CN113565593B - 一种分轴联合循环机组启动阶段的负荷自适应控制*** - Google Patents

一种分轴联合循环机组启动阶段的负荷自适应控制*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种分轴联合循环机组启动阶段的负荷自适应控制***，其特征在于，包括有负荷控制模块、主蒸汽温升速率保护模块、汽轮机金属温升速率保护模块、汽轮机胀差变化速率保护模块、汽轮机胀差保护模块，通过设置主蒸汽温升速率保护模块、汽轮机金属的温升速率保护模块、胀差变化速率保护模块、胀差保护模块，解决了在分轴联合循环机组启动阶段燃机、汽轮机负荷分配不平衡而降低机组启动安全性的问题，实现了在联合循环机组启动第三阶段有效稳定主蒸汽温度上升速率、汽轮机金属温度上升速率，且有效减少汽轮机胀差，大大提高联合循环机组启动的安全性，减少联合循环机组启动时长，有效降低燃料成本。

Description

一种分轴联合循环机组启动阶段的负荷自适应控制***
技术领域
本发明属于分轴联合循环机组技术领域，具体涉及一种分轴联合循环机组启动阶段的负荷自适应控制***。
背景技术
在分轴的联合循环机组启动中，通常分为三个阶段：第一阶段燃机启动至汽轮机暖机负荷，第二阶段汽轮机启动升负荷，第三阶段机组负荷升至电网要求最低负荷。
在联合循环机组启动过程的第三阶段中，汽轮机主蒸汽调节阀在最小压力控制模式下保持全开状态，不参与汽轮机的负荷控制，汽轮机负荷的升降完全跟随燃机负荷，即燃机负荷提升，产生的高温烟气增加，余热锅炉产生的蒸汽品质、流量提升，蒸汽进入汽轮机提升汽轮机负荷。因此，相比燃机负荷的快速响应特性，汽轮机负荷变化具有严重的滞后性。
分轴联合循环机组启动过程在机组负荷升至电网要求最低负荷阶段中，一般根据汽轮机启动状态进行调整燃机负荷从而启动汽轮机，然而燃机负荷的变化对汽轮机主蒸汽参数的影响有严重的滞后性，通常简单地通过调整燃机容易出现主蒸汽温度上升过快、汽轮机金属温度上升过快、汽轮机胀差大等现象，大大降低机组启动的安全性，且当汽轮机出现胀差大等现象时，燃机需保持或降低当前负荷，待汽轮机各参数稳定或降低后，再继续升负荷。因此机组的启动时长和燃料成本将增加。
发明内容
本申请通过提供一种分轴联合循环机组启动阶段的负荷自适应控制***，通过设置主蒸汽温升速率保护模块、汽轮机金属的温升率保护模块、胀差变化速率保护模块、胀差保护模块，解决了在分轴联合循环机组启动阶段燃机、汽轮机负荷分配不平衡而降低机组启动安全性的问题，实现了在机组负荷升至电网要求最低负荷阶段中，即联合循环机组启动第三阶段，有效稳定主蒸汽温度上升速率、汽轮机金属温度上升速率，且有效减少汽轮机胀差，大大提高联合循环机组启动的安全性，减少联合循环机组启动时长，有效降低燃料成本。
本申请提供的技术方案为：一种分轴联合循环机组启动阶段的负荷自适应控制***，包括监控有：
负荷控制模块，所述负荷控制模块控制联合循环机组启动时的负荷操作；
主蒸汽温升速率保护模块；所述主蒸汽温升速率保护模块依据有主蒸汽减温水控制阀开度进行调控所述负荷控制模块；所述主蒸汽减温水控制阀开度到达第一开度时，所述主蒸汽温升速率保护模块调控所述负荷控制模块暂停联合循环机组进行升负荷操作；所述主蒸汽减温水控制阀开度到达第二开度时，所述主蒸汽温升速率保护模块解除所述负荷控制模块暂停联合循环机组进行升负荷操作；
汽轮机金属温升速率保护模块，所述汽轮机金属温升速率保护模块依据有汽轮机金属温升率与汽轮机温升安全裕度的比较进行调控所述负荷控制模块；所述汽轮机金属温升率大于第一汽轮机温升安全裕度时，所述汽轮机金属温升速率保护模块调控所述负荷控制模块暂停联合循环机组进行升负荷操作，所述汽轮机金属温升率小于第一汽轮机温升安全裕度时，所述汽轮机金属温升速率保护模块解除所述负荷控制模块暂停联合循环机组进行升负荷操作；
