CN112904725B - 一种通过高加抽汽节流提升燃煤机组灵活性的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过高加抽汽节流提升燃煤机组灵活性的控制方法，燃煤机组接收到升负荷指令后，将高加抽汽阀门的开度关小，负荷指令达到目标负荷后，将关小的抽汽阀门全开；同时，将瞬态过程中由于抽汽阀门开度减小引起的给水吸热变化量与入炉燃料的低位发热量作商，作为燃料量控制的前馈值，将该前馈值与燃料量指令相加，得到燃料量新值；将瞬态过程中抽汽阀门开度减小引起的给水吸热变化量与单位烟气再循环量变化时引起的水冷壁换热变化量作商，作为烟气再循环控制前馈值，将该前馈值与烟气再循环量指令相加，得到烟气再循环量新值；从而完成蒸汽温度控制优化。本发明通过高加抽汽节流的方法改善了蒸汽温度控制效果，提高了机组灵活性。

Description

一种通过高加抽汽节流提升燃煤机组灵活性的控制方法

技术领域

本发明属于火电厂热工控制技术领域，具体涉及一种通过高加抽汽节流提升燃煤机组灵活性的控制方法。

背景技术

燃煤机组灵活性的提升对可再生能源的消纳意义重大。再热蒸汽易超温是燃煤机组升负荷过程中限制变负荷速率的主要因素。一方面，主汽压偏差引起的锅炉指令过大，导致燃料过燃。另一方面，升负荷过程中，由于省煤器与水冷壁处蓄热量过大，导致水冷壁出口工质温度过低，从而加剧了燃料过燃现象。燃料过燃引起的烟气流量增多是导致再热蒸汽超温的主要原因。减小主汽压偏差、增大再热蒸汽流量可改善再热蒸汽温度超温的现象，提高燃煤机组的灵活性。升负荷过程中的高加抽汽节流可有效减少主汽压偏差，同时再热蒸汽流量增加，故设计了升负荷过程中高加抽气节流与机组协调控制系统耦合的控制方法，以改善运行过程中蒸汽温度控制效果，大幅提升机组灵活性，改善机组运行经济性与安全性。

发明内容

本发明针对燃煤机组升负荷过程中再热蒸汽温度超温严重的现象，结合实际电厂运行问题，从汽轮机与锅炉特性的本质差异中出发，旨在寻觅出宽调比、有针对性的燃煤机组控制策略。本发明的目的是提供一种通过高加抽汽节流提升燃煤机组灵活性的控制方法，改善升负荷过程中的蒸汽温度品质，进而提高机组变负荷速率，为机组灵活调峰提供了可能。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种通过高加抽汽节流提升燃煤机组灵活性的控制方法，燃煤机组接收到升负荷指令后，将j级高加对应的j级抽汽阀门开度减小到K，负荷指令达到目标负荷后，将j级抽汽阀门全开；同时，将瞬态过程中j级抽汽阀门开度减小引起的给水吸热变化量与入炉燃料的低位发热量作商，作为燃料量控制的前馈值，将该前馈值与燃料量指令相加，得到燃料量新值；将瞬态过程中j级抽汽阀门开度减小引起的给水吸热变化量与单位烟气再循环量变化时引起的水冷壁换热变化量作商，作为烟气再循环控制前馈值，将该前馈值与烟气再循环量指令相加，得到烟气再循环量新值；将计算所得的燃料量新值与烟气再循环量新值输入到燃煤机组中以完成控制过程。

所述j级抽汽阀门开度K的计算方法如下：

K＝K_v·(G₀-ΔG)²/(Δp·ρ)

式中：G₀为初始工况下抽汽流量，kg/s；ΔG为允许减少的最大抽汽流量，kg/s；Δp为初始工况下抽汽口与对应加热器进口压力之差，MPa；ρ为抽汽密度，kg/m³；K_v为阻力增益系数。

所述允许减少的最大抽汽流量计算如下：

ΔG＝ΔB_lim·Q_arnet/(h_j,s-h_m,s)

