CN110986617B - 一种冷凝器控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽轮机控制技术领域，公开了一种冷凝器控制方法，包括以下步骤：S1：保持抽气器调节阀的开度不变，根据汽轮机的蒸汽流量变化调节循环水泵的转速，直至相邻两次蒸汽流量的变化量在设定的流量变化阈值内；S2：根据采样的真空压力偏差调节循环水泵的转速控制真空压力，直至真空压力与设定压力的偏差小于第一偏差阈值或进汽调节阀的开度达到限值；S3：调节抽气器调节阀开度，直至真空压力与设定压力的偏差小于第二偏差阈值；S4：调节循环水泵的转速控制过冷度。能够解决现有技术中通过改变循环水泵进汽调节阀开度的单一手段实现过冷度的控制，由于凝水温度变化较慢，真空压力变化较快，导致过冷度控制效果较差的问题。

Description

一种冷凝器控制方法

技术领域

本发明涉及汽轮机控制技术领域，具体涉及一种冷凝器控制方法。

背景技术

冷凝器是汽轮机的重要辅机设备，在汽轮机热力循环中起着冷源的作用，将汽轮机乏汽冷却成水，并在冷凝器内部保持一定的负压环境(低于标准大气压)，为汽轮机提供稳定的背压。冷凝器控制包括冷凝器真空和凝水过冷度控制等。冷凝器真空稳定正常是保证汽轮机正常工作和动力装置热力循环的重要条件。凝水过冷度是冷凝器当前压力对应的饱和温度与实际凝水温度之差，凝水过冷度与水中含氧量成正比，含氧量过多会使回路系统设备产生腐蚀，影响回路系统或设备使用寿命，因此需将凝水过冷度控制在要求范围内。

目前的船用冷凝器控制，通过改变循环水泵进汽调节阀开度的单一手段实现过冷度的控制，抽气器采用固定开度的方式运行。

这种控制方式具有以下缺陷：凝水过冷度同时与真空和凝水温度有关，且真空变化较快，凝水温度变化较慢，采用过冷度偏差进行控制，控制效果较差。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种冷凝器控制方法，能够解决现有技术中通过改变循环水泵进汽调节阀开度的单一手段实现过冷度的控制，由于凝水温度变化较慢，真空压力变化较快，导致过冷度控制效果较差的问题。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

本发明提供一种冷凝器控制方法，包括以下步骤：

S1：保持抽气器调节阀的开度不变，根据汽轮机的蒸汽流量变化调节循环水泵的转速，直至相邻两次蒸汽流量的变化量在设定的流量变化阈值内；

S2：根据采样的真空压力偏差调节循环水泵的转速控制真空压力，直至真空压力与设定压力的偏差小于第一偏差阈值或进汽调节阀的开度达到限值；

S3：当抽气器调节阀开度未到限值时，调节抽气器调节阀开度，直至真空压力与设定压力的偏差小于第二偏差阈值；当抽气器调节阀开度达到限值且进汽调节阀的开度达到限值时，继续调节循环水泵的转速，直至真空压力与设定压力的偏差小于第二偏差阈值；

S4：调节循环水泵的转速控制过冷度。

在上述技术方案的基础上，根据蒸汽流量增量调节循环水泵的转速，具体包括：

根据公式ΔV₁＝K_QT*(Q_n-Q_n-1)确定第一循环水泵转速增量，根据公式V_n＝V_n-1-ΔV₁确定当前循环水泵转速的设定值；

其中ΔV₁为第一循环水泵转速增量，K_QT为经循环水的温度修正后蒸汽流量控制系数，Q_n为当前检测到的汽轮机的蒸汽流量，Q_n-1为前一次检测到的汽轮机的蒸汽流量，V_n为当前循环水泵转速的设定值，V_n-1为前一次循环水泵转速的设定值。

