一种基于主蒸汽流量的汽轮机滑压优化的控制方法.pdf

本发明公开了一种基于主蒸汽流量的汽轮机滑压优化的控制方法，包括如下步骤：步骤1，根据主蒸汽流量和蒸汽比容得到主蒸汽流量计算模型；步骤2，进行滑压优化试验，确定不同负荷下的机组最优运行主蒸汽压力；步骤3，机组DCS的滑压控制逻辑根据公式（3）与公式（5）得到的主蒸汽流量和最优主蒸汽压力进行汽轮机滑压优化控制。本发明针对汽轮机滑压运行过程中背压、主再热汽温、供热等因素变化时，影响机组经济性的问题，提出一种基于主蒸汽流量的汽轮机滑压优化的控制方法，使汽轮机在影响因素变化时仍然能够保持最优运行方式，进一步挖掘机组节能潜力。

权利要求书
1.  一种基于主蒸汽流量的汽轮机滑压优化的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1，根据主蒸汽流量和蒸汽比容得到主蒸汽流量计算模型；
验证公式为：
GG0=p12-p22p102-p202pd0νd0pdνd---(1)]]>
式中：G为主蒸汽流量；p为调节级后压力或第一级入口压力；v为调节级后蒸汽比容或第一级入口蒸汽比容；下标0表示已知的额定工况下参数，下标1取调节级后蒸汽参数或第一级入口蒸汽参数，下标2取一段抽汽处蒸汽参数，d为高压缸排汽处蒸汽参数；
所述蒸汽比容采用以下公式得到：
ν=1P(0.461×t+126.1)-0.0097+1.324×10-5×t---(2)]]>
式中：P为过热蒸汽的绝对压力；t为过热蒸汽的温度；
把(2)代入式(1)，得到所述的主蒸汽流量：
G=C×p12-p220.01324×Pd×td-9.7×Pd+0.461×td+126.1---(3)]]>
其中C=G0×pd0νd0p102-p202---(4)]]>
式中：G为主蒸汽流量；P1为调节级后压力或第一级入口压力；P2为一段抽汽压力；Pd为高压缸排汽压力；td为高压缸排汽温度；C为机组系数；
加装符合ASME标准的流量喷嘴，按照ASME标准进行机组额定工况热耗率试验，根据试验实测数据pd0，vd0，p10，p20和流量平衡计算得到的G0，确定机组系数C；
步骤2，进行滑压优化试验，确定不同负荷下的机组最优运行主蒸汽压力； 在每个负荷下，分别记录下修正后热耗率最小工况的主蒸汽压力和主蒸汽流量，将得到的主蒸汽流量及其对应的最优主蒸汽压力数据进行线性拟合可得到以下公式(5)，
Pzq＝C1×G+C2(5)
式中，Pzq为最优主蒸汽压力；G为根据公式(3)计算出的主蒸汽流量；C1、C2为公式系数；
步骤3，机组DCS的滑压控制逻辑根据公式(3)与公式(5)得到的主蒸汽流量和最优主蒸汽压力进行汽轮机滑压优化控制。

2.  根据权利要求1所述的一种基于主蒸汽流量的汽轮机滑压优化的控制方法，其特征在于：所述确定不同负荷下的机组最优运行主蒸汽压力，包括：
在机组通常运行范围内选取多个典型负荷点，在每个负荷下进行汽轮机热效率试验；
在每个负荷下分别选取不同的主蒸汽压力进行热效率对比试验；试验中主机、辅机设备正常投入运行，按照试验标准要求进行汽水系统隔离；滑压优化试验时需要在试验条件接近的情况下进行，每个压力点工况进行28-35min，以修正后热耗率最小为原则来选取机组最优运行主蒸汽压力。

说明书一种基于主蒸汽流量的汽轮机滑压优化的控制方法
技术领域
本发明属于火电厂汽轮机控制领域，具体涉及一种基于主蒸汽流量的汽轮机滑压优化的控制方法。
背景技术
随着国民经济的迅速发展，国内电力需求不断增长。为了提高单机发电量，大容量机组日益增多，开始逐渐替代小容量机组，导致电网容量日渐扩大，峰谷差相应增大。大容量机组也不得不经常参与调峰运行，经常在50％～100％负荷之间作大幅度的变工况运行。为了应对机组变负荷时经济性差的问题，现今大型火电发电机组日常运行过程经常采用复合滑压运行方式。在较高负荷区域和较低负荷区域运行时，机组采用定压运行方式；在中间负荷区域运行时，机组采用滑压运行方式。
