CN113983441A - 一种供热堆多用途协调控制方案 - Google Patents

一种供热堆多用途协调控制方案 Download PDF

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Abstract

本发明属于核能技术领域，具体公开了一种供热堆多用途协调控制方案，包括纯供暖工况下的协调控制方法、纯供汽工况下的协调控制方法以及汽暖联供工况下的协调控制方法；纯供暖工况下的协调控制方法包括反应堆平均温度控制、中间隔离回路流量分配控制和三回路供暖出口温度控制；纯供汽工况下的协调控制方法包括反应堆平均温度控制和蒸汽排放控制；汽暖联供工况下的协调控制方法包括反应堆平均温度控制、中间隔离回路流量分配控制、三回路供暖出口温度控制和三回路供暖流量控制。本发明可有效地实现供热堆各主要回路和系统在“纯供暖”、“汽暖联供”和“纯供汽”三种工况下的协调控制，为供热堆仪控系统的功能设计提供了一种新的方案。

Description

一种供热堆多用途协调控制方案
技术领域
本发明涉及核能技术领域，具体为一种供热堆多用途协调控制方案。
背景技术
我国北方清洁供热市场存量和发展需求较大，区域性规划和建设是必然选择。供热堆作为热网已有热源的补充是国家的战略选择之一，主要用于逐步替代热网公司部分燃煤小锅炉或企业自建的供汽锅炉，或为新规划采暖面积供暖，或为企业新增产能供汽。
仪控系统作为核能供热堆的中枢神经系统，用于实现对供热堆的保护、控制和监督，而供热堆主要控制系统是仪控系统的核心，设计可靠、协调的控制方法对供热堆实现相关功能具有至关重要的作用。核能供热堆的协调控制方法涉及供热堆在“纯供暖”、“汽暖联供”和“纯供汽”三种工况下的相关控制策略，主要包括：反应堆平均温度控制、中间隔离回路流量分配控制、三回路供暖出口温度控制、三回路供暖流量控制。目前缺少能够较好地根据不同的电厂工况选择相应的控制策略，实现供热堆各个主要回路系统之间的协调控制方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种供热堆多用途协调控制方案，以解决上述背景技术描述中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种供热堆多用途协调控制方案，包括纯供暖工况下的协调控制方法、纯供汽工况下的协调控制方法以及汽暖联供工况下的协调控制方法；其中：
所述纯供暖工况下的协调控制方法包括反应堆平均温度控制、中间隔离回路流量分配控制和三回路供暖出口温度控制；
所述纯供汽工况下的协调控制方法包括反应堆平均温度控制和蒸汽排放控制；
所述汽暖联供工况下的协调控制方法包括反应堆平均温度控制、中间隔离回路流量分配控制、三回路供暖出口温度控制和三回路供暖流量控制。
进一步的，所述纯供暖工况下的协调控制的具体步骤如下：
S1、首先通过调节其他热网热源来抵消供暖回路的负荷变化，平衡反应堆功率和用户负荷的不匹配；
S2、当其他热网热源无法消纳负荷不匹配时，通过调节三回路热水泵来调节三回路热水流量，进而对一回路平均温度Tavg进行控制。具体而言，采用串级控制的方式，设置有Tavg温度控制器、三回路供暖热交换器出口温度T3hot控制器和流量控制器，Tavg温度控制器接收Tavg设定值与实际值的差值，生成T3hot设定值，T3hot控制器接收T3hot设定值与实际值的差值，生成流量设定值。流量控制器根据三回路热水系统主供水管流量设定值与流量实测值的偏差，输出热水泵的调速命令，调节热水泵的转速，进而将平均温度维持在其设定值附近。
S3、当调节三回路热水泵达到调节极限，无法消纳负荷变化产生的热量变化并维持对Tavg的控制时，需要对反应堆的功率水平进行限制，适当增加或者减少反应堆功率的目标设定值，具体实现方式可以是堆芯相关温度仪表产生的温度高/低报警信息提醒操纵员手动改变设定值；也可以是高/低温报警对于目标设定值的自动联锁控制。
