一种实现供热机组最优初压运行的自动控制方法与流程

本发明属于能源环保技术领域，具体涉及一种供热机组最优初压运行自动控制方法。

背景技术：

随着我国热电联产事业的发展，供热机组逐渐向大型化发展，当前容量300MW的供热机组已经成为主力，部分容量600MW超临界机组经改0造后也开始进行供热，供热能力和经济性随之大幅提高，代表了当今集中供热的发展方向。但大型供热机组由于结构和系统的复杂性，出现了一些如供热系统的安全性、机组运行方式以及重要辅机运行经济性等新的问题，尤其以滑压运行方式不合理最为突出，即供热机组基本仍沿用原纯凝工况滑压运行方式。由于机组长时间偏离经济初压运行，煤耗上升，同时伴随负荷响应速率下降，而且有可能出现汽轮机组振动、辅助设备运行安全隐患等，严重影响机组运行安全性和经济性。

目前关于机组滑压运行优化的研究技术已经较为成熟，但研究范围只局限于纯凝工况，这主要存在以下原因：(1)供热量受热用户需求所限，同时要考虑汽轮机组运行安全，供热量调整范围较窄；(2)供热蒸汽量不易测量，现场常以测量疏水流量为依据，而大部分电厂流量测量装置稳定性较差、精度偏低，定量分析较为困难；(3)由于存在功率、主汽流量、供热量三者参数的交替影响及变化，常规的依次改变单一参数的试验方法将加大工作量，而系统及其它参数之间的稳定性将影响试验结果的准确性。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种能自动实现供热机组全工况下最优初压运行的控制方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一种实现供热机组最优初压运行的自动控制方法，通过修改协调控制系统实现供热机组全工况下最优初压自动控制运行；本发明自动控制方法通过实时背压和实时供热量，计算相对基准工况(定基准工况边界条件为：供热量为0、设计背压)的功率变化量，再与原负荷指令进行加法运算后作为最优初压函数的输入值(即新负荷指令)，重新计算输出初压值。

上述自动控制方法以基准工况为试验计算起点，分别确定以下三个函数：最优初压函数、功率随背压变化函数和功率随供热量变化函数，利用功率随背压变化函数和功率随供热量变化函数，通过输入实时背压值和实时供热量计算各自相对基准工况的功率变化量，从而输出作为最优初压函数的修正功率(即新负荷指令)，最后输出与之对应的初压值。

其中，最优初压函数的具体确定方法为：维持系统及参数边界条件不变，进行定负荷下的变主汽压力试验，试验测试各个调门开度依次改变时对应的高压缸效率和循环热效率变化趋势，确定最经济阀位函数；在此基础上，联合负荷寻优方法，以汽轮机热耗率最小为原则，在调峰负荷范围内寻找最经济主蒸汽压力。

功率随背压变化函数的确定方法为：维持系统及参数边界条件不变，通过人为调整真空系统运行环境而逐步改变背压值，试验测试至少5个背压点对应的功率值，依次计算功率变化量。

功率随供热量变化函数的确定方法为：维持系统及参数边界条件不变，根据热用户需求范围确定至少5个供热量(如0、100t/h、200t/h、300t/h、400t/h)，分别进行各个供热量下负荷随主汽流量变化试验，从而得出功率、主汽流量、供热量三者之间的若干个曲线簇，并依次计算供热量变化范围内所对应基准纯凝工况下的功率变化量。当采用多路供热来源时，分别针对各路供热，依次采用上述方法，确定功率随各路供热量变化函数。

本发明自动控制方法通过增加功率控制加法模块1输出背压偏离基准设计值的功率变化量，以及增加功率控制加法模块2输出供热量偏离基准纯凝工况下的功率变化量，两者的输出量与LDC输出负荷指令经加法运算后作为新负荷指令参与初压控制。

具体地，功率控制加法模块1中包含实际背压偏离设计值折算功率变化量函数(即功率随背压变化函数)，函数表达式：该函数物理意义是指相对于同边界条件下的基准工况，背压偏离设计值所对应的功率变化量。

功率控制加法模块2中包含供热量相对同边界条件下的纯凝工况折算功率变化量函数(即功率随供热量变化函数)，函数表达式：ΔNG_(G)＝f(G)，该函数物理意义是指相对于同边界条件下的基准工况，不同的供热量所对应的功率变化量，如果供热来源多路G₁、G₂、......、G_n，则每路供热各自对应供热量折算功率变化量函数

本发明相比现有技术具有以下优点：在借助性能试验手段(ASME标准)确定的最优初压函数、实际功率随背压变化函数和实际功率随供热量变化函数的基础上，在原有的协调控制系统——主汽压力设定值逻辑页内增加功率控制加法模块1、2，模块中包含函数、ΔN_(G)，进行功率逻辑加法运算后作为最优初压函数的功率输入值，重新计算输出初压值。由此不仅可以实现供热机组全工况下最优初压自动控制运行，在环境温度自然变化、热用户需求改变等不可抗拒的外界条件下，能保证机组自动维持经济效率点附近运行，由于仅涉及现场性能试验费用，投资成本很低，对采暖供热、工业供热以及两者都兼有的机组将带来极其可观的经济和环保效益，具有广泛的推广作用。

