CN112709610B - 一种零号高压加热器调整抽汽控制曲线的优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种零号高压加热器调整抽汽控制曲线的优化方法，包括搭建热力系统模型，计算得到的各典型负荷工况热耗率，调整模型中各典型负荷工况零段抽汽调阀后压力，获得其在限定条件下的零号高加进汽压力，以各典型负荷工况为起点，向负荷降低的方向进行小步长变工况计算，直至覆盖零号高压加热器投运的全负荷区域，绘制出机组负荷与零段抽汽调阀后压力的关系曲线，并通过现场试验修正机组负荷与零段抽汽调阀后压力关系曲线，根据修正后的零段抽汽调阀后压力曲线修改控制逻辑，完成机组零段可调整抽汽的优化控制。本发明可以提高炉侧省煤器及水冷壁运行的安全性，同时还可降低汽轮机热耗率，提高机组经济性。

Description

一种零号高压加热器调整抽汽控制曲线的优化方法

技术领域

本发明涉及火力发电技术领域，具体涉及一种零号高压加热器调整抽汽控制曲线的优化方法。

背景技术

目前大容量燃煤发电机组深度调峰成为常态，机组长期在低负荷下运行，存在机组经济性下降且脱硝系统运行不能投入等问题和风险。零号高压加热器的设置能提高低负荷工况的给水温度,有利于部分负荷下脱硝系统的安全运行，因此，部分配置有补汽阀管系的节流调节机组进行了零号高压加热器的改造，通过设置零号高压加热器来提高给水温度和增加回热效率，可以保证机组脱硝装置的投入率以及提高中低负荷下的脱硝效率，同时还可改善机组低负荷下运行的经济性。

汽机制造厂通常给出几个典型负荷工况下的机组输出功率值与零号高压加热器进汽压力值，电厂再根据此数据进行线性插值绘制曲线，确定零号高压加热器抽汽调节阀的控制逻辑，从而实现零号高压加热器在各负荷下的进汽压力调节。

为防止省煤器下联箱和水冷壁内发生汽化，汽水混合物在联箱、水冷壁中出现分配不均对水冷壁管的安全产生不利影响，要求省煤器出水温度最少不得低于其出水压力对应饱和温度30℃。上述零号高压加热器进汽压力的控制方法缺少对以上安全要求的考量，对锅炉设备存在一定的安全隐患。此外，零段抽汽调节阀开度通常较小，节流损失较大，影响机组经济性。

发明内容

本发明的目的是提供一种零号高压加热器调整抽汽控制曲线的优化方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种零号高压加热器调整抽汽控制曲线的优化方法，包括：

(1)、根据汽轮机设计热平衡图搭建热力系统模型，以零号高压加热器投运的最高负荷工况作为基准，对高压缸、中压缸、低压缸以各段抽汽口为分界线划分级组j个，定义汽轮机通流特性：各级组级后压力与蒸汽流量关系，

(2)、部分负荷工况模型(i＝75％THA、50％THA、40％THA)在基准条件下通过变工况计算得到，各典型负荷工况热耗率与设计值偏差小于0.25％，

(3)、调整回热系统模型中各典型负荷工况零段抽汽调阀后压力，获得各典型负荷试验工况在限定条件下的零号高压加热器进汽压力，

(4)、以各典型负荷工况为起点，以小于10MW的步长、向负荷降低的方向进行变工况计算，直至覆盖零号高压加热器投运的全负荷区域，

(5)、根据小步长变工况计算的结果，绘制出机组负荷与零段抽汽调阀后压力的关系曲线，并通过现场试验修正机组负荷与零段抽汽调阀后压力关系曲线，

(6)、根据修正后的零段抽汽调阀后压力曲线修改控制逻辑，完成机组零段可调整抽汽的优化控制。

优选地，在(2)中：部分负荷工况模型变工况计算的关键步骤为：

a)、绘制各工况下各级组进汽流量m_i与相对内效率η_j＝f(m_i)特征曲线；

b)、绘制汽轮机滑压曲线P_ms＝f(m_i)、炉侧主蒸汽、再热蒸汽压降曲线DP_MS＝f(m_i)、DP_RH＝f(m_i)；

c)、对低压末级设置测量点：排汽焓h_ELEP由外部定义末级相对内效率，对四段抽汽至小机流量设置测量点m_ft；对高压轴封汇流后至加热器分支流量设置测量点m_seal。

