燃機余熱鍋爐汽包水位全程自動控制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種燃機余熱鍋爐汽包水位全程自動控制系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括低壓汽包、中壓汽包、高壓汽包、燃氣輪機、壓氣機、汽輪機高壓缸、汽輪機中壓缸、汽輪機低壓缸、發(fā)電機和凝汽器；通過本發(fā)明的實施，可以根據旁路的關閉狀態(tài)來切換控制方式，保證了汽包水位的全程自動控制，實現(xiàn)了解耦，在機組變動較大時可以快速平穩(wěn)的控制，完全實現(xiàn)了燃機余熱鍋爐汽包水位全程自動控制，滿足機組設計要求。實現(xiàn)解耦，魯棒性好。
【專利說明】燃機余熱鍋爐汽包水位全程自動控制系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種燃機余熱鍋爐汽包水位全程自動控制系統(tǒng)及方法，屬于熱工控制領域。
【背景技術】
[0002]當前，國家提出了建設生態(tài)文明的戰(zhàn)略部署，發(fā)展低碳經濟就成為了我國實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組由于具有發(fā)電效率高，達到60%左右；天然氣燃燒效率高，對環(huán)境污染極?。辉谕葪l件下，單位投資低；調峰性能好，啟停快捷；耗水量少，只是同等容量火電機組的1/3左右，自動化程度高等優(yōu)點，在節(jié)能降耗減排方面具備非常大的優(yōu)勢，燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組發(fā)電獲得大力發(fā)展已經成為定局。進一步提高燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組的自動化程度，進一步改善自動調節(jié)品質，就成為了一個很重要的工作。
[0003]常規(guī)火電機組汽包水位一般采用單沖量和三沖量切換的控制方法實現(xiàn)汽包水位的全程自動控制。一般采用，當負荷小于25%額定負荷時采用單沖量控制，負荷大于25%額定負荷時切換到三沖量控制，從而實現(xiàn)了汽包水位的全程自動控制。大型燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組與常規(guī)的火電機組不同，旁路在機組啟動、升負荷、降負荷、停機過程當中處于全程自動調整狀態(tài)，當旁路閥前壓力高于旁路壓力設定點時，旁路閥開啟，當壓力降低到低于壓力設定點時，旁路閥關閉。在旁路自動調整的過程中，旁路的動作對汽包的水位擾動非常大。

【發(fā)明內容】

[0004]發(fā)明目的:本發(fā)明提供一種燃機余熱鍋爐汽包水位全程自動控制系統(tǒng)及方法，其目的在于解決燃機余熱鍋爐汽包水位在機組運行過程中變化過大的問題，實現(xiàn)汽包水位全程自動控制，提高機組自動化程度，保證機組運行安全。
[0005]技術方案:
一種燃機余熱鍋爐汽包水位全程自動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括低壓汽包、中壓汽包、高壓汽包、燃氣輪機、壓氣機、汽輪機高壓缸、汽輪機中壓缸、汽輪機低壓缸、發(fā)電機和凝汽器；低壓汽包通過管路連接至汽輪機低壓缸和凝汽器；中壓汽包通過管路連接至汽輪機高壓缸、汽輪機中壓缸和凝汽器；高壓汽包通過管路連接至汽輪機高壓缸和凝汽器；燃氣輪機連接壓氣機，汽輪機高壓缸連接汽輪機中壓缸，汽輪機中壓缸與來自低壓汽包管路聯(lián)通后共同接入汽輪機低壓缸，汽輪機低壓缸連接發(fā)電機和凝汽器。
[0006]低壓汽包通過低壓給水調節(jié)門連接至給水管路，中壓汽包通過中壓給水調節(jié)門連接至給水管路，高壓汽包通過高壓給水調節(jié)門連接至給水管路。
