压力目标值与中压缸上的压力传感器实时测量值对CV阀进行PID偏差调节，中压缸的排气压力目标值可以通过手动设置，也可以自动设置，目标值根据汽轮机厂家提供调节级压力对应折线段函数曲线调节，可适当提高，并设置0.05MPa控制死区，避免BPV阀的调频动作扰动和保证安全。
所述S2的具体调节方式为：
机组额定出力50%以上负荷，BPV阀参与调频控制，BPV阀初始保持开度50%，初始开度由热控人员设定常数，判断AGC指令和目标负荷偏差大于20MW且BPV阀调频投自动时，升负荷时BPV阀从中间位置经1分钟开至80%；判断AGC指令和目标负荷偏差小于7MW或单次动作4分钟后BPV阀缓慢归位至50%开度，阀门归位时间为3分钟。
所述S3的具体调节方式为：
采用供热量偏差调节，在两台机组对外供热已知的情况下，根据四台热网加热器进出口门的状态、出入口温差折算判断单台机组实时供热量，运行人员手动设定目标供热量进行PID偏差调节，实现通过LEV阀自动控制保证供热量。
当中压缸排气压力处于调节级压力折算安全范围区间外、低压缸进汽压力处于背压折算安全范围之外或BPV阀需要动作范围很小、AGC指令变化很小的情况下，BPV阀处于复位状态，不参与调节；
当中压缸排气压力处于调节级压力折算安全范围区间外、低压缸进汽压力处于背压折算安全范围之外或LEV阀需要动作的范围很小、加热器进出口温度变化很小时，LEV阀处于复位状态，不参与调节。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、调频性能更好。采用BPV阀调频控制低压缸做功出力和供热量调整，利用热网迟缓大、滞后时间长，消纳低压缸出力变化带来的影响，结合主汽门动作，共同参与调频，保证调频性能大幅提升。
2、自动化程度更高。本发明将BPV阀、CV阀、LEV阀均为自动控制，实现根据负荷变化自动控制阀门开度，不需要人工参与，实现快速安全调频。
3、机组运行安全性更高。采用BPV阀调频后，可缓解主汽门调整带来的参数波动，保证主汽压力、主汽温度因调频带来的变化幅值更小，也给炉测争取更多的燃烧调整时间，锅炉侧以稳态控制为主，安全性更高。
4、稳定性更好。本发明在保证BPV阀快速调频的同时，兼顾CV阀调整中压缸排气压力稳定、LEV阀调整热网供热稳定，实现快速稳定调频。
5、经济效益更好。本发明通过BPV阀、CV阀、LEV阀均为自动控制，节省人力，同时能够精确规范调频，避免由于手动控制造成的不必要的资源浪费。
6、应用范围更广。本发明的抽凝工况下BPV阀调频控制系统在任何供热机组中均可使用，针对不同的机组，只需要更改部分参数即可使用。
综上，本发明在DCS自动控制系统基础上，根据传统的手动操作方式，将BPV阀开度根据电负荷偏差自动调节，CV阀保证中压缸排气压力稳定、LEV阀保证热网供热稳定，实现BPV阀快速安全调频。
附图说明
图1为本发明的总体外观；
图2为本发明的BPV阀投自动逻辑；
图3为本发明的BPV阀自动控制逻辑；
图4为本发明的CV阀调节目标曲线；
图5为本发明的LEV阀投自动逻辑；
图6为本发明的LEV阀自动控制逻辑。
图中：1为高压缸、2为中压缸、3为低压缸、4为去热网换热器、5为凝汽器、6为冷却塔、7为中低压连通管、8为CV阀、9为中低压旁路管、10为BPV阀、11为换热通汽管、12为LEV阀、13为压力传感器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种汽轮机中低压缸双路进汽结构包括高压缸1、中压缸2、低压缸3、去热网换热器4、凝气器5与洗涤塔6，所述中压缸2与低压缸3之间连通有中低压连通管7，所述中低压连通管7上设置有CV阀8，所述中压缸2与低压缸3之间还连通有中低压旁路管9，所述中低压旁路管9上设置有BPV阀10，所述BPV阀10用来控制流量导通，所述中压缸2与去热网换热器4之间连通有换热通汽管11，所述换热通汽管11上设置有LEV阀12，所述LEV阀12用来控制供热蒸汽量的导通，进一步地，所述换热通汽管11至少设置两条。