在上述技术方案的基础上，循环水的温度修正方法，具体包括：

根据公式

对循环水的温度进行修正；

其中

为循环水温度20℃对应的蒸汽流量控制系数，K_Q-T为修正系数，T为当前循环水温度。

在上述技术方案的基础上，S2步骤中根据采样的真空压力偏差调节循环水泵的转速控制真空压力，具体包括：

根据公式e_n＝P^*-P_n和e_n-1＝P^*-P_n-1确定当前采样的真空压力偏差和前一次采样的真空压力偏差，根据公式ΔV₂＝K_cp*(e_n-e_n-1)+K_ci*e_n确定第二循环水泵转速增量，根据公式V_n＝V_n-1-ΔV₂确定当前循环水泵转速的设定值，

其中：其中P^*为真空压力控制目标值，P_n为当前真空压力采样值，P_n-1为前次压力采样值，e_n为当前采样的真空压力偏差，e_n-1为前一次采样的真空压力偏差，ΔV₂为第二循环水泵转速增量，K_cp为进汽调节阀的比例系数，K_ci为进汽调节阀的积分系数，V_n为当前循环水泵转速的设定值，V_n-1为前一次循环水泵转速的设定值。

在上述技术方案的基础上，调节循环水泵的转速通过调节循环水泵进汽调节阀来实现，具体包括：

根据公式f_n＝V_n-V_s和f_n-1＝V_n-V_s-1确定当前采样的循环水泵转速偏差和前一次采样的循环水泵转速偏差，根据公式ΔFcycle＝K_cp(f_n-f_n-1)+K_ci*f_n确定循环水泵进汽调节阀增量，根据公式Fcycle_n＝Fcycle_n-1+ΔFcycle确定当前循环水泵进汽调节阀的设定值，

其中V_n为循环水泵的设定值，V_s为当前循环水泵的转速采样值，V_s-1为前一次循环水泵的转速采样值，f_n为当前采样的循环水泵转速偏差，f_n-1为前一次采样的循环水泵转速偏差；K_cp为进汽调节阀的比例系数，K_ci为进汽调节阀的积分系数，ΔFcycle为循环水泵进汽调节阀增量，Fcycle_n为当前循环水泵进汽调节阀的设定值，Fcycle_n-1为前一次循环水泵进汽调节阀的设定值。

在上述技术方案的基础上，S3步骤中调节抽气器调节阀开度，直至真空压力与设定压力的偏差小于第二偏差阈值，具体包括：

根据公式e_n＝P^*-P_n和e_n-1＝P^*-P_n-1确定当前采样的真空压力偏差和前一次采样的真空压力偏差，根据公式ΔFair＝K_ap*P_n-1(e_n-e_n-1)+K_ai*e_n确定抽气器调节阀的增量，根据公式Fair_n＝Fair_n-1+ΔFair确定前一次抽气器调节阀的设定值，

其中P^*为真空压力控制目标值，P_n为当前真空压力采样值，P_n-1为前次压力采样值，e_n为当前采样的真空压力偏差，e_n-1为前一次采样的真空压力偏差；K_ap为抽气器调节阀比例系数，K_ai为抽气器调节阀积分系数，ΔFair为抽气器调节阀的增量，Fair_n-1为前一次抽气器调节阀的设定值，Fair_n为当前抽气器调节阀的设定值。

在上述技术方案的基础上，调节循环水泵的转速控制过冷度，具体包括：

当过冷度小于0°时，循环水泵的转速每间隔第一设定时间增大第一开度；

当过冷度大于0°小于等于3°时，循环水泵的转速不发生调节；

当过冷度大于3°小于等于5°时，循环水泵的转速每间隔第一设定时间减小第一开度；

当过冷度大于5°小于等于10°时，循环水泵的转速每间隔第一设定时间减小第二开度；

当过冷度大于10°时，循环水泵的转速每间隔第二设定时间减小第二开度。

在上述技术方案的基础上，在进行S2、S3和S4步骤中，相邻两次流量变化量值是否均超过设定流量变化阈值，返回S1步骤。

在上述技术方案的基础上，循环水泵的转速调节范围的中心值为：

根据公式确定V＝K_Q×(Q+15％)+K_T×(T-20)循环水泵的转速调节范围中心值，

其中V为循环水泵的转速调节范围中心值，Q为进入汽轮机的蒸汽流量，K_Q为蒸汽流量修正系数，T为当前循环水温度，K_T为温度修正系数。

在上述技术方案的基础上，循环水泵的转速调节范围为(V-20％，V+20％)。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过抽气器调节阀的开度和循环水泵的转速相互配合控制，来控制真空压力和过冷度，避免互相影响。采用抽气器调节阀快速控制真空压力，提高真空压力控制速度和控制效果。引入蒸汽流量和循环水温度作为控制前馈，进一步提升真空压力和过冷度的控制速度和控制效果。