目前汽轮机低负荷运行时普遍采用的滑压运行曲线，是以机组负荷为变量，在设计参数(背压、主再热汽温等)下来确定机组的主蒸汽压力。这种滑压控制方式未考虑参数变化和供热量变化对机组效率的影响，简单易行，但是经济性不佳。对于纯凝机组在参数(背压、主再热汽温等)变化较大时，对经济性会有影响，而对于供热机组在机组供热期间也并不适用。因此，随着节能减排的迫切需要，很有必要提出一种更优的滑压控制方式。
最近几年已经有汽机厂家给出基于主蒸汽流量的理论滑压曲线，说明汽机厂家也发现了以前控制方式的局限性，开始寻找更优的控制方式。但是由于目前现场的主蒸汽流量误差较大，厂家目前给出的基于主蒸汽流量的理论滑压曲线很难实际应用。因此，很必要研究适合现场应用的汽轮机主蒸汽流量的滑压 控制方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种精度较高并便于在DCS中实现的基于主蒸汽流量的汽轮机滑压优化的控制方法，该方法考虑了机组参数变化和供热量变化的影响，可以适应不同工况的需求，能进一步提高汽轮机的运行经济性。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于主蒸汽流量的汽轮机滑压优化的控制方法，其中，包括如下步骤：
步骤1，根据主蒸汽流量和蒸汽比容得到主蒸汽流量计算模型；
验证公式为：
GG0=p12-p22p102-p202pd0νd0pdνd---(1)]]>
式中：G为主蒸汽流量；p为调节级后压力或第一级入口压力；v为调节级后蒸汽比容或第一级入口蒸汽比容；下标0表示已知的额定工况下(试验工况)参数，下标1取调节级后蒸汽参数或第一级入口蒸汽参数，下标2取一段抽汽处蒸汽参数，d为高压缸排汽处蒸汽参数；
所述蒸汽比容采用以下公式得到：
ν=1P(0.461×t+126.1)-0.0097+1.324×10-5×t---(2)]]>
式中：P为过热蒸汽的绝对压力；t为过热蒸汽的温度；
把(2)代入式(1)，得到所述的主蒸汽流量：
G=C×p12-p220.01324×Pd×td-9.7×Pd+0.461×td+126.1---(3)]]>
其中C=G0×pd0νd0p102-p202---(4)]]>
式中：G为主蒸汽流量；P1为调节级后压力或第一级入口压力；P2为一段抽汽压力；Pd为高压缸排汽压力；td为高压缸排汽温度；C为机组系数；
加装符合ASME标准的流量喷嘴，按照ASME标准进行机组额定工况热耗率试验，根据试验实测数据pd0，vd0，p10，p20和流量平衡计算得到的G0，确定机组系数C；
步骤2，进行滑压优化试验，确定不同负荷下的机组最优运行主蒸汽压力；在每个负荷下，分别记录下修正后热耗率最小工况的主蒸汽压力和主蒸汽流量，将得到的主蒸汽流量及其对应的最优主蒸汽压力数据进行线性拟合可得到以下公式(5)，
Pzq＝C1×G+C2(5)
式中，Pzq为最优主蒸汽压力；G为根据公式(3)计算出的主蒸汽流量；C1、C2为公式系数；
步骤3，机组DCS的滑压控制逻辑根据公式(3)与公式(5)得到的主蒸汽流量和最优主蒸汽压力进行汽轮机滑压优化控制。
优选的，所述确定不同负荷下的机组最优运行主蒸汽压力，包括：
在机组通常运行范围内选取多个典型负荷点，在每个负荷下进行汽轮机热效率试验；
在每个负荷下分别选取不同的主蒸汽压力进行热效率对比试验；试验中主机、辅机设备正常投入运行，按照试验标准要求进行汽水系统隔离；滑压优化试验时需要在试验条件接近的情况下进行，每个压力点工况进行28-35min，以修正后热耗率最小为原则来选取机组最优运行主蒸汽压力。
