CN111535879B - 一种燃气-蒸汽联合循环机组旁路***控制方法 - Google Patents

一种燃气-蒸汽联合循环机组旁路***控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种燃气‑蒸汽联合循环机组旁路***控制方法，全程模拟汽轮机运行工况，结合旁路阀特性函数及能量守恒定律，动态计算出阀门的预设开度，每间隔一段时间输出阀门预设开度脉冲信号，当汽轮机跳闸信号触发后，与上阀门预设开度脉冲信号，立即触发阀门开启指令，各旁路阀快速响应开启至预设开度。此方法能有效实现旁路阀***精准化的动态控制，很好的稳定蒸汽***参数，从技术层面确保了汽轮机跳闸情况下，燃汽轮机能带旁路***独立运行，且***设备安全可靠，避免了燃机非停事故给电网和电厂造成的经济损失及社会影响。

Description

一种燃气-蒸汽联合循环机组旁路***控制方法
技术领域
本发明涉及一种燃气-蒸汽联合循环机组旁路***控制方法，属于燃气-蒸汽联合循环机组调试技术领域。
背景技术
本发明针对国产引进型大型燃气-蒸汽联合循环机组旁路***开展的研究，该型联合循环机组负荷分配为300MW燃气轮机和140MW汽轮机，燃气轮机、汽轮机分别带独立发变组***运行，常规汽轮发电机装置保护动作，燃机***仍然具备独立运行功能。汽轮机采用高中压合缸、低压缸双流布置，汽机旁路采用高压旁路和中压旁路串联设置，低压旁路为汽轮机低压补汽管道旁路，直接进入凝汽器。旁路***装置由旁路阀(包括减温器)、喷水调节阀、喷水隔离阀等组成，三压旁路均为100％容量设计。
汽机旁路***是与汽轮机并联的蒸汽减温减压***，在燃气-蒸汽联合循环机组中，燃气轮机与汽轮机在单元协调的控制下相互配合，旁路***能协调汽轮机快速启动时余热锅炉出口蒸汽参数，加快汽水循环，缩短机组冷态或热态启动时间；同时也能实现汽机事故跳闸后保障燃机能独立带旁路***运行、余热锅炉不停炉的功能。
综合调研国内同类型燃气电厂汽轮机旁路***运行情况，启停阶段旁路***基本实现了全程自动化控制，汽轮机事故跳闸时，旁路阀以压力为调节对象，接受跳闸信号后，先快速全开旁路阀，然后调整***蒸汽压力，减温水调节阀以温度为控制对象，事故情况下响应时间慢，这样调节控制方式设计简单，但***蒸汽参数波动大，极易导致***保护动作联锁跳闸燃气轮机，不能有效的实现汽机跳闸燃机独立带旁路***运行功能。主要存在如下问题：
a.汽轮机跳闸时***蒸汽压力快速上升，旁路阀响应时间及开启开度不合适，***蒸汽压力波动大，直接导致蒸汽压力高保护动作。
b.蒸汽压力波动直接影响了锅炉汽包水位的稳定，大幅扰动致水位保护动作。
c.旁路减温水响应时间及流量控制不当，造成旁路阀后蒸汽温度过高或过低，温度高旁路阀闭锁关，锅炉保护动作联锁燃机跳闸。温度过低引起阀后管道积水产生水击，造成管道设备重大安全事故。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的问题，汽轮机跳闸时通过对旁路***阀控制方式精准化的处理，能有效的稳定***运行参数，确保燃气轮机能独立带蒸汽旁路***稳定运行的控制方法。
为了达到上述目的，针对机组联合循环蒸汽旁路***阀全关工况，本发明提出的技术方案为：
一种燃气-蒸汽联合循环机组旁路***控制方法，通过全程模拟汽轮机运行工况，即时采集相关蒸汽参数，依据阀门特性函数，通过***控制逻辑运算，动态计算出各阀门的预设开度。