汽轮机胀差变化速率保护模块，所述汽轮机胀差变化速率保护模块依据有汽轮机胀差变化速率值进行调控所述负荷控制模块；所述汽轮机胀差变化速率值到达第一设定值时，所述汽轮机胀差变化速率保护模块调控所述负荷控制模块暂停联合循环机组进行升负荷操作；所述汽轮机胀差变化速率值小于第一设定值时，所述汽轮机胀差变化速率保护模块解除所述负荷控制模块暂停联合循环机组进行升负荷操作；
汽轮机胀差保护模块，所述汽轮机胀差保护模块依据有汽轮机胀差值与汽轮机胀差安全裕度的比较进行调控所述负荷控制模块；所述汽轮机胀差值到达第一汽轮机胀差安全裕度时，所述汽轮机胀差保护模块调控所述负荷控制模块暂停联合循环机组进行升负荷操作，所述汽轮机胀差变化速率小于第二设定值时，所述汽轮机胀差保护模块解除所述负荷控制模块暂停联合循环机组进行升负荷操作；所述汽轮机胀差值到达第二汽轮机胀差安全裕度时，所述汽轮机胀差保护模块调控所述负荷控制模块暂停联合循环机组进行升负荷操作，所述汽轮机胀差值小于所述第二汽轮机胀差安全裕度时，所述汽轮机胀差保护模块解除所述负荷控制模块暂停联合循环机组进行升负荷操作。
其中，负荷控制模块是以联合循环机组总负荷为控制目标，负荷控制模块自动分配燃机、汽轮机负荷。在联合循环机组启动整体升负荷的过程中，因汽轮机负荷的跟随特性，其负荷变化速率较慢，且不受调阀直接控制。燃机负荷首先提升，待主蒸汽参数提升后，汽轮机负荷跟随提升，此时，因在联合循环机组负荷控制模块下，燃机的升负荷速率将减低，达到联合循环机组整体升负荷速率为定值的平衡状态。
汽轮机胀差变化速率保护模块中的汽轮机胀差变化速率指的是每十分钟汽轮机胀差的变化值，启动过程中汽轮机转子与缸体加热速度不一致，其现象为启动初期汽轮机转子首先加热膨胀，胀差上升；启动中期汽轮机缸体温度升高、缸体膨胀，胀差上升逐渐减缓；启动后期转子已充分膨胀，缸体继续受热膨胀，胀差下降。
汽轮机温升安全裕度指的是汽轮机缸体金属温度每分钟升温的安全值数值。
汽轮机胀差安全裕度指的是汽轮机动静部分之间的安全间隙距离数值。
本发明中，通过设置主蒸汽温升速率保护模块、汽轮机金属温升速率保护模块、汽轮机胀差变化速率保护模块、汽轮机胀差保护模块来进行调控联合循环机组启动时的升负荷操作，其中当主蒸汽减温水控制阀开度到达第一开度时，即主蒸汽温度已超出减温水控制范围，从而暂停联合循环机组升负荷操作，当主蒸汽减温水控制阀开度小于第二开度时，从而解除保护，再次进行联合循环机组升负荷操作，有效稳定主蒸汽温度上升速率；当汽轮机金属温升速率保护模块中的汽轮机金属温升率大于第一汽轮机温升安全裕度时，从而暂停联合循环机组升负荷操作，当汽轮机金属温升率小于第一汽轮机温升安全裕度时，从而解除保护，再次进行联合循环机组升负荷操作，有效保证汽轮机金属温度的平稳性；
当汽轮机胀差变化速率保护模块中的汽轮机胀差变化速率值到达第一设定值时，即汽轮机转子膨胀速度远高于缸体膨胀速度，从而暂停联合循环机组升负荷操作，当汽轮机胀差变化速率值小于第一设定值时，从而解除保护，再次进行联合循环机组升负荷操作，有效缓和汽轮机转子膨胀速度与缸体膨胀速度，提高稳定安全性；
当汽轮机胀差保护模块中的汽轮机胀差值到达第一汽轮机胀差安全裕度时，从而暂停联合循环机组升负荷操作，当汽轮机胀差变化速率小于第二设定值时，从而解除保护；
汽轮机胀差值到达第二汽轮机胀差安全裕度时，暂停联合循环机组升负荷操作，当汽轮机胀差值小于第二汽轮机胀差时，从而解除保护，有效防止汽轮机胀差过大，提高稳定性。
通过上述设置，在机组负荷升至电网要求最低负荷阶段中，有效稳定主蒸汽温度上升速率、汽轮机金属温度上升速率，且有效减少汽轮机胀差，大大提高联合循环机组启动的安全性，减少联合循环机组启动时长，有效降低燃料成本。
进一步的，所述第一开度为100%的主蒸汽减温水控制阀开度，所述第二开度为小于98%的主蒸汽减温水控制阀开度。
进一步的，所述第一汽轮机温升安全裕度为1℃/min。
