燃机余热锅炉汽包水位全程自动控制系统及方法
【专利摘要】本发明是一种燃机余热锅炉汽包水位全程自动控制系统及方法，该系统包括低压汽包、中压汽包、高压汽包、燃气轮机、压气机、汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、汽轮机低压缸、发电机和凝汽器；通过本发明的实施，可以根据旁路的关闭状态来切换控制方式，保证了汽包水位的全程自动控制，实现了解耦，在机组变动较大时可以快速平稳的控制，完全实现了燃机余热锅炉汽包水位全程自动控制，满足机组设计要求。实现解耦，鲁棒性好。
【专利说明】燃机余热锅炉汽包水位全程自动控制系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种燃机余热锅炉汽包水位全程自动控制系统及方法，属于热工控制领域。
【背景技术】
[0002]当前，国家提出了建设生态文明的战略部署，发展低碳经济就成为了我国实现可持续发展的必然选择。燃气一蒸汽联合循环机组由于具有发电效率高，达到60%左右；天然气燃烧效率高，对环境污染极小；在同等条件下，单位投资低；调峰性能好，启停快捷；耗水量少，只是同等容量火电机组的1/3左右，自动化程度高等优点，在节能降耗减排方面具备非常大的优势，燃气一蒸汽联合循环机组发电获得大力发展已经成为定局。进一步提高燃气一蒸汽联合循环机组的自动化程度，进一步改善自动调节品质，就成为了一个很重要的工作。
[0003]常规火电机组汽包水位一般采用单冲量和三冲量切换的控制方法实现汽包水位的全程自动控制。一般采用，当负荷小于25%额定负荷时采用单冲量控制，负荷大于25%额定负荷时切换到三冲量控制，从而实现了汽包水位的全程自动控制。大型燃气一蒸汽联合循环机组与常规的火电机组不同，旁路在机组启动、升负荷、降负荷、停机过程当中处于全程自动调整状态，当旁路阀前压力高于旁路压力设定点时，旁路阀开启，当压力降低到低于压力设定点时，旁路阀关闭。在旁路自动调整的过程中，旁路的动作对汽包的水位扰动非常大。
【发明内容】
[0004]发明目的:本发明提供一种燃机余热锅炉汽包水位全程自动控制系统及方法，其目的在于解决燃机余热锅炉汽包水位在机组运行过程中变化过大的问题，实现汽包水位全程自动控制，提高机组自动化程度，保证机组运行安全。
[0005]技术方案:
一种燃机余热锅炉汽包水位全程自动控制系统，该系统包括低压汽包、中压汽包、高压汽包、燃气轮机、压气机、汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、汽轮机低压缸、发电机和凝汽器；低压汽包通过管路连接至汽轮机低压缸和凝汽器；中压汽包通过管路连接至汽轮机高压缸、汽轮机中压缸和凝汽器；高压汽包通过管路连接至汽轮机高压缸和凝汽器；燃气轮机连接压气机，汽轮机高压缸连接汽轮机中压缸，汽轮机中压缸与来自低压汽包管路联通后共同接入汽轮机低压缸，汽轮机低压缸连接发电机和凝汽器。
[0006]低压汽包通过低压给水调节门连接至给水管路，中压汽包通过中压给水调节门连接至给水管路，高压汽包通过高压给水调节门连接至给水管路。
[0007]低压汽包通过低压旁路调节阀连接至凝汽器，中压汽包通过中压旁路调节阀连接至凝汽器，高压汽包通过高压旁路调节阀连接至凝汽器。
[0008]低压给水调节门、中压给水调节门和高压给水调节门连接至PID调节器。[0009]利用上述的燃机余热锅炉汽包水位全程自动控制系统所实施的燃机余热锅炉汽包水位全程自动控制方法，其特征在于:该方法步骤如下:通过PID调节器控制打开高压给水调节门、中压给水调节门和低压给水调节门使给水分别进入高压汽包、中压汽包和低压汽包；使高压汽包内的高压蒸汽进入汽轮机高压缸，汽轮机高压缸的排汽和来自中压汽包中的蒸汽合并后进入汽轮机中压缸；将汽轮机中压缸中的排汽和来自低压汽包的蒸汽在联通管内混合，再将混合后的气体注入汽轮机低压缸做功后，将汽轮机低压缸的排汽输入到凝汽器。
[0010]当低压旁路调节阀、中压旁路调节阀和高压旁路调节阀前压力高于该旁路压力设定点时，开启低压旁路调节阀、中压旁路调节阀和高压旁路调节阀；当压力降低到低于压力设定点时，关闭低压旁路调节阀、中压旁路调节阀和高压旁路调节阀。
