给水泵最小流量再循环阀控制系统及方法与流程

文档序号:15579170发布日期:2018-09-29 06:25

本发明涉及火力发电厂的自动控制领域,具体涉及一种给水泵最小流量再循环阀控制系统及方法。



背景技术:

最小流量阀可保证给水泵最小流量,当给水泵出口流量小于最小流量时,最小流量阀自动开启,把一部分给水回流到除氧器,避免给水泵在低于最小流量环境下工作。最小流量阀的控制关系到给水泵的安全运行,但常规控制逻辑设计仅考虑短期运行的启停工况。随着我国产业结构转型的深入与新能源发电的高速发展,火电机组面临提升运行灵活性与深度调峰的强烈需求。深度调峰时,机组运行工况偏离额定工况较多,给水泵流量偏低,最小流量保护动作需求频繁。在新的深度调峰运行需求下,常常出现低负荷给水波动剧烈,最小流量阀门磨损严重等一系列问题:

(1)给水泵最小流量保护的流量测量不确定度高、波动大

给水泵出口流量测点本身由于工作在高压区,测量精度不高,随着负荷与给水流量的降低,测量偏差显著放大,信号数据的波动也更加明显,但目前最小流量保护控制回路的信号测量未经深度调峰下低负荷的校正,也未经必要的滤波,极易引起调门的大幅抖动并进而引起给水控制的振荡,甚至可能由于测量误差在低负荷的放大,导致威胁泵的安全。

(2)常用最小流量阀控制策略不适应深度调峰工况运行

常见给水泵最小流量保护逻辑采用最常规的PID控制方式,控制目标定值为230t/h,这意味着当给水泵出口流量小于230时调门开大增加流量至230t/h并在高于230t/h流量时关小,低负荷下需要保持泵始终在最小流量下工作。由于泵的控制目标是汽包水位,最小流量阀的开关会对泵的控制产生影响,从而引起泵出口流量的波动,因此定值目标的PID控制极易在最小流量阀开关时产生与给水系统的耦合振荡,且由于PID控制存在一定的控制超调,因此在控制波动过程中,极易导致泵工作在小于最小流量的工况,对泵的安全有不利影响。

(3)最小流量保护定值不负荷变速泵运行规律

给水泵的最小流量保护是避免泵发生小流量汽蚀,威胁泵的安全,因此其最小流量保护定值是与变转速泵的转速相关的,随着泵转速的降低,该保护定值也随之降低。现有技术给水泵最小流量保护定值为常数,一般是根据泵在额定转速下的特性设置的,在深度调峰运行期间,给泵转速降低较多,理论上保护定值也需随转速降低,如按该保护定值控制,势必引起再循环长期开启状态运行,造成阀门冲刷损失的同时,也造成长期的运行经济损失。



技术实现要素:

鉴于以上现有技术存在的问题,本发明提出一种给水泵最小流量再循环阀控制系统及方法,可在低负荷运行时避免大部分工况最小流量阀门的开关动作,稳定性更好,节能效果明显。

为了达到上述目的,本发明采用如下技术方案:

一种给水泵最小流量再循环阀控制系统,包括用于驱动给水泵的调节装置1,与调节装置1连接的给水泵的驱动设备2,通过转轴3与给水泵的驱动设备2连接的变转速给水泵4,安装在变转速给水泵4入口处的入口压力传感器5,安装在变转速给水泵4出口处的出口温度传感器6,与入口压力传感器5连接的用于根据水和水蒸气物性计算入口压力对应的饱和温度的饱和温度模块7,与出口温度传感器6连接的最小流量保护再循环控制器8,饱和温度模块7连接最小流量保护再循环控制器8,用于将饱和温度送入最小流量保护再循环控制器8,最小流量保护再循环控制器8用于比较出口温度传感器6输出的出口温度与饱和温度模块7输出的泵入口压力对应的饱和温度;还包括与最小流量保护再循环控制器8以及变转速给水泵4出口管路连接的给水泵最小流量再循环阀9,当出口温度传感器6输出的出口温度与饱和温度模块7输出的泵入口压力对应的饱和温度偏差低于预设值时,最小流量保护再循环控制器8开启给水泵最小流量再循环阀9,将一部分水工质从变转速给水泵4的出口管道送回变转速给水泵4的上游管道。