进一步的，所述第一设定值为1mm/10min。
进一步的，所述第一汽轮机胀差安全裕度为8.5mm，所述第二设定值为0.1mm/10min，所述第二汽轮机胀差安全裕度为9mm。
通过上述数值设定，有效保证联合循环机组的安全启动，有效提高安全性能，也可根据实际启动情况进行调控，灵活性高，适应性强。
本发明的有益效果：通过设置主蒸汽温升速率保护模块、汽轮机金属的温升率保护模块、胀差变化速率保护模块、胀差保护模块，解决了在分轴联合循环机组启动阶段燃机、汽轮机负荷分配不平衡而降低机组启动安全性的问题，实现了在机组负荷升至电网要求最低负荷阶段中，有效稳定主蒸汽温度上升速率、汽轮机金属温度上升速率，且有效减少汽轮机胀差，大大提高联合循环机组启动的安全性，减少联合循环机组启动时长，有效降低燃料成本。
附图说明
图1为本发明控制***示意图；图2为本发明中汽轮机胀差保护模块控制逻辑图；
图3为本发明中汽轮机胀差变化速率的计算逻辑图；
图4为本发明中汽轮机缸胀与升负荷速率关系图。
图中标记：主蒸汽温升速率保护模块1；汽轮机金属温升速率保护模块2；汽轮机胀差变化速率保护模块3；汽轮机胀差保护模块4。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为便于本领域技术人员理解本发明，下面将结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细描述。
如图1-3中所示，本发明一实施例提供的一种分轴联合循环机组启动阶段的负荷自适应控制***，包括监控有：负荷控制模块，所述负荷控制模块控制联合循环机组启动时的负荷操作；
主蒸汽温升速率保护模块1；所述主蒸汽温升速率保护模块1依据有主蒸汽减温水控制阀开度进行调控所述负荷控制模块；所述主蒸汽减温水控制阀开度到达第一开度时，所述主蒸汽温升速率保护模块1调控所述负荷控制模块暂停联合循环机组进行升负荷操作；所述主蒸汽减温水控制阀开度到达第二开度时，所述主蒸汽温升速率保护模块1解除所述负荷控制模块暂停联合循环机组进行升负荷操作；
汽轮机金属温升速率保护模块2，所述汽轮机金属温升速率保护模块2依据有汽轮机金属温升率与汽轮机温升安全裕度的比较进行调控所述负荷控制模块；所述汽轮机金属温升率大于第一汽轮机温升安全裕度时，所述汽轮机金属温升速率保护模块2调控所述负荷控制模块暂停联合循环机组进行升负荷操作，所述汽轮机金属温升率小于第一汽轮机温升安全裕度时，所述汽轮机金属温升速率保护模块2解除所述负荷控制模块暂停联合循环机组进行升负荷操作；
汽轮机胀差变化速率保护模块3，所述汽轮机胀差变化速率保护模块3依据有汽轮机胀差变化速率值进行调控所述负荷控制模块；所述汽轮机胀差变化速率值到达第一设定值时，所述汽轮机胀差变化速率保护模块3调控所述负荷控制模块暂停联合循环机组进行升负荷操作；所述汽轮机胀差变化速率值小于第一设定值时，所述汽轮机胀差变化速率保护模块3解除所述负荷控制模块暂停联合循环机组进行升负荷操作；
汽轮机胀差保护模块4，所述汽轮机胀差保护模块4依据有汽轮机胀差值与汽轮机胀差安全裕度的比较进行调控所述负荷控制模块；所述汽轮机胀差值到达第一汽轮机胀差安全裕度时，所述汽轮机胀差保护模块4调控所述负荷控制模块暂停联合循环机组进行升负荷操作，所述汽轮机胀差变化速率小于第二设定值时，所述汽轮机胀差保护模块4解除所述负荷控制模块暂停联合循环机组进行升负荷操作；所述汽轮机胀差值到达第二汽轮机胀差安全裕度时，所述汽轮机胀差保护模块4调控所述负荷控制模块暂停联合循环机组进行升负荷操作，所述汽轮机胀差值小于所述第二汽轮机胀差安全裕度时，所述汽轮机胀差保护模块4解除所述负荷控制模块暂停联合循环机组进行升负荷操作。
