CN111928113A - 一种电厂液氨站氨气供应系统的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电厂液氨站氨气供应系统的控制方法,包括A、B两套互为备用的主设备的氨气供应系统,增加了一路从液氨储罐气相直接供氨管路,可使用液相、气相单独或同时供氨三种工作状态。所述控制方法通过DCS控制系统集中控制快关阀和调节阀的工作状态。本发明的有益效果是:氨气供应系统具有较高的可靠性;控制系统能适应工况变化,自动调整供氨运行方式到最佳状态,自动化程度较高、调整精细,且能充分利用液氨储罐自然蒸发气化能力减少液氨蒸发器的蒸汽消耗,达到最佳节能降耗效果。
Description
技术领域
本发明涉及燃煤电厂锅炉烟气选择性催化还原脱硝领域,具体地说,电厂脱硝中的液氨站氨气供应系统的控制方法。
背景技术
目前,燃煤电厂锅炉烟气脱硝主要采用选择性催化还原(SCR)技术,采用氨作为还原剂,将氮氧化物转化成无害的氮气和水蒸汽。液氨蒸发气化是燃煤电厂常用的一种氨气供应方式。液氨气化蒸发系统一般采用蒸汽加热装置,采用汽轮机辅汽热源加热。
现有的液氨蒸发系统的运行方式存在以下问题:
(1)需要液氨蒸发器长期不间断运行,对设备的可靠性要求较高;
(2)液氨蒸发器运行过程中造成了大量的热源、水源的浪费
发明内容
本发明正是为了解决上述技术问题而设计的一种电厂液氨站氨气供应系统的控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种电厂液氨站氨气供应系统的控制方法,包括A、B两套互为备用的主设备的氨气供应系统,其中,液氨储罐A经供液氨管、快关阀连接供液氨母管,液氨储罐B经供液氨管、快关阀也连接供液氨母管;供液氨母管经进口阀和液氨蒸发器A连通,供液氨母管还经进口阀和液氨蒸发器B连通;液氨蒸发器A 经供气管道、出口阀连接供气母管,液氨蒸发器B经供气管道、出口阀也连接供气母管;机组辅助蒸汽连接液氨蒸发器蒸汽调节阀,调节阀经进口阀和液氨蒸发器A连通,调节阀还经进口阀和液氨蒸发器B连通;供气母管与调节阀连通,调节阀经进口阀和氨气缓冲罐A连通,调节阀还经进口阀和氨气缓冲罐B 连通;所述液氨储罐A经供气管道、快关阀与供气母管连通,液氨储罐B经供气管道、快关阀也与供气母管连通;供气母管与调节阀连通,调节阀经进口阀和氨气缓冲罐A连通,调节阀还经进口阀和氨气缓冲罐B连通;氨气缓冲罐A 经供气管道和出口阀连接供氨母管,氨气缓冲罐B经供气管道和出口阀也连接供氨母管;氨气供应系统的所有快关阀和调节阀均连接至DCS控制系统;所述控制方法通过DCS控制系统控制可以选择任意一套或两套主设备灵活配置,所述DCS控制系统通过控制快关阀和调节阀的工作状态,实现氨气供应系统的集中控制。
所述一种电厂液氨站氨气供应系统的控制方法,所述DCS控制系统可以控制氨气供应系统工作在三种工作状态之一,所述三种工作状态是:液氨储罐气相单独供应氨气状态、液氨储罐液相和气相并列供应氨气状态、液氨储罐液相单独供应氨气状态。
所述一种电厂液氨站氨气供应系统的控制方法,所述液氨储罐气相单独供氨气状态是:液氨储罐投入运行初期,液氨储罐压力P1高于液氨储罐最低工作压力Pd;
切换器T1切向Ⅰ,选择偏差计算器Δ2的偏差进入PID控制器1生成指令,控制气相供氨调节阀,调节氨气缓冲罐压力P3;当氨气缓冲罐压力P3低于供氨压力设定值P0时,气相供氨调节阀开大;氨气缓冲罐压力P3高于供氨压力设定值P0时,气相供氨调节阀关小;切换器T2切向Ⅰ,选择偏差计算器Δ1的偏差改为负值进入PID控制器2生成指令,控制液相供氨调节阀,在液氨储罐压力 P1高于液氨储罐最低工作压力Pd时关小液相供氨调节阀,直到全关;
在此过程,液氨储罐压力P1不断下降,液氨储罐内液氨的温度随着下降,液氨储罐内外的温差也随着扩大,液氨储罐的自然蒸发气化量也越来越大;
若液氨储罐的自然蒸发气化能力较大,液氨储罐压力P1下降到不小于液氨储罐最低工作压力Pd,液氨储罐的自然蒸发气化量就能满足机组的氨气需求,则维持这种运行方式,液氨蒸发器不需投入,节约全部蒸汽。
