一种超临界二氧化碳循环发电预冷器温度控制系统及方法与流程

1.本发明属于二氧化碳循环发电技术领域，涉及一种超临界二氧化碳循环发电预冷器温度控制系统及方法。


背景技术：

2.目前二氧化碳循环发电已经成为各大研发机构主攻的一种新型的发电方式，西安热工院已经联合多家科研机构建立创新联合体，世界首台5mw超临界二氧化碳发电试验机组已通过长时间稳定运行考验，超临界二氧化碳循环发电即将成为发电领域新型商业运行模式。预冷器5作为二氧化碳闭式循环的最后一环，起着吸收发电后剩余热量及稳定压缩机入口温度的作用，压缩机入口温度过高直接影响着压缩机效率，进而影响机组发电效率，入口温度过低将会导致二氧化碳进入液相区，影响压缩机安全稳定运行。目前，还未有如何控制预冷器温度方面研究。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种超临界二氧化碳循环发电预冷器温度控制系统及方法，该系统及方法实现对超临界二氧化碳循环发电中的预冷器温度进行控制。
4.为达到上述目的，本发明所述的超临界二氧化碳循环发电预冷器温度控制系统包括主管道调阀pid控制器、水泵变频器pid控制器、调阀pid控制器、风扇变频pid、电动调阀pid控制器、第一变频水泵、第二变频水泵、预冷器、第二温度变送器、第一温度变送器、冷却水主管路调阀、上塔电动调节阀、回塔池电动调节阀、变频风扇、预冷器旁边阀、第三温度变送器、补水电动阀、冷却水塔池、冷却塔及液位变送器；
5.冷却水塔池的底部出口经第三温度变送器后与第一变频水泵的入口及第二变频水泵的入口相连通，所述第一变频水泵与第二变频水泵并联连通，第一变频水泵的出口与第二变频水泵的出口通过管道并管后分为两路，其中一路经预冷器旁边阀与冷却水塔池的入口相连通，另一路与预冷器的管侧入口相连通，预冷器的管侧出口经第一温度变送器及冷却水主管路调阀的入口相连通，冷却水主管路调阀的出口分为两路，其中一路经上塔电动调节阀与冷却塔中的喷淋头相连通，另一路经回塔池电动调节阀与冷却水塔池的入口相连通，冷却塔位于冷却水塔池的上方，且冷却塔的底部开口正对冷却水塔池，冷却塔的顶部开口处设置有变频风扇；
6.冷却水塔池内设置有液位变送器，补水管道经补水电动阀与冷却水塔池的入口相连通；
7.主管道调阀pid控制器及水泵变频器pid控制器与第二温度变送器、冷却水主管路调阀、第一变频水泵及第二变频水泵相连接；
8.调阀pid控制器及风扇变频pid与第三温度变送器、上塔电动调节阀及回塔池电动调节阀相连接；
9.电动调阀pid控制器与液位变送器及补水电动阀相连接。
10.第一变频水泵的出口与第二变频水泵的出口通过管道并管后经第一滤网及第二滤网与预冷器的管侧入口相连通。
11.第一滤网与第二滤网并联设置。
12.预冷器的管侧出口经第一流量计、第一温度变送器、压力变送器及冷却水主管路调阀的入口相连通。
13.补水管道经补水电动阀及第二流量计与冷却水塔池的入口相连通。
14.本发明所述的超临界二氧化碳循环发电预冷器温度控制方法包括预冷器热侧出口二氧化碳温度的控制、冷却水温度的控制以及冷却塔液位的控制。
15.预冷器热侧出口二氧化碳温度的控制的具体过程为：
16.将第二温度变送器输出的预冷器热侧出口二氧化碳温度与设定值相减，得偏差，然后将所述偏差输入到主管道调阀pid控制器及水泵变频器pid控制器中，其中，主管道调阀pid控制器及水泵变频器pid控制器采用一备一用的运行模式；当满足切换条件一，则将启动主管道调阀pid控制器，以控制冷却水主管路调阀的开度，此时第一变频水泵或第二变频水泵跟踪最小给定频率；当满足切换条件二，则将启动水泵变频器pid控制器，以控制第一变频水泵或第二变频水泵的变频器，此时冷却水主管路调阀的开度大于95％并处于跟踪状态。
17.当满足以下任一一个条件，则启动主管道调阀pid控制器，即：
18.11)第一变频水泵或第二变频水泵的变频器投自动、冷却水主管路调阀投自动且冷却水主管路调阀的开度＜95％或第一变频水泵或第二变频水泵的变频器指令＜25hz；
19.12)第一变频水泵或第二变频水泵的变频器手动控制；
20.当满足以下任一一个条件时，则切换至水泵变频器pid控制器，即：
21.21)第一变频水泵或第二变频水泵的变频器投自动、冷却水主管路调阀投自动且冷却水主管路调阀的开度＞95％；
22.22)冷却水主管路调阀手动控制。
23.冷却水温度的控制的具体过程为：