式中：ΔB_lim为燃煤机组控制系统允许的煤量最大变化量，kg/s；Q_arnet为燃料的低位发热量，kJ/kg；h_j,s为j级加热器初始负荷时水侧进口的焓值，kJ/kg；h_m,s为j级加热器初始负荷时水侧出口的焓值，kJ/kg。

所述瞬态过程中j级抽汽阀门开度减小引起的给水吸热变化量的计算方法如下：

ΔQ_feedwater＝ΔG·(h_j-h_m)

式中：ΔQ_feedwater为瞬态过程中j级抽汽阀门开度减小引起的给水吸热变化量，kJ；ΔG为允许减少的最大抽汽流量，kg/s；h_j为j级加热器水侧进口的实时焓值，kJ/kg；h_m为j级加热器水侧出口的实时焓值，kJ/kg。

所述燃料量控制的前馈值的计算方法如下：

将瞬态过程中j级抽汽阀门开度减小引起的给水吸热变化量与燃料低位发热量作商，即为燃料量控制的前馈值：

ΔB_revised＝ΔQ_feedwater/Q_arnet

式中：△B_revised是燃料量控制的前馈值，kg/s；Q_arnet为燃料的低位发热量，kJ/kg；

所述燃料量新值的计算方法如下：

B_revised＝B+ΔB_revised

式中：B_revised为燃料量新值；B为燃料量指令；

所述单位烟气再循环量变化时引起的水冷壁换热变化量的计算方法如下：

不同稳态负荷下，进行烟气再循环量扰动，测量、记录水冷壁进出口工质温度、流量和压力，通过水蒸气物性参数表得出对应焓值，得出单位烟气再循环量变化时水冷壁吸热量的变化值，记为△Q:

ΔQ＝(G_out,b·h_out,b-G_in,b·h_in,b)-(G_out,a·h_out,a-G_in,a·h_in,a)/(FGR_b-FGR_a)

式中：ΔQ表示单位烟气再循环量变化时水冷壁换热量的变化值，kJ；G代表工质流量，kg/s；h代表工质焓值，kJ/kg；FGR代表烟气再循环量；下标in，out分别代表进出口，下标a，b分别代表烟气再循环量变化前后；

将不同稳态负荷下的ΔQ与对应负荷值拟合，记为f(x)；输入负荷值通过f(x)计算出单位烟气再循环量变化时引起的水冷壁换热变化量；

所述烟气再循环控制前馈值的计算方法如下：

将j级抽汽阀门开度减小引起的给水吸热变化量与单位再循环烟气量变化时水冷壁的换热变化量作商，即为烟气再循环控制的前馈值：

ΔFGR_revised＝ΔQ_feedwater/f(x)

式中：△FGR_revised是烟气再循环量前馈值；

所述再循环烟气量新值的计算方法如下：

FGR_revised＝FGR+ΔFGR_revised

式中：FGR_revised为烟气再循环量新值，FGR为烟气再循环量指令。

所述j级抽汽阀门的选择如下：

二次再热机组选择超高压缸的抽汽，一次再热机组选择高压缸的第一级抽汽。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

(1)考虑到汽轮机、锅炉的特性差异，提出了通过高加抽汽节流提升燃煤机组灵活性的控制方法，改善了再热蒸汽温度控制品质，提高了机组的灵活性，为实现机组高效灵活安全协同运行提供了可能。