附图说明

图1为本发明实施例中冷凝器的示意图。

图2为本发明实施例中一种冷凝器控制方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。

图1为本发明实施例中冷凝器的示意图，如图1所示，本发明采用调节循环水泵进汽调节阀和抽气器调节阀控制的手段来控制冷凝器的真空压力和过冷度。通过调节循环水泵进汽调节阀改变循环水泵转速，调节循环水流量从而改变冷凝器的冷却能力。抽气器可抽出汽轮机乏汽中的不凝结气体，改变抽气器调节阀开度可调节冷凝器真空压力。

图2为本发明实施例中一种冷凝器控制方法的流程图。如图1所示，一种冷凝器控制方法，包括以下步骤：

S1：保持抽气器调节阀的开度不变，根据汽轮机的蒸汽流量变化调节循环水泵的转速，直至相邻两次蒸汽流量的变化量在设定的流量变化阈值内。

具体地，间隔设定时间内连续多次检测汽轮机的蒸汽流量，判断相邻两次流量变化量值是否均超过设定流量变化阈值，若是，根据蒸汽流量增量调节循环水泵的转速，并保持抽气器调节阀的开度保持不变，直至两次流量测量值之间的变化量不超过设定流量阈值或抽气器调节阀的开度达到限值。

优选地，根据蒸汽流量增量调节循环水泵的转速，具体包括：根据公式ΔV₁＝K_QT*(Q_n-Q_n-1)确定第一循环水泵转速增量，根据公式V_n＝V_n-1-ΔV₁确定当前循环水泵转速的设定值。

其中ΔV₁为第一循环水泵转速增量，K_QT为经循环水的温度修正后蒸汽流量控制系数，Q_n为当前检测到的汽轮机的蒸汽流量，Q_n-1为前一次检测到的汽轮机的蒸汽流量，V_n为当前循环水泵转速的设定值，V_n-1为前一次循环水泵转速的设定值。

根据公式

对循环水的温度进行修正。

其中

为循环水温度20℃对应的蒸汽流量控制系数，K_Q-T为蒸汽流量控制系数的修正因子，T为当前循环水的温度。

在本实施例中，

和K_Q-T均可通过不同的冷凝器和汽轮机实验确定。

S2：根据采样的真空压力偏差调节循环水泵的转速控制真空压力，直至真空压力与设定压力的偏差小于第一偏差阈值或进汽调节阀的开度达到限值。

具体地，间隔设定时间内连续多次检测冷凝器内的真空压力，判断真空压力与设定压力的偏差是否大于第一偏差阈值且进汽调节阀的开度未到限值，若是，调节循环水泵的转速控制真空压力，直至真空压力与设定压力的偏差不大于第一偏差阈值或进汽调节阀开度达到限值。

优选地，S2步骤中根据采样的真空压力偏差调节循环水泵的转速控制真空压力，具体包括：

根据公式e_n＝P^*-P_n和e_n-1＝P^*-P_n-1确定当前采样的真空压力偏差和前一次采样的真空压力偏差，根据公式ΔV₂＝K_cp*(e_n-e_n-1)+K_ci*e_n确定第二循环水泵转速增量，根据公式V_n＝V_n-1-ΔV₂确定当前循环水泵转速的设定值。