所述一种电厂液氨站氨气供应系统的控制方法,所述液氨储罐液相和气相并列供应氨气状态是:若液氨储罐的自然蒸发气化量小于机组用氨量,液氨储罐压力P1将不断下降;液氨储罐压力P1下降至低于液氨储罐最低工作压力Pd时,切换器T2切向Ⅱ,选择偏差计算器Δ2的偏差进入PID控制器2生成指令,控制液相供氨调节阀,调节氨气缓冲罐压力P3;当氨气缓冲罐压力P3低于供氨压力设定值P0时,液相供氨调节阀开大;氨气缓冲罐压力P3高于供氨压力设定值 P0时,液相供氨调节阀关小;同时,切换器T1切向Ⅱ,选择偏差计算器Δ1的偏差进入PID控制器1生成指令,控制气相供氨调节阀,调节液氨储罐压力P1;当液氨储罐压力P1低于最低工作压力Pd时,气相供氨调节阀关小;液氨储罐压力P1高于最低工作压力Pd时,气相供氨调节阀开大;
此时液氨储罐液相和气相并列供应氨气,在液氨储罐自然蒸发气化量不能满足机组的氨气需求时,则维持这种运行方式,液氨储罐的自然蒸发气化量处于可连续使用的最大值,可最大限度地节约蒸汽。
所述一种电厂液氨站氨气供应系统的控制方法,所述液氨储罐液相和气相并列供应氨气时,若工况变化使机组用氨量小于液氨储罐的自然蒸发气化量时,缓冲罐压力P3将逐渐上升,在液相供氨调节阀逐渐关小至零后,缓冲罐压力P3继续上升到高于供氨压力设定值P0 0.02MPa(死区值)以上时,切换器T1又切向Ⅰ,选择偏差计算器Δ2的偏差进入PID控制器1生成指令,控制关小气相供氨调节阀,调节降低氨气缓冲罐压力P3;
在气相供氨调节阀关小后,液氨储罐压力P1升高超过液氨储罐最低工作压力Pd,切换器T2切向Ⅰ,选择偏差计算器Δ1的偏差改为负值进入PID控制器 2生成指令,控制关小液相供氨调节阀,直到全关;这时,就又切换为液氨储罐气相单独供氨气的方式;
随着液氨储罐压力P1升高,液氨储罐内液氨的温度逐渐上升,液氨储罐内外的温差减小,液氨储罐的自然蒸发气化量逐渐减少至与机组用氨量相等,达到新的平衡状态。
所述一种电厂液氨站氨气供应系统的控制方法,供氨压力设定值P0根据各机组设计值和运行调节特性情况设定;全厂最高负荷Pzg根据机组运行台数和预计负荷率设定;操作员只需在供氨压力设定器输入供氨压力设定值P0,在全厂最高负荷设定器202输入全厂最高负荷Pzg;函数发生器f1(x)根据全厂最高负荷 Pzg计算出全厂最大供氨流量,计算公式如下:
f1(x)=kPzg kg/h
k——耗氨系数,kg/MW;
Pzg——全厂最高负荷,MW;
f1(x)的结果输入函数发生器f2(x),f2(x)是通过试验得到的液氨蒸发器流量与所需最小液氨储罐差压的关系曲线,f2(x)按全厂最大供氨流量计算出液氨储罐所需的差压,计算公式如下:
f2(x)=Pgdx+Pjy MPa
Pgd——单位氨流量管道阻力,MPa/(kg/h);
x——全厂最大供氨流量,kg/h;
Pjy——静压补偿值,MPa;
然后f2(x)的结果与供氨压力设定值P0在加法器中相加得到液氨储罐最低工作压力Pd;限制液氨储罐最低工作压力的目的,是为了在液氨储罐气相供氨气管路发生故障时,液氨蒸发器单独供应氨气能满足全厂最高负荷需求。
所述一种电厂液氨站氨气供应系统的控制方法,当液相供氨调节阀在手动时,任何工况状态下切换器T1都切向Ⅰ,气相供氨调节阀优先保证缓冲罐压力 P3稳定。
所述一种电厂液氨站氨气供应系统的控制方法,当液氨储罐压力P1减液氨储罐最低工作压力Pd的值≥0.02MPa时切换器T1切向Ⅰ;条件中的0.02MPa为设定的死区值,作用是防止液氨储罐压力P1在液氨储罐最低工作压力Pd附近波动时,切换器T1频繁反复切换。
所述一种电厂液氨站氨气供应系统的控制方法,当液氨储罐压力P1大于等于液氨储罐最低工作压力Pd,且液相供氨调节阀全关时,切换器T1切向Ⅰ;在液相供氨调节阀全关时,液氨储罐压力P1大于等于液氨储罐最低工作压力Pd,说明液氨储罐内的氨气还有富余,优先气相供氨,切换器T1切向Ⅰ,气相供氨调节阀调节缓冲罐压力P3。
所述一种电厂液氨站氨气供应系统的控制方法,当缓冲罐压力P3减供氨压力设定值P0的值≥0.02MPa,且液相供氨调节阀全关时,切换器T1切向Ⅰ,气相供氨调节阀调节缓冲罐压力P3,由于液氨储罐压力P1调节惯性远大于缓冲罐压力P3,在液相、气相并列运行中机组耗氨量减小时,可能出现液相供氨调节阀全关后液氨储罐压力P1仍低于液氨储罐最低工作压力Pd,这时气相供氨调节阀仍在调节液氨储罐压力P1,将可能造成缓冲罐压力P3失调而偏高;因此,增加了液相供氨调节阀全关与缓冲罐压力P3偏高时,切换器T1切向Ⅰ,气相供氨调节阀调节缓冲罐压力P3。条件中的0.02MPa为设定的死区值,作用是防止切换器T1频繁反复切换。
所述一种电厂液氨站氨气供应系统的控制方法,除了前面所述的切换器T1 切向Ⅰ的情况,切换器T1都切向Ⅱ,气相供氨调节阀调节液氨储罐压力P3。
