双背压汽轮机凝汽器循环水流量调节系统的制作方法

1.本发明属于汽轮机节能技术领域，更具体地说，是涉及一种双背压汽轮机凝汽器循环水流量调节系统。


背景技术：

2.凝汽器是将汽轮机排汽冷凝成水的一种换热器，是汽轮机的重要的辅机之一，从热力学角度看，凝汽器在汽轮发电机组中起着冷源的作用。凝汽器分为水冷式和空冷式，以水作为冷却介质的为水冷式，即用循环水作为冷却介质，将汽轮机排汽凝结并带走蒸汽凝结时放出的汽化潜热，为了使蒸汽凝结过程持续进行，冷却水需要在循环泵(循环水泵)的驱动下连续不断的流经冷却管并吸收蒸汽凝结放出的汽化潜热，循环泵为变频式。在此过程中，冷却水消耗量较大，汽轮机的背压降低，可以降低热耗率，但循环水泵耗电量增加，则换热效果较好；反之当冷却水水消耗量减少时，循环水泵耗电量减少，但换热效果较差。目前冷却水流量多为运行人员根据经验进行调节，难以找到一个最优值，无法保证冷却水或循环水流量始终在最优值运行，未能充分发挥变频循环水泵的节能优势。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种双背压汽轮机凝汽器循环水流量调节系统，旨在实现汽轮发电机组凝汽器循环水流量自动调节，维持循环水流量在最优值运行，同时降低运行人员劳动强度。
4.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种双背压汽轮机凝汽器循环水流量调节系统，包括：
5.温升生成单元，设于凝汽器上，用于计算凝汽器在热负荷下循环水的温升，并计算循环水泵调高或降低后的温升；
6.端差生成单元，设于凝汽器上，用于计算凝汽器在热负荷下的端差，并计算循环水泵调高或降低后的端差；
7.流量调节组件，设于循环水泵上，用于调高或降低循环水泵的循环水流量，所述流量调节组件对循环水泵流量调节后，使所述温升生成单元和所述端差生成单元再次计算循环水的温升和凝汽器端差；
8.背压生成单元，用于计算循环水流量调高或降低后的凝汽器背压变化量；
9.煤耗生成单元，用于计算循环水流量调高或降低后的汽轮机降低或增加的煤耗；
10.电耗生成单元，用于计算调高或降低循环水流量后的循环水泵增加或降低的电耗；以及
11.控制器，适于接收所述温升生成单元、所述端差生成单元、所述背压生成单元、所述煤耗生成单元和所述电耗生成单元的信息，通过当前循环水泵转速下的煤耗和电耗，与计算的调高或降低后的煤耗和电耗相比较，确定调高或降低后循环水泵转速，并将转速调节指令控制所述流量调节组件运行；一个计算周期完成，自动进入下一个计算周期，通过实
时比较煤耗和电耗形成循环水泵的转速控制指令；
12.所述控制器内置循环水泵启停指令生成单元，转速可调的循环水泵转速指令达到95％以上时，通过所述控制器计算启动多一台循环水泵经济性是否提高，以确定是否启动多一台循环水泵，并将信息推送给值班人员；若循环水泵转速指令达到5％以下时，通过所述控制器计算停运一台循环水泵经济性是否提高，以确定是否停运一台循环水泵，并将信息推送给值班人员。
13.在一种可能的实现方式中，双背压汽轮机凝汽器循环水流量调节系统还包括：
14.第一曲线生成单元，用于通过试验的方法获取所述循环水泵转速与流量之间的函数曲线关系、获取所述循环水泵转速与电耗之间函数曲线关系，所述控制器根据所述第一曲线生成单元生成的曲线用于控制所述流量调节组件运行。
15.在一种可能的实现方式中，双背压汽轮机凝汽器循环水流量调节系统还包括：
16.第二曲线生成单元，用于通过热力试验的方法获取凝汽器背压变化量与汽轮机煤耗变化量之间的函数关系，所述控制器根据所述第二曲线生成单元生成的曲线用于控制所述流量调节组件运行。
17.在一种可能的实现方式中，在所述控制器中内置有实时性能计算软件，通过所述实时性能计算软件实时计算循环水流量调高或降低后对煤耗和电耗的影响，确定调高或降低循环水泵的转速，并将转速控制指令输出到所述控制器中作为循环水流量自动调节的指令。
18.在一种可能的实现方式中，所述流量调节组件包括设于所述循环水泵上的转速调节器，所述转速调节器用于调高或降低循环水泵转速，以控制循环水流量，所述转速调节器受控于所述控制器；
19.所述转速调节器上设有用于限制循环水流量调节范围的限位组件，所述限位组件的限位流量范围可调节。