其中：其中P^*为真空压力控制目标值，P_n为当前真空压力采样值，P_n-1为前次压力采样值，e_n为当前采样的真空压力偏差，e_n-1为前一次采样的真空压力偏差，ΔV₂为第二循环水泵转速增量，K_cp为循环水泵转速的比例系数，K_ci为循环水泵转速的积分系数，V_n为当前循环水泵转速的设定值，V_n-1为前一次循环水泵转速的设定值。在本实施例中，K_cp和K_ci均可根据不同的循环水泵和使用环境通过实验确定。

优选地，调节循环水泵的转速通过调节循环水泵进汽调节阀来实现，具体包括：

根据公式f_n＝V_n-V_s和f_n-1＝V_n-V_s-1确定当前采样的循环水泵转速偏差和前一次采样的循环水泵转速偏差，根据公式ΔFcycle＝K_cp(f_n-f_n-1)+K_ci*f_n确定循环水泵进汽调节阀增量，根据公式Fcycle_n＝Fcycle_n-1+ΔFcycle确定当前循环水泵进汽调节阀的设定值。

其中V_n为循环水泵的设定值，V_s为当前循环水泵的转速采样值，V_s-1为前一次循环水泵的转速采样值，f_n为当前采样的循环水泵转速偏差，f_n-1为前一次采样的循环水泵转速偏差，K_cp为循环水泵进汽调节阀的比例系数，K_ci为循环水泵进汽调节阀的积分系数，ΔFcycle为循环水泵进汽调节阀增量，Fcycle_n为当前循环水泵进汽调节阀的设定值，Fcycle_n-1为前一次循环水泵进汽调节阀的设定值。

S3：当抽气器调节阀开度未到限值时，调节抽气器调节阀开度，直至真空压力与设定压力的偏差小于第二偏差阈值；当抽气器调节阀开度达到限值且进汽调节阀的开度达到限值时，继续调节循环水泵的转速，直至真空压力与设定压力的偏差小于第二偏差阈值。

具体地，当抽气器调节阀开度未到限值，判断真空压力与设定压力的偏差是否小于或等于第一偏差阈值且大于第二偏差阈值，若是，调节抽气器调节阀开度，直至真空压力与设定压力的偏差小于第二偏差阈值。当抽气器调节阀开度达到限值且进汽调节阀的开度达到限值时，继续调节循环水泵的转速，直至真空压力与设定压力的偏差小于第二偏差阈值。在本实施例中，当抽气器调节阀和进汽调节阀的开度达到限值时，结束本次调节。

优选地，S3步骤中调节抽气器调节阀开度，直至真空压力与设定压力的偏差小于第二偏差阈值，具体包括：

根据公式e_n＝P^*-P_n和e_n-1＝P^*-P_n-1确定当前采样的真空压力偏差和前一次采样的真空压力偏差，根据公式ΔFair＝K_ap*P_n-1(e_n-e_n-1)+K_ai*e_n确定抽气器调节阀的增量，根据公式Fair_n＝Fair_n-1+ΔFair确定前一次抽气器调节阀的设定值。

其中P^*为真空压力控制目标值，P_n为当前真空压力采样值，P_n-1为前次压力采样值，e_n为当前采样的真空压力偏差，e_n-1为前一次采样的真空压力偏差；K_ap为抽气器调节阀比例系数，K_ai为抽气器调节阀积分系数，ΔFair为抽气器调节阀的增量，Fair_n-1为前一次抽气器调节阀的设定值，Fair_n为当前抽气器调节阀的设定值。在本实施例中，K_ap和K_ai均可根据不同的进汽调节阀和使用环境通过实验确定。

S4：调节循环水泵的转速控制过冷度。

优选地，调节循环水泵的转速控制过冷度，具体包括：

当过冷度小于0°时，循环水泵的转速每间隔第一设定时间增大第一开度；当过冷度大于0°小于等于3°时，循环水泵的转速不发生调节；当过冷度大于3°小于等于5°时，循环水泵的转速每间隔第一设定时间减小第一开度；当过冷度大于5°小于等于10°时，循环水泵的转速每间隔第一设定时间减小第二开度；当过冷度大于10°时，循环水泵的转速每间隔第二设定时间减小第二开度。