本发明对各蒸汽旁路阀门快速开启开度进行了量化，通过阀门特性函数计算，每间隔一段时间发出预设开度脉冲信号，当汽轮机跳闸信号触发，立即触发阀门开启指令，旁路阀快速开启至脉冲信号对应预设开度。
进一步的，对蒸汽旁路减温水调节阀进行调控：高、中压减温水调节阀控制方式较常规的复杂，其中高、中压减温水调门的控制策略采用焓值控制方式，通过能量守恒定律和调节阀流量特性函数计算出阀门预设开度，每间隔一段时间触发一次预设开度脉冲信号，当高、中压旁路阀快速开启信号触发且阀门开度模拟量信号大于5％，立即触发减温水调节阀开启指令，减温水调节阀响应开启至预设开度。
优选的，高、中旁减温水调节阀触发预设开度脉冲信号的间隔时间与各旁路阀发出动态阀门开度脉冲信号的间隔时间一致，设置间隔时间为2s。
其中，蒸汽旁路阀包括高压旁路阀、中压旁路阀、低压旁路阀。
进一步的，各旁路阀快速开启后，稳定运行一段时间转为压力控制模式；所述旁路减温水调节阀快速开启后，稳定运行一段时间转为闭环调节控制旁路阀后蒸汽温度。
其中，高压旁路阀发出的动态阀门开度脉冲信号对应的动态阀门开度θ1由触发时的实时主蒸汽流量Q1、主蒸汽压力P1、主蒸汽焓值H1、及高压旁路阀全开时两侧的压差△P1决定，具体计算公式如下：
Figure BDA0002484403480000031
其中，中压旁路阀发出的动态阀门开度脉冲信号对应的动态阀门开度θ2由触发时的再热主蒸汽流量Q2、再热蒸汽焓值H2、及中压旁路阀全开时两侧的压差△P2决定，具体计算公式如下：
Figure BDA0002484403480000032
其中，低压旁路阀发出的动态阀门开度脉冲信号对应的动态阀门开度θ3由触发时的低压蒸汽流量Q3、低压蒸汽焓值H3、及低压旁路阀全开时两侧的压差△P3决定，具体计算公式如下：
Figure BDA0002484403480000033
高旁减温水调节阀预设开度根据与其呈线性关系的高旁减温水流量计算；所述高旁减温水流量q1由触发时的实时主蒸汽流量Q1、主蒸汽焓值H1、减温水焓值h1、减温减压后蒸汽焓值H1"决定，具体计算公式如下：
Figure BDA0002484403480000034
中旁减温水调节阀预设开度根据与其呈线性关系的中旁减温水流量计算；所述中旁减温水流量q2由触发时的实时再热蒸汽流量Q2、再热蒸汽焓值H2、减温水焓值h2、减温减压后蒸汽焓值H2"决定，具体计算公式如下：
Figure BDA0002484403480000035
当汽轮机跳闸时，低旁阀快开联锁全开减温水调节阀，稳定30s后转换闭环调节控制阀后温度。
本发明相比现有技术具有以下优点：
1、本发明的旁路***控制方法对汽轮机跳闸情况下旁路***控制做了精准设计，机组进入燃气-蒸汽联合循环工况，蒸汽旁路***阀门全关，处于跟踪备用状态，通过对旁路***控制逻辑进行特殊处理，汽轮机跳闸信号触发后，旁路阀立即实施快速开启功能模块，功能模块分为高、中、低压旁路阀及减温水调节阀，这种精准计算的控制块可以对蒸汽旁路阀***进行有效的控制。
本控制方法通过全程模拟汽轮机运行工况，即时采集机组运行时***蒸汽参数信号，依据阀门特性函数及能量守恒定律，计算出旁路阀及减温水调节阀的预设开度，通过设置一定时间脉冲量，及时输出旁路阀门预设开度信号，当汽轮机跳闸信号触发，旁路阀立即执行预设开度指令，***参数稳定后按照机组滑压曲线对***蒸汽压力及温度进一步调整。此方法能实现旁路阀***精细化的动态控制，很好的稳定了蒸汽***参数，从技术层面确保了汽轮机跳闸情况下，燃汽轮机能带旁路***独立运行，且***设备安全可靠，避免了燃机非停事故给电网和电厂造成的经济损失及社会影响。
附图说明
图1为本发明蒸汽旁路的结构示意图；
