CN106246527B - 直接空冷机组小机直排的汽动给水泵背压干扰抑制方法 - Google Patents

直接空冷机组小机直排的汽动给水泵背压干扰抑制方法 Download PDF

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Abstract

直接空冷机组小机直排的汽动给水泵背压干扰抑制方法，涉及锅炉给水、汽动给水泵、直冷空冷岛技术领域。本发明是为了解决在全工况范围内小机直排大机空冷机组背压扰动对小机功率产生影响，进而危及锅炉安全的问题。本发明所述的直接空冷机组小机直排的汽动给水泵背压干扰抑制方法，利用当前背压值获得背压前馈系数；利用给水流量设定值获得工况修正系数；根据背压前馈系数和工况修正系数获得背压前馈量，对背压前馈量进行限幅，然后将限幅后的背压前馈量增加到小机阀位设定值上，完成汽动给水泵背压干扰的抑制。适于应用在小机直排大机空冷机组全工况下，消除背压波动引起小机功率波动带来的锅炉安全隐患。

Description

直接空冷机组小机直排的汽动给水泵背压干扰抑制方法
技术领域
本发明属于汽动给水泵、锅炉给水、直冷空冷岛给水技术领域，尤其涉及直接空冷机组小机直排的汽动给水泵背压干扰抑制方法。
背景技术
随着近几年空冷机组容量的增加，汽动给水泵均采用汽轮机驱动，汽动给水泵汽轮机(小机)排汽常见的冷却方式有自带凝汽器湿冷、自带凝汽器间冷、直冷(排大机)三种型式。其中小机排汽冷却方式采用直冷，具有可降低工程投资、***简单、增加机组年收益率等优点。但是，小机直排大机空冷的型式，也将空冷机组背压频繁变化的特点引入小机的做功工程中，使得小机功率频繁变化，从而使得汽动给水泵、锅炉给水流量频繁变化，危及锅炉安全。
目前小机直排控制多沿用自带凝汽器湿冷、自带凝汽器间冷的控制方式，仅进行小机转速的闭环控制，这种闭环控制方式无法排除背压干扰对小机的影响，无法消除小机功率波动带来的锅炉安全隐患。
发明内容
本发明是为了解决在全工况范围内小机直排大机空冷机组背压扰动对小机功率产生影响，进而危及锅炉安全的问题，现提供一种基于背压前馈、工况修正的小机直排大机空冷机组汽动给水泵的背压干扰抑制方法。
直接空冷机组小机直排的汽动给水泵背压干扰抑制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤一：利用当前背压值P获得背压前馈系数f(P)；
步骤二：利用给水流量设定值获得工况修正系数f(G)；
步骤三：根据背压前馈系数f(P)和工况修正系数f(G)获得背压前馈量△Z，
△Z＝P×f(P)×f(G)；
步骤四：对背压前馈量△Z进行限幅，然后将限幅后的背压前馈量△Z增加到小机阀位设定值上，完成汽动给水泵背压干扰的抑制。
上述步骤四中，还能够利用小机转速设定值代替小机阀位设定值，完成汽动给水泵背压干扰的抑制。
上述步骤三中，还能够利用背压变化值△P代替当前背压值P，完成汽动给水泵背压干扰的抑制，背压变化值△P为当前时刻背压值与上一时刻背压值的差值。
上述利用当前背压值P获得背压前馈系数f(P)的具体方法如下：
其中，dh为小机的实际焓降，G为小机工质流量，ddh(P)为背压变化1Pa时所引起的实际焓降dh的变化量。
上述利用给水流量设定值获得工况修正系数f(G)的具体方法如下：
其中，Gi为当前工况下小机进汽流量，dhc为设计工况、设计背压下小机的实际焓降，Gc为设计工况下小机的进汽流量，dhi为当前工况、设计背压下小机的实际焓降。
本发明提出一种基于背压前馈、工况修正的小机控制方法，可以在全工况内有效抑制背压干扰对小机的影响，消除小机功率波动带来的锅炉安全隐患。
本发明具有以下效果：本发明采用背压前馈与工况修正的背压干扰抑制方法，在小机直排大机空冷机组全工况范围内，相比于目前小机转速的简单的闭环控制，将背压扰动引起的小机转速波动和锅炉给水流量波动削弱了50％以上。
附图说明
图1为具体实施方式一中，获得背压前馈量的逻辑框图；
图2为具体实施方式四中，获得背压前馈量的逻辑框图；
图3为具体实施方式七中，获得背压前馈量的逻辑框图；
图4为具体实施方式十中，获得背压前馈量的逻辑框图；
