CN111102024A - 一种基于锅炉跟随策略的高加rb综合控制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于锅炉跟随策略的高加RB综合控制装置及方法，包括：汽轮机进汽调节阀、高旁压力调节阀、高压缸、高加抽汽逆止门、锅炉、燃料调节系统、高加出水三通阀、高加进水三通阀、汽机旁路、高压加热器和中低压缸；高加进水三通阀的三个端口分别连有系统给水、高压加热器和汽机旁路；所述高加出水三通阀的三个端口分别与汽机旁路、高压加热器和锅炉。本发明的有益效果是：本发明可应用于各类具有回热抽汽系统的大型火电机组上。本发明可在机组高负荷发生高加解列，大量抽汽返回汽轮机做功时，迅速控制机组负荷，有效抑制负荷上升，防止汽轮机出力超过限值，避免发电机超负荷运行，保证设备及组运行的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及高加解列工况的汽轮机及发电机出力限制领域，尤其包括一种基于锅炉跟随策略的高加RB综合控制装置及方法。
背景技术
高压加热器是利用汽轮机抽汽对给水进行加热的设备，对机组运行的经济性有重要意义。当高加由于某些异常原因而解列运行时，由于原本的抽汽返回汽轮机做功，很可能导致汽轮机出力的瞬时上升，在高负荷运行工况下将对机组的运行安全产生极大的影响。
因此，不少机组设计了高加快速减负荷(RB)的功能，以应对高加解列产生的问题，提高机组的可靠性。目前许多机组设计的高加RB功能都借鉴了以往的辅机RB模式，采用的是锅炉决定机组输出功率，汽机控制主汽压力的方法触发机组快速降负荷，确保机组在异常突发的工况下安全运行。例如，当机组负荷在限值及以上时，如发生高加解列，将触发高加RB动作。高加RB发生后，机组目标负荷立即下降，并以一定速率进行快速减负荷动作。同时主汽压力目标值维持在当前主汽压力或根据目标负荷按照响应速率降低。同时，锅炉指令直接输出经过限幅限速后的负荷设定值，锅炉主控撤出自动处于跟踪状态。汽机主控则继续以自动方式运行，维持主汽压力在设定值上。随着锅炉出力的减少，机组出力慢慢下降，待输出功率降至目标负荷以下时，高加RB复归，动作结束。从以上叙述可知，高加RB动作后机组的运行方式为汽机跟随的运行方式，机组出力由锅炉燃料量决定，汽压由汽机调门控制，这与常规的辅机RB动作是相同。
然而，目前机组的高加RB控制策略与常规辅机RB的控制策略在本质上并没有区别。但在实施过程中，对高加解列后的机组采用这种RB动作方式具有一定的盲目性，仅仅是完成了快速减负荷的动作，并没有真正解决高加解列过程中带来的不利影响。由于高加解列后，大量抽汽返回汽轮机做功，在机组高负荷运行时极易造成机组输出功率瞬间超过发电机负荷上限。因此，高加RB前期最为迫切的任务应当是限制机组的出力，保护发电机的运行安全，而不是单纯减少整体机组的出力。而目前在高加RB中套用常规的RB思路，采用汽机跟随(TF)控制策略，利用降低锅炉负荷的来快速限制整体的机组出力的方法存在较大问题。因为相对于汽轮机来说，锅炉是一个具有大时延和惯性的系统，通过改变锅炉的燃烧、减少产汽量等手段来限制发电机的负荷需要一个过程，不能满足快速限制负荷的要求。而且，在此过程中汽轮机的控制目标转为控制主汽压力，在高加RB初期反而可能由于汽压上升而开大调门，进一步导致发电机组超负荷运行的情况恶化，威胁机组的运行安全。
汽轮机对输出功率的控制具有快速性，它可以通过调门的调节快速控制进入汽轮机做功的蒸汽量，实现对负荷的快速限制。如在此过程中，锅炉也将通过各种手段尽快减小出力，匹配汽轮机对蒸汽量的需求，则能够很快满足限制发电机出力的要求。因此，在高加RB的前期，采用锅炉跟随(BF)的控制策略，通过汽轮机调门调节快速限制负荷，才能保证机组的运行安全。而在高加RB后期，为稳定汽压等参数，将控制方式由锅炉跟随BF转为汽机跟随TF方式，可平稳地完成对高加RB过程的控制。