其中，负荷控制模块是以联合循环机组总负荷为控制目标，负荷控制模块自动分配燃机、汽轮机负荷。在联合循环机组启动整体升负荷的过程中，因汽轮机负荷的跟随特性，其负荷变化速率较慢，且不受调阀直接控制。燃机负荷首先提升，待主蒸汽参数提升后，汽轮机负荷跟随提升，此时，因在联合循环机组负荷控制模块下，燃机的升负荷速率将减低，达到联合循环机组整体升负荷速率为定值的平衡状态。
汽轮机胀差变化速率保护模块中的汽轮机胀差变化速率指的是每十分钟汽轮机胀差的变化值，启动过程中汽轮机转子与缸体加热速度不一致，其现象为启动初期汽轮机转子首先加热膨胀，胀差上升；启动中期汽轮机缸体温度升高、缸体膨胀，胀差上升逐渐减缓；启动后期转子已充分膨胀，缸体继续受热膨胀，胀差下降。
汽轮机温升安全裕度指的是汽轮机缸体金属温度每分钟升温的安全值数值。
汽轮机胀差安全裕度指的是汽轮机动静部分之间的安全间隙距离数值。
本发明中，通过设置主蒸汽温升速率保护模块1、汽轮机金属温升速率保护模块2、汽轮机胀差变化速率保护模块3、汽轮机胀差保护模块4来进行调控联合循环机组启动时的负荷操作，其中当主蒸汽减温水控制阀开度到达第一开度时，即主蒸汽温度已超出减温水控制范围，从而暂停联合循环机组升负荷操作，当主蒸汽减温水控制阀开度小于第二开度时，从而解除保护，再次进行联合循环机组升负荷操作，有效稳定主蒸汽温度上升速率；当汽轮机金属温升速率保护模块2中的汽轮机金属温升率大于第一汽轮机温升安全裕度时，从而暂停联合循环机组升负荷操作，当汽轮机金属温升率小于第一汽轮机温升安全裕度时，从而解除保护，再次进行联合循环机组升负荷操作，有效保证汽轮机金属温度的平稳性；
当汽轮机胀差变化速率保护模块3中的汽轮机胀差变化速率值到达第一设定值时，即汽轮机转子膨胀速度远高于缸体膨胀速度，从而暂停联合循环机组升负荷操作，当汽轮机胀差变化速率值小于第一设定值时，从而解除保护，再次进行联合循环机组升负荷操作，有效缓和汽轮机转子膨胀速度与缸体膨胀速度，提高稳定安全性；
当汽轮机胀差保护模块4中的汽轮机胀差值到达第一汽轮机胀差安全裕度时，从而暂停联合循环机组升负荷操作，当汽轮机胀差变化速率小于第二设定值时，从而解除保护；汽轮机胀差值到达第二汽轮机胀差安全裕度时，暂停联合循环机组升负荷操作，当汽轮机胀差值小于第二汽轮机胀差时，从而解除保护，有效防止汽轮机胀差过大，提高稳定性。
通过上述设置，在机组负荷升至电网要求最低负荷阶段中，有效稳定主蒸汽温度上升速率、汽轮机金属温度上升速率，且有效减少汽轮机胀差，大大提高联合循环机组启动的安全性，减少联合循环机组启动时长，有效降低燃料成本。
进一步的，所述第一开度为100%的主蒸汽减温水控制阀开度，所述第二开度为小于98%的主蒸汽减温水控制阀开度。
进一步的，所述第一汽轮机温升安全裕度为1℃/min。
进一步的，所述第一设定值为1mm/10min。
进一步的，所述第一汽轮机胀差安全裕度为8.5mm，所述第二设定值为0.1mm/10min，所述第二汽轮机胀差安全裕度为9mm。
通过上述数值设定，有效保证联合循环机组的安全启动，有效提高安全性能，也可根据实际启动情况进行调控，灵活性高，适应性强。
下表是本申请联合循环机组启动控制***和现有联合循环机组启动控制***的启动时长测试数据：
通过上述数据可明显得知，采用本申请联合循环机组启动控制***可有效缩短联合循环机组第三阶段启动时间，从而提高联合循环机组启动经济性。
由图4可知的汽轮机缸胀与升负荷速率关系图可明显得出，该联合循环机组启动控制***以机组启动进入第三阶段时刻的缸体膨胀作为X。通过试验，得到机组最优升负荷速率作为Y值，即得出缸体膨胀X与最优负荷升速率Y的关系曲线。X值的下限为机组长时间停运，汽轮机缸体完全冷却时的缸体膨胀；上限为汽轮机缸体完全膨胀值。Y值下限是通过试验，X下限值时的最优Y值；上限为机组负荷协调控制模式下的最大值。为了提高汽轮机热态启动的经济性，当X＞汽轮机转子完全膨胀值-胀差安全裕度值时，Y可为最大值。即当汽轮机缸体膨胀值达到一定时，认为汽轮机不会发生胀差大现象，可快速提升联合循环机组的负荷，有效提高联合循环机组启动经济性和安全性。