所述的一种给水泵最小流量再循环阀控制系统,采用变转速给水泵4入口处压力与出口温度信号的测量为基础,从变转速给水泵4的最小流量保护原理出发,通过比较变转速给水泵4出口温度与入口压力对应饱和温度的偏差大小来实现最小流量阀开度的控制;最小流量保护再循环控制器8可采用成熟的常规PID控制器,利用比例、积分与微分作用,始终保证变转速给水泵4出口温度与入口压力对应饱和温度的偏差小于预设的保护裕度及控制误差。

所述的一种给水泵最小流量再循环阀控制系统,不设置最小流量绝对值限制,利用变转速给水泵4工作原理,通过比较变转速给水泵4出口温度与入口压力对应饱和温度的偏差大小,在变转速条件下可同时避免变转速给水泵4做功或混入高温密封水引起的汽蚀风险,并自动适应变转速给水泵4转速变化,无需在降低负荷时过早开启最小流量再循环阀9,从而大幅缓解机组深度调峰时为给水系统稳定性和最小流量再循环阀9的寿命产生的损害。

所述的一种给水泵最小流量再循环阀控制系统的控制方法,用于驱动给水泵的调节装置1调节给水泵的驱动设备2的功率,通过转轴3带动变转速给水泵4,通过改变转速实现给水流量的控制;变转速给水泵4从上游吸入工质,经变转速给水泵4送工质给下游系统使用,入口压力传感器5测量到的入口压力信号送入饱和温度模块7,用于根据水和水蒸气物性计算入口压力对应的饱和温度,该饱和温度模块7输出的饱和温度连同出口温度传感器6输出的出口温度信号被同时送入最小流量保护再循环控制器8,控制出口温度传感器6输出的出口温度低于饱和温度模块7输出的泵入口压力对应的饱和温度,当二者偏差低于预设值时,最小流量保护再循环控制器8开启给水泵最小流量再循环阀9,将一部分水工质从变转速给水泵4的出口管道送回变转速给水泵4的上游管道,给水流量降低,机组会自动开大调节装置1进而提高变转速给水泵4的转速和泵送的流量,这样变转速给水泵4的工作流量增大,效率增加,工作点进一步远离汽蚀风险,从而自适应转速变化实现泵的保护,并避免不必要的旁路流量造成的经济损失。

相比于现有技术,本发明具备如下优点:

1.给水泵最小流量的保护从泵汽蚀的基本原理出发,不采用额定工况最小流量定值进行保护控制,直接采用汽水参数,从源头保障泵的工作流量处于安全水平,相比于目前主流的流量定值保护来说,更适合目前深度调峰运行的火电机组新形势,可在低负荷运行时避免大部分工况最小流量阀门的开关动作,稳定性更好,节能效果明显。

2.泵在设计阶段所需的汽蚀余量计算,和相关主流方法的汽蚀分析计算都只与泵入口的压力温度参数相关,但汽蚀最先发生的位置一般在泵叶轮的工作区,在泵的叶轮旋转过程中,由于机械运动,会在叶轮的吸力面形成局部低压,同时还会引起流体工质的升温,这容易使就地温度低于局部低压对应的饱和温度,这些都容易使局部温度高于当地压力对应的饱和温度,从而发生闪蒸,进而造成汽蚀破坏。而根据上述分析可知,局部低压高温与泵入口参数存在一定的偏差,根据入口参数判断需采用较大的安全裕量。本发明采用入口压力测点和出口温度测点作为保护基准,因出口温度由于泵的焓升而提高,用于保护比入口参数更安全;另一方面当流量和转速降低时,保护条件相应地发生适应性变化,相比较而言,现有技术采用入口参数进行判断一般仅有额定工况对应的汽蚀余量用于保护,但在低负荷低流量工况往往缺乏变工况的数据,从而引起最小流量再循环阀在降负荷过程中开启过早,不仅造成不必要的再循环经济损失,而且开关过程严重干扰机组给水控制,带来一系列安全和阀门寿命的隐患。

3.对于采用液体密封的给水泵来说,低流量与低转速工况容易造成密封水混入给水,进一步加剧汽蚀的风险,而此时这类温升可通过给水泵出口温度的升高进一步反映,从而补偿因此产生的最小流量保护风险。因此,本发明的系统对于液体密封给水泵仍可有效发挥作用,而常规汽蚀判断结构与方法则不能适用。

