CN202452469U - 一种新型火力发电机组功率快速调节装置 - Google Patents

Abstract

一种新型火力发电机组功率快速调节装置，包括分布式控制系统，还包括和分布式控制系统通过双向接口相连接的PLC控制单元，以及和PLC控制单元相通信连接的低压加热器凝结水旁路调节系统；本实用系统高压调节阀和旁通调节阀的开度在PLC控制单元的控制下不断调整，以保障机组输出功率的快速变化，满足电网的需求，PLC控制单元控制锅炉供给燃料量随发电功率与功率需求之间的偏差而变化，与此同时，在第一无差控制器的作用下，锅炉供给燃料量不但要满足功率的平衡，而且要调整到高压调节阀得以全开且旁通调节阀得以全关，实现火电机组功率的快速调节和运行经济性的同时实现。

Description

一种新型火力发电机组功率快速调节装置

技术领域

本实用新型涉及火力发电机组控制技术领域，具体涉及一种新型火力发电机组功率快速调节装置。

背景技术

电力系统的基本功能是维持用电负荷和发电功率的平衡，我国用电负荷波动剧烈，其“峰谷比”是西方国家的5-10倍；此外我国电网的储能功能严重不足，这使我国电力系统内的发电机组必须频繁且大幅调整发电功率，以适应用电负荷的大幅波动，保障供电品质。目前我国绝大多数的供电负荷调整都依靠火电机组来完成，因此火电机组的功率调整幅度和速度对电网的安全稳定和供电品质都具有重要的影响，也因此火电机组在并网运行时需满足电网的有关规定和要求。

目前火电机组的功率调节主要依靠安装于汽轮机高压缸进汽位置的高压调节阀开度和用于给汽轮机供汽的锅炉出口新蒸汽压力的变化来实现。锅炉出口新蒸汽压力的升高或高压调节阀开度的增大都可以提高汽轮机的输出扭矩，从而带动同步发电机输出更多的电功率。反之，降低锅炉出口新蒸汽压力或者关小高压调节阀都可以降低汽轮机的输出扭矩，从而降低其带动的同步发电机输出的电功率。其中，锅炉新蒸汽压力的变化速度受火电机组巨大的锅炉惯性影响，无法满足电网对发电机组调节电网频率(简称调频)和自动发电控制(简称AGC)的要求，因此，实际运行中，火电机组主要依靠高压调节阀的开关来实现发电功率快速调节以满足电网的需求。然而，为了保留进一步增大输出功率的潜力，高压调节阀不能完全打开，只能部分开启，存在一定的节流损失。对于高压调节阀数量较少或原有设计为只能以节流方式运行的火电机组来说难以避免地造成可观的经济损失。

为了避免高压调节阀不能完全开启所带来的节流损失，工程和科研人员提出了一些方案，通过控制电厂汽水回路中的其它设备来辅助发电机组功率的快速调节，按其原理可分为三种。方案一：通过冷凝水节流或凝结水泵变转速在短时间内改变汽轮机低压缸输出功率；方案二：通过再热器减温水喷水量的变化来增大或减少汽轮机中、低压缸的功率；方案三：通过在回热抽气器的抽汽管道上安装调节阀，强行调整用于回热抽汽的蒸汽量，改变在汽轮机内做功的蒸汽流量来改变汽轮机的功率。

这三种方法都具备在一定条件下避免高压调节阀的节流，辅助发电机组在电网需要时完成功率快速调节的能力，但其不足也都是十分明显的。方案一在改变凝结水流量的时候不可避免地破坏了汽水回路的流量平衡，造成凝汽器热井水位和除氧器水位的变化，这两个设备的水位对保障机组安全稳定运行至关重要，该方案仅能有限使用，难以保障多次调节后机组的安全和稳定；方案二中的再热器减温水主要用于再热器出口汽温的调节，其参与功率调节时对再热器出口蒸汽温度水平具有比较苛刻的要求，否则其喷水流量变化很容易引起再热器超温或温度大幅波动，对发电机组关键设备造成损害，因此在实际运行中难以采用；方案三在回热器抽汽管道上设置调节阀，在需增大机组功率时强制减少回热抽汽量，使这部分蒸汽进入汽轮机做功，但同时回热抽汽量的减少，对回热器造成非常大的扰动，可引起其内部压力和温度的大幅变化，远远超出回热器设备安全运行的设计要求，威胁回热器的安全，严重降低回热器的寿命。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺点，本实用新型的目的在于提供一种新型火力发电机组功率快速调节装置，本实用新型能够在保障系统安全稳定的前提下，避免不必要的损失，满足电网对机组功率调节速度的要求，同时实现火电机组功率的快速调节和经济运行。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种新型火力发电机组功率快速调节装置，包括分散控制系统14，还包括和分散控制系统14通过双向接口13相连接的PLC控制单元12，以及和PLC控制单元12相通信连接的低压加热器凝结水旁路调节系统。

