CN114458399B - 一种汽轮机低压缸小流量运行的监测控制系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

一种汽轮机低压缸小流量运行的监测控制系统及其方法，该系统包括汽轮机高中压缸、中低压连通管、汽轮机低压缸、发电机、空冷岛和供热网加热器，其中汽轮机高中压缸通过中低压连通管连接至汽轮机低压缸，汽轮机低压缸驱动发电机发电至电网，该汽轮机低压缸做功后通过排气端将乏汽流至空冷岛，其中汽轮机高中压缸排汽端还连接有热网加热器。该方法通过实时数据采集和监测机组低压缸小流量运行时的流场工作状态，可快速依据机组运行特性，实时动态调整机组热电参数和机组冷端特性，提高主机和冷端系统的适应性和协同性，进而提升机组的运行安全稳定性。

Description

一种汽轮机低压缸小流量运行的监测控制系统及其方法
【技术领域】
本发明涉及汽轮机技术领域，具体涉及一种用于火力发电厂供热汽轮机低压缸小流量安全运行流场监测与优化调整控制的方法。
【背景技术】
为满足电网灵活性调峰及供热机组热电负荷变化需求，汽轮机低压缸在小流量乃至极小流量工况下运行为常态，其会导致汽轮机末几级工作环境复杂，容易引发颤振、变形、水蚀、超温等问题，对机组运行安全性和经济性产生较为严重的影响。研究小流量情况下汽轮机低压缸运行状态，制定合理的运行监测及控制策略，对于增强机组安全运行的适应性具有重要意义。
汽轮机机组在参与深度调峰期间，机组负荷将降至20％～35％区间内运行，对于纯凝机组来说，此时汽轮机低压缸进汽流量将相应减小，处在小流量运行工况；对于供热汽轮机机组参与深度调峰期间，由于部分蒸汽抽至供热，进入低压缸蒸汽流量更小，低压缸处于极小流量下(实时流量是额定进汽流量的5％～10％，则属于极小流量)运行。此时，汽轮机机组安全稳定运行处于一个弱平衡状态，对运行参数变化较为敏感，为此迫切需要建立合理的低压缸小流量运行监控系统和制定运行控制调整策略，以支持汽轮机组在小流量状态下运行时，能够及时而有针对性地进行调整保障安全性和稳定性。
【发明内容】
本发明针对以上问题提出了一种汽轮机低压缸小流量运行的监测控制方法，针对汽轮机在小流量或者极小流量下，为了汽轮机组安全稳定地运行，针对性地提出了一种适应该情况的运行监控系统和调整策略，可以根据运行时主要关键参数科学监测及合理控制策略制定，来实时检测、调整机组运行，避免机组运行不安全状态发生，提升汽轮机组参与深度调峰的适应性和运行灵活性。
本发明所涉及的一种汽轮机低压缸小流量运行的监测控制系统，其特征在于，该系统包括汽轮机高中压缸、中低压连通管、汽轮机低压缸、发电机、空冷岛和供热网加热器，其中汽轮机高中压缸通过中低压连通管连接至汽轮机低压缸，汽轮机低压缸驱动发电机发电至电网，该汽轮机低压缸做功后通过排气端将乏汽流至空冷岛，其中汽轮机高中压缸排汽端还连接有热网加热器。
在该汽轮机高中压缸和汽轮低压缸之间的中低压连通管上设有供热蝶阀。
在该中低压连通管接入汽轮低压缸处的管道上设有进汽压力传感器P1和进汽温度传感器T1。
在该汽轮低压缸内设有末级温度传感器T4和次末级温度传感器T5，该末级温度传感器T4和次末级温度传感器T5安装在该汽轮低压缸内动叶和静叶件的叶顶和叶根处。
在该汽轮低压缸排汽端设有排汽压力传感器P2和排汽温度传感器T2。
该空冷岛进汽端设有进汽压力传感器P3和进汽温度传感器T3。
在空冷岛内设有冷凝水回水温度传感器T6。
在空冷岛内有风机，风机功率为W。