进一步优选地，在(4)中：修正(1)中c)设置测量点，计算时根据设计值拟合曲线h_ELEP＝f(m_i)、m_ft＝f(m_i)、m_seal＝f(m_i)进行修正。

优选地，在(2)中：在设置迭代次数不大于999次，判断收敛的条件为误差小于10^-7。

优选地，在(3)中：限定条件包括：

a)、给水温度小于汽轮机负荷工况设计额定给水温度；

b)、省煤器出口给水温度低于其出口给水压力对应的饱和温度30℃。

优选地，在(4)中：变工况计算在基于(3)中满足安全性和经济性最优的限定条件下进行。

优选地，在(5)中：在(3)的限定条件下，机组负荷与零段抽汽调阀后压力曲线将出现一个拐点，拐点以下随着负荷降低，零段抽汽调阀后压力不断降低，零段抽汽流量不断减小；拐点以上随着负荷升高，当给水温度已达到设计额定给水温度，零段抽汽调阀后压力不变。

进一步优选地，获得试验条件下拐点附近及50％-40％负荷区间零段抽汽调阀开度限值下的零号高压加热器进汽压力，对设计条件下变工况计算得到的机组负荷与零段抽汽调阀后压力关系曲线进行修正。

优选地，在(4)中：向负荷降低的方向进行变工况计算以a：90％负荷至75％负荷、b：75％负荷至50％负荷、c：50％负荷至40％负荷。

进一步优选地，在(4)中：各负荷区间a、b、b端点重复工况的零段抽汽调阀后压力以平均值计算。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

本发明可以提高炉侧省煤器及水冷壁运行的安全性，同时还可降低汽轮机热耗率，提高机组经济性。

附图说明

附图1为本实施例中零号高压加热器进汽压力与发电机功率的关系曲线；

附图2为本实施例中汽轮机热耗率与发电机功率的关系曲线；

附图3为本实施例中给水流量与最终给水温度、省煤器出口过冷度的关系曲线。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

一种零号高压加热器调整抽汽控制曲线的优化方法，包括：

(1)、根据汽轮机设计热平衡图(含零号高压加热器)搭建ebsilon热力系统模型，以零号高压加热器投运的最高负荷工况(90％THA)作为设计基准，对高压缸、中压缸、低压缸以各段抽汽口为分界线划分级组j个，定义汽轮机通流特性：各级组级后压力与蒸汽流量关系，部分负荷工况模型(i＝75％THA、50％THA、40％THA)在基准条件下通过变工况计算得到，关键步骤包括：

a)、绘制各工况下各级组进汽流量m_i与相对内效率η_j＝f(m_i)特征曲线(湿蒸汽区低压末级除外)；

b)、绘制汽轮机滑压曲线P_ms＝f(m_i)、炉侧主蒸汽、再热蒸汽压降曲线DP_MS＝f(m_i)、DP_RH＝f(m_i)；

c)、对低压末级设置测量点-排汽焓h_ELEP由外部定义末级相对内效率；对四段抽汽至小机流量设置测量点m_ft；对高压轴封汇流后至加热器分支流量设置测量点m_seal。

(2)、根据(1)建立各典型负荷工况汽轮机回热系统模型，设置迭代次数不大于999次，判断收敛的条件为误差小于10^-7，计算得到的各典型负荷工况热耗率与设计值偏差小于0.25％。

(3)、调整回热系统模型中各典型负荷工况零段抽汽调阀后压力，获得各典型负荷试验工况在限定条件下的零号高压加热器进汽压力。限定条件为：

1)、给水温度小于汽轮机THA工况设计额定给水温度；

2)、省煤器出口给水温度低于其出口给水压力对应的饱和温度30℃。

(4)、以各典型负荷工况为起点，以小于10MW的步长、向负荷降低的方向进行变工况计算：a(90％THA→75％THA)、b(75％THA→50％THA)、c(50％THA→40％THA)，直至覆盖零号高压加热器投运的全负荷区域。各负荷区间a、b、c端点重复工况的零段抽汽调阀后压力以平均值计，以75％THA工况为例，对于零段抽汽调阀后压力p₇₅，最终结果取p_75-a、p_75-b两者算数平均值，即p₇₅＝(p_75-a+p_75-b)/2。