图2为高压旁路阀逻辑控制图；
图3为高旁减温水调节阀的逻辑控制图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，本实施例以负荷分配为300MW燃气轮机和140MW汽轮机的联合循环机组采用的旁路阀***为例，该控制方法对汽轮机跳闸情况下旁路***控制做了精细化设计，机组进入燃气-蒸汽联合循环工况，蒸汽旁路***阀门全关，处于跟踪备用状态，通过对旁路***控制逻辑进行特殊处理，汽轮机跳闸信号触发后，旁路阀立即实施快速开启功能模块，功能模块分为高、中、低压旁路阀及减温水调节阀，这种精准计算的控制块可以有效的对蒸汽旁路阀***进行控制，旁路阀开启后稳定后，转为压力控制模式，压力为燃机负荷对应的滑压曲线压力。很大程度上稳定了***参数波动，从技术层面确保了汽轮机跳闸情况下，燃气轮机能独立带旁路***稳定运行。
具体实施过程如下：
1、蒸汽***高压旁路阀(以下简称高旁阀)的控制：
如图2所示，高旁阀控制模块：在任意负荷下，完全模拟汽轮机高压缸运行，依据旁路阀门特性函数和蒸汽参数，通过控制逻辑运算在线拟合出高旁阀的预设开度，设定每2秒发出一脉冲信号。机组运行时蒸汽即时采样输入至控制***中，采集的主蒸汽参数包括：主蒸汽流量、压力、温度。汽轮机跳闸信号触发后，与上高旁阀阀门预设开度脉冲信号立即触发阀门快速开启指令，高旁阀开启至预设开度稳定运行一定时间，后转为压力控制模式，压力为燃机负荷对应的滑压曲线。
以负荷分配为300MW燃气轮机和140MW汽轮机的联合循环机组采用的高压旁路阀为例：
Figure BDA0002484403480000051
式中:Q1为高旁蒸汽流量，高旁蒸汽流量与高压主蒸汽流量等同；为高旁阀开度；△P1为高旁阀全开时两侧差压，是一常数；P1为主蒸汽压力；H1为主蒸汽焓值。
在特定的负荷下，由主蒸汽流量、主蒸汽压力、温度即可拟合出高旁快开的预设开度，计算公式为:
Figure BDA0002484403480000052
2、高旁路减温水调节阀的控制：
如图3所示，高旁减温水调节阀能快速响应高旁阀动作，接受高旁快开信号后快开至预设开度，随后投入自动控制，调节高旁阀后温度，防止超温。高旁阀紧急快开后，为确保高旁阀后蒸汽温度不超温，避免阀后温度高闭锁关高旁阀，减温水调节阀预设开度信号也是每2秒触发一次脉冲信号(与高旁阀同步)。高旁减温水调阀预设开度：采集旁路***运行相关蒸汽、减温水参数信号，通过质量与能量守恒定律在线控制运算得出。
依据质量与能量守恒定律，得出以下关系：
Q1×H1+q1×h1＝Q1"H1"
Q1×H1+q1×h1＝(Q1+q1)×H1"
所需高旁减温水流量为:
Figure BDA0002484403480000053
其中主蒸汽流量为Q1、主蒸汽焓值为H1、减温水流量为q1、减温水焓值为h1、减温减压后蒸汽流量为Q1"、减温减压后蒸汽焓值为H1"(再热器蒸汽压力P2已知，阀后蒸汽温度T2为定值，可得出蒸汽焓值H1")。
高旁减温水流量与高旁减温水调节阀开度基本成线性关系，因此在实际过程中，以当前工况下的蒸汽流量函数作为旁路快开时高旁减温水瞬启开度值。高旁减温水调节阀开至预设开度后稳定运行5秒(具体时间运行过程中可以调整)，后转换为闭环调节控制高旁阀后蒸汽温度。
3、蒸汽***中压旁路阀(以下简称中旁阀)的控制：
中旁阀控制模块：在任意负荷下，完全模拟汽轮机中压缸运行，依据旁路阀门特性函数和蒸汽参数，通过控制逻辑运算在线拟合出中旁阀的预设开度，设定每2秒发出一脉冲信号。机组运行时蒸汽即时采样输入至控制***中，采集的蒸汽参数包括：再热蒸汽流量、再热蒸汽压力及温度。汽轮机跳闸信号触发后，与上阀门预设开度脉冲信号立即触发阀门快速开启指令，旁路阀开启至预设开度稳定运行一定时间，后转为压力控制模式，压力为燃机负荷对应的再热汽滑压曲线。
