一種汽輪機變壓運行調節控制裝置的製作方法

2024-03-28 09:58:05

本發明涉及發電領域，尤其涉及一種汽輪機變壓運行調節控制裝置。

背景技術：

目前大型發電機組(如額定功率在150MW及以上)都採用「電子凸輪配汽機構」，即每個進汽閥採用一個油動機控制，可通過控制系統實現「順序閥」控制，以4個進汽閥為例，可先開啟1、4閥，再開啟3閥，最後開啟第4閥，這樣比同時開啟4個閥的進汽節流損失要小很多。這類機組進汽方式可以通過控制系統修改選擇，而且一般都採用「單元制」運行方式，即一機一爐運行，進汽參數相對穩定，一般長期在額定工況下運行。

小型發電機組(如額定功率在50MW以下)一般都採用機械配汽機構，採用一個油動機同時控制幾個進汽閥，進汽閥開啟順序由機械結構固定，主要有提板式和機械凸輪配汽兩種形式，油動機通過槓桿或凸輪按固定順序開啟進汽閥。

在石化化工、冶金和建材等行業存在大量的熱能可以回收利用，大部分以蒸汽能回收利用為主，主要有兩種利用形式，一種是直接將一定壓力和溫度的蒸汽引入蒸汽輪機做功(或進入其他使用蒸汽能的裝置，不在本發明描述)；另一種是通過廢熱鍋爐產生一定壓力和溫度的蒸汽再引入蒸汽輪機做功。這類蒸汽輪機功率一般不大(如額定功率在50MW以下的小型發電機組)。

在上述的蒸汽能利用應用現場，由於上遊工況不穩定，導致汽輪機進汽參數變化很大，經常使汽輪機在非設計工況下運行，效率降低，嚴重時會損壞機組。

針對這類小型蒸汽能利用的發電機組，目前主要有三種控制方法：定壓控制、定功率控制和滑壓控制等。

(1)定壓控制方法是指設定汽輪機前蒸汽壓力為定值，當蒸汽壓力高於設定值時，開大汽輪機調節閥，使進汽流量增大，以降低蒸汽壓力到設定值；當蒸汽壓力低於設定值時，關小汽輪機調節閥，使進汽流量減小，以提高蒸汽壓力到設定值。定壓控制可使汽輪機進汽壓力相對穩定，但當進汽量變化較大且不穩定時，進汽節流損失較大。

(2)定功率控制方法是指設定發電功率為定值，當實際功率小於設定值時，開大汽輪機調節閥，使進汽流量增大，以提高發電功率到設定值；當實際功率大於設定值時，則關小汽輪機調節閥，使進汽流量減小，以降低發電功率到設定值。定功率控制方法只考慮了機組輸出功率的穩定，對進汽參數變化影響較大，所以在蒸汽能餘熱利用場合很少應用。

(3)滑壓運行控制方法是將汽輪機調節閥全開，保證汽輪機全部進汽，這種方法可以充分利用上遊工藝產生的蒸汽能，但隨著上遊工藝變化，進汽壓力也不斷變化，當進汽壓力低於汽輪機允許的最低安全進汽壓力時，會對汽輪機安全運行造成影響。滑壓運行控制在蒸汽餘熱能利用場合應用較多。

以上控制方法並未考慮機組的最優運行效率點。因此需要發明一種汽輪機在非設計工況下運行的控制方法，以減少汽輪機進汽調節閥的節流損失，提高汽輪機運行的經濟性和安全性。

技術實現要素：

針對上述方案的缺點，本發明提出一種能夠有效利用蒸汽能(或蓄熱蒸汽能)，提高汽輪機運行的經濟性和安全性的汽輪機變壓運行調節控制裝置。

本發明技術方案是：一種汽輪機變壓運行調節控制裝置，包括新蒸汽源、油動機、汽輪機以及發電機，所述新蒸汽源通過蒸汽管道經過主汽門閥和進汽閥連接汽輪機的輸入端，所述油動機控制汽輪機的進汽閥，所述汽輪機驅動發電機做功發電，還包括控制裝置，所述控制裝置包括控制模塊，測量模塊，所述測量模塊連接主汽門後的蒸汽管道以及汽輪機，用於測量主蒸汽參數以及汽輪機運行參數，所述控制模塊連接油動機，用於對進汽閥閥位進行控制。

優選的，所述控制裝置還包括斜坡發生器、比較器、保持模塊、比例模塊、積分器、加法器以及減法器，所述斜坡發生器、比較器分別連接控制模塊輸入端，所述控制模塊輸出端依次連接保持模塊、比例模塊、積分器以及油動機，所述加法器和減法器分別連接控制模塊輸出端，加法器和減法器的輸出端分別連接油動機。

優選的，還包括蒸汽蓄熱裝置，所述蒸汽蓄熱裝置的輸入端通過通汽閥連接新蒸起源輸出端，蒸汽蓄熱裝置的輸出端依次連接排汽閥和逆止閥，所述通汽閥和排汽閥均連接控制模塊。

本發明的有益效果是：當主汽壓力P0大於汽輪機進汽壓力高限值PH時，自動控制開大進汽閥，以充分利用蒸汽能，同時通過蒸汽蓄熱裝置存儲多餘的蒸汽能；當主汽壓力P0小於汽輪機進汽壓力低限值PL時，自動控制關小進汽閥，以確保汽輪機運行在安全的壓力範圍內，同時通過蒸汽蓄熱裝置放熱以補充蒸汽能的不足；當主汽壓力P0介於汽輪機進汽壓力高限值PH和低限值PL時，採用變壓運行方式，自動控制進汽閥門閥位F到汽輪機比功率h最大時對應的閥位設定值 FSet，以使汽輪機進汽閥門節流損失最小，運行經濟性最高。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

