本發(fā)明涉及發(fā)電領(lǐng)域，尤其涉及一種汽輪機(jī)變壓運(yùn)行調(diào)節(jié)控制裝置。

背景技術(shù)：

目前大型發(fā)電機(jī)組(如額定功率在150MW及以上)都采用“電子凸輪配汽機(jī)構(gòu)”，即每個(gè)進(jìn)汽閥采用一個(gè)油動(dòng)機(jī)控制，可通過控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“順序閥”控制，以4個(gè)進(jìn)汽閥為例，可先開啟1、4閥，再開啟3閥，最后開啟第4閥，這樣比同時(shí)開啟4個(gè)閥的進(jìn)汽節(jié)流損失要小很多。這類機(jī)組進(jìn)汽方式可以通過控制系統(tǒng)修改選擇，而且一般都采用“單元制”運(yùn)行方式，即一機(jī)一爐運(yùn)行，進(jìn)汽參數(shù)相對(duì)穩(wěn)定，一般長(zhǎng)期在額定工況下運(yùn)行。

小型發(fā)電機(jī)組(如額定功率在50MW以下)一般都采用機(jī)械配汽機(jī)構(gòu)，采用一個(gè)油動(dòng)機(jī)同時(shí)控制幾個(gè)進(jìn)汽閥，進(jìn)汽閥開啟順序由機(jī)械結(jié)構(gòu)固定，主要有提板式和機(jī)械凸輪配汽兩種形式，油動(dòng)機(jī)通過杠桿或凸輪按固定順序開啟進(jìn)汽閥。

在石化化工、冶金和建材等行業(yè)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(jī)做功(或進(jìn)入其他使用蒸汽能的裝置，不在本發(fā)明描述)；另一種是通過廢熱鍋爐產(chǎn)生一定壓力和溫度的蒸汽再引入蒸汽輪機(jī)做功。這類蒸汽輪機(jī)功率一般不大(如額定功率在50MW以下的小型發(fā)電機(jī)組)。

在上述的蒸汽能利用應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)，由于上游工況不穩(wěn)定，導(dǎo)致汽輪機(jī)進(jìn)汽參數(shù)變化很大，經(jīng)常使汽輪機(jī)在非設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行，效率降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞機(jī)組。

針對(duì)這類小型蒸汽能利用的發(fā)電機(jī)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(shè)定汽輪機(jī)前蒸汽壓力為定值，當(dāng)蒸汽壓力高于設(shè)定值時(shí)，開大汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥，使進(jìn)汽流量增大，以降低蒸汽壓力到設(shè)定值；當(dāng)蒸汽壓力低于設(shè)定值時(shí)，關(guān)小汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥，使進(jìn)汽流量減小，以提高蒸汽壓力到設(shè)定值。定壓控制可使汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力相對(duì)穩(wěn)定，但當(dāng)進(jìn)汽量變化較大且不穩(wěn)定時(shí)，進(jìn)汽節(jié)流損失較大。

(2)定功率控制方法是指設(shè)定發(fā)電功率為定值，當(dāng)實(shí)際功率小于設(shè)定值時(shí)，開大汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥，使進(jìn)汽流量增大，以提高發(fā)電功率到設(shè)定值；當(dāng)實(shí)際功率大于設(shè)定值時(shí)，則關(guān)小汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥，使進(jìn)汽流量減小，以降低發(fā)電功率到設(shè)定值。定功率控制方法只考慮了機(jī)組輸出功率的穩(wěn)定，對(duì)進(jìn)汽參數(shù)變化影響較大，所以在蒸汽能余熱利用場(chǎng)合很少應(yīng)用。

(3)滑壓運(yùn)行控制方法是將汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥全開，保證汽輪機(jī)全部進(jìn)汽，這種方法可以充分利用上游工藝產(chǎn)生的蒸汽能，但隨著上游工藝變化，進(jìn)汽壓力也不斷變化，當(dāng)進(jìn)汽壓力低于汽輪機(jī)允許的最低安全進(jìn)汽壓力時(shí)，會(huì)對(duì)汽輪機(jī)安全運(yùn)行造成影響。滑壓運(yùn)行控制在蒸汽余熱能利用場(chǎng)合應(yīng)用較多。