所述一种电厂液氨站氨气供应系统的控制方法,当气相供氨调节阀在手动,或液氨储罐压力P1小于液氨储罐最低工作压力Pd时,切换器T2切向Ⅱ,否则,切换器T2切向Ⅰ;
气相供氨调节阀在手动,任何工况状态下切换器T2都切向Ⅱ,液相供氨调节阀调节缓冲罐压力P3,保证缓冲罐压力P3稳定;液氨储罐压力P1大于等于液氨储罐最低工作压力Pd,说明液氨储罐内的氨气还有富余,应优先使用气相供氨,切换器T2切向Ⅰ,关闭液相供氨调节阀。
工作原理:液氨储罐液相供氨气流程:液氨储罐的液氨通过液氨储罐液氨出口快关阀和液氨蒸发器液氨进口阀进入液氨蒸发器,液氨在液氨蒸发器利用蒸汽的热量蒸发气化后,通过液氨蒸发器氨气出口阀进入液氨蒸发器氨气出口母管,经过液氨蒸发器氨气出口母管调节阀,从氨气缓冲罐进口阀进入氨气缓冲罐。
液氨储罐气相供氨气流程:液氨储罐的氨气从液氨储罐氨气出口快关阀进入液氨蒸发器氨气出口母管,经过气相供氨调节阀,从氨气缓冲罐进口阀进入氨气缓冲罐。
液相供氨气和气相供氨气并列进入氨气缓冲罐后,从氨气缓冲罐出口阀进入供氨母管向各运行机组供应氨气。
本系统区别于以往系统的是,以往系统只有液氨储罐液相供氨一种运行方式,本系统还能采用液氨储罐气相单独供应氨气或与液相并列供应氨气,共有三种运行方式。多种运行方式不仅显著提高了系统可靠性,还能通过优化控制方法达到节能减排的效果。
本发明一种电厂液氨站氨气供应系统的控制方法,在使用以上一种电厂液氨站氨气供应系统的基础上,通过DCS控制系统组态逻辑实现自动控制。操作人员只需设定好供氨压力P0和液氨储罐的最低工作压力Pd。控制系统能自动适应机组用氨量和环境温度等工况变化,自动调整供氨运行方式到最佳状态,自动化程度较高,达到高水平的精细调整。最佳运行方式能充分利用液氨储罐本体的自然蒸发气化能力,最大限度的减少液氨蒸发器的蒸汽消耗,达到最佳节能降耗效果。
液氨站氨气供应控制方法选择运行参数的原则:
(1)液氨储罐工作压力越低,节能减排效果越好。由于液氨储罐处于饱和状态,液氨储罐压力越低,其内部温度就越低,液氨储罐内外温差也越大,液氨储罐的自然蒸发气化能力也越大。因此,必须尽量降低液氨储罐压力,以充分利用液氨储罐的自然蒸发气化能力,达到最大的节能减排效果。
(2)为了防止液氨储罐气相供氨管路发生故障影响正常供氨,必须设定液氨储罐最低工作压力。在未设有液氨输送泵的系统,液氨储罐与液氨蒸发器必须有一定的差压,才能保证有足够的液氨进入液氨蒸发器。因此,液氨储罐工作压力不能无限降低,必须设置液氨储罐最低工作压力Pd。
供氨压力设定值P0选择:为降低液氨储罐压力,供氨压力在保证各机组脱硝系统的流量和调节灵敏性基础上,应尽量选择较低值。系统正常运行中,氨气缓冲罐压力P3与供氨压力相等。
液氨储罐最低工作压力Pd计算:液氨储罐的液氨进入液氨蒸发器需要的差压与系统管道特性和流量有关。操作人员设定好供氨压力P0和全厂最高负荷Pzg后,程序先根据经验曲线按全厂最高负荷Pzg计算出最大供氨流量,再按最大供氨流量计算出液氨储罐所需的差压,然后与供氨压力相加得到液氨储罐最低工作压力Pd。
本发明具有以下有益效果:
(1)具有较高的可靠性。本发明实施例系统增加了一路从液氨储罐气相直接供应氨气的管路。液氨储罐液相供氨气和液氨储罐气相供应氨气的管路是并列的,可各自单独供应氨气或并列同时供应氨气,共有三种运行方式,每种方式又有A侧和B侧设备不同配置的多种方案,可以根据不同工况灵活运用,具有较高的可靠性。常用的氨站系统只有液氨储罐液相供氨一种运行方式,当液氨蒸发器发生故障不能投运时,会造成供氨中断,系统可靠性较低。
(2)节能减排效果显著。本发明方法以液氨储罐气相直接供应氨气优先。在液氨储罐的自然蒸发气化能力大于机组用氨量时,控制系统自动调节使液氨蒸发器出口压力调节阀保持全关,完全没有蒸汽消耗。在液氨储罐的自然蒸发气化能力小于机组用氨量时,控制系统自动调节使液氨储罐压力保持在最低值,尽量扩大液氨储罐内外温差,能充分利用液氨储罐本体的自然蒸发气化能力,最大限度的减少液氨蒸发器的蒸汽消耗,达到最佳节能减排效果。
(3)自动化程度高。本发明方法通过DCS控制系统组态逻辑实现自动控制。操作人员只需设定好供氨压力和液氨储罐的最低工作压力。控制系统能自动适应机组用氨量和环境温度等工况变化,自动调整供氨运行方式到最佳状态,自动化程度较高,达到高水平的精细调整,并降低了运行人员的劳动强度。