（中低压连通阀简称为CV阀，新增的中低压旁路阀简称为BPV阀，热网抽汽阀门简称为LEV阀，后续不再赘述），所述CV阀8、BPV阀10与LEV阀12均通过电气回路接入DCS电调控制系统，可实现自动调控，所述DCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control System），在国内自控行业又称之为集散控制系统。是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统。所述中压缸2上排气口位置的母管上与低压缸3上进气口位置的母管上均设置有压力传感器13，实时测定压力值。
本实施例中通过在原有汽轮机设备上增设一条中低压缸旁路，增设旁路通流量设计在汽轮机BMCR（锅炉最大连续蒸发量）主汽流量的20%左右，在中低压缸旁路增设可以精确快速控制的油动阀门，该旁路门接入DCS电调控制，该系统示意如图1。通过控制中低压缸旁路阀，短时间改变进入低压缸的进汽量，增加或减少进入低压缸的蒸汽量，主要体现在供热蒸汽的变化和中压缸2排汽压力的变化，利用一定的滞后时间通过CV阀8维持中排压力在安全范围，热网抽汽门LEV阀12只保证供热量，且同样具有在滞后性，来满足调频需求，实现低压缸3出力变化，同步结合主汽门进行电网调频。
参见图2至图5，本实施例中所述的一种汽轮机中低压缸双路进汽结构的控制方法包括以下操作过程：
175MW以上负荷，BPV阀10参与调频控制， 在满足中排压力以及背压稳定的基础上，通过键盘键入自动指令，触发RS触发器（RS触发器是构成其它各种功能触发器的基本组成部分，又称为基本RS触发器，结构是把两个与非门或者或非门G1、G2的输入、输出端交叉连接。），启动BPV调频自动控制系统。当调节级压力，背压不稳定或人工键入关闭指令时，BPV调频自动控制系统停止运行。当AGC（自动发电控制(Automatic Gain Control)的简称，后不再赘述）负荷指令与目标负荷偏差大于20WM，并且BPV调频自动控制系统给予运行指令时，触发BPV阀10动作选择通道，进行升负荷时BPV阀10从中间位50%经2分钟开至70%；AGC指令和目标负荷偏差小于10MW或单次动作4分钟后BPV阀10缓慢归位至50%开度，阀门归位时间为3分钟。当BPV调频自动控制系统给予停止指令时，继续维持原控制回路。
针对CV阀8的调节方式，中排压力目标值与中排压力实时测量值进行PID偏差调节（根据给定值和实际输出值构成控制偏差，将偏差按比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，后不在赘述），手动设定中排压力目标值方式保留，方便控制切回。新增一路自动控制，中排压力目标值由厂家提供调节级压力对应折线段函数曲线，目标值可适当提高，并设置0.05MPa控制死区，作为稳压，以避免BPV阀10调频扰动和保证安全。
针对于LEV阀12的调节方式：采用供热量偏差调节，在满足中排压力、背压、加热器进口温度稳定的基础上，并且加热器出口门处于开启状态，通过键盘键入自动指令，触发RS触发器，启动LEV阀自动控制系统。当调节级压力、背压、加热器进口温度任一条件不稳定或人工键入关闭指令时，LEV自动控制系统停止运行。加热器进出口状态为开启状态，并且LEV阀自动控制系统给予运行指令时，触发LEV阀动作选择通道，通过实时热量以及四台加热器热量占比分析，与热量设定值进行偏差PID调节，控制LEV阀门动作来保证供热量，当LEV阀自动控制系统给予停止指令时，继续维持原控制回路。
本发明中的BPV阀和LEV阀具有自动保护机制：
当中压缸排气压力处于调节级压力折算安全范围区间外、低压缸进汽压力处于背压折算安全范围之外或BPV阀10需要动作范围很小、AGC指令变化很小的情况下，BPV阀10处于复位状态，不参与调节；
当中压缸排气压力处于调节级压力折算安全范围区间外、低压缸进汽压力处于背压折算安全范围之外或LEV阀12需要动作的范围很小、加热器进出口温度变化很小时，LEV阀12处于复位状态，不参与调节；
调节级压力含义：汽轮机调节级动叶后于第一级压力级之间的压力；背压含义：汽轮机排汽的绝对压力值。