变工况计算在基于(3)中满足安全性和经济性最优的限定条件下进行。

同时利用excel插件修正(1)中c)设置测量点，计算时根据设计值拟合曲线h_ELEP＝f(m_i)、m_ft＝f(m_i)、m_seal＝f(m_i)进行修正。

(5)、根据小步长变工况计算的结果，绘制出机组负荷与零段抽汽调阀后压力的关系曲线。在(3)中的两个限定条件下，机组负荷与零段抽汽调阀后压力曲线将出现一个拐点，拐点以下随着负荷降低，零段抽汽调阀后压力也不断降低，零段抽汽流量不断减小，以保证省煤器及水冷壁安全运行；拐点以上随着负荷升高，最终给水温度已达到设计额定给水温度，零段抽汽调阀后压力基本不变。

通过现场试验修正机组负荷与零段抽汽调阀后压力关系曲线。在(3)中的两个限定条件下，获得拐点附近及低负荷区间(50％THA-40％THA)零段抽汽调阀开度限值下的零号高压加热器进汽压力，对设计条件下变工况计算得到的机组负荷与零段抽汽调阀后压力关系曲线进行修正。

(6)、根据修正后的零段抽汽调阀后压力曲线修改相关控制逻辑，实现机组零段可调整抽汽的优化控制。

实施例：

下面以某电厂660MW超超临界汽轮机组为例，说明零号高加可调整抽汽控制优化的方法。该机组实际运行中机组负荷与零段抽汽调阀后压力曲线，是根据汽机厂给出的几个典型负荷工况下的汽轮机输出功率与零号高加进汽压力值，以线性插值方法确定。

首先，根据汽轮机设计热平衡图(含零号高加)搭建ebsilon热力系统模型。

其次，调整90％THA、75％THA、50％THA和40％THA工况模型获得零段抽汽调阀开度限值下的零号高加进汽压力，由于随着机组负荷的降低，省煤器出口温度与其出水压力对应饱和温度差减小，欠焓减小。

一般地50％、40％额定负荷工况下省煤器出口温度与其出水压力对应饱和温度差较小，须减小零段抽汽调阀开度，使温度差至少达到30℃；而在75％额定负荷下省煤器出口温度与其出水压力对应饱和温度差裕量较大，可增大零号高加进汽压力，但给水温度不超过290℃。

随后，以90％THA、75％THA和50％THA工况为起点，分别以9MW、5MW、6MW为步长、向负荷降低方向进行小步长变工况计算，变工况计算在满足安全性和经济性最优的限定条件下进行。

零段抽汽调阀后压力与机组负荷关系曲线如表1、图1所示，各段负荷区间内重要工况点数据表如表3所示。根据省煤器进水压力及压降以设计值D和试验值T分别计算，得到略有差别的两种优化结果，即在负荷降低的过程中，试验条件下拐点出现的更早(如图1、图3所示)，一定程度上说明了通过试验校核设计优化曲线拐点附近及低负荷区间的必要性。两种优化结果都说明，优化后零号高加可调整抽汽控制曲线，相对原控制曲线，提高了低负荷区间省煤器及水冷壁运行安全性(如图3所示)，降低了中段负荷区间汽轮机热耗率(如图2、表3所示)。

表1优化前后零段抽汽调阀后压力运行数据表：

机组负荷	MW	0	264	330	495	594	660
								优化前零段抽汽调阀后压力	MPa	3.72	3.72	4.54	6.80	7.47	7.47
优化后零段抽汽调阀后压力D	MPa	3.38	3.38	4.88	7.26	7.26	7.26
								优化后零段抽汽调阀后压力T	MPa	3.03	3.03	4.40	7.26	7.26	7.26

表2设计条件下各负荷区间的端点负荷工况主要热力特性数据(与设计值的偏差、相同负荷工况的比对)：

表3各负荷区间a(90％-75％)、b(70％-50％)、c(50％-40％)零号高加进汽压力优化后重要工况数据表：

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种零号高压加热器调整抽汽控制曲线的优化方法，其特征在于：包括：