(4)系统简单,容易实现。本发明系统只增加了气相供氨调节阀、倒罐阀、进口阀三个阀门和连接的少量氨气管,在氨气母管b和接槽车氨气隔离门之间增加倒罐阀,使用一条氨气母管就能完成卸氨,简化了系统布置;并且在氨罐区没有任何改动,容易实现,安全风险较小。
附图说明
图1为本发明液氨站氨气供应系统功能结构示意图;
图2为本发明液氨储罐最低工作压力计算方框图;
图3为本发明液氨站氨气供应控制系统方框图;
图4为本发明切换器T1切换条件方框图;
图5为本发明切换器T2切换条件方框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示,本发明一种电厂液氨站氨气供应系统的控制方法,包括A、B 两套互为备用的主设备的氨气供应系统,其中,液氨储罐A1经供液氨管、快关阀104连接供液氨母管,液氨储罐B 2经供液氨管、快关阀105也连接供液氨母管;供液氨母管经进口阀106和液氨蒸发器A 3连通,供液氨母管还经进口阀108和液氨蒸发器B 4连通;液氨蒸发器A 3经供气管道、出口阀107连接供气母管113,液氨蒸发器B 4经供气管道、出口阀109也连接供气母管113;机组辅助蒸汽连接液氨蒸发器蒸汽调节阀110,汽调节阀110经进口阀111和液氨蒸发器A 3连通,汽调节阀110还经进口阀112和液氨蒸发器B 4连通;供气母管113与调节阀114连通,调节阀114经进口阀116和氨气缓冲罐A 5连通,调节阀114还经进口阀117和氨气缓冲罐B 6连通;所述液氨储罐A1经供气管道、快关阀101与供气母管103连通,液氨储罐B 2经供气管道、快关阀102也与供气母管103连通;供气母管103与调节阀115连通,调节阀115 经进口阀116和氨气缓冲罐A 5连通,调节阀115还经进口阀117和氨气缓冲罐B 6连通;氨气缓冲罐A 5经供气管道和出口阀118连接供氨母管120,氨气缓冲罐B 6经供气管道和出口阀119也连接供氨母管120;氨气供应系统的所有快关阀和调节阀均连接至DCS控制系统;所述控制方法通过DCS控制系统控制可以选择任意一套或两套主设备灵活配置,所述DCS控制系统通过控制快关阀和调节阀的工作状态,实现氨气供应系统的集中控制。
所述一种电厂液氨站氨气供应系统的控制方法,所述DCS控制系统可以控制氨气供应系统工作在三种工作状态之一,所述三种工作状态是:液氨储罐气相单独供应氨气状态、液氨储罐液相和气相并列供应氨气状态、液氨储罐液相单独供应氨气状态。
如图3所示,控制系统自动控制过程如下:
偏差计算器1301计算液氨储罐压力P1与液氨储罐最低工作压力Pd的偏差。偏差计算器2302计算供氨压力设定值P 0与氨气缓冲罐压力P3的偏差。
(1)液氨储罐气相单独供应氨气
所述一种电厂液氨站氨气供应系统的控制方法,所述液氨储罐气相单独供氨气状态是:液氨储罐投入运行初期,液氨储罐压力P1高于液氨储罐最低工作压力Pd;
切换器T1303切向Ⅰ(切换器T1切换条件见图4说明),选择偏差计算器Δ 2302的偏差进入PID控制器1304生成指令,控制气相供氨调节阀115,调节氨气缓冲罐压力P3;当氨气缓冲罐压力P3低于供氨压力设定值P0时,气相供氨调节阀开大;氨气缓冲罐压力P3高于供氨压力设定值P0时,气相供氨调节阀关小;切换器T2305切向Ⅰ,选择偏差计算器Δ1301的偏差改为负值进入PID 控制器2306生成指令,控制液相供氨调节阀114,在液氨储罐压力P1高于液氨储罐最低工作压力Pd时关小液相供氨调节阀114,直到全关;
在此过程,液氨储罐压力P1不断下降,液氨储罐内液氨的温度随着下降,液氨储罐内外的温差也随着扩大,液氨储罐的自然蒸发气化量也越来越大;
若液氨储罐的自然蒸发气化能力较大,液氨储罐压力P1下降到不小于液氨储罐最低工作压力Pd,液氨储罐的自然蒸发气化量就能满足机组的氨气需求,则维持这种运行方式,液氨蒸发器不需投入,节约全部蒸汽。
(2)液氨储罐液相和气相并列供应氨气
所述一种电厂液氨站氨气供应系统的控制方法,所述液氨储罐液相和气相并列供应氨气状态是:若液氨储罐的自然蒸发气化量小于机组用氨量,液氨储罐压力P1将不断下降;液氨储罐压力P1下降至低于液氨储罐最低工作压力Pd时,切换器T2305切向Ⅱ,选择偏差计算器Δ2302的偏差进入PID控制器2306 生成指令,控制液相供氨调节阀114,调节氨气缓冲罐压力P3;当氨气缓冲罐压力P3低于供氨压力设定值P0时,液相供氨调节阀114开大;氨气缓冲罐压力P3高于供氨压力设定值P0时,液相供氨调节阀114关小;同时,切换器T1303切向Ⅱ,选择偏差计算器Δ1301的偏差进入PID控制器1304生成指令,控制气相供氨调节阀115,调节液氨储罐压力P1;当液氨储罐压力P1低于最低工作压力Pd时,气相供氨调节阀115关小;液氨储罐压力P1高于最低工作压力Pd时,气相供氨调节阀115开大;