上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种汽轮机中低压缸双路进汽结构，其特征在于：包括高压缸（1）、中压缸（2）、低压缸（3）、去热网换热器（4）、凝气器（5）与冷却塔（6），所述中压缸（2）与低压缸（3）之间连通有中低压连通管（7），所述中低压连通管（7）上设置有CV阀（8），所述中压缸（2）与低压缸（3）之间还连通有中低压旁路管（9），所述中低压旁路管（9）上设置有BPV阀（10），所述中压缸（2）与去热网换热器（4）之间连通有换热通汽管（11），所述换热通汽管（11）上设置有LEV阀（12），所述CV阀（8）、BPV阀（10）与LEV阀（12）均通过电气回路接入DCS电调控制系统，可实现自动调控，所述中压缸（2）上排气口位置的母管上与低压缸（3）上进气口位置的母管上均设置有压力传感器（13）。
2.根据权利要求1所述的一种汽轮机中低压缸双路进汽结构，其特征在于：所述中低压旁路管（9）的通气流量为汽轮机BMCR主汽流量的20%。
3.根据权利要求1所述的一种汽轮机中低压缸双路进汽结构，其特征在于：所述中低压旁路管（9）的管径设置为中低压连通管（7）的管径的二分之一。
4.根据权利要求1所述的一种汽轮机中低压缸双路进汽结构，其特征在于：所述换热通汽管（11）至少设置两条。
5.根据权利要求1所述的一种汽轮机中低压缸双路进汽结构的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、DCS电调控制系统控制CV阀（8）参与调节；
S2、DCS电调控制系统控制BPV阀（10）参与调节；
S3、DCS电调控制系统控制LEV阀（12）参与调节。
6.根据权利要求5所述的一种汽轮机中低压缸双路进汽结构的控制方法，其特征在于，所述S1的具体调节方式为：
根据中压缸（2）的排气压力目标值与中压缸（2）上的压力传感器实时测量值对CV阀（8）进行PID偏差调节，中压缸（2）的排气压力目标值可以通过手动设置，也可以自动设置，目标值根据汽轮机厂家提供调节级压力对应折线段函数曲线调节，可适当提高，并设置0.05MPa控制死区，避免BPV阀（10）的调频动作扰动和保证安全。
7.根据权利要求5所述的一种汽轮机中低压缸双路进汽结构的控制方法，其特征在于，所述S2的具体调节方式为：
机组额定出力50%以上负荷，BPV阀（10）参与调频控制，BPV阀（10）初始保持开度50%，初始开度由热控人员设定常数，判断AGC指令和目标负荷偏差大于20MW且BPV阀（10）调频投自动时，升负荷时BPV阀（10）从中间位置经1分钟开至80%；判断AGC指令和目标负荷偏差小于7MW或单次动作4分钟后BPV阀（10）缓慢归位至50%开度，阀门归位时间为3分钟。
8.根据权利要求5所述的一种汽轮机中低压缸双路进汽结构的控制方法，其特征在于，所述S3的具体调节方式为：
采用供热量偏差调节，在两台机组对外供热已知的情况下，根据四台热网加热器进出口门的状态、出入口温差折算判断单台机组实时供热量，运行人员手动设定目标供热量进行PID偏差调节，实现通过LEV阀（12）自动控制保证供热量。
9.根据权利要求5所述的一种汽轮机中低压缸双路进汽结构的控制方法，其特征在于：当中压缸排气压力处于调节级压力折算安全范围区间外、低压缸进汽压力处于背压折算安全范围之外或BPV阀（10）需要动作范围很小、AGC指令变化很小的情况下，BPV阀（10）处于复位状态，不参与调节。
10.根据权利要求5所述的一种汽轮机中低压缸双路进汽结构的控制方法，其特征在于：当中压缸排气压力处于调节级压力折算安全范围区间外、低压缸进汽压力处于背压折算安全范围之外或LEV阀（12）需要动作的范围很小、加热器进出口温度变化很小时，LEV阀（12）处于复位状态，不参与调节。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200331 |
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