20.在一种可能的实现方式中，所述煤耗生成单元用于通过热力试验的方法获取凝汽器背压变化量与汽轮机煤耗变化量之间的函数关系，获得的热耗-背压关系曲线根据汽轮机高调门状态分为2阀、3阀和4阀共计三条曲线，计算煤耗时根据汽轮机高调门状态不同的工况选取不同曲线进行计算，以提高计算准确性。
21.在一种可能的实现方式中，凝汽器为双背压凝汽器，高背压凝汽器和低背压凝汽器的背压分别计算，所述背压生成单元计算结果推送至所述煤耗生成单元，以分别计算对煤耗的影响，循环水流量调节后的凝汽器背压，通过所述温升生成单元和端差生成单元生成的温升和端差计算获得。
22.在一种可能的实现方式中，循环水泵启停指令通过所述控制器实时计算获得；
23.所述控制器内置循环水泵启停指令生成单元，转速可调的循环水泵转速指令达到95％以上时，通过所述控制器计算启动多一台循环水泵后的循环水温升和端差变化，计算凝汽器背压变压，得到煤耗和电耗的变化结果，从而确定经济性是否提高，以确定是否启动多一台循环水泵，并将信息推送至dcs系统操作员站通知值班人员；
24.若循环水泵转速指令达到5％以下时，通过所述控制器计算停运一台循环水泵后的循环水温升和端差变化，计算凝汽器背压变化，得到煤耗和电耗的变化结果，从而确定经济性是否提高，以确定是否应停运一台循环水泵，并将信息推送至dcs系统操作员站通知值
班人员。
25.在一种可能的实现方式中，所述控制器包括dcs控制系统，内置有分析判断模块，所述分析判断模块用于分析判断所述流量调节组件控制循环水泵的运行时间、频率和调节量。
26.本发明提供的双背压汽轮机凝汽器循环水流量调节系统的有益效果在于：与现有技术相比，本发明双背压汽轮机凝汽器循环水流量调节系统通过温升生成单元计算凝汽器在热负荷下循环水的温升，通过端差生成单元计算凝汽器在热负荷下的端差，通过流量调节组件调高或降低循环水泵的循环水流量，流量调节组件对循环水泵流量调节后，使温升生成单元和所述端差生成单元再次计算循环水的温升和凝汽器端差，通过背压生成单元计算循环水流量调高或降低后的凝汽器背压变化量，通过煤耗生成单元计算循环水流量调高或降低后的汽轮机降低或增加的煤耗，通过电耗生成单元计算调高或降低循环水流量后的循环水泵增加或降低的电耗，通过控制器接收温升生成单元、端差生成单元、背压生成单元、煤耗生成单元和电耗生成单元的信息，并控制流量调节组件运行，实现汽轮发电机组凝汽器循环水流量自动调节，维持循环水流量在最优值运行，同时降低运行人员劳动强度。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本发明实施例提供的双背压汽轮机凝汽器循环水流量调节系统的结构示意图(图中的虚线箭头表示先后次序或方向)；
29.图2为本发明通过现场试验得出变频循环水泵转速跟流量的对应函数关系图，其中采用的是双泵；
30.图3为本发明通过现场试验得出变频循环水泵转速跟变频循环水泵功耗的函数关系图；
31.图4为本发明通过试验得出凝汽器背压变化量(单位kpa)跟汽轮机热耗变化量(单位％)的关系图；
32.图5a-图5d为本发明实施例提供的双背压汽轮机凝汽器循环水流量调节系统在具体应用过程中的设置方式；
33.图6a-图6c为本发明实施例提供的双背压汽轮机凝汽器循环水流量调节系统的循环水泵的启、停逻辑；
34.图7为本发明实施例提供的双背压汽轮机凝汽器循环水流量调节系统在现场实际应用过程中的流程图。
35.附图标记说明：
36.1、温升生成单元；2、端差生成单元；3、流量调节组件；4、背压生成单元；5、煤耗生成单元；6、电耗生成单元；7、控制器；8、第一曲线生成单元； 9、第二曲线生成单元。
具体实施方式
37.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
38.请参阅图1，现对本发明提供的双背压汽轮机凝汽器循环水流量调节系统进行说明。所述双背压汽轮机凝汽器循环水流量调节系统，包括温升生成单元 1、端差生成单元2、流量调节组件3、背压生成单元4、煤耗生成单元5、电耗生成单元6和控制器7，温升生成单元1设于凝汽器上，用于计算凝汽器在热负荷下循环水的温升，并计算循环水泵调高或降低后的温升；端差生成单元2 设于凝汽器上，用于计算凝汽器在热负荷下的端差，并计算循环水泵调高或降低后的端差；流量调节组件3设于循环水泵上，用于调高或降低循环水泵的循环水流量，流量调节组件3对循环水泵流量调节后，使温升生成单元1和端差生成单元2再次计算循环水的温升和凝汽器端差；背压生成单元4用于计算循环水流量调高或降低后的凝汽器背压变化量；煤耗生成单元5用于计算循环水流量调高或降低后的汽轮机降低或增加的煤耗；电耗生成单元6用于计算调高或降低循环水流量后的循环水泵增加或降低的电耗；控制器7适于接收温升生成单元1、端差生成单元2、背压生成单元4、煤耗生成单元5和电耗生成单元 6的信息，通过当前循环水泵转速下的煤耗和电耗，与计算的调高或降低后的煤耗和电耗相比较，确定调高或降低后循环水泵转速，并将转速调节指令控制所述流量调节组件3运行；一个计算周期完成，自动进入下一个计算周期，通过实时比较煤耗和电耗形成循环水泵的转速控制指令；