图5为350MW机组不同工况、不同基准背压下，背压升高1kPa引起的实际焓降的变化曲线图，图中由上至下的五条曲线分别表示VWO(阀门全开工况)工况、THA(热耗率验收工况)工况、75％THA工况、50％THA工况和30％THA工况下；
图6为350MW机组不同工况、不同基准背压下，小机的实际焓降曲线图，图中由上至下的五条曲线分别表示VWO工况、THA工况、75％THA工况、50％THA工况和30％THA工况下；
图7为350MW机组小机工质流量的变化量为前馈放大系数dGP随工况和背压变化的曲线图，图中由上至下的五条曲线分别表示VWO工况、THA工况、75％THA工况、50％THA工况和30％THA工况下；
图8为350MW机组求解背压前馈系数的函数F1(x)取值曲线图；
图9为350MW机组求解工况修正系数的函数F2(x)取值曲线图；
图10为350MW机组小机流量前馈附加量放大系数实际模型拟合结果与理论结果曲线图，图中由上至下的五条曲线分别表示VWO工况、THA工况、75％THA工况、50％THA工况和30％THA工况下；图中由上至下的五条曲线上的点分别表示拟合VWO工况、拟合THA工况、拟合75％THA工况、拟合50％THA工况和拟合30％THA工况。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的直接空冷机组小机直排的汽动给水泵背压干扰抑制方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：利用当前背压值P获得背压前馈系数f(P)；
步骤二：利用给水流量设定值获得工况修正系数f(G)；
步骤三：根据背压前馈系数f(P)和工况修正系数f(G)获得背压前馈量△Z，
△Z＝P×f(P)×f(G)；
步骤四：对背压前馈量△Z进行限幅，然后将限幅后的背压前馈量△Z增加到小机阀位设定值上，完成汽动给水泵背压干扰的抑制。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的直接空冷机组小机直排的汽动给水泵背压干扰抑制方法作进一步说明，本实施方式中，背压前馈系数f(P)由当前背压值经过F1(x)函数插值得到，具体地：
利用当前背压值P获得背压前馈系数f(P)的具体方法如下：
其中，dh为小机的实际焓降，其单位为J/kg，在设计工况下实际焓降dh是背压的单值函数，可由等熵焓降法获得；G为小机工质流量，其单位为kg/s，在设计工况下小机工质流量为定值；ddh(P)为背压变化1Pa时所引起的实际焓降dh的变化量，其单位为J/kg，在设计工况下ddh(P)是背压的单值函数，可由等熵焓降法获得。
本实施方式中，在实际应用时，背压升高1kPa引起的实际焓降的变化量主要随背压变化，随工况变化不大，因此能够用背压直接求解ddh(P)。当前背压值对应的背压前馈系数为额定工况下的背压前馈系数；当前背压值下，背压升高1Pa，小机降低的功率对应的小机阀位值增大。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一或二所述的直接空冷机组小机直排的汽动给水泵背压干扰抑制方法作进一步说明，本实施方式中，f(G)由给水流量设定值经过F2(x)函数插值得到，具体地：
利用给水流量设定值获得工况修正系数f(G)的具体方法如下：
其中，Gi为当前工况下小机进汽流量，是给水流量设定值的单值函数；dhi为当前工况、设计背压下小机的实际焓降，是给水流量设定值的单值函数；dhc为设计工况、设计背压下小机的实际焓降，为定值；Gc为设计工况下小机的进汽流量，为定值。
本实施方式中，给水流量设定值对应的工况修正系数，为当前工况、设计背压下，背压前馈系数与额定工况、设计背压下，背压前馈系数的商。
具体实施方式四：参照图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的直接空冷机组小机直排的汽动给水泵背压干扰抑制方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：利用当前背压值P获得背压前馈系数f(P)；