上述时间间隔和转速调节幅度可根据试验情况进行调整。例如在本实施例中，当过冷度小于0°时，循环水泵的转速每20S增大1％；当过冷度大于0°小于等于3°时，循环水泵的转速不发生调节；当过冷度大于3°小于等于5°时，循环水泵的转速每20S减小1％；当过冷度大于5°小于等于10°时，循环水泵的转速每20S减小2％；当过冷度大于10°时，循环水泵的转速每10S减小2％。

优选地，在进行S2、S3和S4步骤中，相邻两次流量变化量值是否均超过设定流量变化阈值，返回S1步骤。

优选地，循环水泵的转速调节范围的中心值为：

根据公式确定V＝K_Q×(Q+15％)+K_T×(T-20)循环水泵的转速调节范围中心值。

其中V为循环水泵的转速调节范围中心值，Q为进入汽轮机的蒸汽流量，K_Q为蒸汽流量修正系数，T为当前循环水温度，K_T为温度修正系数。

优选地，循环水泵的转速调节范围为(V-20％，V+20％)。

另外，抽气器调节阀和循环水泵转速控制都设置延时时间，发生控制动作后，两者延时都满足条件，再发生下次控制动作，循环水泵延时时间比抽气器调节阀长。

综上所述：通过抽气器调节阀的开度和循环水泵的转速相互配合控制，来控制真空压力和过冷度，避免互相影响。采用抽气器调节阀快速控制真空压力，提高真空压力控制速度和控制效果。引入蒸汽流量和循环水温度作为控制前馈，进一步提升真空压力和过冷度的控制速度和控制效果。

本发明不仅局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本发明相同或相近似的技术方案，均在其保护范围之内。

Claims (10)

1.一种冷凝器控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：保持抽气器调节阀的开度不变，根据汽轮机的蒸汽流量变化调节循环水泵的转速，直至相邻两次蒸汽流量的变化量在设定的流量变化阈值内；

S2：根据采样的真空压力偏差调节循环水泵的转速控制真空压力，直至真空压力与设定压力的偏差小于第一偏差阈值或循环水泵的进汽调节阀的开度达到限值；

S3：当抽气器调节阀开度未到限值时，调节抽气器调节阀开度，直至真空压力与设定压力的偏差小于第二偏差阈值；当抽气器调节阀开度达到限值且进汽调节阀的开度达到限值时，继续调节循环水泵的转速，直至真空压力与设定压力的偏差小于第二偏差阈值；

S4：调节循环水泵的转速控制过冷度。

2.如权利要求1所述的一种冷凝器控制方法，其特征在于，根据蒸汽流量变化调节循环水泵的转速，具体包括：

根据公式ΔV₁＝K_QT*(Q_n-Q_n-1)确定第一循环水泵转速增量，根据公式V_n＝V_n-1-ΔV₁确定当前循环水泵转速的设定值；

其中ΔV₁为第一循环水泵转速增量，K_QT为经循环水的温度修正后蒸汽流量控制系数，Q_n为当前检测到的汽轮机的蒸汽流量，Q_n-1为前一次检测到的汽轮机的蒸汽流量，V_n为当前循环水泵转速的设定值，V_n-1为前一次循环水泵转速的设定值。

3.如权利要求2所述的一种冷凝器控制方法，其特征在于，循环水的温度修正方法，具体包括：

根据公式

对循环水的温度进行修正；

其中

为循环水温度20℃对应的蒸汽流量控制系数，K_Q-T为修正系数，T为当前循环水温度。

4.如权利要求1所述的一种冷凝器控制方法，其特征在于，S2步骤中根据采样的真空压力偏差调节循环水泵的转速控制真空压力，具体包括：

根据公式e_n＝P^*-P_n和e_n-1＝P^*-P_n-1确定当前采样的真空压力偏差和前一次采样的真空压力偏差，根据公式ΔV₂＝K_cp*(e_n-e_n-1)+K_ci*e_n确定第二循环水泵转速增量，根据公式V_n＝V_n-1-ΔV₂确定当前循环水泵转速的设定值，