39.所述控制器7内置循环水泵启停指令生成单元，转速可调的循环水泵转速指令达到95％以上时，通过所述控制器7计算启动多一台循环水泵经济性是否提高，以确定是否启动多一台循环水泵，并将信息推送给值班人员；若循环水泵转速指令达到5％以下时，通过所述控制器7计算停运一台循环水泵经济性是否提高，以确定是否停运一台循环水泵，并将信息推送给值班人员。
40.本发明提供的双背压汽轮机凝汽器循环水流量调节系统，与现有技术相比，本发明双背压汽轮机凝汽器循环水流量调节系统通过温升生成单元1计算凝汽器在热负荷下循环水的温升，通过端差生成单元2计算凝汽器在热负荷下的端差，通过流量调节组件3调高或降低循环水泵的循环水流量，流量调节组件3 对循环水泵流量调节后，使温升生成单元1和端差生成单元2再次计算循环水的温升和凝汽器端差，通过背压生成单元4计算循环水流量调高或降低后的凝汽器背压变化量，通过煤耗生成单元5计算循环水流量调高或降低后的汽轮机降低或增加的煤耗，通过电耗生成单元6计算调高或降低循环水流量后的循环水泵增加或降低的电耗，通过控制器7接收温升生成单元1、端差生成单元2、背压生成单元4、煤耗生成单元5和电耗生成单元6的信息，并控制流量调节组件3运行，实现汽轮发电机组凝汽器循环水流量自动调节，降低机组能耗，提高经济性，维持循环水流量在最优值运行，同时降低运行人员劳动强度，运行人员循环水流量手动调节工作量减少90％以上。
41.在一些实施例中，请参阅图1，双背压汽轮机凝汽器循环水流量调节系统还包括第一曲线生成单元8，第一曲线生成单元8用于通过试验的方法获取循环水泵转速与流量之间的函数曲线关系、获取循环水泵转速与电耗之间函数曲线关系，控制器7根据第一曲线生成单元8生成的曲线用于控制流量调节组件 3运行。
42.在一些实施例中，请参阅图1，双背压汽轮机凝汽器循环水流量调节系统还包括第二曲线生成单元9，第二曲线生成单元9用于通过热力试验的方法获取凝汽器背压变化量与汽轮机煤耗变化量之间的函数关系，控制器7根据第二曲线生成单元9生成的曲线用于控制流量调节组件3运行。上述的通过试验方法和通过热力试验方法都是通过试验的方式获得的，具体是何种试验，其在现有技术中可获得，在此不再赘述。
43.上述的第一曲线生成单元8和第二曲线生成单元9均为现有技术中的曲线生成单元，通过生产的曲线，可判断出循环水泵循环水流量的最佳值，这样煤耗也小，电耗也小，维持在最佳范围，降低成本。
44.在一些实施例中，请参阅图1，在控制器7中内置有实时性能计算软件，通过实时性能计算软件实时计算循环水流量调高或降低后对煤耗和电耗的影响，确定调高或降低循环水泵的转速，并将转速控制指令输出到控制器7中作为循环水流量自动调节的指令。
45.具体的，实时性能计算软件为一种现有技术中经常使用的实时性能计算软件，如gpa，其使用步骤和操作原理在本实施例中不作限制，可选用现有技术后直接使用，该软件可以分析获取循环水流量的最优值，使循环水泵的水流量始终维持在最优值。
46.在一些实施例中，请参阅图1，流量调节组件3包括设于循环水泵上的转速调节器，转速调节器用于调高或降低循环水泵转速，以控制循环水流量，转速调节器受控于控制器7；转速调节器上设有用于限制循环水流量调节范围的限位组件，限位组件的限位流量范围可调节。
47.具体的，转速调节器为一种电源频率调节装置，其频率可以调节并受控于控制器，在控制器上设有控制按钮，通过操作控制按钮，就可以控制转速调节器的输出指令大小，进而实现控制循环水泵循环水流量的作用。
48.限位组件为一种水流量限位器，为一种现有技术产品，可以起到对水流量限位的作用。
49.在一些实施例中，请参阅图1，所述煤耗生成单元5用于通过热力试验的方法获取凝汽器背压变化量与汽轮机煤耗变化量之间的函数关系，获得的热耗
