本發(fā)明屬于能源環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種供熱機組最優(yōu)初壓運行自動控制方法。

背景技術(shù)：

隨著我國熱電聯(lián)產(chǎn)事業(yè)的發(fā)展，供熱機組逐漸向大型化發(fā)展，當前容量300MW的供熱機組已經(jīng)成為主力，部分容量600MW超臨界機組經(jīng)改0造后也開始進行供熱，供熱能力和經(jīng)濟性隨之大幅提高，代表了當今集中供熱的發(fā)展方向。但大型供熱機組由于結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的復雜性，出現(xiàn)了一些如供熱系統(tǒng)的安全性、機組運行方式以及重要輔機運行經(jīng)濟性等新的問題，尤其以滑壓運行方式不合理最為突出，即供熱機組基本仍沿用原純凝工況滑壓運行方式。由于機組長時間偏離經(jīng)濟初壓運行，煤耗上升，同時伴隨負荷響應速率下降，而且有可能出現(xiàn)汽輪機組振動、輔助設備運行安全隱患等，嚴重影響機組運行安全性和經(jīng)濟性。

目前關(guān)于機組滑壓運行優(yōu)化的研究技術(shù)已經(jīng)較為成熟，但研究范圍只局限于純凝工況，這主要存在以下原因：(1)供熱量受熱用戶需求所限，同時要考慮汽輪機組運行安全，供熱量調(diào)整范圍較窄；(2)供熱蒸汽量不易測量，現(xiàn)場常以測量疏水流量為依據(jù)，而大部分電廠流量測量裝置穩(wěn)定性較差、精度偏低，定量分析較為困難；(3)由于存在功率、主汽流量、供熱量三者參數(shù)的交替影響及變化，常規(guī)的依次改變單一參數(shù)的試驗方法將加大工作量，而系統(tǒng)及其它參數(shù)之間的穩(wěn)定性將影響試驗結(jié)果的準確性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種能自動實現(xiàn)供熱機組全工況下最優(yōu)初壓運行的控制方法。

為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種實現(xiàn)供熱機組最優(yōu)初壓運行的自動控制方法，通過修改協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)實現(xiàn)供熱機組全工況下最優(yōu)初壓自動控制運行；本發(fā)明自動控制方法通過實時背壓和實時供熱量，計算相對基準工況(定基準工況邊界條件為：供熱量為0、設計背壓)的功率變化量，再與原負荷指令進行加法運算后作為最優(yōu)初壓函數(shù)的輸入值(即新負荷指令)，重新計算輸出初壓值。

上述自動控制方法以基準工況為試驗計算起點，分別確定以下三個函數(shù)：最優(yōu)初壓函數(shù)、功率隨背壓變化函數(shù)和功率隨供熱量變化函數(shù)，利用功率隨背壓變化函數(shù)和功率隨供熱量變化函數(shù)，通過輸入實時背壓值和實時供熱量計算各自相對基準工況的功率變化量，從而輸出作為最優(yōu)初壓函數(shù)的修正功率(即新負荷指令)，最后輸出與之對應的初壓值。

其中，最優(yōu)初壓函數(shù)的具體確定方法為：維持系統(tǒng)及參數(shù)邊界條件不變，進行定負荷下的變主汽壓力試驗，試驗測試各個調(diào)門開度依次改變時對應的高壓缸效率和循環(huán)熱效率變化趨勢，確定最經(jīng)濟閥位函數(shù)；在此基礎(chǔ)上，聯(lián)合負荷尋優(yōu)方法，以汽輪機熱耗率最小為原則，在調(diào)峰負荷范圍內(nèi)尋找最經(jīng)濟主蒸汽壓力。

功率隨背壓變化函數(shù)的確定方法為：維持系統(tǒng)及參數(shù)邊界條件不變，通過人為調(diào)整真空系統(tǒng)運行環(huán)境而逐步改變背壓值，試驗測試至少5個背壓點對應的功率值，依次計算功率變化量。