圖1是本發明實施例的系統結構示意圖；

圖2是本發明實施例中汽輪機比功率h與進汽閥門閥位F之間的曲線示意圖；

圖3是本發明實施例的工作流程示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖，對本發明的技術方案作進一步的描述，但本發明並不限於這些實施例。

圖1是本發明實施例的系統結構示意圖，如圖1所示，一種汽輪機變壓運行調節控制裝置，包括新蒸汽源107、油動機104、汽輪機101、發電機102、控制裝置105以及蒸汽蓄熱裝置106，所述新蒸汽源通過蒸汽管道經過主汽門閥111 和進汽閥103連接汽輪機的輸入端，所述油動機控制汽輪機的進汽閥，所述汽輪機驅動發電機做功發電，所述控制裝置包括控制模塊201、測量模塊202、斜坡發生器203、比較器204、保持模塊205、比例模塊206、積分器207、加法器208 以及減法器209，所述控制模塊連接油動機，用於對進汽閥閥位進行控制，所述測量模塊連接主汽門後的蒸汽管道以及汽輪機，所述斜坡發生器、比較器分別連接控制模塊輸入端，所述控制模塊輸出端依次連接保持模塊、比例模塊、積分器以及油動機，所述加法器和減法器分別連接控制模塊輸出端，加法器和減法器的輸出端分別連接油動機，所述蒸汽蓄熱裝置的輸入端通過通汽閥108連接新蒸汽源輸出端，蒸汽蓄熱裝置的輸出端依次連接排汽閥109和逆止閥110，所述通汽閥和排汽閥均連接控制模塊。

測量模塊用於測量主蒸汽參數以及汽輪機運行參數，主蒸汽參數包括主汽溫度T0，主汽壓力P0，主汽流量Q0，汽輪機運行參數包括發電功率KW。

要使汽輪機在相對效率最高點運行，首先要檢測確定汽輪機相對效率，下面定義比功率h來表徵汽輪機的相對效率：

其中，KW為發電功率，KWmax為最大發電功率，Q為實際蒸汽流量，Qmax 為最大蒸汽流量，f(P)為蒸汽壓力修正函數。其中發電功率KW、主汽壓力P0和蒸汽流量Q都為實際容易測量的參數。

比功率h越大，表明單位進汽量輸出的功率越大，汽輪機相對效率越高。相應地通過多次實驗可以確定比功率h與汽輪機油動機行程F的對應關係，如圖2 所示。當油動機行程F開到使進汽閥節流損失最小的位置時，比功率h的值最大，這時汽輪機的相對效率最高，該位置為進汽閥閥位設定值FSet。

汽輪機進汽壓力低設定值PL和汽輪機進汽壓力高設定值PH根據汽輪機進汽參數範圍來設定。比較器將主蒸汽壓力P0與PL和PH值比較，通過比較結果，確定三種運行控制模式：變壓運行控制模式(PL<P0<PH)，壓力低限制控制模式(P0PH)。

如圖3所示，在變壓運行控制模式中，控制模塊將經過斜坡發生器後的閥位設定值F』Set與閥位反饋值Fpv比較，所得到的偏差ΔF經過保持模塊、比例模塊、積分器，最終將油動機閥位F控制定位到目標閥位設定值FSet。斜坡發生器的作用是防止目標閥位設定值FSet變化太快，會對汽輪機本體造成影響。測量模塊分別測量主汽溫度T0，主汽壓力P0，主汽流量Q0，分別計算得到溫變率RTT，壓變率RTP，流量變化率RTQ，考慮到進汽參數變化率大時，會對汽輪機本體造成影響，因此分別設定溫變率RTT，壓變率RTP，流量變化率RTQ的限制值a、b和 c，當RTT>a，或RTP>b，或RTQ>c時，保持模塊保持實際閥位暫時不變，等到進汽參數變化率小於限制值時，保持解除。比例模塊放大閥位偏差ΔF輸出，控制模塊可以根據實際情況設置比例係數，積分器累積閥位偏差ΔF輸出，實現閥位控制的無差調節。在這過程中，控制模塊控制通汽閥、排汽閥關閉。

壓力高限制控制模式中，當主汽壓力P0大於汽輪機進汽壓力高設定值PH且系統無故障，閥門開度小於高限值時，控制模塊通過減法器，以一定的速率控制閥門開大。當主汽壓力P0大於汽輪機進汽壓力高設定值PH條件不滿足時，自動退出壓力高限制控制模式。同時，控制模塊控制通氣閥打開，排汽閥關閉，蒸汽蓄熱裝置進行多餘蒸汽的存儲。

壓力低限制控制模式中，當主汽壓力P0小於汽輪機進汽壓力低設定值PL且系統無故障和閥門開度大於低限值時，通過加法器，以一定的速率控制閥門關小。當主汽壓力P0小於汽輪機進汽壓力低設定值PL條件不滿足時，自動退出壓力低限制控制模式。同時，控制模塊控制通氣閥關閉，同時排汽閥打開，蒸汽蓄熱裝置進行蒸汽的補充。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或採用類似的方式替代，但並不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的範圍。