其中：其中P^*为真空压力控制目标值，P_n为当前真空压力采样值，P_n-1为前次压力采样值，e_n为当前采样的真空压力偏差，e_n-1为前一次采样的真空压力偏差，ΔV₂为第二循环水泵转速增量，K_cp为进汽调节阀的比例系数，K_ci为进汽调节阀的积分系数，V_n为当前循环水泵转速的设定值，V_n-1为前一次循环水泵转速的设定值。

5.如权利要求2或4所述的一种冷凝器控制方法，其特征在于，调节循环水泵的转速通过调节循环水泵进汽调节阀来实现，具体包括：

根据公式f_n＝V_n-V_s和f_n-1＝V_n-V_s-1确定当前采样的循环水泵转速偏差和前一次采样的循环水泵转速偏差，根据公式ΔFcycle＝K_cp(f_n-f_n-1)+K_ci*f_n确定循环水泵进汽调节阀增量，根据公式Fcycle_n＝Fcycle_n-1+ΔFcycle确定当前循环水泵进汽调节阀的设定值，

其中V_n为循环水泵的设定值，V_s为当前循环水泵的转速采样值，V_s-1为前一次循环水泵的转速采样值，f_n为当前采样的循环水泵转速偏差，f_n-1为前一次采样的循环水泵转速偏差；K_cp为进汽调节阀的比例系数，K_ci为进汽调节阀的积分系数，ΔFcycle为循环水泵进汽调节阀增量，Fcycle_n为当前循环水泵进汽调节阀的设定值，Fcycle_n-1为前一次循环水泵进汽调节阀的设定值。

6.如权利要求1所述的一种冷凝器控制方法，其特征在于，S3步骤中调节抽气器调节阀开度，直至真空压力与设定压力的偏差小于第二偏差阈值，具体包括：

根据公式e_n＝P^*-P_n和e_n-1＝P^*-P_n-1确定当前采样的真空压力偏差和前一次采样的真空压力偏差，根据公式ΔFair＝K_ap*P_n-1(e_n-e_n-1)+K_ai*e_n确定抽气器调节阀的增量，根据公式Fair_n＝Fair_n-1+ΔFair确定前一次抽气器调节阀的设定值，

其中P^*为真空压力控制目标值，P_n为当前真空压力采样值，P_n-1为前次压力采样值，e_n为当前采样的真空压力偏差，e_n-1为前一次采样的真空压力偏差；K_ap为抽气器调节阀比例系数，K_ai为抽气器调节阀积分系数，ΔFair为抽气器调节阀的增量，Fair_n-1为前一次抽气器调节阀的设定值，Fair_n为当前抽气器调节阀的设定值。

7.如权利要求1所述的一种冷凝器控制方法，其特征在于，调节循环水泵的转速控制过冷度，具体包括：

当过冷度小于0°时，循环水泵的转速每间隔第一设定时间增大第一开度；

当过冷度大于0°且小于等于3°时，循环水泵的转速不发生调节；

当过冷度大于3°且小于等于5°时，循环水泵的转速每间隔第一设定时间减小第一开度；

当过冷度大于5°且小于等于10°时，循环水泵的转速每间隔第一设定时间减小第二开度；

当过冷度大于10°时，循环水泵的转速每间隔第二设定时间减小第二开度。

8.如权利要求1所述的一种冷凝器控制方法，其特征在于，在进行S2、S3和S4步骤中，相邻两次流量变化量值是否均超过设定流量变化阈值，若是则返回S1步骤。

9.如权利要求1-4或6-8任一项中所述的一种冷凝器控制方法，其特征在于，循环水泵的转速调节范围的中心值为：

根据公式确定V＝K_Q×(Q+15％)+K_T×(T-20)循环水泵的转速调节范围中心值，

其中V为循环水泵的转速调节范围中心值，Q为进入汽轮机的蒸汽流量，K_Q为蒸汽流量修正系数，T为当前循环水温度，K_T为温度修正系数。

10.如权利要求9所述的一种冷凝器控制方法，其特征在于，循环水泵的转速调节范围为(V-20％，V+20％)。

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