(2)本发明实现方法简单，回收周期短。

附图说明

图1为本发明通过高加抽汽节流提升燃煤机组灵活性的控制方法流程图。

图2为升负荷过程中有无高加抽汽节流的控制策略下机组的功率与主汽压差值。

图3为升负荷过程中有无高加抽汽节流的控制策略下机组的蒸汽温度。

图4为升负荷过程中有无高加抽汽节流的控制策略下机组的累计煤耗率。

具体实施方法

下面结合附图和实施例子对本发明进一步说明。

本发明一种通过高加抽汽节流提升燃煤机组灵活性的控制方法，选定二次再热机组为研究对象，j级抽汽选为超高压缸抽汽。如图1所示，具体实施方法如下：燃煤机组接收到升负荷指令后，将j级高加对应的j级抽汽阀门开度减小到K，负荷指令达到目标负荷后，将j级抽汽阀门全开；同时，将瞬态过程中j级抽汽阀门开度减小引起的给水吸热变化量与入燃料的低位发热量作商，作为燃料量控制的前馈值，将该前馈值与燃料量指令相加，得到燃料量新值；将瞬态过程中j级抽汽阀门开度减小引起的给水吸热变化量与单位烟气再循环变化时引起的水冷壁换热变化量作商，作为烟气再循环控制前馈值，将该前馈值与烟气再循环量指令相加，得到烟气再循环量新值；将计算所得的燃料量新值与烟气再循环量新值输入到燃煤机组中以完成控制过程。

1、允许减少的最大抽汽流量计算方法如下：

根据电厂控制说明书可得到控制系统允许的煤量最大变化量，根据煤质测量参数可得到燃料的低位发热量；在汽轮机厂家或电厂提供的“热平衡图”中，可得到各工况下j级高加水侧工质进、出口的焓值，由以上参数可计算出允许减少的最大抽汽流量。具体计算方法如下:

ΔG＝ΔB_lim·Q_arnet/(h_j,s-h_m,s)

式中：ΔG为允许减少的最大抽汽流量，ΔB_lim为燃煤机组控制系统允许的煤量最大变化量，kg/s；Q_arnet为燃料的低位发热量，kJ/kg；h_j,s为j级加热器初始负荷时水侧进口的焓值，kJ/kg；h_m,s为j级加热器初始负荷时水侧出口的焓值，kJ/kg。

2、j级抽汽阀门开度K的计算

汽轮机厂家或电厂提供的“热平衡图”中，可得到各工况下j级高加抽汽进、出口的压力，抽汽流量，工质密度。根据以上参数，计算出抽汽阀门开度K。具体计算方法如下:

K＝K_v·(G₀-ΔG)²/(Δp·ρ)

式中：G₀为初始工况下抽汽流量，kg/s；Δp为初始工况下抽汽口与对应加热器进口压力之差，MPa；ρ为抽汽密度，kg/m³；K_v为阻力增益系数。

3、瞬态过程中j级抽汽阀门开度减小引起的给水吸热变化量的计算如下：

机组运行过程中，回热加热器水侧进出口壁面安装了温度、压力测点，由测量出的温度、压力通过水物性参数查得水侧进、出口焓值，进而计算出运行过程中由于j级抽汽阀门开度减小引起的给水吸热变化量。具体计算方法如下：

ΔQ_feedwater＝ΔG·(h_j-h_m)

式中：ΔQ_feedwater为瞬态过程中j级抽汽阀门开度减小引起的给水吸热变化量，kJ；ΔG为减少的抽汽流量，kg/s；h_j为j级加热器水侧进口的实时焓值，kJ/kg；h_m为j级加热器水侧出口的实时焓值，kJ/kg。

4、燃料量控制的前馈值的计算

将步骤3中得到的j级抽汽阀门开度减小引起的给水吸热变化量与步骤1中得出的燃料的低位发热量作商，即为燃料量控制的前馈值：

ΔB_revised＝ΔQ_feedwater/Q_arnet

式中：△B_revised是燃料量控制的前馈值，kg/s；Q_arnet为燃料的低位发热量，kJ/kg。

5、燃料量新值的计算

在机组原始协调控制系统中可得到燃料量指令，将其与步骤4中得到的燃料量控制前馈值相加，即可得到燃料量新值。计算方法如下：

B_revised＝B+ΔB_revised

式中：B_revised为燃料量新值；B为燃料量指令；

6、单位烟气再循环变化时引起的水冷壁换热变化量的计算

不同稳态负荷下，进行烟气再循环量扰动，通过温度、流量、压力传感器测量、记录水冷壁进出口工质温度、流量和压力，通过水蒸气物性参数表得出对应焓值，得出单位烟气再循环量变化时水冷壁吸热量的变化值，记为△Q:(此部分也可由零维炉膛燃烧计算实现)