[0011]在低压旁路调节阀、中压旁路调节阀和高压旁路调节阀调整的过程中，低压旁路调节阀、中压旁路调节阀和高压旁路调节阀的动作对汽包的水位扰动非常大；当机组启动时，燃机首先并网发电带负荷，低压旁路调节阀、中压旁路调节阀和高压旁路调节阀处于全自动调整状态，此时汽包水位处于单冲量控制状态，当汽轮机符合进汽条件时，汽轮机开始进汽并带负荷发电，低压旁路调节阀、中压旁路调节阀和高压旁路调节阀开始关闭过程，在此时汽包水位仍处于单冲量控制状态；当低压旁路调节阀、中压旁路调节阀和高压旁路调节阀完全处于关闭状态并转入热备用自动状态时，汽包水位控制由单冲量再切换到三冲量控制；单冲量控制采用单PID调节器控制，三冲量控制采用串级PID调节器控制，从而实现了汽包水位的全程自动控制。
[0012]优点及效果:本发明是一种燃机余热锅炉汽包水位全程自动控制系统及方法，通过本发明的实施，可以根据旁路的关闭状态来切换控制方式，保证了汽包水位的全程自动控制，实现了解耦，在机组变动较大时可以快速平稳的控制，完全实现了燃机余热锅炉汽包水位全程自动控制，满足机组设计要求。实现解耦，鲁棒性好。
[0013]【专利附图】
【附图说明】:
图1为本发明主要结构示意图；
图2为本发明的控制原理图；
图1中:标注I低压汽包；2低压给水调节门；3中压汽包；4中压给水调节门；5高压汽包；6高压给水调节门；7低压旁路调节阀；8中压旁路调节阀；9高压旁路调节阀；10燃气轮机；11压气机；12汽轮机高压缸；13汽轮机中压缸；14汽轮机低压缸；15发电机；16凝汽器。
[0014]图2中:标注17汽包水位信号；18 —阶惯性环节；19主蒸汽流量；20主蒸汽流量乘法器；21给水流量；22给水流量乘法器；23三冲量串级PID主调节器；24三冲量串级PID付调节器；25单冲量PID调节器；26单冲量和三冲量控制切换器；27汽包水位定值器；28给水调节门。
[0015]【具体实施方式】:下面结合附图对本发明做进一步的说明:
如图1所示，本发明提供一种燃机余热锅炉汽包水位全程自动控制系统，该系统包括低压汽包1、中压汽包3、高压汽包5、燃气轮机10、压气机11、汽轮机高压缸12、汽轮机中压缸13、汽轮机低压缸14、发电机15和凝汽器16 ;低压汽包I通过管路连接至汽轮机低压缸
14和凝汽器16 ;中压汽包3通过管路连接至汽轮机高压缸12、汽轮机中压缸13和凝汽器16 ;高压汽包5通过管路连接至汽轮机高压缸12和凝汽器16 ;燃气轮机10连接压气机11，汽轮机高压缸12连接汽轮机中压缸13，汽轮机中压缸13与来自低压汽包I管路联通后共同接入汽轮机低压缸14，汽轮机低压缸14连接发电机15和凝汽器16。
[0016]低压汽包I通过低压给水调节门2连接至给水管路，中压汽包3通过中压给水调节门4连接至给水管路，高压汽包5通过高压给水调节门6连接至给水管路。
[0017]低压汽包I通过低压旁路调节阀7连接至凝汽器16，中压汽包3通过中压旁路调节阀8连接至凝汽器16，高压汽包5通过高压旁路调节阀9连接至凝汽器16。
[0018]低压给水调节门2、中压给水调节门4和高压给水调节门6连接至PID调节器。
[0019]利用上述的燃机余热锅炉汽包水位全程自动控制系统所实施的燃机余热锅炉汽包水位全程自动控制方法，该方法步骤如下:通过PID调节器控制打开高压给水调节门6、中压给水调节门4和低压给水调节门2使给水分别进入高压汽包5、中压汽包3和低压汽包I ;使高压汽包5内的高压蒸汽进入汽轮机高压缸12，汽轮机高压缸12的排汽和来自中压汽包3中的蒸汽合并后进入汽轮机中压缸13 ;将汽轮机中压缸13中的排汽和来自低压汽包I的蒸汽在联通管内混合，再将混合后的气体注入汽轮机低压缸14做功后，将汽轮机低压缸14的排汽输入到凝汽器16。
[0020]旁路在机组启动、带负荷、停机过程当中处于全程自动调整状态。当低压旁路调节阀7、中压旁路调节阀8和高压旁路调节阀9前压力高于该旁路压力设定点时，开启低压旁路调节阀7、中压旁路调节阀8和高压旁路调节阀9;当压力降低到低于压力设定点时，关闭低压旁路调节阀7、中压旁路调节阀8和高压旁路调节阀9。
[0021]在低压旁路调节阀7、中压旁路调节阀8和高压旁路调节阀9调整的过程中，低压旁路调节阀7、中压旁路调节阀8和高压旁路调节阀9的动作对汽包的水位扰动非常大；当机组启动时，燃机首先并网发电带负荷，低压旁路调节阀7、中压旁路调节阀8和高压旁路调节阀9处于全自动调整状态，此时汽包水位处于单冲量控制状态，当汽轮机符合进汽条件时，汽轮机开始进汽并带负荷发电，低压旁路调节阀7、中压旁路调节阀8和高压旁路调节阀9开始关闭过程，在此时汽包水位仍处于单冲量控制状态；当低压旁路调节阀7、中压旁路调节阀8和高压旁路调节阀9完全处于关闭状态并转入热备用自动状态时，汽包水位控制由单冲量再切换到三冲量控制；单冲量控制采用单PID调节器控制，三冲量控制采用串级PID调节器控制，从而实现了汽包水位的全程自动控制。