该方法的步骤包括：1、采集各个数据：供热蝶阀开度Φ、压力值p1、p2和p3、温度值t1、t2、t3、t4、t5和t6；2、计算主要控制要素值：低压缸排汽过热度Δt2＝t2-tP2，tP2为对应排汽压力下的饱和温度值；凝结水过冷度Δt3＝tP3-t6，tP3为空冷岛对应排汽压力下的饱和温度值；次末级叶片温度超许可值Δt5＝t5-K5，K5为次末级叶片许可安全值；末级叶片温度超许可值Δt4＝t4-K4,K4为末级叶片许可安全值；3、将上述主要控制要素值输入到策略控制功能模块系统，通过功能模块系统运行并判断；其中将Δt2、Δt4和Δt5三个控制参数接入“或”条件功能模块，执行三个参数任一超过许可值时，即执行条件选择模块，进入下个执行程序；进入执行条件选择模块后，以直接给定的阶跃量ΔΦ和供热蝶阀开度Φ两个控制参数接入到“与”条件功能模块，叠加当前开度，进入第一输出功能模块，给定供热蝶阀开度指令；通过“与”条件功能模块后，以直接给定的阶跃量ΔW和W接入到“与”条件功能模块，叠加当前开度，进入第二输出功能模块，给定空冷岛轴流风机功率指令。在通过功能模块系统运行和进行判断的过程中，阶跃量ΔΦ是供热蝶阀其自有的设计工作特性曲线，根据设备特性在仪器说明书中直接标定的控制参数，而阶跃量ΔW则是轴流风机其自有的设计工作特性曲线，根据设备特性在仪器说明书中直接标定的控制参数。
在进入第二输出功能模块之间，增设特性函数模块，该特性函数模块为比例分段函数模块f(x)，该函数特性依据空冷岛凝结水过冷度Δt3而设定，是用于提高机组低压缸流程特性和冷端系统特性的动态响应性和稳态调节性。
本发明采用上述控制参数及调节功能模板的组合，可有效监测机组低压缸小流量运行时的流程工作状态，可快速依据机组运行特性，实时动态调整机组热电参数和机组冷端特性，提高主机和冷端系统的适应性和协同性，进而提升机组的运行安全稳定性。
【附图说明】
图1是本发明所涉及汽轮机低压缸小流量运行的检测控制系统示意图；
图2是本发明所涉及汽轮机低压缸小流量运行的检测控制策略示意图；
其中：10、汽轮机高中压缸；11、中低压连通管；12、供热蝶阀；20、汽轮机低压缸；30、发电机；40、空冷岛；41、风机；50、供热网加热器；
1、“或”条件功能模块；2、条件选择模块；3、“与”条件功能模块；4、第一输出功能模块；5、第二输出功能模块；6、特性函数模块；
【具体实施方式】
下面将结合附图及实施例对本发明进行详细说明，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明针对汽轮机低压缸小流量和极小流量运行，进行监测和控制，可以根据机组低压缸小流量运行时主要关键参数科学监测及合理控制策略制定，来实时监测、调整机组安全稳定运行，避免机组运行的不安全状态发生，提升机组参与深度调峰的适应性和运行灵活性。
请参考附图1：其中附图1中示出了汽轮机低压缸小流量运行的检测控制系统示意图，该系统包括汽轮机高中压缸10、中低压连通管11、汽轮机低压缸20、发电机30、空冷岛40和供热网加热器50，其中汽轮机高中压缸10通过中低压连通管11连接至汽轮机低压缸20，汽轮机低压缸20驱动发电机30发电至电网，该汽轮机低压缸20做功后通过排气端将乏汽流至空冷岛40，其中汽轮机高中压缸10排汽端还连接有热网加热器50。
在该汽轮机高中压缸10和汽轮低压缸20之间的中低压连通管11上设有供热蝶阀12。供热蝶阀开度φ，表征进入汽轮机低压缸20蒸汽的流量大小。