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背压关系曲线根据汽轮机高调门状态分为2阀、3阀和4阀共计三条曲线，计算煤耗时根据汽轮机高调门状态不同的工况选取不同曲线进行计算，以提高计算准确性。
50.在一些实施例中，请参阅图1，凝汽器为双背压凝汽器，高背压凝汽器和低背压凝汽器的背压分别计算，所述背压生成单元4计算结果推送至所述煤耗生成单元5，以分别计算对煤耗的影响，循环水流量调节后的凝汽器背压，通过所述温升生成单元1和端差生成单元2生成的温升和端差计算获得。
51.在一些实施例中，请参阅图1，循环水泵启停指令通过所述控制器7实时计算获得；
52.所述控制器7内置循环水泵启停指令生成单元，转速可调的循环水泵转速指令达到95％以上时，通过所述控制器7计算启动多一台循环水泵后的循环水温升和端差变化，计算凝汽器背压变压，得到煤耗和电耗的变化结果，从而确定经济性是否提高，以确定是否启动多一台循环水泵，并将信息推送至dcs系统操作员站通知值班人员；
53.若循环水泵转速指令达到5％以下时，通过所述控制器7计算停运一台循环水泵后的循环水温升和端差变化，计算凝汽器背压变化，得到煤耗和电耗的变化结果，从而确定经济性是否提高，以确定是否应停运一台循环水泵，并将信息推送至dcs系统操作员站通知值
班人员。
54.在一些实施例中，请参阅图1，控制器7包括dcs控制系统，内置有分析判断模块，分析判断模块用于分析判断流量调节组件3控制循环水泵的运行时间、频率和调节量。dcs控制系统为现有技术中一种常用的控制器或控制系统，可直接采用现有技术，其中dcs控制系统可外接控制模块或控制单元，以便起到与dcs控制系统同时控制的目的。上述的热耗，又可称为煤耗。
55.本发明中的双背压汽轮机发电机组，循环水泵为3台，其中2台工频、1台变频，变频范围：2台运行时为346-493rpm；3台运行时为361-493rpm。如需用于单背压机组，则使用2台循环水泵，此时可通过精简系统实现。循环水泵的启、停判断也可用于使用2台循环水泵的系统。循环水泵性能曲线、循环水泵电耗曲线、背压-热耗曲线需要试验获得或设备厂家提供。图5a-图5d是本发明在具体应用过程中的设置方式，下述所说的循环泵、变频泵均是指循环水泵。图6a-图6c为本发明的循环水泵的启、停逻辑。
56.在现场实际应用过程中，通过试验得出的如下函数关系：
57.1)通过现场试验得出变频循环水泵转速跟流量的对应函数关系如图2 所示；
58.2)通过现场试验得出变频循环水泵转速跟变频循环水泵功耗的函数关系如图3所示；
59.3)通过试验得出凝汽器背压变化量(单位kpa)跟汽轮机热耗变化量(单位％)的关系如图4所示；
60.三阀：y＝-4.25335e-04*x5+7.29772e-03x
4-4.4339e-02x3+1.26714e-01x2+8.10876e-01x
61.两阀：y＝
‑‑
1.04049e-03*x5+1.744452e-02x
4-1.02405e-01x3+2.53099e-01x2+9.76015e-01x
62.4)在dcs控制系统中安装实时性能计算软件gpa，按流程图进行逻辑组态。
63.1、gpa通过opc的形式从dcs取实时数据，主要读取a凝汽器循环水入口温度t1a，出口温度t2a；b凝汽器循环水入口温度t1b，出口温度t2b；a 凝汽器侧排汽温度，b凝汽器侧排汽温度，变频循环水泵的转速，当前机组负荷。
64.2、gpa读取dcs的实进数据，进行逻辑运算后，输出一个循环水泵的优化转速用于变频循环水泵的自动调节。输出的转速指令通过opc输出到dcs 中。
65.图7为本发明现场实际应用过程中的流程图。
66.5)可以替代部分，gpa软件可以用vb,vc,c#等编程软件进行编程实现流程图中逻辑算法。
67.opc软件必须采用跟dcs配套的软件，也就是dcs自带的软件。这样才能实现稳定可靠的数据通讯。
68.6)通过计算当两台泵运行，且变频泵的转速到493以上时，计算三台泵运行且转速到361转时收益为正时，提示启第三台泵。
69.计算变频泵转速361转时的收益，主要考虑到经过试验发现当三台运行时，变频泵转速到361转以上时，循环水的流量比较两台满转运行时才开始上升。
70.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。