优选的，进行机组额定工况热耗率试验时，设置符合ASME标准的流量 喷嘴进行试验。
本发明的有益效果是：
本发明针对汽轮机滑压运行过程中背压、主再热汽温、供热等因素变化时，影响机组滑压运行经济性的问题，提出一种基于主蒸汽流量的汽轮机滑压优化的控制方法，使汽轮机在影响因素变化时仍然能够保持最优运行方式，进一步挖掘机组节能潜力。
本发明考虑了机组参数变化和供热量变化的影响，不仅适用于纯凝机组，也适用于供热机组。本发明可以适应不同工况的需求，能进一步提高汽轮机的运行经济性。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
图2为540MW负荷下滑压试验曲线。
图3为机组的机组滑压优化曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
如图1所示，本发明一种基于主蒸汽流量的汽轮机滑压优化的控制方法，包括如下步骤：
(1)得出主蒸汽流量计算模型；
弗留格尔公式用来描述汽轮机变工况时的流量特性公式有以下两种形式：
GG0=pp0T0T---(1)]]>
GG0=p12-p22p102-p202T10T1---(2)]]>
式中：下标0表示已知的额定工况下(试验工况)参数，下标1表示级组前参数，下标2表示级组后参数；G为主蒸汽流量，单位为t/h；p为调节级后压力或第一级入口压力，单位为MPa；T表示调节级后温度或第一级入口温度，单位为K。
式(1)是由理想气体公式推导得来，理想气体与高压蒸汽的性质有明显差异，所以可借用喷嘴临界流量变工况公式来计算汽轮机的主蒸汽流量，从而得到公式(3)。
GG0=pp0p0ν0pν---(3)]]>
式中：v为调节级后蒸汽比容或第一级入口蒸汽比容，单位为m3/kg。
经过多个试验工况数据验证，大多数工况下，公式(3)主蒸汽流量计算误差的精度较高，但在高加切除工况下公式(2)的误差最小。所以可把公式(2)和公式(3)的优点结合起来得到公式(4)，经过验证公式(4)在各个工况下都有较高的精度。
GG0=p12-p22p102-p202pd0νd0pdνd---(4)]]>
式中：下标1取调节级后蒸汽参数或第一级入口蒸汽参数，下标2取一段抽汽处蒸汽参数，d为高压缸排汽处蒸汽参数。
目前大型汽轮机高压缸内的第1压力级组后基本上都是一段抽汽口，公式(4)把调节级后或第一级入口至一段抽汽口确定为第1压力级组。对于高加 投退、辅汽投退、减温水、供热等因素对第1压力级组后的通流部分变化的影响，均可反映到该级组前后参数的变化上。
由于多数电厂DCS中无法直接根据蒸汽参数计算蒸汽比容，比容计算可用公式(5)进行计算：
ν=1P(0.461×t+126.1)-0.0097+1.324×10-5×t---(5)]]>
式中：P为过热蒸汽的绝对压力，单位为kPa；t为过热蒸汽的温度，单位为℃。
把(5)代入式(4)，整理可得下式：
G=C×p12-p220.01324×Pd×td-9.7×Pd+0.461×td+126.1---(6)]]>
其中C=G0×pd0νd0p102-p202---(7)]]>
式中：G为主蒸汽流量，单位为t/h；P1为调节级后压力或第一级入口压力，单位为MPa；P2为一段抽汽压力，单位为MPa；Pd为高压缸排汽压力，单位为MPa；td为高压缸排汽温度，单位为℃；
公式(6)就是得出的通用汽轮机主蒸汽流量计算公式，而公式(7)C相当于是一个系数(对于每个机组而言该系数是固定的)，由公式(7)可以看出该系数是根据机组额定工况热耗率试验下的相关试验数据计算得出。为了提高主蒸汽流量的计算精度，进行机组额定工况热耗率试验时，应按照ASME标准，加装符合ASME标准的流量喷嘴进行试验。这种方法相当于对主蒸汽流量计算公式(6)的系数进行标定。