以负荷分配为300MW燃气轮机和140MW汽轮机的联合循环机组采用的中压旁路阀为例：
Figure BDA0002484403480000061
式中:Q2为中旁蒸汽流量，中旁蒸汽流量为中压过热器蒸汽流量与再热器蒸汽流量之和；θ2为中旁阀开度；△P2为中旁阀全开时两侧差压，是一常数；P2为中压主蒸汽压力；H2为中压主蒸汽焓值。
在特定的负荷下，由中压蒸汽流量、压力、温度即可拟合出中旁阀快开的预设开度，计算公式为:
Figure BDA0002484403480000062
4、中旁路减温水调节阀的控制：
中旁减温水调节阀能快速响应中旁阀动作，接受中旁阀快开信号后快开至预设开度，随后投入自动控制，调节高旁阀后温度，避免阀后温度高闭锁关中旁阀，减温水调节阀预设开度信号也是每2秒触发一次脉冲信号(与中旁阀同步)。中旁减温水调门的控制策略采用焓值控制方式，通过能量守恒定律和调节阀流量特性函数计算出阀门预设开度。
Q2×H2+q2×h2＝Q2"×H2"
Q2×H2+q2×h2＝(Q2+q2)×H2"
所需高旁减温水流量为:
Figure BDA0002484403480000071
其中，中压蒸汽流量为Q2、中压蒸汽焓值为H2、减温水流量为q2、减温水焓值为h2、减温减压后蒸汽流量为Q2"、减温减压后蒸汽焓值为H2"(再热器蒸汽压力P2已知，阀后蒸汽温度T2为定值，可得出蒸汽焓值H2")。
其中凝汽器入口焓值根据设计的压力和温度计算，凝汽器入口蒸汽流量等于减温水和再热蒸汽流量之和。
中旁减温水流量与中旁减温水调节阀开度基本成线性关系，因此在实际过程中，以当前工况下的蒸汽流量函数作为旁路快开时中旁减温水预设开度值。中旁减温水调节阀开至预设开度，稳定运行30秒后，转换为闭环调节控制中旁阀后蒸汽温度(最佳时间试验过程中可以调整)。
5、低压旁路阀的控制思路同高、中压旁路阀，通过阀门对应的特性函数精准计算出旁路阀预设开度，稳定一定时间后转压力控制模式，进一步稳定***蒸汽压力及锅炉汽包水位。
以负荷分配为300MW燃气轮机和140MW汽轮机的联合循环机组采用的低压旁路阀为例：
Figure BDA0002484403480000072
式中:Q3为低压蒸汽流量；θ3为低旁阀开度；△P3为低旁阀全开时两侧差压,是一常数；P3为低压蒸汽压力；H3蒸汽焓值。
在特定的负荷下，由低压蒸汽流量、蒸汽压力、温度即可拟合出低旁快开的预设开度，计算公式为:
Figure BDA0002484403480000081
6、低压旁路蒸汽直接回至凝汽器内，旁路阀后蒸汽温度控制相对容易，只要蒸汽温度不超过温度高闭锁关中、低压旁阀值即可，故汽轮机跳闸时，低旁阀快开联锁全开减温水调节阀，***设计的凝结水泵容量能满足减温水的需求，后转换闭环调节控制阀后温度。
本发明的技术方案不局限于上述各实施例，凡采用等同替换方式得到的技术方案均落在本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种燃气-蒸汽联合循环机组旁路***控制方法，其特征在于：所述控制方法通过全程模拟汽轮机运行工况，即时采集相关蒸汽参数，依据旁路阀特性函数，通过***控制逻辑运算，动态计算出各旁路阀的预设开度；旁路阀每间隔一段时间发出预设开度脉冲信号，当汽轮机跳闸信号触发后，与上旁路阀预设开度脉冲信号后，立即触发旁路阀快速开启指令，各旁路阀快速开启至对应的旁路阀预设开度；高旁减温水调节阀每间隔一段时间触发一次预设开度脉冲信号，当汽轮机跳闸信号触发且高压旁路阀开度模拟量大于5%，与上高旁减温水调节阀预设开度脉冲信号，立即触发高旁减温水调节阀开启指令，高旁减温水调节阀快速开启至预设开度；中旁减温水调节阀控制每间隔一段时间触发一次预设开度脉冲信号，当汽轮机跳闸信号触发且中压旁路阀开度模拟量大于5%，与上中旁减温水调节阀预设开度脉冲信号，立即触发中旁减温水调节阀开启指令，中旁减温水调节阀快速开启至预设开度。