ΔQ＝(G_out,b·h_out,b-G_in,b·h_in,b)-(G_out,a·h_out,a-G_in,a·h_in,a)/(FGR_b-FGR_a)

式中：ΔQ表示单位烟气再循环量变化时水冷壁换热量的变化值，kJ；G代表工质流量，kg/s；h代表工质焓值，kJ/kg；FGR代表烟气再循环量；下标in，out分别代表进出口，下标a，b分别代表烟气再循环量变化前后；

将不同稳态负荷下的ΔQ与对应负荷值拟合，记为f(x)，将此关系接入电厂的控制系统，如图1所示。在机组实际运行过程中，输入负荷值通过f(x)计算出单位烟气再循环量变化时引起的水冷壁换热变化量。

7、烟气再循环控制前馈值的计算

将步骤3中得出的j级抽汽阀门开度减小引起的给水吸热变化量与步骤6中得出的单位再循环烟气量变化时水冷壁的换热变化量作商，即为烟气再循环控制的前馈值。

ΔFGR_revised＝ΔQ_feedwater/f(x)

式中：△FGR_revised是烟气再循环量前馈值。

8、烟气再循环新值的计算

在机组原始协调控制系统中可得到烟气再循环量指令，将其与步骤7中得到的烟气再循环量前馈值相加，即可得到烟气再循环量新值。计算方法如下：

FGR_revised＝FGR+ΔFGR_revised

式中：FGR_revised为烟气再循环量新值，FGR为烟气再循环量指令。

9、具体电厂的优化效果

j级抽汽选为超高压缸抽汽。变负荷速率为4.5％，机组负荷从75％升到100％。图2给出了升负荷过程中有无高加抽汽节流的控制策略下机组的功率与主汽压差值。图3给出了为升负荷过程中有无高加抽汽节流的控制策略下机组的蒸汽温度。图4给出了升负荷过程中有无高加抽汽节流的控制策略下机组的累计煤耗率。从中可以看出，高加抽汽节流与机炉协调系统的耦合，再热蒸汽温度质量明显改善，机组变负荷速率明显提高，变负荷过程中累计煤耗率明显减小，故此控制方法提高了机组运行经济性与灵活性。

Claims (10)

1.一种通过高加抽汽节流提升燃煤机组灵活性的控制方法，其特征在于：燃煤机组接收到升负荷指令后，将j级高加对应的j级抽汽阀门开度减小到K，负荷指令达到目标负荷后，将j级抽汽阀门全开；同时，将瞬态过程中j级抽汽阀门开度减小引起的给水吸热变化量与入炉燃料的低位发热量作商，作为燃料量控制的前馈值，将该前馈值与燃料量指令相加，得到燃料量新值；将瞬态过程中j级抽汽阀门开度减小引起的给水吸热变化量与单位烟气再循环量变化时引起的水冷壁换热变化量作商，作为烟气再循环控制前馈值，将该前馈值与烟气再循环量指令相加，得到烟气再循环量新值；将计算所得的燃料量新值与烟气再循环量新值输入到燃煤机组中以完成控制过程。

2.根据权利要求1所述的一种通过高加抽汽节流提升燃煤机组灵活性的控制方法，其特征在于：

所述j级抽汽阀门开度K的计算方法如下：

K＝K_v·(G₀-ΔG)²/(Δp·ρ)

式中：G₀为初始工况下抽汽流量，kg/s；ΔG为允许减少的最大抽汽流量，kg/s；Δp为初始工况下抽汽口与对应加热器进口压力之差，MPa；ρ为抽汽密度，kg/m³；K_v为阻力增益系数。

3.根据权利要求2所述的一种通过高加抽汽节流提升燃煤机组灵活性的控制方法，其特征在于：

所述允许减少的最大抽汽流量计算如下：

ΔG＝ΔB_lim·Q_arnet/(h_j,s-h_m,s)