所述低压加热器凝结水旁路调节系统包括低压给水加热器旁通管道10，和低压给水加热器旁通管道10相并联的多个低压给水加热器7，低压给水加热器旁通管道10两端各通过一个三通阀与主凝结给水管道11连接，主凝结给水管道11同时通过低压给水加热器7和除氧器相连通，低压给水加热器旁通管道10靠近上游端还安装有可快速动作的旁通调节阀2，旁通调节阀2和PLC控制单元12相通信连接，PLC控制单元12控制旁通调节阀2的开度，旁通调节阀2的开度控制低压给水加热器旁通管道10的凝结水流量，从汽轮机3引出的一个以上抽汽管道8和低压给水加热器7相连通。

所述多个低压给水加热器7为1至4个。

所述旁通调节阀2为气动或液动调节阀。

所述PLC控制单元12包括第一无差控制器16和第二无差控制器17，其中第二无差控制器17的输入信号为发电功率和功率需求的偏差，而第一无差控制器16的输入信号由三部分组成，包括功率需求和发电功率的偏差、旁通调节阀2开度与最经济目标0％开度之间的偏差和高压调节阀1开度与最经济目标100％之间的偏差，第二无差控制器17通过控制高压调节阀1和旁通调节阀2的开度实现发电功率的快速调节，第一无差控制器16通过燃料量指令的调节，在发电功率和功率需求出现偏差的第一时间改变对应的燃料量指令，并在发电功率满足功率需求时继续调整燃料量的供给直至旁通调节阀2和高压调节阀1都处于最优经济运行状态。

一种新型火力发电机组功率快速调节方法，当需要快速增加负荷时，PLC控制单元12开大旁通调节阀2，使一部分凝结水不通过低压给水加热器7吸收来自抽汽管道8的蒸汽热能而直接通过低压给水加热器旁通管道10流入除氧器；当需要快速减少负荷时，PLC控制单元12通过分布式控制系统14关小全开的高压调节阀1，减少进入汽轮机3的高压蒸汽量，降低机组的输出功率。

通过PLC控制单元12协调负荷增减的控制手段动作，并保障在稳定运行时机组达到最经济运行状态，即高压调节阀1处于全开无节流状态，旁通调节阀2处于全关无旁路流量状态。

与现有同类系统或技术相比该新型火电机组功率快速调节装置具有如下优点：

1、该系统调节的过程中总的给水流量不发生明显变化，来自主凝结给水管道11的给水全部汇入除氧器，不会影响凝汽器热井或除氧器的水位；

2、在旁通调节阀2开关的过程中，低压给水加热器7中气侧的压力和温度变化缓慢且幅度很小，抽汽管道8中抽汽量的减少也是自然过程，没有人为的强制截断，对设备的影响较小，完全满足低压给水加热器对温度变化的要求；

3、该新型火电机组功率快速调节装置以低压给水加热器给水的旁路系统为基础，综合利用给水的热容、除氧器水箱内水的热容和锅炉的惯性，在短时间内快速升高发电机组的功率，可持续性比现有其它同类系统和技术强，对系统扰动小。

本实用新型调节方法，当稳定运行工况高压调节阀1全开，不存在节流损失；当需要快速增加负荷时，开大旁通调节阀2，使一部分凝结水不通过低压给水加热器7吸收来自抽汽管道8的蒸汽热能而直接通过低压给水加热器旁通管道10流入除氧器，这使得低压给水加热器7的压力稍稍升高，大幅减少来自抽汽管道8的蒸汽量，而使这部分蒸汽留在汽轮机3内部继续膨胀做功，增大机组输出功率；当需要快速减少负荷时，通过分布式控制系统14关小全开的高压调节阀1，减少进入汽轮机的高压蒸汽量，降低机组的输出功率；在机组功率的调节过程中，高压调节阀1和旁通调节阀2的开度在PLC控制单元的控制下不断调整，以保障机组输出功率的快速变化，满足电网的需求，PLC控制单元控制锅炉供给燃料量随发电功率与功率需求之间的偏差而变化，与此同时，在第一无差控制器16的作用下，锅炉供给燃料量要满足功率的平衡，保障在稳定运行时机组达到最经济运行状态，即高压调节阀1处于全开无节流状态，旁通调节阀2处于全关无旁路流量状态。实现火电机组功率的快速调节和经济运行的同时实现。