S4、当用户供暖负荷需求降低/增加时，T3hot会上升/降低，此时应减小/增加中间隔离回路供暖调节阀的开度，使得T3hot保持在设定值附近。
S5、通过调节中间隔离回路供暖热交换器、旁路回路相关调节阀阀门开度，调整系统的稳态工作点；
S6、当T3hot通过三回路供暖出口温度控制策略维持稳定后，调节中间隔离回路旁路阀开度，保证中间隔离回路总流量不变。
进一步的，所述纯供汽工况下的协调控制方法的具体步骤如下：
S1、当机组用汽负荷为工业用汽和生物质电厂用汽同时存在时，优先保证工业用汽，工业用汽变化产生的波动，通过至生物质电厂的蒸汽调节来消纳；
S2、当Tavg产生波动时，通过控制三回路供汽系统输送至生物质电厂供汽调节阀，来控制主蒸汽母管压力，进而将Tavg控制在设定值附近；
S3、三回路供汽系统采用串级控制的方式，设置有温度控制器和压力控制器，温度控制器接收Tavg设定值与实际值的差值，生成蒸汽压力PS设定值；压力控制器根据PS设定值与PS实测值的偏差，生成生物质电厂供汽调节阀的阀位命令，调节生物质电厂供汽调节阀开度，进而将平均温度维持在其设定值附近。
进一步的，所述汽暖联供工况下的协调控制方法，通过调节中间隔离回路供汽供暖热交换器相关调节阀阀门开度，来进行供汽供暖的负荷重新分配，具体步骤如下：
S1、对于供暖回路：根据负荷调度需要，操纵员给定三回路供暖主供水管流量设定值，通过调节三回路热水泵的转速，将三回路供暖主供水管流量控制在该流量设定值上；
S2、对于供暖回路的一次侧，所选被控变量是T3hot，通过调节二三回路供热热交换器一次侧出口调节阀，对T3hot进行控制，当用户供暖负荷需求降低/增加时，T3hot会上升/降低，此时应减小/增加二三回路供热热交换器一次侧出口调节阀的开度，使得T3hot保持在设定值附近；
S3、对于供汽回路的一次侧，将机组剩余负荷分配给三回路供汽系统进行消纳。主要通过调节中间隔离回路供汽调节阀开度，来调节过程中可适当增加供暖回路一次侧流量调节动作的前馈加快调节过程；
S4、Tavg在此过程中产生的波动，由三回路供汽系统生物质电厂供汽调节阀进行调节，调节逻辑同纯供汽工况。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
采用本发明的控制方法，可有效地实现供热堆各主要回路和系统在“纯供暖”、“汽暖联供”和“纯供汽”三种工况下的协调控制，为供热堆仪控系统的功能设计提供了一种新的方案。
附图说明
图1为本发涉及的主要工艺系统及相关设备的流程图；
图2为本发明涉及的纯供暖工况三回路热水系统协调控制方法示意图；
图3为本发明涉及的纯供暖工况下中间隔离回路系统协调控制方法示意图；
图4为本发明涉及的纯供汽工况三回路供汽系统协调控制方法示意图；
图5为本发明涉及的汽暖联供工况协调控制方法示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种供热堆多用途协调控制方案，包括纯供暖工况下的协调控制方法、纯供汽工况下的协调控制方法以及汽暖联供工况下的协调控制方法；其中：
所述纯供暖工况下的协调控制方法包括反应堆平均温度控制、中间隔离回路流量分配控制和三回路供暖出口温度控制；
所述纯供汽工况下的协调控制方法包括反应堆平均温度控制和蒸汽排放控制；
所述汽暖联供工况下的协调控制方法包括反应堆平均温度控制、中间隔离回路流量分配控制、三回路供暖出口温度控制和三回路供暖流量控制。
具体如下：
实施例1：如图1所示，是本发明涉及的主要工艺系统及相关设备的流程图。主要工艺系统包括：反应堆冷却剂系统、中间隔离回路系统、三回路热水系统和三回路供汽系统，主要涉及的相关设备包括：压力容器及堆芯、功率调节棒、中间隔离回路循环水泵、中间隔离回路调节阀、中间隔离回路旁路阀、蒸汽发生器、三回路给水泵、供暖热交换器、热水泵等。