步骤二：利用给水流量设定值获得工况修正系数f(G)；
步骤三：根据背压前馈系数f(P)和工况修正系数f(G)获得背压前馈量△Z，
△Z＝P×f(P)×f(G)
步骤四：对背压前馈量△Z进行限幅，然后将限幅后的背压前馈量△Z增加到小机转速设定值上，完成汽动给水泵背压干扰的抑制。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式四所述的直接空冷机组小机直排的汽动给水泵背压干扰抑制方法作进一步说明，本实施方式中，背压前馈系数f(P)由当前背压值经过F1(x)函数插值得到，具体地：
利用当前背压值P获得背压前馈系数f(P)的具体方法如下：
其中，dh为小机的实际焓降，其单位为J/kg，在设计工况下实际焓降dh是背压的单值函数，可由等熵焓降法获得；G为小机工质流量，其单位为kg/s，在设计工况下小机工质流量为定值；ddh(P)为背压变化1Pa时所引起的实际焓降dh的变化量，其单位为J/kg，在设计工况下ddh(P)是背压的单值函数，可由等熵焓降法获得。
本实施方式中，在实际应用时，背压升高1kPa引起的实际焓降的变化量主要随背压变化，随工况变化不大，因此能够用背压直接求解ddh(P)。当前背压值对应的背压前馈系数为额定工况下的背压前馈系数；当前背压值下，背压升高1Pa，小机降低的功率对应的小机阀位值增大。
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式四或五所述的直接空冷机组小机直排的汽动给水泵背压干扰抑制方法作进一步说明，本实施方式中，f(G)由给水流量设定值经过F2(x)函数插值得到，具体地：
利用给水流量设定值获得工况修正系数f(G)的具体方法如下：
其中，Gi为当前工况下小机进汽流量，是给水流量设定值的单值函数；dhi为当前工况、设计背压下小机的实际焓降，是给水流量设定值的单值函数；dhc为设计工况、设计背压下小机的实际焓降，为定值；Gc为设计工况下小机的进汽流量，为定值。
本实施方式中，给水流量设定值对应的工况修正系数，为当前工况、设计背压下，背压前馈系数与额定工况、设计背压下背压前馈系数的商。
具体实施方式七：参照图3具体说明本实施方式，本实施方式所述的直接空冷机组小机直排的汽动给水泵背压干扰抑制方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：利用当前背压值P获得背压前馈系数f(P)；
步骤二：利用给水流量设定值获得工况修正系数f(G)；
步骤三：根据背压前馈系数f(P)和工况修正系数f(G)获得背压前馈量△Z，
△Z＝△P×f(P)×f(G)
其中，△P表示背压变化值，该背压变化值△P为当前时刻背压值与上一时刻背压值的差值；
步骤四：对背压前馈量△Z进行限幅，然后将限幅后的背压前馈量△Z增加到小机阀位设定值上，完成汽动给水泵背压干扰的抑制。
具体实施方式八：本实施方式是对具体实施方式七所述的直接空冷机组小机直排的汽动给水泵背压干扰抑制方法作进一步说明，本实施方式中，背压前馈系数f(P)由当前背压值经过F1(x)函数插值得到，具体地：
利用当前背压值P获得背压前馈系数f(P)的具体方法如下：
其中，dh为小机的实际焓降，其单位为J/kg，在设计工况下实际焓降dh是背压的单值函数，可由等熵焓降法获得；G为小机工质流量，其单位为kg/s，在设计工况下小机工质流量为定值；ddh(P)为背压变化1Pa时所引起的实际焓降dh的变化量，其单位为J/kg，在设计工况下ddh(P)是背压的单值函数，可由等熵焓降法获得。
本实施方式中，在实际应用时，背压升高1kPa引起的实际焓降的变化量主要随背压变化，随工况变化不大，因此能够用背压直接求解ddh(P)。当前背压值对应的背压前馈系数为额定工况下的背压前馈系数；当前背压值下，背压升高1Pa，小机降低的功率对应的小机阀位值增大。
具体实施方式九：本实施方式是对具体实施方式七或八所述的直接空冷机组小机直排的汽动给水泵背压干扰抑制方法作进一步说明，本实施方式中，f(G)由给水流量设定值经过F2(x)函数插值得到，具体地：