功率隨供熱量變化函數(shù)的確定方法為：維持系統(tǒng)及參數(shù)邊界條件不變，根據(jù)熱用戶需求范圍確定至少5個供熱量(如0、100t/h、200t/h、300t/h、400t/h)，分別進行各個供熱量下負荷隨主汽流量變化試驗，從而得出功率、主汽流量、供熱量三者之間的若干個曲線簇，并依次計算供熱量變化范圍內(nèi)所對應基準純凝工況下的功率變化量。當采用多路供熱來源時，分別針對各路供熱，依次采用上述方法，確定功率隨各路供熱量變化函數(shù)。

本發(fā)明自動控制方法通過增加功率控制加法模塊1輸出背壓偏離基準設計值的功率變化量，以及增加功率控制加法模塊2輸出供熱量偏離基準純凝工況下的功率變化量，兩者的輸出量與LDC輸出負荷指令經(jīng)加法運算后作為新負荷指令參與初壓控制。

具體地，功率控制加法模塊1中包含實際背壓偏離設計值折算功率變化量函數(shù)(即功率隨背壓變化函數(shù))，函數(shù)表達式：該函數(shù)物理意義是指相對于同邊界條件下的基準工況，背壓偏離設計值所對應的功率變化量。

功率控制加法模塊2中包含供熱量相對同邊界條件下的純凝工況折算功率變化量函數(shù)(即功率隨供熱量變化函數(shù))，函數(shù)表達式：ΔNG_(G)＝f(G)，該函數(shù)物理意義是指相對于同邊界條件下的基準工況，不同的供熱量所對應的功率變化量，如果供熱來源多路G₁、G₂、......、G_n，則每路供熱各自對應供熱量折算功率變化量函數(shù)

本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點：在借助性能試驗手段(ASME標準)確定的最優(yōu)初壓函數(shù)、實際功率隨背壓變化函數(shù)和實際功率隨供熱量變化函數(shù)的基礎(chǔ)上，在原有的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)——主汽壓力設定值邏輯頁內(nèi)增加功率控制加法模塊1、2，模塊中包含函數(shù)、ΔN_(G)，進行功率邏輯加法運算后作為最優(yōu)初壓函數(shù)的功率輸入值，重新計算輸出初壓值。由此不僅可以實現(xiàn)供熱機組全工況下最優(yōu)初壓自動控制運行，在環(huán)境溫度自然變化、熱用戶需求改變等不可抗拒的外界條件下，能保證機組自動維持經(jīng)濟效率點附近運行，由于僅涉及現(xiàn)場性能試驗費用，投資成本很低，對采暖供熱、工業(yè)供熱以及兩者都兼有的機組將帶來極其可觀的經(jīng)濟和環(huán)保效益，具有廣泛的推廣作用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明自動控制方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明供熱機組最優(yōu)初壓運行自動控制模型圖；

圖3為本發(fā)明實施例中供熱機組基于配汽特性的流量特性試驗研究結(jié)論；

圖4為本發(fā)明實施例中供熱機組純凝工況最優(yōu)初壓試驗研究結(jié)論；

圖5為本發(fā)明實施例中供熱機組變背壓試驗研究結(jié)論；

圖6為本發(fā)明實施例中供熱機組變供熱量試驗研究結(jié)論。

圖3中，a為各調(diào)門開度隨總指令變化曲線，b為主要因素對熱耗率影響量隨總指令變化曲線。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。

如圖2所示，本發(fā)明在原有的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中增加功率控制加法模塊1、2，設置在主汽壓力設定值邏輯頁內(nèi)，功率控制加法模塊1、2的輸出值與LDC負荷指令給定值經(jīng)加法運算后作為新負荷指令參與初壓控制。

按ASME試驗標準要求，以校驗合格的ASME長徑流量噴嘴測量的凝結(jié)水流量作為主流量計算基準，對某廠供熱機組(300MW亞臨界)進行以下試驗，詳細試驗流程如圖1所示。

具體試驗標準為：ASME PTC6.0-2004；主流量：ASME噴嘴測量凝結(jié)水流量；系統(tǒng)隔離：系統(tǒng)及設備運行正常，不排污、不補水，不和外界串汽、串水等；運行條件：運行參數(shù)盡可能調(diào)整至設定值并穩(wěn)定，各試驗負荷點功率維持恒定；儀表條件：試驗儀表經(jīng)校驗合格，測量位置負荷標準要求，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)正常工作。