实施例2：如图2所示，是本发明涉及的纯供暖工况三回路热水系统协调控制方法示意图。由于各供暖用户的负荷需求较为刚性，首先通过调节其他热网热源来抵消供暖回路的负荷变化，平衡反应堆功率和用户负荷的不匹配；当其他热网热源无法消纳负荷不匹配时，通过调节三回路热水泵来调节三回路热水流量，进而对一回路平均温度Tavg进行控制；系统采用串级控制的方式，设置有Tavg温度控制器、三回路供暖热交换器出口温度T3hot控制器和流量控制器三个控制器。Tavg温度控制器接收Tavg设定值与实际值的差值，生成T3hot设定值。T3hot温度控制器接收T3hot设定值与实际值的差值，生成流量设定值。流量控制器根据三回路热水系统主供水管流量设定值与流量实测值的偏差，输出热水泵的调速命令，调节热水泵的转速，进而将平均温度维持在其设定值附近。
当调节三回路热水泵达到调节极限，无法消纳负荷变化产生的热量变化并维持对Tavg的控制时，需要对反应堆的功率水平进行限制，适当增加或者减少反应堆功率的目标设定值。具体实现方式可以是堆芯相关温度仪表产生的温度高/低报警信息提醒操纵员手动改变设定值；也可以是高/低温报警对于目标设定值的自动联锁控制。
实施例3：如图3所示，是本发明涉及的纯供暖工况下中间隔离回路系统协调控制方法示意图。通过调节中间隔离回路供暖热交换器、旁路回路相关调节阀阀门开度，调整系统的稳态工作点。对于供暖回路的一次侧，所选被控变量是T3hot。当用户供暖负荷需求降低(增加)时，T3hot会上升(降低)，此时应减小(增加)中间隔离回路供暖调节阀的开度，使得T3hot保持在设定值附近；与此同时，调节中间隔离回路旁路阀开度，保证中间隔离回路总流量不变。
实施例4：如图4所示，是本发明涉及的纯供汽工况三回路供汽系统协调控制方法示意图。当机组用汽负荷为工业用汽和生物质电厂用汽同时存在时，优先保证工业用汽，工业用汽变化产生的波动，通过至生物质电厂的蒸汽调节来消纳。当Tavg产生波动时，通过控制三回路供汽系统输送至生物质电厂供汽调节阀，来控制主蒸汽母管压力，进而将Tavg控制在设定值附近。该系统采用串级控制的方式，设置有温度控制器和压力控制器两个控制器。温度控制器接收Tavg设定值与实际值的差值，生成蒸汽压力PS设定值。压力控制器根据PS设定值与PS实测值的偏差，生成生物质电厂供汽调节阀的阀位命令，调节生物质电厂供汽调节阀开度，进而将平均温度维持在其设定值附近。
实施例5：如图5所示，是本发明涉及的汽暖联供工况协调控制方法示意图。中间隔离回路循环水总流量恒定，但存在向供暖回路、供汽回路的一次侧流量分配控制。通过调节中间隔离回路供汽供暖热交换器相关调节阀阀门开度，来进行供汽供暖的负荷重新分配。
对于供暖回路：根据负荷调度需要，操纵员给定三回路供暖主供水管流量设定值。通过调节三回路热水泵的转速，将三回路供暖主供水管流量控制在该流量设定值上；
对于供暖回路的一次侧，所选被控变量是T3hot。通过调节二三回路供热热交换器一次侧出口调节阀(以下简称中间隔离回路供暖调节阀)，对T3hot进行控制。当用户供暖负荷需求降低(增加)时，T3hot会上升(降低)，此时应减小(增加)中间隔离回路供暖调节阀的开度，使得T3hot保持在设定值附近；
对于供汽回路的一次侧，将机组剩余负荷分配给三回路供汽系统进行消纳。主要通过调节中间隔离回路供汽调节阀开度，来维持中间隔离回路的总流量不变；
Tavg在此过程中产生的波动，由三回路供汽系统生物质电厂供汽调节阀进行调节，调节逻辑同纯供汽工况。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (11)

1.一种供热堆多用途协调控制方案，其特征在于，包括纯供暖工况下的协调控制方法、纯供汽工况下的协调控制方法以及汽暖联供工况下的协调控制方法；其中：
所述纯供暖工况下的协调控制方法包括反应堆平均温度控制、中间隔离回路流量分配控制和三回路供暖出口温度控制；
所述纯供汽工况下的协调控制方法包括反应堆平均温度控制和蒸汽排放控制；
所述汽暖联供工况下的协调控制方法包括反应堆平均温度控制、中间隔离回路流量分配控制、三回路供暖出口温度控制和三回路供暖流量控制。
2.根据权利要求1所述的一种供热堆多用途协调控制方案，其特征在于：所述纯供暖工况下的反应堆平均温度控制的具体步骤如下：