[0022]本发明的汽轮机设计有高、中、低压旁路系统，容量为100% BMCR。高、中、低压旁路均为单路布置，高、中、低压旁路蒸汽分别排入凝汽器。
【权利要求】
1.一种燃机余热锅炉汽包水位全程自动控制系统，其特征在于:该系统包括低压汽包(I)、中压汽包(3)、高压汽包(5)、燃气轮机(10)、压气机(11)、汽轮机高压缸(12)、汽轮机中压缸(13)、汽轮机低压缸(14)、发电机(15)和凝汽器(16);低压汽包(I)通过管路连接至汽轮机低压缸(14)和凝汽器(16);中压汽包(3)通过管路连接至汽轮机高压缸(12)、汽轮机中压缸(13)和凝汽器(16);高压汽包(5)通过管路连接至汽轮机高压缸(12)和凝汽器(16);燃气轮机(10)连接压气机(11 )，汽轮机高压缸(12)连接汽轮机中压缸(13)，汽轮机中压缸(13)与来自低压汽包(I)管路联通后共同接入汽轮机低压缸(14)，汽轮机低压缸(14)连接发电机(15)和凝汽器(16)。
2.根据权利要求1所述的燃机余热锅炉汽包水位全程自动控制系统，其特征在于:低压汽包(I)通过低压给水调节门(2)连接至给水管路，中压汽包(3)通过中压给水调节门(4)连接至给水管路，高压汽包(5)通过高压给水调节门(6)连接至给水管路。
3.根据权利要求2所述的燃机余热锅炉汽包水位全程自动控制系统，其特征在于:低压汽包(I)通过低压旁路调节阀(7)连接至凝汽器(16)，中压汽包(3)通过中压旁路调节阀(8 )连接至凝汽器(16 )，高压汽包(5 )通过高压旁路调节阀(9 )连接至凝汽器(16 )。
4.根据权利要求2所述的燃机余热锅炉汽包水位全程自动控制系统，其特征在于:低压给水调节门(2)、中压给水调节门(4)和高压给水调节门(6)连接至PID调节器。
5.利用权利要求1所述的燃机余热锅炉汽包水位全程自动控制系统所实施的燃机余热锅炉汽包水位全程自动控制方法，其特征在于:该方法步骤如下:通过PID调节器控制打开高压给水调节门(6)、中压给水调节门(4)和低压给水调节门(2)使给水分别进入高压汽包(5)、中压汽包(3)和低压汽包(I);使高压汽包(5)内的高压蒸汽进入汽轮机高压缸(12)，汽轮机高压缸(12)的排汽和来自中压汽包(3)中的蒸汽合并后进入汽轮机中压缸(13);将汽轮机中压缸(13)中的排汽和来自低压汽包(I)的蒸汽在联通管内混合，再将混合后的气体注入汽轮机低压缸(14)做功后，将汽轮机低压缸(14)的排汽输入到凝汽器(16)。
6.根据权利要求5所述的燃机余热锅炉汽包水位全程自动控制方法，其特征在于:当低压旁路调节阀(7)、中压旁路调节阀(8)和高压旁路调节阀(9)前压力高于该旁路压力设定点时，开启低压旁路调节阀(7)、中压旁路调节阀(8)和高压旁路调节阀(9);当压力降低到低于压力设定点时，关闭低压旁路调节阀(7)、中压旁路调节阀(8)和高压旁路调节阀(9)。
7.根据权利要求6所述的燃机余热锅炉汽包水位全程自动控制方法，其特征在于:在低压旁路调节阀(7)、中压旁路调节阀(8)和高压旁路调节阀(9)调整的过程中，低压旁路调节阀(7)、中压旁路调节阀(8)和高压旁路调节阀(9)的动作对汽包的水位扰动非常大；当机组启动时，燃机首先并网发电带负荷，低压旁路调节阀(7)、中压旁路调节阀(8)和高压旁路调节阀(9)处于全自动调整状态，此时汽包水位处于单冲量控制状态，当汽轮机符合进汽条件时，汽轮机开始进汽并带负荷发电，低压旁路调节阀(7)、中压旁路调节阀(8)和高压旁路调节阀(9)开始关闭过程，在此时汽包水位仍处于单冲量控制状态；当低压旁路调节阀(7 )、中压旁路调节阀(8 )和高压旁路调节阀(9 )完全处于关闭状态并转入热备用自动状态时，汽包水位控制由单冲量再切换到三冲量控制；单冲量控制采用单PID调节器控制，三冲量控制采用串级PID调节器控制，从而实现了汽包水位的全程自动控制。
【文档编号】F22D5/26GK103759247SQ201410042492
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月29日 优先权日:2014年1月29日
【发明者】焦健, 叶振起, 张建志, 孙永斌, 蓝澄宇 申请人:国家电网公司, 国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院