此时液氨储罐液相和气相并列供应氨气,在液氨储罐自然蒸发气化量不能满足机组的氨气需求时,则维持这种运行方式,液氨储罐的自然蒸发气化量处于可连续使用的最大值,可最大限度地节约蒸汽。
(3)液氨储罐液相和气相并列供应氨气转换为气相单独供应氨气
所述一种电厂液氨站氨气供应系统的控制方法,进一步地,液氨储罐液相和气相并列供应氨气时,若工况变化使机组用氨量小于液氨储罐的自然蒸发气化量,缓冲罐压力P3将逐渐上升,在液相供氨调节阀114逐渐关小至零后,缓冲罐压力P3继续上升到高于供氨压力设定值P 00.02MPa(死区值)以上时,切换器T1303又切向Ⅰ,选择偏差计算器Δ2302的偏差进入PID控制器1304生成指令,控制关小气相供氨调节阀115,调节降低氨气缓冲罐压力P3;
在气相供氨调节阀115关小后,液氨储罐压力P1升高超过液氨储罐最低工作压力Pd,切换器T2305切向Ⅰ,选择偏差计算器Δ1301的偏差改为负值进入PID控制器2306生成指令,控制关小液相供氨调节阀114,直到全关;这时,就又切换为液氨储罐气相单独供氨气的方式;
随着液氨储罐压力P1升高,液氨储罐内液氨的温度逐渐上升,液氨储罐内外的温差减小,液氨储罐的自然蒸发气化量逐渐减少至与机组用氨量相等,达到新的平衡状态。
(4)液氨储罐液相单独供应氨气
液氨储罐液相单独供应氨气只有在液氨储罐气相供氨不允许运时才采用。这时,气相供氨调节阀115关闭;切换器T2305切向Ⅱ,选择偏差计算器Δ2302 的偏差进入PID控制器2306生成指令,控制液相供氨调节阀114,调节氨气缓冲罐压力P3;当氨气缓冲罐压力P3低于供氨压力设定值P0时,液相供氨调节阀 114开大;氨气缓冲罐压力P3高于供氨压力设定值P0时,液相供氨调节阀114 关小。
所述一种电厂液氨站氨气供应系统的控制方法,供氨压力设定值P0根据各机组设计值和运行调节特性情况设定(本实施例设定范围0.2MPa~0.4MPa);全厂最高负荷Pzg根据机组运行台数和预计负荷率设定;操作员只需在供氨压力设定器201输入供氨压力设定值P0,在全厂最高负荷设定器202输入全厂最高负荷Pzg;函数发生器f1(x)203根据全厂最高负荷Pzg 202计算出全厂最大供氨流量,计算公式如下:
f1(x)=kPzg kg/h
k——耗氨系数,kg/MW,本实施例为0.22kg/MW;
Pzg——全厂最高负荷,MW。
f1(x)的结果输入函数发生器f2(x)204,f2(x)是通过试验得到的液氨蒸发器流量与所需最小液氨储罐差压的关系曲线,f2(x)按全厂最大供氨流量计算出液氨储罐所需的差压,计算公式如下:
f2(x)=Pgdx+Pjy MPa
Pgd——单位氨流量管道阻力,MPa/(kg/h),本实施例为0.00046MPa/(kg/h);
x——全厂最大供氨流量,kg/h;
Pjy——静压补偿值,MPa,本实施例为;0.03MPa。
然后f2(x)的结果与供氨压力设定值P0在加法器205中相加得到液氨储罐最低工作压力Pd;限制液氨储罐最低工作压力的目的,是为了在液氨储罐气相供氨气管路发生故障时,液氨蒸发器单独供应氨气能满足全厂最高负荷需求。
所述一种电厂液氨站氨气供应系统的控制方法,当液相供氨调节阀114在手动时,任何工况状态下切换器T1都切向Ⅰ,气相供氨调节阀115优先保证缓冲罐压力P3稳定。
所述一种电厂液氨站氨气供应系统的控制方法,当液氨储罐压力P1减液氨储罐最低工作压力Pd的值≥0.02MPa时切换器T1切向Ⅰ;条件中的0.02MPa为设定的死区值,作用是防止液氨储罐压力P1在液氨储罐最低工作压力Pd附近波动时,切换器T1频繁反复切换。
所述一种电厂液氨站氨气供应系统的控制方法,当液氨储罐压力P1大于等于液氨储罐最低工作压力Pd,且液相供氨调节阀114全关时,切换器T1切向Ⅰ;在液相供氨调节阀114全关时,液氨储罐压力P1大于等于液氨储罐最低工作压力Pd,说明液氨储罐内的氨气还有富余,优先气相供氨,切换器T1切向Ⅰ,气相供氨调节阀115调节缓冲罐压力P3。