S1、首先通过调节其他热网热源来抵消供暖回路的负荷变化，平衡反应堆功率和用户负荷的不匹配；
S2、当其他热网热源无法消纳多余负荷时，通过调节三回路热水泵来调节三回路热水流量，进而对一回路平均温度Tavg进行控制；具体为，系统采用串级控制的方式，设置有Tavg温度控制器、三回路供暖热交换器出口温度T3hot控制器和流量控制器作为三个控制器，Tavg温度控制器接收Tavg设定值与实际值的差值，生成T3hot设定值；T3hot温度控制器接收T3hot设定值与实际值的差值，生成流量设定值；流量控制器根据三回路热水系统主供水管流量设定值与流量实测值的偏差，输出热水泵的调速命令，调节热水泵的转速，进而将平均温度维持在其设定值附近。
3.根据权利要求2所述的一种供热堆多用途协调控制方案，其特征在于：步骤S2中，当调节三回路热水泵达到调节极限，无法消纳负荷变化产生的热量变化并维持对Tavg的控制时，需要对反应堆的功率水平进行限制，适当增加或者减少反应堆功率的目标设定值，具体实现方式可以是堆芯相关温度仪表产生的温度高/低报警信息提醒操纵员手动改变设定值；也可以是高/低温报警对于目标设定值的自动联锁控制。
4.根据权利要求1所述的一种供热堆多用途协调控制方案，其特征在于：所述纯供暖工况下的三回路供暖出口温度控制的具体操作为：当用户供暖负荷需求降低/增加时，T3hot会上升/降低，此时应减小/增加中间隔离回路供暖调节阀的开度，使得T3hot保持在设定值附近。
5.根据权利要求1所述的一种供热堆多用途协调控制方案，其特征在于：所述纯供暖工况下的中间隔离回路流量分配控制的具体步骤如下：
S1、通过调节中间隔离回路供暖热交换器、旁路回路相关调节阀阀门开度，调整系统的稳态工作点；
S2、调节中间隔离回路旁路阀开度，保证中间隔离回路总流量不变。
6.根据权利要求1所述的一种供热堆多用途协调控制方案，其特征在于：所述纯供汽工况下的反应堆平均温度控制的具体步骤如下：
S1、当Tavg产生波动时，通过控制三回路供汽系统输送至生物质电厂供汽调节阀，来控制主蒸汽母管压力，进而将Tavg控制在设定值附近；
S2、三回路供汽系统采用串级控制的方式，设置有温度控制器和压力控制器，温度控制器接收Tavg设定值与实际值的差值，生成蒸汽压力PS设定值；压力控制器根据PS设定值与PS实测值的偏差，生成生物质电厂供汽调节阀的阀位命令，调节生物质电厂供汽调节阀开度，进而将平均温度维持在其设定值附近。
7.根据权利要求1所述的一种供热堆多用途协调控制方案，其特征在于：所述纯供汽工况下的蒸汽排放控制的具体操作如下：当机组用汽负荷为工业用汽和生物质电厂用汽同时存在时，优先保证工业用汽，工业用汽变化产生的波动，通过至生物质电厂的蒸汽调节来消纳。
8.根据权利要求1所述的一种供热堆多用途协调控制方案，其特征在于：所述汽暖联供工况下的反应堆平均温度控制的具体操作如下：Tavg在自动控制过程中产生的波动，由三回路供汽系统生物质电厂供汽调节阀进行调节，调节逻辑同纯供汽工况。
9.根据权利要求1所述的一种供热堆多用途协调控制方案，其特征在于：所述汽暖联供工况下的中间隔离回路流量分配控制的具体操作如下：
通过调节中间隔离回路供汽供暖热交换器相关调节阀阀门开度，来进行供汽供暖的负荷重新分配，并维持中间隔离回路的总流量不变。
10.根据权利要求1所述的一种供热堆多用途协调控制方案，其特征在于：对于供暖回路的一次侧，所选被控变量是T3hot，通过调节二三回路供热热交换器一次侧出口调节阀，对T3hot进行控制，当用户供暖负荷需求降低/增加时，T3hot会上升/降低，此时应减小/增加二三回路供热热交换器一次侧出口调节阀的开度，使得T3hot保持在设定值附近。
11.根据权利要求1所述的一种供热堆多用途协调控制方案，其特征在于：对于供暖回路：根据负荷调度需要，操纵员给定三回路供暖主供水管流量设定值，通过调节三回路热水泵的转速，将三回路供暖主供水管流量控制在该流量设定值附近。
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