附图说明

图1是本实用新型一种新型火力发电机组功率快速调节装置的组成结构图。

图2是本实用新型一种新型火力发电机组功率快速调节装置中核心PLC控制单元的控制原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作更详细的说明。

如图1所示，本实用新型一种新型火力发电机组功率快速调节装置，包括电站锅炉15，电站锅炉15的燃烧将供给的燃料(煤或油)的化学能转化为热能，并将热能传递给液态的锅炉给水，使其蒸发变成高温高压的气态主蒸汽，主蒸汽通过电站锅炉15上端的高压调节阀1进入汽轮机3内，汽轮机3通过联轴器5与同步发电机6相连，高压调节阀1和分布式控制系统14的一端相通信连接，分布式控制系统14的另一端和电站锅炉15相通信连接，从汽轮机3下端引出一个以上抽汽管道8通过低压给水加热器7分别和疏水管道9相连通，本实用新型系统还包括和分布式控制系统14通过双向接口13相连接的PLC控制单元12，以及和PLC控制单元12相通信连接的低压加热器凝结水旁路调节系统，该低压加热器凝结水旁路调节系统包括低压给水加热器旁通管道10，和低压给水加热器旁通管道10相并联的多个低压给水加热器7，本实施例低压给水加热器7为1至4个，低压给水加热器旁通管道10两端各通过一个三通阀与主凝结给水管道11连接，主凝结给水管道11同时通过低压给水加热器7和除氧器相连通，低压给水加热器旁通管道10靠近上游端还安装有可快速动作的旁通调节阀2，旁通调节阀2和PLC控制单元12相通信连接，PLC控制单元12控制旁通调节阀2的开度，旁通调节阀2的开度控制低压给水加热器旁通管道10的给水流量，PLC控制单元12还通过双向接口13，经电厂分布式控制系统14间接控制电站锅炉15的燃料供给系统、高压调节阀1的开度和其它相关设备的运行调节。

如图2所示，为本实用新型一种新型火力发电机组功率快速调节装置中PLC控制单元的控制原理图，PLC控制单元12包括第一无差控制器16和第二无差控制器17，其中第二无差控制器17的输入信号为发电功率和功率需求的偏差，而第一无差控制器16的输入信号由三部分组成，包括功率需求和发电功率的偏差、旁通调节阀开度与最经济目标0％开度之间的偏差和高压调节阀开度与最经济目标100％之间的偏差，第二无差控制器17通过控制高压调节阀1和旁通调节阀2的开度实现发电功率的快速调节，控制目标为消除发电功率与给定功率需求之间的偏差；第一无差控制器16通过燃料量指令的调节，在发电功率和功率需求出现偏差的第一时间改变对应的燃料量指令，并在发电功率满足功率需求时继续调整燃料量的供给直至旁通调节阀2和高压调节阀1都处于最优经济运行状态，第一无差控制器16的控制目标是发电功率与功率需求之间的偏差为零、旁通调节阀全关且高压调节阀全开。

根据图2所示的控制原理，只要发电功率与给定的功率需求信号不匹配，两个无差控制器都会调节各自控制指令，协调燃料供给的缓慢作用和旁通调节阀及高压调节阀的快速作用，实现发电功率等于功率需求的给定。当发电功率与功率需求之间的偏差为零后，第二无差控制器17将停止调节动作。此时，如果高压调节阀1不处于全开状态或者旁通调节阀2不处于全关状态，则第一无差控制器16的输入仍然不为零，会持续输出变化的燃料量指令，改变锅炉15和汽轮机3的出力，从而改变发电功率，促使第二无差控制器17在保障发电功率等于功率需求的前提下不断调整高压调节阀1和旁通调节阀2的开度至第一无差控制器16的经济运行目标为止，两控制器输入均为零，输出信号不再发生变化，直至功率需求再次发生变化。