2.根据权利要求1所述的燃气-蒸汽联合循环机组旁路***控制方法，其特征在于，所述高、中旁减温水调节阀触发预设开度脉冲信号的间隔时间与各旁路阀发出预设开度脉冲信号的间隔时间一致，为2s。
3.根据权利要求2所述的燃气-蒸汽联合循环机组旁路***控制方法，其特征在于，所述旁路阀包括高压旁路阀、中压旁路阀、低压旁路阀；各旁路阀快速开启后，稳定运行一段时间转为压力控制模式；所述高旁减温水调节阀快速开启后，稳定运行一段时间转为闭环调节控制高压旁路阀后蒸汽温度。
4.根据权利要求3所述的燃气-蒸汽联合循环机组旁路***控制方法，其特征在于，所述高压旁路阀发出的预设开度脉冲信号对应的动态阀门开度
Figure DEST_PATH_IMAGE001
由触发时的实时主蒸汽流量Q1、主蒸汽压力P1、主蒸汽焓值H1、及高压旁路阀全开时两侧的压差△P1决定，具体计算公式如下：
Figure 375703DEST_PATH_IMAGE002
。
5.根据权利要求3所述的燃气-蒸汽联合循环机组旁路***控制方法，其特征在于，所述中压旁路阀发出的预设开度脉冲信号对应的动态阀门开度
Figure DEST_PATH_IMAGE003
由触发时的再热蒸汽流量Q2、再热蒸汽焓值H2、及中压旁路阀全开时两侧的压差△P2决定，具体计算公式如下：
Figure 713143DEST_PATH_IMAGE004
其中，P2为再热蒸汽压力。
6.根据权利要求3所述的燃气-蒸汽联合循环机组旁路***控制方法，其特征在于，所述低压旁路阀发出的预设开度脉冲信号对应的动态阀门开度
Figure DEST_PATH_IMAGE005
由触发时的低压蒸汽流量Q3、低压蒸汽焓值H3、及低压旁路阀全开时两侧的压差△P3决定，具体计算公式如下：
Figure 668199DEST_PATH_IMAGE006
其中，P3为低压蒸汽压力。
7.根据权利要求1所述的燃气-蒸汽联合循环机组旁路***控制方法，其特征在于，所述高旁减温水调节阀预设开度根据与其呈线性关系的高旁减温水流量计算；所述高旁减温水流量q1由触发时的实时主蒸汽流量Q1 、主蒸汽焓值H1 、减温水焓值h1 、减温减压后蒸汽焓值H1"决定，具体计算公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
。
8.根据权利要求1所述的燃气-蒸汽联合循环机组旁路***控制方法，其特征在于，所述中旁减温水调节阀预设开度根据与其呈线性关系的中旁减温水流量计算；所述中旁减温水流量q2由触发时的实时再热蒸汽流量Q2 、再热蒸汽焓值H2 、减温水焓值h2 、减温减压后蒸汽焓值H2"决定，具体计算公式如下：
Figure 65682DEST_PATH_IMAGE008
。
9.根据权利要求3所述的燃气-蒸汽联合循环机组旁路***控制方法，其特征在于，所述汽轮机跳闸时，低压旁路阀快开联锁全开低旁减温水调节阀，稳定30s后转换闭环低压旁路阀后温度。
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