所述一种电厂液氨站氨气供应系统的控制方法,当缓冲罐压力P3减供氨压力设定值P0的值≥0.02MPa,且液相供氨调节阀114全关时,切换器T1切向Ⅰ;由于液氨储罐压力P1调节惯性远大于缓冲罐压力P3,在液相、气相并列运行中机组耗氨量减小时,可能出现液相供氨调节阀114全关后液氨储罐压力P1仍低于液氨储罐最低工作压力Pd,这时气相供氨调节阀115仍在调节液氨储罐压力 P1,将可能造成缓冲罐压力P3失调而偏高。因此,增加了液相供氨调节阀114 全关与缓冲罐压力P3偏高时,切换器T1切向Ⅰ,气相供氨调节阀115调节缓冲罐压力P3。条件中的0.02MPa为设定的死区值,作用是防止切换器T1频繁反复切换。
所述一种电厂液氨站氨气供应系统的控制方法,除了前面所述的切换器T1 切向Ⅰ的情况,切换器T1都切向Ⅱ,气相供氨调节阀115调节液氨储罐压力P3。所述一种电厂液氨站氨气供应系统的控制方法,当气相供氨调节阀在手动,或液氨储罐压力P1小于液氨储罐最低工作压力Pd时,切换器T2切向Ⅱ,否则,切换器T2切向Ⅰ;
气相供氨调节阀115在手动,任何工况状态下切换器T2都切向Ⅱ,液相供氨调节阀(114)调节缓冲罐压力P3,保证缓冲罐压力P3稳定;液氨储罐压力P1大于等于液氨储罐最低工作压力Pd,说明液氨储罐内的氨气还有富余,应优先使用气相供氨,切换器T2切向Ⅰ,关闭液相供氨调节阀114。
本发明实施例系统A侧和B侧设备可以灵活配置,流程和控制方法都相似,下面以A侧设备为例对流程和控制方法进行说明:
液氨储罐液相供氨气流程:液氨储罐A1的液氨通过液氨储罐A液氨出口快关阀104和液氨蒸发器A液氨进口阀106进入液氨蒸发器A 3。机组辅助蒸汽系统来的蒸汽,通过液氨蒸发器蒸汽调节阀110,经液氨蒸发器A蒸汽进口阀 111进入液氨蒸发器A 3,对液氨进行加热。液氨在液氨蒸发器A 3内蒸发气化后,通过液氨蒸发器A氨气出口阀107进入液氨蒸发器氨气出口母管113,经过液相供氨调节阀114,再从氨气缓冲罐A进口阀116进入氨气缓冲罐A5,然后通过氨气缓冲罐A出口阀118到供氨母管120,向机组供氨。
液氨储罐气相供氨气流程:液氨储罐A的氨气从液氨储罐氨气出口快关阀 101进入液氨蒸发器氨气出口母管103,经过气相供氨调节阀115,再从氨气缓冲罐A进口阀116进入氨气缓冲罐A 5,然后通过氨气缓冲罐A出口阀118到供氨母管120,向机组供氨。
图2是液氨储罐最低工作压力计算方框图。本实施例供氨压力设定值P0根据各机组设计值和运行调节特性情况设定。全厂最高负荷Pzg根据机组运行台数和预计负荷率设定。操作员只需在供氨压力设定器201输入供氨压力设定值P0,在全厂最高负荷设定器202输入全厂最高负荷Pzg。函数发生器f1(x)203根据全厂最高负荷Pzg202计算出全厂最大供氨流量,输入函数发生器f2(x)204,f2(x) 是通过试验得到的液氨蒸发器流量与所需最小液氨储罐差压的关系曲线,f2(x) 按全厂最大供氨流量计算出液氨储罐所需的差压,然后与供氨压力设定值P0在加法器205中相加得到液氨储罐最低工作压力Pd。限制液氨储罐最低工作压力的目的,是为了在液氨储罐气相供氨气管路发生故障时,液氨蒸发器单独供应氨气能满足全厂最高负荷需求。
图4是切换器T1切换条件方框图:
401、状态条件:液相供氨调节阀114在手动;402、状态条件:P1-Pd≥ 0.02MPa;403、状态条件:P1≥Pd;404、状态条件:P3-P0≥0.02MPa;405、状态条件:液相供氨调节阀114全关;406、逻辑或门,407、逻辑与门,408、逻辑或门,409、指令:切换器T1切向Ⅰ;410、逻辑非门,411、指令:切换器T1切向Ⅱ。
图5是切换器T2切换条件方框图:
501、状态条件:气相供氨调节阀115在手动;502、状态条件:P1<Pd;503、逻辑或门,504、指令:切换器T2切向Ⅱ;505、逻辑非门,506、指令:切换器 T2切向Ⅰ。