利用给水流量设定值获得工况修正系数f(G)的具体方法如下：
其中，Gi为当前工况下小机进汽流量，是给水流量设定值的单值函数；dhi为当前工况、设计背压下小机的实际焓降，是给水流量设定值的单值函数；dhc为设计工况、设计背压下小机的实际焓降，为定值；Gc为设计工况下小机的进汽流量，为定值。
本实施方式中，给水流量设定值对应的工况修正系数，为当前工况、设计背压下，背压前馈系数与额定工况、设计背压下背压前馈系数的商。
具体实施方式十：参照图4具体说明本实施方式，本实施方式所述的直接空冷机组小机直排的汽动给水泵背压干扰抑制方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：利用当前背压值P获得背压前馈系数f(P)；
步骤二：利用给水流量设定值获得工况修正系数f(G)；
步骤三：根据背压前馈系数f(P)和工况修正系数f(G)获得背压前馈量△Z，
△Z＝△P×f(P)×f(G)
其中，△P表示背压变化值，该背压变化值△P为当前时刻背压值与上一时刻背压值的差值；
步骤四：对背压前馈量△Z进行限幅，然后将限幅后的背压前馈量△Z增加到小机转速设定值上，完成汽动给水泵背压干扰的抑制。
具体实施方式十一：本实施方式是对具体实施方式十所述的直接空冷机组小机直排的汽动给水泵背压干扰抑制方法作进一步说明，本实施方式中，背压前馈系数f(P)由当前背压值经过F1(x)函数插值得到，具体地：
利用当前背压值P获得背压前馈系数f(P)的具体方法如下：
其中，dh为小机的实际焓降，其单位为J/kg，在设计工况下实际焓降dh是背压的单值函数，可由等熵焓降法获得；G为小机工质流量，其单位为kg/s，在设计工况下小机工质流量为定值；ddh(P)为背压变化1Pa时所引起的实际焓降dh的变化量，其单位为J/kg，在设计工况下ddh(P)是背压的单值函数，可由等熵焓降法获得。
本实施方式中，在实际应用时，背压升高1kPa引起的实际焓降的变化量主要随背压变化，随工况变化不大，因此能够用背压直接求解ddh(P)。当前背压值对应的背压前馈系数为额定工况下的背压前馈系数；当前背压值下，背压升高1Pa，小机降低的功率对应的小机阀位值增大。
具体实施方式十二：本实施方式是对具体实施方式十或十一所述的直接空冷机组小机直排的汽动给水泵背压干扰抑制方法作进一步说明，本实施方式中，工况修正系数f(G)由给水流量设定值经过F2(x)函数插值得到，具体地：
利用给水流量设定值获得工况修正系数f(G)的具体方法如下：
其中，Gi为当前工况下小机进汽流量，是给水流量设定值的单值函数；dhi为当前工况、设计背压下小机的实际焓降，是给水流量设定值的单值函数；dhc为设计工况、设计背压下小机的实际焓降，为定值；Gc为设计工况下小机的进汽流量，为定值。
本实施方式中，给水流量设定值对应的工况修正系数，为当前工况、设计背压下，背压前馈系数与额定工况、设计背压下背压前馈系数的商。
本发明中，背压降低会引起小机实际焓降降低，从而导致小机做功功率降低，为了保持小机做功功率，需要开大小机主调阀，增大进入小机的流量。
背压前馈引起的小机开度变化应满足下列条件：
ddh(P)×G+dG×dh＝0
其中，P为背压，其单位为Pa；dh为小机的实际焓降，其单位为J/kg；G为小机工质流量，其单位为kg/s；dG为小机工质流量的变化量，其单位为kg/s；ddh(P)为背压变化1Pa时所引起的实际焓降dh的变化量，其单位为J/kg。
不同工况、不同基准背压下，背压升高1kPa引起的实际焓降的变化量如图5所示，从图中可以看出，ddh(P)主要随背压变化，随工况变化不大，因此能够通过背压直接求解ddh(P)。
不同工况、不同基准背压下，小机的实际焓降dh如图6所示。
因此如图7所示，小机工质流量的变化量为前馈放大系数dGP随工况和背压变化的取值变化。
输入量为背压P和锅炉给水流量Gg，输出为小机流量的附加量(kg/s)，其中，函数F1(x)和F2(x)查表函数分别为图8和图9所示。
本发明限幅中，上限为0.3，下限为0。
小机流量前馈附加量放大系数dGP实际计算模型拟合结果与理论计算比较如图10所示，吻合效果非常好。