以上控制方法并未考慮機(jī)組的最優(yōu)運(yùn)行效率點(diǎn)。因此需要發(fā)明一種汽輪機(jī)在非設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行的控制方法，以減少汽輪機(jī)進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥的節(jié)流損失，提高汽輪機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述方案的缺點(diǎn)，本發(fā)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(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性的汽輪機(jī)變壓運(yùn)行調(diào)節(jié)控制裝置。

本發(fā)明技術(shù)方案是：一種汽輪機(jī)變壓運(yùn)行調(diào)節(jié)控制裝置，包括新蒸汽源、油動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)以及發(fā)電機(jī)，所述新蒸汽源通過蒸汽管道經(jīng)過主汽門閥和進(jìn)汽閥連接汽輪機(jī)的輸入端，所述油動(dòng)機(jī)控制汽輪機(jī)的進(jìn)汽閥，所述汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)做功發(fā)電，還包括控制裝置，所述控制裝置包括控制模塊，測(cè)量模塊，所述測(cè)量模塊連接主汽門后的蒸汽管道以及汽輪機(jī)，用于測(cè)量主蒸汽參數(shù)以及汽輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)，所述控制模塊連接油動(dòng)機(jī)，用于對(duì)進(jìn)汽閥閥位進(jìn)行控制。

優(yōu)選的，所述控制裝置還包括斜坡發(fā)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(fā)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(dòng)機(jī)，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(dòng)機(jī)。

優(yōu)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(fā)明的有益效果是：當(dāng)主汽壓力P₀大于汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力高限值P_H時(shí)，自動(dòng)控制開大進(jìn)汽閥，以充分利用蒸汽能，同時(shí)通過蒸汽蓄熱裝置存儲(chǔ)多余的蒸汽能；當(dāng)主汽壓力P₀小于汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力低限值P_L時(shí)，自動(dòng)控制關(guān)小進(jìn)汽閥，以確保汽輪機(jī)運(yùn)行在安全的壓力范圍內(nèi)，同時(shí)通過蒸汽蓄熱裝置放熱以補(bǔ)充蒸汽能的不足；當(dāng)主汽壓力P₀介于汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力高限值P_H和低限值P_L時(shí)，采用變壓運(yùn)行方式，自動(dòng)控制進(jìn)汽閥門閥位F到汽輪機(jī)比功率h最大時(shí)對(duì)應(yīng)的閥位設(shè)定值 F_Set，以使汽輪機(jī)進(jìn)汽閥門節(jié)流損失最小，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性最高。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例中汽輪機(jī)比功率h與進(jìn)汽閥門閥位F之間的曲線示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的工作流程示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，一種汽輪機(jī)變壓運(yùn)行調(diào)節(jié)控制裝置，包括新蒸汽源107、油動(dòng)機(jī)104、汽輪機(jī)101、發(fā)電機(jī)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(jīng)過主汽門閥111 和進(jìn)汽閥103連接汽輪機(jī)的輸入端，所述油動(dòng)機(jī)控制汽輪機(jī)的進(jìn)汽閥，所述汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)做功發(fā)電，所述控制裝置包括控制模塊201、測(cè)量模塊202、斜坡發(fā)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(dòng)機(jī)，用于對(duì)進(jìn)汽閥閥位進(jìn)行控制，所述測(cè)量模塊連接主汽門后的蒸汽管道以及汽輪機(jī)，所述斜坡發(fā)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(dòng)機(jī)，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(dòng)機(jī)，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(cè)量模塊用于測(cè)量主蒸汽參數(shù)以及汽輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)，主蒸汽參數(shù)包括主汽溫度T₀，主汽壓力P₀，主汽流量Q₀，汽輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)包括發(fā)電功率KW。