综上所述，提出一种基于锅炉跟随策略的高加RB综合控制装置及方法，就显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种基于锅炉跟随策略的高加RB综合控制装置及方法。
这种基于锅炉跟随策略的高加RB综合控制装置，包括：汽轮机进汽调节阀、高旁压力调节阀、高压缸、高加抽汽逆止门、锅炉、燃料调节系统、高加出水三通阀、高加进水三通阀、汽机旁路、高压加热器和中低压缸；
所述高加进水三通阀的三个端口分别连有系统给水、高压加热器和汽机旁路；所述高加出水三通阀的三个端口分别与汽机旁路、高压加热器和锅炉；
所述锅炉上还设有燃料调节系统，锅炉的出口分别与中低压缸、汽轮机进汽调节阀的一端和高旁压力调节阀的一端相连接；汽轮机进汽调节阀的另一端与高压缸的入口相连；高旁压力调节阀的另一端与锅炉相连；
所述高压缸的出口分别与锅炉和高加抽汽逆止门的一端相连，所述高加抽汽逆止门的另一端与高压加热器相连。
这种基于锅炉跟随策略的高加RB综合控制装置的控制方法，包括以下步骤：
步骤1、当出现高加水位高高高信号时，触发高加进水三通阀和高加抽汽逆止门的动作，将高压加热器切除运行；此时系统给水进入汽机旁路，再直接进入锅炉；
步骤2、高加水位高高高信号同时还触发高加RB动作；
步骤3、若主汽压力不低于主汽压力设定值，保持当前控制方式；
步骤4、若主汽压力低于主汽压力设定值时，转入TF控制方式；
步骤5、机组出力减至目标值后，整个高加RB动作过程即告结束。
作为优选，所述步骤2具体包括如下步骤：
步骤2.1、触发高加RB动作后，立即通过锅炉主控减少锅炉出力，必要时采取跳闸磨煤机操作，控制逻辑按照一定的顺序和间隔时间自动跳闸响应数量的磨煤机，快速降低锅炉的负荷，减少产汽量，防止过量蒸汽进入汽轮机做功；
步骤2.2、触发高加RB动作后，汽轮机通过控制汽轮机进汽调节阀的开度防止汽机出力过快上升，汽轮机控制负荷的大小；
步骤2.3、触发高加RB动作后，汽机旁路辅助主汽压力稳定，进入控压模式：压力设定值将在机组RB前的主汽压力上叠加一定裕量，作为高加RB后的主汽压力设定值进行压力控制；当汽轮机进汽调节阀过小、压力过高时开启高旁压力调节阀，将部分蒸汽卸去，保证主汽压力的稳定。
作为优选，所述步骤4具体包括如下步骤：
步骤4.1、主汽压力转由汽轮机进汽调节阀进行控制；
步骤4.2、汽机旁路逐步关闭，恢复至高加RB前的工作状态；
步骤4.3、机组负荷由锅炉决定，机组的负荷按照一定的速率降低到剩余运行磨煤机能够带的负荷量。
本发明的有益效果是：本发明可应用于各类具有回热抽汽系统的大型火电机组上。本发明可在机组高负荷发生高加解列，大量抽汽返回汽轮机做功时，迅速控制机组负荷，有效抑制负荷上升，防止汽轮机出力超过限值，避免发电机超负荷运行，保证设备及组运行的安全性。
附图说明
图1为高加RB控制装置系统结构示意图；
图2为高加RB控制流程图。
附图标记说明：汽轮机进汽调节阀1、高旁压力调节阀2、高压缸3、高加抽汽逆止门4、锅炉5、燃料调节系统6、高加出水三通阀7、高加进水三通阀8、汽机旁路9、高压加热器10、中低压缸11。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