24.将第三温度变送器输出的冷却水温度与设定值之间的偏差，然后输入到调阀pid控制器及风扇变频pid控制器中，其中，调阀pid控制器与风扇变频pid控制器采用一备一用的工作模式，当满足切换条件一，则启动调阀pid控制器，以控制上塔电动调节阀及回塔池电动调节阀的开度，其中，上塔电动调节阀及回塔池电动调节阀始终处于相反状态；当满足切换条件二，则启动风扇变频pid控制器，以控制变频风扇的变频器。
25.当满足以下任一条件时，则启动调阀pid控制器，即：
26.31)变频风扇投自动、上塔电动调节阀投自动、回塔池电动调节阀投自动且上塔电动调节阀的开度＜98％或变频风扇指令＜25hz；
27.32)变频风扇手动控制；
28.当满足以下任一条件时，则启动风扇变频pid控制器，即：
29.41)变频风扇投自动、上塔电动调阀投自动、回塔池电动调节阀投自动且上塔电动调节阀的开度＞98％；
30.42)上塔电动调节阀手动控制；
31.43)回塔池电动调节阀手动控制。
32.本发明具有以下有益效果：
33.本发明所述的超临界二氧化碳循环发电预冷器温度控制系统及方法在具体操作时，通过对预冷器热侧出口二氧化碳温度的控制、冷却水温度的控制以及冷却塔液位的控制，利用混合控制实现最大化节约电能，同时实现对超临界二氧化碳循环发电中的预冷器温度进行控制，减轻运行人员操作压力；另外，由于系统设备运行在最优工况，系统阻力最小，可减少厂用用电并节约电能。
附图说明
34.图1为本发明的结构示意图；
35.图2为本发明的逻辑图。
36.其中，1为第一变频水泵、2为第二变频水泵、3为第一滤网、4为第二滤网、5为预冷器、6为第二温度变送器、7为第一流量计、8为第一温度变送器、9为压力变送器、10为冷却水主管路调阀、11为上塔电动调节阀、12为回塔池电动调节阀、13为变频风扇、14为预冷器旁边阀、15为第三温度变送器、16为补水电动阀、17为第二流量计、18为冷却水塔池18、19为冷却塔、20为液位变送器。
具体实施方式
37.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。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，都应当属于本发明保护的范围。
38.在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
39.参考图1，本发明所述的超临界二氧化碳循环发电预冷器温度控制系统包括主管道调阀pid控制器、水泵变频器pid控制器、调阀pid控制器、风扇变频pid、电动调阀pid控制器、第一变频水泵1、第二变频水泵2、第一滤网3、第二滤网4、预冷器5、第二温度变送器6、第一流量计7、第一温度变送器8、压力变送器9、冷却水主管路调阀10、上塔电动调节阀11、回塔池电动调节阀12、变频风扇13、预冷器旁边阀14、第三温度变送器15、补水电动阀16、第二流量计17、冷却水塔池18、冷却塔19及液位变送器20；
40.冷却水塔池18的底部出口经第三温度变送器15后与第一变频水泵1的入口及第二变频水泵2的入口相连通，所述第一变频水泵1与第二变频水泵2并联连通，第一变频水泵1的出口与第二变频水泵2的出口通过管道并管后分为两路，其中一路经预冷器旁边阀14与冷却水塔池18的入口相连通，另一路经第一滤网3及第二滤网4与预冷器5的管侧入口相连
通，其中，第一滤网3与第二滤网4并联设置，预冷器5的管侧出口经第一流量计7、第一温度变送器8、压力变送器9及冷却水主管路调阀10的入口相连通，冷却水主管路调阀10的出口分为两路，其中一路经上塔电动调节阀11与冷却塔19中的喷淋头相连通，另一路经回塔池电动调节阀12与冷却水塔池18的入口相连通，冷却塔19位于冷却水塔池18的上方，且冷却塔19的底部开口正对冷却水塔池18，冷却塔19的顶部开口处设置有变频风扇13。
41.冷却水塔池18内设置有液位变送器20，补水管道经补水电动阀16及第二流量计17与冷却水塔池18的入口相连通。
42.回热器的二氧化碳出口与预冷器5的壳侧入口相信通，预冷器5的壳侧出口经第二温度变送器6与压缩机稳压罐相连通。
43.主管道调阀pid控制器及水泵变频器pid控制器与第二温度变送器6、冷却水主管路调阀10、第一变频水泵1及第二变频水泵2相连接；调阀pid控制器及风扇变频pid与第三温度变送器15、上塔电动调节阀11及回塔池电动调节阀12相连接；电动调阀pid控制器与液位变送器20及补水电动阀16相连接。