（1）、根据汽轮机设计热平衡图搭建热力系统模型，以零号高压加热器投运的最高负荷工况作为设计基准，对高压缸、中压缸、低压缸以各段抽汽口为分界线划分级组j个，并定义汽轮机通流特性：各级组级后压力与蒸汽流量关系，

（2）、部分负荷工况模型在基准条件下通过变工况计算得到，部分负荷工况模型变工况计算的关键步骤为：

a）、绘制各工况下各级组进汽流量m _i 与相对内效率η _j=f（m _i ）特征曲线；

b）、绘制汽轮机滑压曲线P _ms = f（m _i ）、炉侧主蒸汽、再热蒸汽压降曲线DP _MS = f（m _i ）、DP _RH = f（m _i ）；

c）、对低压末级设置测量点：排汽焓h _ELEP由外部定义末级相对内效率，对四段抽汽至小机流量设置测量点m _ft；对高压轴封汇流后至加热器分支流量设置测量点m _seal，

（3）、调整模型中各典型负荷工况零段抽汽调阀后压力，获得各典型负荷试验工况在限定条件下的零号高压加热器进汽压力，

（4）、以各典型负荷工况为起点，以小于10MW的步长、向负荷降低的方向进行变工况计算，直至覆盖零号高压加热器投运的全负荷区域，

（5）、根据小于10MW的步长变工况计算的结果，绘制出机组负荷与零段抽汽调阀后压力的关系曲线，并通过现场试验修正机组负荷与零段抽汽调阀后压力关系曲线，

（6）、根据修正后的零段抽汽调阀后压力曲线修改控制逻辑，完成机组零段可调整抽汽的优化控制。

2.根据权利要求1所述的零号高压加热器调整抽汽控制曲线的优化方法，其特征在于：在（4）小于10MW的步长变工况计算中：修正（1）中c）设置测量点，计算时根据设计值拟合曲线h _ELEP=f（m _i ）、m _ft=f（m _i ）、m _seal=f（m _i ）进行修正。

3.根据权利要求1所述的零号高压加热器调整抽汽控制曲线的优化方法，其特征在于：在（2）中：在设置迭代次数不大于999次，判断收敛的条件为误差小于10^-7，各典型负荷工况热耗率与设计值偏差小于0.25%。

4.根据权利要求1所述的零号高压加热器调整抽汽控制曲线的优化方法，其特征在于：在（3）中：限定条件包括：

a）、给水温度小于汽轮机负荷工况设计额定给水温度；

b）、省煤器出口给水温度低于其出口给水压力对应的饱和温度30℃。

5.根据权利要求1或4所述的零号高压加热器调整抽汽控制曲线的优化方法，其特征在于：在（4）中：变工况计算在基于（3）中满足安全性和经济性最优的限定条件下进行。

6.根据权利要求1或4所述的零号高压加热器调整抽汽控制曲线的优化方法，其特征在于：在（5）中：在（3）的限定条件下，机组负荷与零段抽汽调阀后压力曲线将出现一个拐点，拐点以下随着负荷降低，零段抽汽调阀后压力不断降低，零段抽汽流量不断减小；拐点以上随着负荷升高，当给水温度已达到设计额定给水温度，零段抽汽调阀后压力不变。

7.根据权利要求6所述的零号高压加热器调整抽汽控制曲线的优化方法，其特征在于：获得试验条件下拐点附近及50%-40%负荷区间零段抽汽调阀开度限值下的零号高压加热器进汽压力，对设计条件下变工况计算得到的机组负荷与零段抽汽调阀后压力关系曲线进行修正。

8.根据权利要求1所述的零号高压加热器调整抽汽控制曲线的优化方法，其特征在于：在（4）中：向负荷降低的方向进行变工况计算以a：90%负荷至75%负荷、b：75%负荷至50%负荷、c：50%负荷至40%负荷。

9.根据权利要求8所述的零号高压加热器调整抽汽控制曲线的优化方法，其特征在于：在（4）中：各负荷区间a、b、c端点重复工况的零段抽汽调阀后压力以平均值计算。

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