在该中低压连通管11接入汽轮低压缸处的管道上设有进汽压力传感器P1和进汽温度传感器T1。来监测进入汽轮机低压缸的蒸汽压力p1和温度t1。
在该汽轮机低压缸20内设有末级温度传感器T4和次末级温度传感器T5，该末级温度传感器T4和次末级温度传感器T5安装在该汽轮低压缸内动叶和静叶件的叶顶和叶根处。用来监测汽轮机低压缸20内次末级蒸汽温度t5和末级蒸汽温度t4，t4和t5是重点关注反映低压缸温度的关键参数，并与对应的制造商叶片给定的叶片许可值比较，构成控制参数Δt5和Δt4。
在该汽轮低压缸排汽端设有排汽压力传感器P2和排汽温度传感器T2。用来监测汽轮机低压缸排气汽压力p2和排汽温度t2。将t2与低压缸排汽压力对应的饱和温度tP2比较,构成排汽过热度控制参数Δt2。
该空冷岛40进汽端设有进汽压力传感器P3和进汽温度传感器T3。监测空冷岛40进汽压力p3和进汽温度t3；在空冷岛40内设有冷凝水回水温度传感器T6，监测凝结水回水温度t6。
在空冷岛40内有风机41，风机功率为W。
根据附图1和系统整体架构，锅炉新蒸汽进入汽轮机高中压缸10中做功，回至锅炉再热器再吸热后进入到汽轮机中压缸继续做功，中压缸排汽一部分被抽至热网加热器50加热循环水，其余部分经中低压连通管11和供热蝶阀12至汽轮机低压缸20，做功后乏汽流至空冷岛40冷凝凝结成水，透平后驱动发电机30发电至电网。
而基于汽轮机低压缸小流量运行的监测控制系统，监测和控制方法主要通过实时动态监测低压缸末级叶片工作温度状态，进而配套调整机组低压缸的进汽流量以及冷端系统特性，达到主机和冷端系统实时动态协同调节的目的，该方法包括以下步骤：
1、采集各个数据：供热蝶阀开度Φ、压力值p1、p2和p3、温度值t1、t2、t3、t4、t5和t6；采集供热蝶阀的开度Φ，进汽压力传感器P1处的压力值p1、排汽压力传感器P2处压力值p2和进汽压力传感器P3处的压力值p3。采集进汽温度传感器T1的温度值t1、排汽温度传感器T2的温度值t2、进汽温度传感器T3的温度值t3、末级温度传感器T4的温度值t4、次末级温度传感器T5的温度值t5和冷凝水回水温度传感器T6的凝结水回水温度t6。
2、计算主要控制要素值：低压缸排汽过热度Δt2＝t2-tP2，tP2为对应排汽压力下的饱和温度值；凝结水过冷度Δt3＝tP3-t6，tP3为空冷岛对应排汽压力下的饱和温度值；次末级叶片温度超许可值Δt5＝t5-K5，K5为次末级叶片许可安全值；末级叶片温度超许可值Δt4＝t4-K4，K4为末级叶片许可安全值。
在机组低压缸小流量运行中，重点关注反映低压缸温度场的关键参数：次末级蒸汽温度t5，末级蒸汽温度t4，并与对应的制造商叶片给定的叶片许可值K5/K4比较，构成控制参数Δt5和Δt4；监测低压缸排汽温度t2，将该值与低压缸排汽压力对应的饱和温度tP2比较，构成排汽过热度控制参数Δt2。
3、将上述主要控制要素值输入到策略控制功能模块系统，通过功能模块系统运行并判断；其中将Δt2、Δt4和Δt5三个控制参数接入“或”条件功能模块1，执行三个参数任一超过许可值时，即执行条件选择模块2，进入下个执行程序；进入执行条件选择模块2后，以直接给定的阶跃量ΔΦ和供热蝶阀开度Φ两个控制参数接入到“与”条件功能模块3，叠加当前开度，进入第一输出功能模块4，给定供热蝶阀开度指令；通过“与”条件功能模块3后，以直接给定的阶跃量ΔW和W接入到“与”条件功能模块3，叠加当前开度，进入第二输出功能模块5，给定空冷岛40轴流风机41功率指令。在通过功能模块系统运行和进行判断的过程中，阶跃量ΔΦ是供热蝶阀其自有的设计工作特性曲线，根据设备特性在仪器说明书中直接标定的控制参数，而阶跃量ΔW则是轴流风机其自有的设计工作特性曲线，根据设备特性在仪器说明书中直接标定的控制参数。