44.参考图2，本发明所述超临界二氧化碳循环发电压缩机控制系统的方法包括以下步骤：
45.步骤一
46.将第二温度变送器6输出的预冷器5热侧出口二氧化碳温度作为第一变频水泵1、第二变频水泵2及冷却水主管路调阀10的测量值，并将其与设定值相减，得偏差，然后将所述偏差输入到主管道调阀pid控制器及水泵变频器pid控制器中，其中，主管道调阀pid控制器及水泵变频器pid控制器采用一备一用的运行模式；当满足切换条件一，则将启动主管道调阀pid控制器，以控制冷却水主管路调阀10，此时第一变频水泵1或第二变频水泵2跟踪最小给定频率20hz；当满足切换条件二，则将启动水泵变频器pid控制器，以控制第一变频水泵1或第二变频水泵2的变频器，此时冷却水主管路调阀10的开度大于95％并处于跟踪状态。
47.规定切换条件是为了满足预冷器5热侧出口二氧化碳温度全过程自动控制，当系统处于启机过程时，第一变频水泵1及第二变频水泵2运行于最小出力工况，冷却水主管路调阀10优先控制预冷器5热侧出口二氧化碳温度，当冷却水主管路调阀10的开度大于95％时，则自动切换至水泵变频器pid控制器，冷却水主管路调阀10将保持最大开度，第一变频水泵1或第二变频水泵2的变频器开始调整预冷器5热侧出口二氧化碳温度；当系统处于停机过程时，第一变频水泵1或第二变频水泵2的变频器频率逐渐降低频率，当频率减至25hz以下时，自动切换至主管道调阀pid控制器，完成预冷器5热侧出口二氧化碳温度全工况自动控制。
48.步骤二
49.为提高控制效果，需要将冷却水温度控制在恒定范围，将第三温度变送器15输出的冷却水温度作为变频风扇13及上塔电动调节阀11的过程值，计算冷却水温度与设定值之间的偏差，然后输入到调阀pid控制器及风扇变频pid控制器中，其中，调阀pid控制器与风扇变频pid控制器采用一备一用的工作模式，当满足切换条件一，则启动调阀pid控制器，以控制上塔电动调节阀11及回塔池电动调节阀12，其中，上塔电动调节阀11及回塔池电动调节阀12始终处于相反状态，调阀pid控制器输出两个折线函数对应上塔电动调节阀11及回
塔池电动调节阀12，即当上塔电动调节阀11的指令为0时，回塔池电动调节阀12的指令为100；反之，当上塔电动调节阀11的指令为100时，回塔池电动调节阀12的指令为0；当满足切换条件二，则启动风扇变频pid控制器，以控制变频风扇13的变频器。
50.需要说明的是，规定切换条件是为了满足冷却水温度全过程自动控制，当系统处于启机过程时，变频风扇13运行于最小出力工况，调阀优先控制冷却水温度，当上塔电动调节阀11的开度大于98％时，自动切换至变频风扇13控制，上塔电动调节阀11将保持最大开度，回塔池电动调节阀12全关，第一变频水泵1或第二变频水泵2的变频器开始调整冷却水温度；当系统处于停机过程时，变频风扇13的变频器频率逐渐降低频率，当频率减至25hz以下时，则自动切换至调阀pid控制器，完成冷却水温度全工况自动控制。
51.步骤三
52.随着冷却水蒸发，冷却水量将变少，将液位变送器20输出的冷却塔19液位与设计值作差，并将作差的结果输入到电动调阀pid控制器中，以控制补水电动阀16。
53.当满足以下任一一个条件，则启动主管道调阀pid控制器，即：
54.11)第一变频水泵1或第二变频水泵2的变频器投自动、冷却水主管路调阀10投自动且冷却水主管路调阀10的开度＜95％或第一变频水泵1或第二变频水泵2的变频器指令＜25hz；
55.12)第一变频水泵1或第二变频水泵2的变频器手动控制。
56.当满足以下任一一个条件时，则切换至水泵变频器pid控制器，即：
57.21)第一变频水泵1或第二变频水泵2的变频器投自动、冷却水主管路调阀10投自动且冷却水主管路调阀10的开度＞95％；
58.22)冷却水主管路调阀10手动控制。
59.当满足以下任一条件时，则启动调阀pid控制器，即：
60.31)变频风扇13投自动、上塔电动调节阀11投自动、回塔池电动调节阀12投自动且上塔电动调节阀11的开度＜98％或变频风扇13指令＜25hz；
61.32)变频风扇13手动控制。
62.当满足以下任一条件时，则启动风扇变频pid控制器，即：
63.41)变频风扇13投自动、上塔电动调阀投自动、回塔池电动调节阀12投自动且上塔电动调节阀11的开度＞98％；
64.42)上塔电动调节阀11手动控制；
65.43)回塔池电动调节阀12手动控制。