Claims (6)

1.直接空冷机组小机直排的汽动给水泵背压干扰抑制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤一：利用当前背压值P获得背压前馈系数f(P)；
步骤二：利用给水流量设定值获得工况修正系数f(G)；
步骤三：根据背压前馈系数f(P)和工况修正系数f(G)获得背压前馈量△Z，
△Z＝P×f(P)×f(G)；
步骤四：对背压前馈量△Z进行限幅，然后将限幅后的背压前馈量△Z增加到小机阀位设定值上，完成汽动给水泵背压干扰的抑制。
2.根据权利要求1所述的直接空冷机组小机直排的汽动给水泵背压干扰抑制方法，其特征在于，
步骤四中，利用小机转速设定值代替小机阀位设定值，完成汽动给水泵背压干扰的抑制。
3.根据权利要求1所述的直接空冷机组小机直排的汽动给水泵背压干扰抑制方法，其特征在于，
在步骤三中，利用背压变化值△P代替当前背压值P，完成汽动给水泵背压干扰的抑制，背压变化值△P为当前时刻背压值与上一时刻背压值的差值。
4.根据权利要求2所述的直接空冷机组小机直排的汽动给水泵背压干扰抑制方法，其特征在于，
在步骤三中，利用背压变化值△P代替当前背压值P，完成汽动给水泵背压干扰的抑制，背压变化值△P为当前时刻背压值与上一时刻背压值的差值。
5.根据权利要求1至4任一权利要求所述的直接空冷机组小机直排的汽动给水泵背压干扰抑制方法，其特征在于，利用当前背压值P获得背压前馈系数f(P)的具体方法如下：
<mrow> <mi>f</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>P</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>d</mi> <mi>d</mi> <mi>h</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>P</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;times;</mo> <mi>G</mi> </mrow> <mrow> <mi>d</mi> <mi>h</mi> </mrow> </mfrac> </mrow>
其中，dh为小机的实际焓降，G为小机工质流量，ddh(P)为背压变化1Pa时所引起的实际焓降dh的变化量。
6.根据权利要求1至4任一权利要求所述的直接空冷机组小机直排的汽动给水泵背压干扰抑制方法，其特征在于，利用给水流量设定值获得工况修正系数f(G)的具体方法如下：
<mrow> <mi>f</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>G</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>G</mi> <mi>i</mi> </msub> <msub> <mi>dh</mi> <mi>c</mi> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>G</mi> <mi>C</mi> </msub> <msub> <mi>dh</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow>
其中，Gi为当前工况下小机进汽流量，dhc为设计工况、设计背压下小机的实际焓降，Gc为设计工况下小机的进汽流量，dhi为当前工况、设计背压下小机的实际焓降。
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Granted publication date: 20171107

License type: Exclusive License

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Granted publication date: 20171107

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