式中：ΔB_lim为燃煤机组控制系统允许的煤量最大变化量，kg/s；Q_arnet为燃料的低位发热量，kJ/kg；h_j,s为j级加热器初始负荷时水侧进口的焓值，kJ/kg；h_m,s为j级加热器初始负荷时水侧出口的焓值，kJ/kg。

4.根据权利要求3所述的一种通过高加抽汽节流提升燃煤机组灵活性的控制方法，其特征在于：

所述瞬态过程中j级抽汽阀门开度减小引起的给水吸热变化量的计算方法如下：

ΔQ_feedwater＝ΔG·(h_j-h_m)

式中：ΔQ_feedwater为瞬态过程中j级抽汽阀门开度减小引起的给水吸热变化量，kJ；ΔG为允许减少的最大抽汽流量，kg/s；h_j为j级加热器水侧进口的实时焓值，kJ/kg；h_m为j级加热器水侧出口的实时焓值，kJ/kg。

5.根据权利要求4所述的一种通过高加抽汽节流提升燃煤机组灵活性的控制方法，其特征在于：

所述燃料量控制的前馈值的计算方法如下：

将瞬态过程中j级抽汽阀门开度减小引起的给水吸热变化量与燃料低位发热量作商，即为燃料量控制的前馈值：

ΔB_revised＝ΔQ_feedwater/Q_arnet

式中：△B_revised是燃料量控制的前馈值，kg/s；Q_arnet为燃料的低位发热量，kJ/kg。

6.根据权利要求5中所述的一种通过高加抽汽节流提升燃煤机组灵活性的控制方法，其特征在于：

所述燃料量新值的计算方法如下：

B_revised＝B+ΔB_revised

式中：B_revised为燃料量新值；B为燃料量指令。

7.根据权利要求1中所述的一种通过高加抽汽节流提升燃煤机组灵活性的控制方法，其特征在于：

所述单位烟气再循环量变化时引起的水冷壁换热变化量的计算方法如下：

不同稳态负荷下，进行烟气再循环量扰动，测量、记录水冷壁进出口工质温度、流量和压力，通过水蒸气物性参数表得出对应焓值，得出单位烟气再循环量变化时水冷壁吸热量的变化值，记为△Q:

ΔQ＝(G_out,b·h_out,b-G_in,b·h_in,b)-(G_out,a·h_out,a-G_in,a·h_in,a)/(FGR_b-FGR_a)

式中：ΔQ表示单位烟气再循环量变化时水冷壁换热量的变化值，kJ；G代表工质流量，kg/s；h代表工质焓值，kJ/kg；FGR代表烟气再循环量；下标in，out分别代表进出口，下标a，b分别代表烟气再循环量变化前后；

将不同稳态负荷下的ΔQ与对应负荷值拟合，记为f(x)；输入负荷值通过f(x)计算出单位烟气再循环量变化时引起的水冷壁换热变化量。

8.根据权利要求7所述的一种通过高加抽汽节流提升燃煤机组灵活性的控制方法，其特征在于：

所述烟气再循环控制前馈值的计算方法如下：

将j级抽汽阀门开度减小引起的给水吸热变化量与单位再循环烟气量变化时水冷壁的换热变化量作商，即为烟气再循环控制的前馈值：

ΔFGR_revised＝ΔQ_feedwater/f(x)

式中：△FGR_revised是烟气再循环量前馈值。

9.根据权利要求8所述的一种通过高加抽汽节流提升燃煤机组灵活性的控制方法，其特征在于：

所述再循环烟气量新值的计算方法如下：

FGR_revised＝FGR+ΔFGR_revised

式中：FGR_revised为烟气再循环量新值，FGR为烟气再循环量指令。

10.根据权利要求1所述的中所述一种通过高加抽汽节流提升燃煤机组灵活性的控制方法，其特征在于：

所述j级抽汽阀门的选择如下：

二次再热机组选择超高压缸的抽汽，一次再热机组选择高压缸的第一级抽汽。

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