具體控制流程如下：

(1)滑壓運行優(yōu)化試驗：

大型汽輪發(fā)電機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中預設定了一條主蒸汽壓力隨負荷變化的曲線，這條曲線設計上拐點對應負荷較高(一般90％THA)，而且由于實際通流面積往往偏大，中低負荷運行時主蒸汽壓力相對較低，降低了朗肯循環(huán)效率，同時機組過早開始滑壓會降低機組負荷響應速度，不利于機組參與調(diào)峰運行。

借助性能試驗手段確定最優(yōu)初壓函數(shù)：維持系統(tǒng)及參數(shù)邊界條件不變，進行定負荷下的變主汽壓力試驗，試驗測試各個調(diào)門開度依次改變時對應的高壓缸效率和循環(huán)熱效率變化趨勢，確定最經(jīng)濟閥位函數(shù)；在此基礎(chǔ)上，聯(lián)合負荷尋優(yōu)方法，以汽輪機熱耗率最小為原則，在調(diào)峰負荷范圍內(nèi)尋找最經(jīng)濟主蒸汽壓力。

結(jié)合圖1，在滑壓運行負荷區(qū)域內(nèi)對頻繁調(diào)節(jié)的調(diào)門1、調(diào)門2、…進行調(diào)門節(jié)流程度測試試驗，通過逐步將各個調(diào)門依次從100％開度至全關(guān)，得出高壓缸效率和循環(huán)熱效率變化趨勢，并由此確定函數(shù)f(GV)(最經(jīng)濟閥位函數(shù))；如圖3(圖中，GV1和GV2兩個調(diào)門同步開啟和關(guān)閉)所示，最經(jīng)濟閥位函數(shù)為：

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

然后以最經(jīng)濟閥位函數(shù)f(GV)為基礎(chǔ)建立初壓優(yōu)化模型，以熱耗率最小為原則，調(diào)峰負荷范圍內(nèi)確定滑壓優(yōu)化函數(shù)(如圖4所示)，尋找最優(yōu)初壓函數(shù)g(N)：

(2)變背壓試驗：

理論上，系統(tǒng)及邊界條件不變的前提下，通過改變背壓值，計算此時功率的變化量，得出功率隨背壓變化函數(shù)試驗過程中，通過改變循環(huán)水流量或人為漏入空氣進凝汽器來改變背壓值，試驗前提要滿足主汽壓力維持不變、調(diào)門保持開度不變，系統(tǒng)和設備盡量維持上一個工況點運行狀態(tài)，計算各個背壓工況點所對應的功率值，并得出功率隨背壓變化曲線。如圖5所示，功率隨背壓變化函數(shù)：

(3)變供熱量試驗：

該項試驗按常規(guī)方法困難較大，主要存在供熱量受熱用戶所限、供熱量不易測量以及各項參數(shù)之間相互耦合等，該發(fā)明提出新的試驗方法：采用維持系統(tǒng)及參數(shù)邊界條件不變，根據(jù)熱用戶需求范圍確定至少5個供熱量(如0、100t/h、200t/h、300t/h、400t/h)，分別進行各個供熱量下負荷隨主汽流量變化試驗，從而得出功率、主汽流量、供熱量三者之間的若干個曲線簇，并依次計算供熱量變化范圍內(nèi)所對應基準純凝工況下的功率變化量。對于供熱來源多路，則依次進行改變供熱量試驗，確定各路供熱量變化所分別對應的功率變化量函數(shù)，如圖6所示：

G₀為主蒸汽流量，420＜G₀＜840(t/h)。

在試驗確定完三條曲線后，根據(jù)圖2所示新增的功率控制加法模塊1、2，和LDC負荷指令輸出模塊進行加法運算后，取代原控制模塊參與初壓設定控制。其中，功率控制加法模塊1中包含功率隨背壓變化函數(shù)，功率控制加法模塊2中包含功率隨供熱量變化函數(shù)，對多路供熱來源，針對各路供熱依次進行試驗，確定各路供熱量變化所分別對應的功率變化函數(shù)求和后得出功率控制加法模塊2中控制函數(shù)。

本實施例中該廠供熱機組(300MW亞臨界)實施該發(fā)明前后煤耗年均下降1.5g/(kW·h)。

以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明的權(quán)利要求，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換。凡在本發(fā)明的方案和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。