在进入第二输出功能模块5之间，增设特性函数模块6，该特性函数模块6为比例分段函数模块f(x)，该函数特性依据空冷岛凝结水过冷度Δt3而设定，是提高机组低压缸流程特性和冷端系统特性的动态响应性和稳态调节性。
其中第一输出功能模块是阀位指令输出，而第二输出功能模块是功率指令输出。
本发明采用上述控制参数及调节功能模板的组合，可有效监测机组低压缸小流量运行时的流程工作状态，可快速依据机组运行特性，实时动态调整机组热电参数和机组冷端特性，提高主机和冷端系统的适应性和协同性，进而提升机组的运行安全稳定性。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种汽轮机低压缸小流量运行的监测控制系统，其特征在于，该系统包括汽轮机高中压缸、中低压连通管、汽轮机低压缸、发电机、空冷岛和供热网加热器，其中汽轮机高中压缸通过中低压连通管连接至汽轮机低压缸，汽轮机低压缸驱动发电机发电至电网，该汽轮机低压缸做功后通过排气端将乏汽流至空冷岛，其中汽轮机高中压缸排汽端还连接有热网加热器；在该中低压连通管接入汽轮低压缸处的管道上设有进汽压力传感器P1和进汽温度传感器T1；在该汽轮机高中压缸和汽轮低压缸之间的中低压连通管上设有供热蝶阀；在该汽轮低压缸内设有末级温度传感器T4和次末级温度传感器T5，该末级温度传感器T4和次末级温度传感器T5安装在该汽轮低压缸内动叶和静叶件的叶顶和叶根处；在该汽轮低压缸排汽端设有排汽压力传感器P2和排汽温度传感器T2；该空冷岛进汽端设有进汽压力传感器P3和进汽温度传感器T3；在空冷岛内设有冷凝水回水温度传感器T6；在空冷岛内有风机，该风机为轴流风机，该轴流风机的功率为W；所述监测控制系统的控制方法基于所述监测控制系统上，采用以下步骤：1、采集各个数据：供热蝶阀开度Φ、压力值p1、p2和p3、温度值t1、t2、t3、t4、t5和t6；2、计算主要控制要素值：低压缸排汽过热度Δt2＝t2-tP2，tP2为对应排汽压力下的饱和温度值；凝结水过冷度Δt3＝tP3-t6，tP3为空冷岛对应排汽压力下的饱和温度值；次末级叶片温度超许可值Δt5＝t5-K5，K5为次末级叶片许可安全值；末级叶片温度超许可值Δt4＝t4-K4,K4为末级叶片许可安全值，K5和K4值均为经理论和试验论证的数值；3、将上述主要控制要素值输入到策略控制功能模块系统，通过功能模块系统运行并判断；其中将Δt2、Δt4和Δt5三个控制参数接入“或”条件功能模块，执行三个参数任一超过许可值时，即执行条件选择模块，进入下个执行程序；进入条件选择模块后，以直接给定的阶跃量ΔΦ和供热蝶阀开度Φ两个控制参数接入到“与”条件功能模块，叠加当前开度，进入第一输出功能模块，给定供热蝶阀开度指令；通过“与”条件功能模块后，以直接给定的阶跃量ΔW和W接入到“与”条件功能模块，叠加当前开度，进入第二输出功能模块，给定空冷岛轴流风机输出功率指令；在进入第二输出功能模块之间，增设特性函数模块，该特性函数模块为比例分段函数模块f(x)，该函数特性依据空冷岛凝结水过冷度Δt3而设定，是用来提高机组低压缸流程特性和冷端系统特性的动态响应性和稳态调节性。
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