附图说明

图1为本发明给水泵最小流量再循环控制系统图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

本发明技术原理如下:

离心泵的最小流量一般由泵厂测定并提供,一般由以水力高差表示的允许汽蚀余量作为设计标准,用以在设计时尽可能避免泵在汽蚀工况下工作,并设计有最小流量再循环系统,用以在工艺系统流量低于一定水平时增加通过泵的流量,使泵能够避免汽蚀破坏的发生。

根据离心泵的原理可知,泵在小流量下运行时,工况偏离最经济工况较多,效率下降明显,泵的输入功更多地转化为工质的热能而非动能,此时极易因泵的叶轮运动并作用于工质产生温升,并导致局部温度高于当地压力对应的饱和温度,使工质发生闪蒸和汽蚀,引起泵的破坏。当液体温度达到使系统有效汽蚀余量等于泵必须的汽蚀余量时,这一温度即为不发生汽蚀的保护温度,泵需保持高于该点温度运行的流量,这是确定泵最小连续热流量的一般方法。

然而,因节能效果显著,目前大功率火电机组均采用汽轮机或变频电机驱动的变转速给水泵。由于变速泵随着转速的降低有效汽蚀余量及最小保护流量都随之下降,远小于额定转速对应的保护定值,但目前绝大多数大功率火电机组普遍采用前述方法根据额定参数确定的最小流量数值进行保护控制,这直接导致低负荷下最小流量再循环阀过早开启,不仅造成不必要的经济损失,而且最小流量再循环阀的开启会直接影响给水控制的稳定性,容易造成频繁开关和振荡。在深度调峰背景下,上述问题可能造成深度调峰期间的稳定性问题进而造成非停风险。

本发明提出的一种给水泵最小流量再循环阀控制系统组成如图1所示。用于驱动给水泵的调节装置1调节给水泵的驱动设备2的功率,通过转轴3带动变转速给水泵4通过改变转速实现给水流量的控制。变转速给水泵4从上游吸入工质,并在靠近泵入口处安装有入口压力传感器5,经变转速给水泵4送工质给下游系统使用,其中靠近泵出口出安装有出口温度传感器6。入口压力传感器5测量到的入口压力信号送入饱和温度模块7,用于根据水和水蒸气物性计算入口压力对应的饱和温度,该饱和温度模块7输出的饱和温度连同出口温度传感器6输出的出口温度信号被同时送入最小流量保护再循环控制器8,控制出口温度传感器6输出的出口温度低于饱和温度模块7输出的泵入口压力对应的饱和温度,当二者偏差低于一定值(如0),最小流量保护再循环控制器8开启给水泵最小流量再循环阀9,将一部分水工质从变转速给水泵4的出口管道送回变转速给水泵4的上游管道,给水流量降低,机组会自动开大调节装置1进而提高变转速给水泵4的转速和泵送的流量,这样变转速给水泵4的工作流量增大,效率增加,工作点进一步远离汽蚀风险,从而自适应转速变化实现泵的保护,并避免不必要的旁路流量造成的经济损失。

实施例:

如图1所示,当机组深度调峰运行时,机组所需给水流量大幅减少,调节装置1自动调节减小给水泵的驱动设备2的功率,进而通过转轴3降低变转速给水泵4的转速,使给水流量得以大幅减少。此时,由于变转速给水泵4的工作点显著偏离最理想的额定工况,因此效率大幅降低,将更多的机械功率直接转换为给水的内能,使变转速给水泵4出口的给水温度升高,同时,高温给水泵密封水的混入,使给温度进一步提升,从而使泵面临潜在的汽蚀的风险。此时,安装在变转速给水泵4出口的出口温度传感器6测量的温度信号被送入最小流量保护再循环控制器8,用于与饱和温度模块7计算的入口压力对应饱和温度进行偏差控制,当二者偏差小于给定的定值(如0)则开启给水泵最小流量再循环阀9,使变转速给水泵4出口的一部分流量送回泵入口的上游,给水流量降低,机组会自动开大调节装置1进而提高变转速给水泵4的转速和泵送的流量以维持所需的最终给水流量,这样泵的工作流量增大,效率增加,工作点进一步远离汽蚀风险,从而自适应转速变化实现泵的保护。

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