本发明的有益效果：通过设置主蒸汽温升速率保护模块、汽轮机金属的温升率保护模块、胀差变化速率保护模块、胀差保护模块，解决了在分轴联合循环机组启动阶段燃机、汽轮机负荷分配不平衡而降低机组启动安全性的问题，实现了在机组负荷升至电网要求最低负荷阶段中，有效稳定主蒸汽温度上升速率、汽轮机金属温度上升速率，且有效减少汽轮机胀差，大大提高联合循环机组启动的安全性，减少联合循环机组启动时长，有效降低燃料成本。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。需注意的是，本发明中所未详细描述的技术特征，均可以通过任一现有技术实现。

Claims (6)

1.一种分轴联合循环机组启动阶段的负荷自适应控制***，其特征在于，包括有：
负荷控制模块，所述负荷控制模块控制联合循环机组启动时的负荷操作；
主蒸汽温升速率保护模块；所述主蒸汽温升速率保护模块依据有主蒸汽减温水控制阀开度进行调控所述负荷控制模块；所述主蒸汽减温水控制阀开度到达第一开度时，所述主蒸汽温升速率保护模块调控所述负荷控制模块暂停联合循环机组进行升负荷操作；所述主蒸汽减温水控制阀开度到达第二开度时，所述主蒸汽温升速率保护模块解除所述负荷控制模块暂停联合循环机组进行升负荷操作，所述第二开度为小于98%的主蒸汽减温水控制阀开度；
汽轮机金属温升速率保护模块，所述汽轮机金属温升速率保护模块依据有汽轮机金属温升率与汽轮机温升安全裕度的比较进行调控所述负荷控制模块；所述汽轮机金属温升率大于第一汽轮机温升安全裕度时，所述汽轮机金属温升速率保护模块调控所述负荷控制模块暂停联合循环机组进行升负荷操作，所述汽轮机金属温升率小于第一汽轮机温升安全裕度时，所述汽轮机金属温升速率保护模块解除所述负荷控制模块暂停联合循环机组进行升负荷操作；
汽轮机胀差变化速率保护模块，所述汽轮机胀差变化速率保护模块依据有汽轮机胀差变化速率值进行调控所述负荷控制模块；所述汽轮机胀差变化速率值到达第一设定值时，所述汽轮机胀差变化速率保护模块调控所述负荷控制模块暂停联合循环机组进行升负荷操作；所述汽轮机胀差变化速率值小于第一设定值时，所述汽轮机胀差变化速率保护模块解除所述负荷控制模块暂停联合循环机组进行升负荷操作；
汽轮机胀差保护模块，所述汽轮机胀差保护模块依据有汽轮机胀差值与汽轮机胀差安全裕度的比较进行调控所述负荷控制模块；所述汽轮机胀差值到达第一汽轮机胀差安全裕度时，所述汽轮机胀差保护模块调控所述负荷控制模块暂停联合循环机组进行升负荷操作，所述汽轮机胀差变化速率小于第二设定值时，所述汽轮机胀差保护模块解除所述负荷控制模块暂停联合循环机组进行升负荷操作；所述汽轮机胀差值到达第二汽轮机胀差安全裕度时，所述汽轮机胀差保护模块调控所述负荷控制模块暂停联合循环机组进行升负荷操作，所述汽轮机胀差值小于所述第二汽轮机胀差安全裕度时，所述汽轮机胀差保护模块解除所述负荷控制模块暂停联合循环机组进行升负荷操作。
2.根据权利要求1所述的一种分轴联合循环机组启动阶段的负荷自适应控制***，其特征在于，所述第一开度为100%的主蒸汽减温水控制阀开度。
3.根据权利要求1所述的一种分轴联合循环机组启动阶段的负荷自适应控制***，其特征在于，所述第一汽轮机温升安全裕度为1℃/min。
4.根据权利要求1所述的一种分轴联合循环机组启动阶段的负荷自适应控制***，其特征在于，所述第一设定值为1mm/10min。
5.根据权利要求1所述的一种分轴联合循环机组启动阶段的负荷自适应控制***，其特征在于，所述第一汽轮机胀差安全裕度为8.5mm，所述第二设定值为0.1mm/10min。
6.根据权利要求5所述的一种分轴联合循环机组启动阶段的负荷自适应控制***，其特征在于，所述第二汽轮机胀差安全裕度为9mm。
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