本发明不局限于上述最佳实施方式,任何人在本发明的启示下得出的其他任何与本发明相同或相近似的产品,均落在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种电厂液氨站氨气供应系统的控制方法,包括A、B两套互为备用的主设备的氨气供应系统,其中,液氨储罐A(1)经供液氨管、快关阀(104)连接供液氨母管,液氨储罐B(2)经供液氨管、快关阀(105)也连接供液氨母管;供液氨母管经进口阀(106)和液氨蒸发器A(3)连通,供液氨母管还经进口阀(108)和液氨蒸发器B(4)连通;液氨蒸发器A(3)经供气管道、出口阀(107)连接供气母管(113),液氨蒸发器B(4)经供气管道、出口阀(109)也连接供气母管(113);机组辅助蒸汽连接液氨蒸发器蒸汽调节阀(110),汽调节阀(110)经进口阀(111)和液氨蒸发器A(3)连通,汽调节阀(110)还经进口阀(112)和液氨蒸发器B(4)连通;供气母管(113)与调节阀(114)连通,调节阀(114)经进口阀(116)和氨气缓冲罐A(5)连通,调节阀(114)还经进口阀(117)和氨气缓冲罐B(6)连通;所述液氨储罐A(1)经供气管道、快关阀(101)与供气母管(103)连通,液氨储罐B(2)经供气管道、快关阀(102)也与供气母管(103)连通;供气母管(103)与调节阀(115)连通,调节阀(115)经进口阀(116)和氨气缓冲罐A(5)连通,调节阀(115)还经进口阀(117)和氨气缓冲罐B(6)连通;氨气缓冲罐A(5)经供气管道和出口阀(118)连接供氨母管(120),氨气缓冲罐B(6)经供气管道和出口阀(119)也连接供氨母管(120);氨气供应系统的所有快关阀和调节阀均连接至DCS控制系统;其特征在于:所述控制方法通过DCS控制系统控制可以选择任意一套或两套主设备灵活配置,所述DCS控制系统通过控制快关阀和调节阀的工作状态,实现氨气供应系统的集中控制。
2.根据权利要求1所述的一种电厂液氨站氨气供应系统的控制方法,其特征在于:所述DCS控制系统可以控制氨气供应系统工作在三种工作状态之一,所述三种工作状态是:液氨储罐气相单独供应氨气状态、液氨储罐液相和气相并列供应氨气状态、液氨储罐液相单独供应氨气状态。
3.根据权利要求2所述的一种电厂液氨站氨气供应系统的控制方法,其特征在于:所述液氨储罐气相单独供氨气状态是:液氨储罐投入运行初期,液氨储罐压力P1高于液氨储罐最低工作压力Pd;
切换器T1(303)切向Ⅰ,选择偏差计算器Δ2(302)的偏差进入PID控制器1(304)生成指令,控制气相供氨调节阀(115),调节氨气缓冲罐压力P3;当氨气缓冲罐压力P3低于供氨压力设定值P0时,气相供氨调节阀开大;氨气缓冲罐压力P3高于供氨压力设定值P0时,气相供氨调节阀关小;切换器T2(305)切向Ⅰ,选择偏差计算器Δ1(301)的偏差改为负值进入PID控制器2(306)生成指令,控制液相供氨调节阀(114),在液氨储罐压力P1高于液氨储罐最低工作压力Pd时关小液相供氨调节阀(114),直到全关;
在此过程,液氨储罐压力P1不断下降,液氨储罐内液氨的温度随着下降,液氨储罐内外的温差也随着扩大,液氨储罐的自然蒸发气化量也越来越大;
若液氨储罐的自然蒸发气化能力较大,液氨储罐压力P1下降到不小于液氨储罐最低工作压力Pd,液氨储罐的自然蒸发气化量就能满足机组的氨气需求,则维持这种运行方式,液氨蒸发器不需投入,节约全部蒸汽;
所述液氨储罐液相和气相并列供应氨气状态是:若液氨储罐的自然蒸发气化量小于机组用氨量,液氨储罐压力P1将不断下降;液氨储罐压力P1下降至低于液氨储罐最低工作压力Pd时,切换器T2(305)切向Ⅱ,选择偏差计算器Δ2(302)的偏差进入PID控制器2(306)生成指令,控制液相供氨调节阀(114),调节氨气缓冲罐压力P3;当氨气缓冲罐压力P3低于供氨压力设定值P0时,液相供氨调节阀(114)开大;氨气缓冲罐压力P3高于供氨压力设定值P0时,液相供氨调节阀(114)关小;同时,切换器T1(303)切向Ⅱ,选择偏差计算器Δ1(301)的偏差进入PID控制器1(304)生成指令,控制气相供氨调节阀(115),调节液氨储罐压力P1;当液氨储罐压力P1低于最低工作压力Pd时,气相供氨调节阀(115)关小;液氨储罐压力P1高于最低工作压力Pd时,气相供氨调节阀(115)开大;此时液氨储罐液相和气相并列供应氨气,在液氨储罐的自然蒸发气化量不能满足机组的氨气需求时,则维持这种运行方式,液氨储罐的自然蒸发气化量处于可连续使用的最大值,可最大限度地节约蒸汽;
所述液氨储罐液相和气相并列供应氨气时,若工况变化使机组用氨量小于液氨储罐的自然蒸发气化量,缓冲罐压力P3将逐渐上升,在液相供氨调节阀(114)逐渐关小至零后,缓冲罐压力P3继续上升到高于供氨压力设定值P 00.02MPa以上时,切换器T1(303)又切向Ⅰ,选择偏差计算器Δ2(302)的偏差进入PID控制器1(304)生成指令,控制关小气相供氨调节阀(115),调节降低氨气缓冲罐压力P3;