本实用新型的工作原理为：正常运行条件下，高压调节阀1处于全开即100％开度状态，旁通调节阀2处于全关即0％状态，此时整个发电系统处于最佳经济性状态，依靠燃料量的供给调整合适的主蒸汽压力满足发电机组输出功率等于所需的功率。当所需的功率降低时，PLC控制单元12通过双向接口13经电厂分布式控制系统14间接控制全开的高压调节阀1迅速关小，以快速降低进入汽轮机3的高能蒸汽量，减少汽轮机3的功率，进而减少汽轮机3带动的同步发电机6的发电功率，以满足更低的发电功率需求；当系统需要更大的功率时，全开的高压调节阀1已不能通过继续开大来增加汽轮机的功率，该节能型火电机组功率快速调节装置中的PLC控制单元12控制旁通调节阀2开大，使一部分冷凝给水不通过旁路中的各低压给水加热器7而直接进入除氧器，这样，流过旁路低压给水加热器7的给水流量得以减少，来自抽气管道8的高温蒸汽在低压给水加热器7中冷凝，并将释放出来的热量传递给来自主凝结给水管道11的给水，给水量的迅速减少，使给水带走的热量也大幅降低，这样原本来自抽气管道8的蒸汽不能完全冷凝而使低压加热器7中气侧的压力升高，抽汽管道8中的抽气量也相应减少，更多的蒸汽得以进入汽轮机3进一步做功，使汽轮机3的输出功率显著增大，通过联轴器5，带动同步发电机6发出更多的电能。这样通过旁通调节阀2的开大，可以实现发电机组功率的快速升高。

当需求功率突然减小，第二无差控制器17的输入为负，输出减小的控制指令，此时高压调节阀处于100％开度，可以关小，因此输出关小高压调节阀1的控制指令，减小高压调节阀1的开度，降低进入汽轮机3的高压蒸汽流量，快速降低机组输出功率；同时旁通调节阀控制回路也接收到减小的控制指令，但由于旁通调节阀在稳态时开度为0％，其控制回路上的限幅环节阻止输出更小的控制指令，因此旁通调节阀保持开度不变；当功率需求突然增大，第二无差控制器17的输入为正，输出增大的控制指令，但由于高压调节阀已处于100％开度，其限幅环节将自动屏蔽第二无差控制器17发出的开大指令，高压调节阀开度指令不变化；同时低压加热器凝结水旁路调节系统也接收到增大的控制指令，输出控制信号，增大旁通调节阀2的开度，迅速增大机组输出功率。如果发电功率达不到功率需求值，则继续不断开大旁通调节阀2，直至发电功率满足功率需求。

在机组功率的调节过程中，高压调节阀1和旁通调节阀2的开度在PLC控制单元的控制下不断调整，以保障机组输出功率的快速变化，满足电网的需求。PLC控制单元控制锅炉供给燃料量随发电功率与功率需求之间的偏差而变化，与此同时，在第一无差控制器16的作用下，锅炉供给燃料量不但要满足功率的平衡，而且要调整到高压调节阀得以全开且旁通调节阀得以全关，实现火力发电机组最大限度的节能。

Claims (5)

1.一种新型火力发电机组功率快速调节装置，包括分布式控制系统(14)，其特征在于：还包括和分布式控制系统(14)通过双向接口(13)相连接的PLC控制单元(12)，以及和PLC控制单元(12)相通信连接的低压加热器凝结水旁路调节系统。

2.根据权利要求1所述的调节装置，其特征在于：所述低压加热器凝结水旁路调节系统包括低压给水加热器旁通管道(10)，和低压给水加热器旁通管道(10)相并联的多个低压给水加热器(7)，低压给水加热器旁通管道(10)两端各通过一个三通阀与主凝结给水管道(11)连接，主凝结给水管道(11)同时通过低压给水加热器(7)和除氧器相连通，低压给水加热器旁通管道(10)靠近上游端还安装有可快速动作的旁通调节阀(2)，旁通调节阀(2)和PLC控制单元(12)相通信连接，PLC控制单元(12)控制旁通调节阀(2)的开度，旁通调节阀(2)的开度控制低压给水加热器旁通管道(10)的凝结水流量，从汽轮机(3)引出的一个以上抽汽管道(8)和低压给水加热器(7)相连通。

3.根据权利要求2所述的调节装置，其特征在于：所述多个低压给水加热器(7)为1至4个。

4.根据权利要求2所述的调节装置，其特征在于：所述旁通调节阀(2)为气动或液动调节阀。

5.根据权利要求1所述的调节装置，其特征在于：所述PLC控制单元(12)，包括第一无差控制器(16)和第二无差控制器(17)，其中第二无差控制器(17)的输入信号为发电功率和功率需求的偏差，而第一无差控制器(16)的输入信号由三部分组成，包括功率需求和发电功率的偏差、旁通调节阀(2)开度与最经济目标0％开度之间的偏差和高压调节阀(1)开度与最经济目标100％之间的偏差，第二无差控制器(17)通过控制高压调节阀(1)和旁通调节阀(2)的开度实现发电功率的快速调节，第一无差控制器(16)通过燃料量指令的调节，在发电功率和功率需求出现偏差的第一时间改变对应的燃料量指令，并在发电功率满足功率需求时继续调整燃料量的供给直至旁通调节阀(2)和高压调节阀(1)都处于最优经济运行状态。

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