为了提高发电机组运行的可靠性，提升机组在高加解列工况下运行的安全性，本发明提出一种基于锅炉跟随策略的高加RB综合控制装置及方法，该装置和方法可以在具有回热抽汽系统的大型火电机组上应用。当机组在高负荷运行发生高加解列异常工况时，由于抽汽返回汽轮机做功，在短时间内汽轮机出力可能出现快速上升，导致发电机超负荷运行，造成较大的安全隐患。因此，必须采用控制手段对汽轮机及发电机出力进行限制，快速降低机组负荷，此时保证设备和机组的运行安全。在机组发生高加解列工况时，快速限制汽轮机及发电机的出力，防止发电机超负荷运行的发生；同时，在后期通过改变控制目标，实现平稳的降负荷过程，保证设备的安全和机组的正常运行。
本发明的主要结构如图1所示。该控制装置由机组的汽轮机进汽调节阀1、高旁压力调节阀2、高压缸3、高加抽汽逆止门4、锅炉5、燃料调节系统6、高加出水三通阀7、高加进水三通阀8、汽机旁路9、高压加热器10和中低压缸11组成；高加进水三通阀8的三个端口分别连有系统给水、高压加热器10和汽机旁路9；高加出水三通阀7的三个端口分别与汽机旁路9、高压加热器10和锅炉5；锅炉5上还设有燃料调节系统6，锅炉5的出口分别与中低压缸11、汽轮机进汽调节阀1的一端和高旁压力调节阀2的一端相连接；汽轮机进汽调节阀1的另一端与高压缸3的入口相连；高旁压力调节阀2的另一端与锅炉5相连；高压缸3的出口分别与锅炉5和高加抽汽逆止门4的一端相连，高加抽汽逆止门4的另一端与高压加热器10相连。
在正常情况下，系统给水经过高压加热器10，利用汽轮机抽汽进行加热后(汽轮机抽汽为图1中高压缸3经过高加抽汽逆止门4输送到高压加热器10)，进入锅炉5换热形成过热蒸汽；过热蒸汽经进汽调节阀1调节流量后，进入高压缸3做功，部分蒸汽在中途被抽出用于加热给水，其余蒸汽在完成做功后进入再热器。而汽机旁路9处于跟随状态，保持关闭。
首先，当出现“高加水位高高高”信号时，即触发高加RB的动作。同时，该信号还将触发高加进水三通阀8和各个高加抽汽逆止门4的动作，将高压加热器10切除运行。“高加水位高高高”信号是高加解列的源头信号，以此信号触发高加RB能够在第一时间实施保护，提前开始控制汽轮机的进汽量，以保证发电机的安全。
在触发高加RB动作后，整个过程将分为两个阶段进行：第一个阶段主要目标是控制机组负荷不超过上限，同时通过汽机旁路辅助降低主汽压力，保护发电机的安全和机组主要参数的稳定；第二阶段的主要目标是控制机组的主汽压力，防止汽压下降过多，使机组能够较快地恢复正常运行。
高加RB触发后，将立即通过锅炉主控减少锅炉5出力，必要时可考虑采取跳闸磨煤机操作。跳闸磨煤机操作为：火电机组负荷较高的时候，部分重要辅机设备中的一台发生意外跳闸，如送/引风机、一次风机、给水泵和高压加热器10等，仍运行设备的带载能力无法满足当前的负荷。此时，锅炉5开始快速减负荷，减少产汽量，防止过量蒸汽进入汽轮机做功。汽轮机通过控制调门开度维持汽机出力不过快上升，保证发电机的输出功率不超限。此时机组的运行状态类似于锅炉5跟随方式运行，由汽轮机控制负荷的大小。在此过程中，由于锅炉5具有较大的热惯性，即使在发生高加RB时立即进行跳磨动作，依然在一段时间内会产生过量的蒸汽。而此时汽轮机调门只负责控制负荷大小，蒸汽量的增加将使得调门进一步关小所以可能短时出现主汽压力过高的现象。为保证机组安全运行，此时需要利用汽轮机旁路辅助主汽压力的稳定。汽机旁路在正常运行时处于跟随模式，其设定值随主汽压力变化而变化。当发生高加RB后，旁路的设定值将根据RB前主汽压力上叠加一定裕量，作为高加RB后的主汽压力设定值进行压力控制。当汽轮机调门过小导致主汽压力上升时，汽机旁路9将根据设定值自动开启，将部分蒸汽卸去，保证主汽压力的稳定。