在气相供氨调节阀(115)关小后,液氨储罐压力P1升高超过液氨储罐最低工作压力Pd,切换器T2(305)切向Ⅰ,选择偏差计算器Δ1(301)的偏差改为负值进入PID控制器2(306)生成指令,控制关小液相供氨调节阀(114),直到全关;这时,就又切换为液氨储罐气相单独供氨气的方式;
随着液氨储罐压力P1升高,液氨储罐内液氨的温度逐渐上升,液氨储罐内外的温差减小,液氨储罐的自然蒸发气化量逐渐减少至与机组用氨量相等,达到新的平衡状态。
4.根据权利要求3所述的一种电厂液氨站氨气供应系统的控制方法,其特征在于:供氨压力设定值P0根据各机组设计值和运行调节特性情况设定;全厂最高负荷Pzg根据机组运行台数和预计负荷率设定;操作员只需在供氨压力设定器(201)输入供氨压力设定值P0,在全厂最高负荷设定器(202)输入全厂最高负荷Pzg;函数发生器f1(x)(203)根据全厂最高负荷Pzg(202)计算出全厂最大供氨流量,计算公式如下:
f1(x)=kPzg kg/h
k——耗氨系数,kg/MW;
Pzg——全厂最高负荷,MW;
f1(x)的结果输入函数发生器f2(x)(204),f2(x)是通过试验得到的液氨蒸发器流量与所需最小液氨储罐差压的关系曲线,f2(x)按全厂最大供氨流量计算出液氨储罐所需的差压,计算公式如下:
f2(x)=Pgdx+Pjy MPa
Pgd——单位氨流量管道阻力,MPa/(kg/h);
x——全厂最大供氨流量,kg/h;
Pjy——静压补偿值,MPa;
然后f2(x)的结果与供氨压力设定值P0在加法器(205)中相加得到液氨储罐最低工作压力Pd。
5.根据权利要求3所述的一种电厂液氨站氨气供应系统的控制方法,其特征在于:当液相供氨调节阀(114)在手动时,任何工况状态下切换器T1都切向Ⅰ,气相供氨调节阀(115)调节缓冲罐压力P3,优先保证缓冲罐压力P3稳定。
6.根据权利要求3所述的一种电厂液氨站氨气供应系统的控制方法,其特征在于:当液氨储罐压力P1减液氨储罐最低工作压力Pd的值≥0.02MPa时切换器T1切向Ⅰ,气相供氨调节阀(115)调节缓冲罐压力P3;条件中的0.02MPa为设定的死区值,作用是防止液氨储罐压力P1在液氨储罐最低工作压力Pd附近波动时,切换器T1频繁反复切换。
7.根据权利要求3所述的一种电厂液氨站氨气供应系统的控制方法,其特征在于:当液氨储罐压力P1大于等于液氨储罐最低工作压力Pd,且液相供氨调节阀(114)全关时,切换器T1切向Ⅰ,气相供氨调节阀(115)调节缓冲罐压力P3;在液相供氨调节阀(114)全关时,液氨储罐压力P1大于等于液氨储罐最低工作压力Pd,说明液氨储罐内的氨气还有富余,优先气相供氨,切换器T1切向Ⅰ,气相供氨调节阀(115)调节缓冲罐压力P3。
8.根据权利要求3所述的一种电厂液氨站氨气供应系统的控制方法,其特征在于:当缓冲罐压力P3减供氨压力设定值P0的值≥0.02MPa,且液相供氨调节阀(114)全关时,切换器T1切向Ⅰ,气相供氨调节阀(115)调节缓冲罐压力P3,由于液氨储罐压力P1调节惯性远大于缓冲罐压力P3,在液相、气相并列运行中机组耗氨量减小时,可能出现液相供氨调节阀(114)全关后液氨储罐压力P1仍低于液氨储罐最低工作压力Pd,这时气相供氨调节阀(115)仍在调节液氨储罐压力P1,将可能造成缓冲罐压力P3失调而偏高;因此,增加了液相供氨调节阀(114)全关与缓冲罐压力P3偏高时,切换器T1切向Ⅰ,气相供氨调节阀(115)调节缓冲罐压力P3;条件中的0.02MPa为设定的死区值,作用是防止切换器T1频繁反复切换。
9.根据权利要求3所述的一种电厂液氨站氨气供应系统的控制方法,其特征在于:当气相供氨调节阀在手动,或液氨储罐压力P1小于液氨储罐最低工作压力Pd时,切换器T2切向Ⅱ,否则,切换器T2切向Ⅰ;气相供氨调节阀(115)在手动,任何工况状态下切换器T2都切向Ⅱ,液相供氨调节阀(114)调节缓冲罐压力P3,保证缓冲罐压力P3稳定;液氨储罐压力P1大于等于液氨储罐最低工作压力Pd,说明液氨储罐内的氨气还有富余,应优先使用气相供氨,切换器T2切向Ⅰ,关闭液相供氨调节阀(114)。
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