附图说明

图1为本发明自动控制方法的流程图；

图2为本发明供热机组最优初压运行自动控制模型图；

图3为本发明实施例中供热机组基于配汽特性的流量特性试验研究结论；

图4为本发明实施例中供热机组纯凝工况最优初压试验研究结论；

图5为本发明实施例中供热机组变背压试验研究结论；

图6为本发明实施例中供热机组变供热量试验研究结论。

图3中，a为各调门开度随总指令变化曲线，b为主要因素对热耗率影响量随总指令变化曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

如图2所示，本发明在原有的协调控制系统中增加功率控制加法模块1、2，设置在主汽压力设定值逻辑页内，功率控制加法模块1、2的输出值与LDC负荷指令给定值经加法运算后作为新负荷指令参与初压控制。

按ASME试验标准要求，以校验合格的ASME长径流量喷嘴测量的凝结水流量作为主流量计算基准，对某厂供热机组(300MW亚临界)进行以下试验，详细试验流程如图1所示。

具体试验标准为：ASME PTC6.0-2004；主流量：ASME喷嘴测量凝结水流量；系统隔离：系统及设备运行正常，不排污、不补水，不和外界串汽、串水等；运行条件：运行参数尽可能调整至设定值并稳定，各试验负荷点功率维持恒定；仪表条件：试验仪表经校验合格，测量位置负荷标准要求，数据采集系统正常工作。

具体控制流程如下：

(1)滑压运行优化试验：

大型汽轮发电机组协调控制系统中预设定了一条主蒸汽压力随负荷变化的曲线，这条曲线设计上拐点对应负荷较高(一般90％THA)，而且由于实际通流面积往往偏大，中低负荷运行时主蒸汽压力相对较低，降低了朗肯循环效率，同时机组过早开始滑压会降低机组负荷响应速度，不利于机组参与调峰运行。

借助性能试验手段确定最优初压函数：维持系统及参数边界条件不变，进行定负荷下的变主汽压力试验，试验测试各个调门开度依次改变时对应的高压缸效率和循环热效率变化趋势，确定最经济阀位函数；在此基础上，联合负荷寻优方法，以汽轮机热耗率最小为原则，在调峰负荷范围内寻找最经济主蒸汽压力。

结合图1，在滑压运行负荷区域内对频繁调节的调门1、调门2、…进行调门节流程度测试试验，通过逐步将各个调门依次从100％开度至全关，得出高压缸效率和循环热效率变化趋势，并由此确定函数f(GV)(最经济阀位函数)；如图3(图中，GV1和GV2两个调门同步开启和关闭)所示，最经济阀位函数为：

f(GV)＝0.000853×(GV^4)+0.224×(GV^3)-22.2×(GV^2)+983.2×(GV)-16524。

然后以最经济阀位函数f(GV)为基础建立初压优化模型，以热耗率最小为原则，调峰负荷范围内确定滑压优化函数(如图4所示)，寻找最优初压函数g(N)：

(2)变背压试验：

理论上，系统及边界条件不变的前提下，通过改变背压值，计算此时功率的变化量，得出功率随背压变化函数试验过程中，通过改变循环水流量或人为漏入空气进凝汽器来改变背压值，试验前提要满足主汽压力维持不变、调门保持开度不变，系统和设备尽量维持上一个工况点运行状态，计算各个背压工况点所对应的功率值，并得出功率随背压变化曲线。如图5所示，功率随背压变化函数：

(3)变供热量试验：

该项试验按常规方法困难较大，主要存在供热量受热用户所限、供热量不易测量以及各项参数之间相互耦合等，该发明提出新的试验方法：采用维持系统及参数边界条件不变，根据热用户需求范围确定至少5个供热量(如0、100t/h、200t/h、300t/h、400t/h)，分别进行各个供热量下负荷随主汽流量变化试验，从而得出功率、主汽流量、供热量三者之间的若干个曲线簇，并依次计算供热量变化范围内所对应基准纯凝工况下的功率变化量。对于供热来源多路，则依次进行改变供热量试验，确定各路供热量变化所分别对应的功率变化量函数，如图6所示：

G₀为主蒸汽流量，420＜G₀＜840(t/h)。

在试验确定完三条曲线后，根据图2所示新增的功率控制加法模块1、2，和LDC负荷指令输出模块进行加法运算后，取代原控制模块参与初压设定控制。其中，功率控制加法模块1中包含功率随背压变化函数，功率控制加法模块2中包含功率随供热量变化函数，对多路供热来源，针对各路供热依次进行试验，确定各路供热量变化所分别对应的功率变化函数求和后得出功率控制加法模块2中控制函数。

本实施例中该厂供热机组(300MW亚临界)实施该发明前后煤耗年均下降1.5g/(kW·h)。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的权利要求，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的方案和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。