在锅炉5减少燃料量一段时间后(当高加RB触发后，锅炉5直接减少燃料量，各机组反应在产汽量减少的时间略有不同，但是基本在5分钟之内)，产汽量逐渐减少，主汽压力也将随之下降。若此时依然保持汽轮机调门控制机组负荷的运行状态，则汽轮机进汽调节阀1将会不断开大，从而导致主汽压力进一步降低，不利于后期机组参数的稳定运行和机组运行状态的恢复。因此当主汽压力下降到某一定值之后，机组的控制方式将发生改变。主汽压力将由汽轮机进汽调节阀1进行控制，而机组的负荷则按照一定的速率降低到剩余运行磨煤机能够带的负荷量。同时，由于主汽压力的下降，汽机旁路9也将逐步关闭，恢复至高加RB前的工作状态。此时机组的运行方式类似于常规辅机RB后的汽机跟随运行方式，机组负荷由锅炉5决定，主汽压力由汽轮机控制。当机组出力减至目标值时，整个高加RB动作过程即告结束。
当高加RB结束之后，高压加热器10只有在负荷降低到设定值以下之后才允许再次投入，以减少对机组正常运行的扰动。高加RB的整体流程如图2所示。
Claims (4)
1.一种基于锅炉跟随策略的高加RB综合控制装置，其特征在于，包括：汽轮机进汽调节阀(1)、高旁压力调节阀(2)、高压缸(3)、高加抽汽逆止门(4)、锅炉(5)、燃料调节系统(6)、高加出水三通阀(7)、高加进水三通阀(8)、汽机旁路(9)、高压加热器(10)和中低压缸(11)；
所述高加进水三通阀(8)的三个端口分别连有系统给水、高压加热器(10)和汽机旁路(9)；所述高加出水三通阀(7)的三个端口分别与汽机旁路(9)、高压加热器(10)和锅炉(5)；
所述锅炉(5)上还设有燃料调节系统(6)，锅炉(5)的出口分别与中低压缸(11)、汽轮机进汽调节阀(1)的一端和高旁压力调节阀(2)的一端相连接；汽轮机进汽调节阀(1)的另一端与高压缸(3)的入口相连；高旁压力调节阀(2)的另一端与锅炉(5)相连；
所述高压缸(3)的出口分别与锅炉(5)和高加抽汽逆止门(4)的一端相连，所述高加抽汽逆止门(4)的另一端与高压加热器(10)相连。
2.一种如权利要求1所述的基于锅炉跟随策略的高加RB综合控制装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、当出现高加水位高高高信号时，触发高加进水三通阀(8)和高加抽汽逆止门(4)的动作，将高压加热器(10)切除运行；此时系统给水进入汽机旁路(9)，再直接进入锅炉(5)；
步骤2、高加水位高高高信号同时还触发高加RB动作；
步骤3、若主汽压力不低于主汽压力设定值，保持当前控制方式；
步骤4、若主汽压力低于主汽压力设定值时，转入TF控制方式；
步骤5、机组出力减至目标值后，整个高加RB动作过程即告结束。
3.根据权利要求2所述的基于锅炉跟随策略的高加RB综合控制装置的控制方法，其特征在于，所述步骤2具体包括如下步骤：
步骤2.1、触发高加RB动作后，立即通过锅炉主控减少锅炉(5)出力，必要时采取跳闸磨煤机操作，控制逻辑按照一定的顺序和间隔时间自动跳闸响应数量的磨煤机，快速降低锅炉(5)的负荷，减少产汽量，防止过量蒸汽进入汽轮机做功；
步骤2.2、触发高加RB动作后，汽轮机通过控制汽轮机进汽调节阀(1)的开度防止汽机出力过快上升，汽轮机控制负荷的大小；
步骤2.3、触发高加RB动作后，汽机旁路(9)辅助主汽压力稳定，进入控压模式：压力设定值将在机组RB前的主汽压力上叠加一定裕量，作为高加RB后的主汽压力设定值进行压力控制；当汽轮机进汽调节阀(1)过小、压力过高时开启高旁压力调节阀(2)，将部分蒸汽卸去，保证主汽压力的稳定。
4.根据权利要求2所述的基于锅炉跟随策略的高加RB综合控制装置的控制方法，其特征在于，所述步骤4具体包括如下步骤：
步骤4.1、主汽压力转由汽轮机进汽调节阀(1)进行控制；
步骤4.2、汽机旁路(9)逐步关闭，恢复至高加RB前的工作状态；
步骤4.3、机组负荷由锅炉(5)决定，机组的负荷按照一定的速率降低到剩余运行磨煤机能够带的负荷量。
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