要使汽輪機(jī)在相對(duì)效率最高點(diǎn)運(yùn)行，首先要檢測(cè)確定汽輪機(jī)相對(duì)效率，下面定義比功率h來表征汽輪機(jī)的相對(duì)效率：

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

比功率h越大，表明單位進(jìn)汽量輸出的功率越大，汽輪機(jī)相對(duì)效率越高。相應(yīng)地通過多次實(shí)驗(yàn)可以確定比功率h與汽輪機(jī)油動(dòng)機(jī)行程F的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如圖2 所示。當(dāng)油動(dòng)機(jī)行程F開到使進(jìn)汽閥節(jié)流損失最小的位置時(shí)，比功率h的值最大，這時(shí)汽輪機(jī)的相對(duì)效率最高，該位置為進(jìn)汽閥閥位設(shè)定值F_Set。

汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力低設(shè)定值P_L和汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力高設(shè)定值P_H根據(jù)汽輪機(jī)進(jìn)汽參數(shù)范圍來設(shè)定。比較器將主蒸汽壓力P₀與P_L和P_H值比較，通過比較結(jié)果，確定三種運(yùn)行控制模式：變壓運(yùn)行控制模式(P_L<P₀<P_H)，壓力低限制控制模式(P₀< P_L)，壓力高限制控制模式(P₀>P_H)。

如圖3所示，在變壓運(yùn)行控制模式中，控制模塊將經(jīng)過斜坡發(fā)生器后的閥位設(shè)定值F’_Set與閥位反饋值Fpv比較，所得到的偏差ΔF經(jīng)過保持模塊、比例模塊、積分器，最終將油動(dòng)機(jī)閥位F控制定位到目標(biāo)閥位設(shè)定值F_Set。斜坡發(fā)生器的作用是防止目標(biāo)閥位設(shè)定值F_Set變化太快，會(huì)對(duì)汽輪機(jī)本體造成影響。測(cè)量模塊分別測(cè)量主汽溫度T₀，主汽壓力P₀，主汽流量Q₀，分別計(jì)算得到溫變率RT_T，壓變率RT_P，流量變化率RT_Q，考慮到進(jìn)汽參數(shù)變化率大時(shí)，會(huì)對(duì)汽輪機(jī)本體造成影響，因此分別設(shè)定溫變率RT_T，壓變率RT_P，流量變化率RT_Q的限制值a、b和 c，當(dāng)RT_T>a，或RT_P>b，或RT_Q>c時(shí)，保持模塊保持實(shí)際閥位暫時(shí)不變，等到進(jìn)汽參數(shù)變化率小于限制值時(shí)，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(jù)實(shí)際情況設(shè)置比例系數(shù)，積分器累積閥位偏差ΔF輸出，實(shí)現(xiàn)閥位控制的無差調(diào)節(jié)。在這過程中，控制模塊控制通汽閥、排汽閥關(guān)閉。

壓力高限制控制模式中，當(dāng)主汽壓力P₀大于汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力高設(shè)定值P_H且系統(tǒng)無故障，閥門開度小于高限值時(shí)，控制模塊通過減法器，以一定的速率控制閥門開大。當(dāng)主汽壓力P₀大于汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力高設(shè)定值P_H條件不滿足時(shí)，自動(dòng)退出壓力高限制控制模式。同時(shí)，控制模塊控制通氣閥打開，排汽閥關(guān)閉，蒸汽蓄熱裝置進(jìn)行多余蒸汽的存儲(chǔ)。

壓力低限制控制模式中，當(dāng)主汽壓力P₀小于汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力低設(shè)定值P_L且系統(tǒng)無故障和閥門開度大于低限值時(shí)，通過加法器，以一定的速率控制閥門關(guān)小。當(dāng)主汽壓力P₀小于汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力低設(shè)定值P_L條件不滿足時(shí)，自動(dòng)退出壓力低限制控制模式。同時(shí)，控制模塊控制通氣閥關(guān)閉，同時(shí)排汽閥打開，蒸汽蓄熱裝置進(jìn)行蒸汽的補(bǔ)充。

本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。