(2)滑压运行优化；主蒸汽流量计算公式确定后，进行滑压优化试验，来确定不同负荷下的机组最优运行主蒸汽压力。
在机组通常运行范围内(50％THA～100％THA)选取若干个典型负荷点，在每个负荷下进行汽轮机热效率试验，采用负荷作为试验基准。在每个负荷下分别选取不同的主蒸汽压力(通常为5个压力点)进行热效率对比试验。试验中主机、辅机设备正常投入运行，按照相关试验标准要求进行汽水系统隔离。滑压优化试验时需要在试验条件接近(即蒸汽温度、机组真空及各辅机运行状况变化不大)的情况下进行，每个压力点工况进行30min左右，以修正后热耗率最小为原则来选取机组最优运行主蒸汽压力。
在每个试验负荷下，分别记录下修正后热耗率最小工况的主蒸汽压力和主蒸汽流量，将得到的主蒸汽流量及其对应的最优主蒸汽压力数据进行线性拟合可得到以下公式(8)。
Pzq＝C1×G+C2(8)
式中Pzq为最优主蒸汽压力，单位为MPa；G为根据公式(6)计算出的主蒸汽流量，单位为t/h；C1、C2为公式系数。
(3)把公式(3)与公式(5)得到的主蒸汽流量和最优主蒸汽压力控制模型做入机组DCS的滑压控制逻辑，进行汽轮机滑压优化控制。DCS是分布式控制系统的英文缩写(DistributedControlSystem)，在国内自控行业又称之为集散控制系统。是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。
实施例1：
下面结合图2、图3具体说明本实施方式。
某600MW超临界汽轮机组应用本方法获得主蒸汽流量计算公式和滑压优化曲线的过程为：
在额定负荷600MW下按ASME标准进行汽轮机热耗率试验。根据试验 数据，得出主蒸汽流量计算公式为：
G=1251.089×p12-p220.01324×Pd×td-9.7×Pd+0.461×td+126.1---(9)]]>
式中：G——主蒸汽流量，单位为t/h，0≤G≤2100；
P0——第一级入口压力，单位为MPa，0.1≤P0≤25.5；
P1——一段抽汽压力，单位为MPa，0.1≤P1≤9；
Pd——高压缸排汽压力，单位为MPa，0.1≤Pd≤6；
td——高压缸排汽温度，单位为℃，120≤td≤500；
分别在540MW、480MW、420MW、360MW、300MW负荷下进行滑压优化试验，每个负荷下分别选取5个压力点进行汽轮机热耗率试验，具体工况点见表1。试验时以负荷为基准，试验中主、辅机设备正常投入运行，按照试验标准要求进行了系统隔离。每个负荷下的试验是在试验条件接近(即汽温、背压、各辅机运行状况变化不大)的条件下进行热耗率试验，每个压力点工况进行30分钟左右，分别求得各压力点工况下的修正后热耗率，绘制出相应的滑压试验曲线，图1为540MW负荷下的滑压试验曲线，同样分别在每个负荷下都可绘制出类似的滑压试验曲线。从曲线上查得热耗率最小时对应的压力点即为最优滑压点，并记录相应的主蒸汽流量。
在540MW、480MW、420MW、360MW、300MW负荷下分别得出最优主蒸汽压力和相应的主蒸汽流量后，就可以拟合得出优化后的主蒸汽压力控制公式如下：
Pzq＝1.2827×10-2×G+1.6429(10)
式中Pzq——最优主蒸汽压力，单位为MPa，8.24≤Pzq≤25.89；
相应的可以绘制出机组的滑压运行曲线如图2。
分别将公式(9)和(10)做入DCS组态中，实现主蒸汽流量的计算和滑压优化控制。
表1机组试验工况汇总表

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。