[0007]低壓汽包通過低壓旁路調節(jié)閥連接至凝汽器，中壓汽包通過中壓旁路調節(jié)閥連接至凝汽器，高壓汽包通過高壓旁路調節(jié)閥連接至凝汽器。
[0008]低壓給水調節(jié)門、中壓給水調節(jié)門和高壓給水調節(jié)門連接至PID調節(jié)器。[0009]利用上述的燃機余熱鍋爐汽包水位全程自動控制系統(tǒng)所實施的燃機余熱鍋爐汽包水位全程自動控制方法，其特征在于:該方法步驟如下:通過PID調節(jié)器控制打開高壓給水調節(jié)門、中壓給水調節(jié)門和低壓給水調節(jié)門使給水分別進入高壓汽包、中壓汽包和低壓汽包；使高壓汽包內的高壓蒸汽進入汽輪機高壓缸，汽輪機高壓缸的排汽和來自中壓汽包中的蒸汽合并后進入汽輪機中壓缸；將汽輪機中壓缸中的排汽和來自低壓汽包的蒸汽在聯(lián)通管內混合，再將混合后的氣體注入汽輪機低壓缸做功后，將汽輪機低壓缸的排汽輸入到凝汽器。
[0010]當?shù)蛪号月氛{節(jié)閥、中壓旁路調節(jié)閥和高壓旁路調節(jié)閥前壓力高于該旁路壓力設定點時，開啟低壓旁路調節(jié)閥、中壓旁路調節(jié)閥和高壓旁路調節(jié)閥；當壓力降低到低于壓力設定點時，關閉低壓旁路調節(jié)閥、中壓旁路調節(jié)閥和高壓旁路調節(jié)閥。
[0011]在低壓旁路調節(jié)閥、中壓旁路調節(jié)閥和高壓旁路調節(jié)閥調整的過程中，低壓旁路調節(jié)閥、中壓旁路調節(jié)閥和高壓旁路調節(jié)閥的動作對汽包的水位擾動非常大；當機組啟動時，燃機首先并網發(fā)電帶負荷，低壓旁路調節(jié)閥、中壓旁路調節(jié)閥和高壓旁路調節(jié)閥處于全自動調整狀態(tài)，此時汽包水位處于單沖量控制狀態(tài)，當汽輪機符合進汽條件時，汽輪機開始進汽并帶負荷發(fā)電，低壓旁路調節(jié)閥、中壓旁路調節(jié)閥和高壓旁路調節(jié)閥開始關閉過程，在此時汽包水位仍處于單沖量控制狀態(tài)；當?shù)蛪号月氛{節(jié)閥、中壓旁路調節(jié)閥和高壓旁路調節(jié)閥完全處于關閉狀態(tài)并轉入熱備用自動狀態(tài)時，汽包水位控制由單沖量再切換到三沖量控制；單沖量控制采用單PID調節(jié)器控制，三沖量控制采用串級PID調節(jié)器控制，從而實現(xiàn)了汽包水位的全程自動控制。
[0012]優(yōu)點及效果:本發(fā)明是一種燃機余熱鍋爐汽包水位全程自動控制系統(tǒng)及方法，通過本發(fā)明的實施，可以根據旁路的關閉狀態(tài)來切換控制方式，保證了汽包水位的全程自動控制，實現(xiàn)了解耦，在機組變動較大時可以快速平穩(wěn)的控制，完全實現(xiàn)了燃機余熱鍋爐汽包水位全程自動控制，滿足機組設計要求。實現(xiàn)解耦，魯棒性好。
[0013]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1為本發(fā)明主要結構示意圖；
圖2為本發(fā)明的控制原理圖；
圖1中:標注I低壓汽包；2低壓給水調節(jié)門；3中壓汽包；4中壓給水調節(jié)門；5高壓汽包；6高壓給水調節(jié)門；7低壓旁路調節(jié)閥；8中壓旁路調節(jié)閥；9高壓旁路調節(jié)閥；10燃氣輪機；11壓氣機；12汽輪機高壓缸；13汽輪機中壓缸；14汽輪機低壓缸；15發(fā)電機；16凝汽器。
[0014]圖2中:標注17汽包水位信號；18 —階慣性環(huán)節(jié)；19主蒸汽流量；20主蒸汽流量乘法器；21給水流量；22給水流量乘法器；23三沖量串級PID主調節(jié)器；24三沖量串級PID付調節(jié)器；25單沖量PID調節(jié)器；26單沖量和三沖量控制切換器；27汽包水位定值器；28給水調節(jié)門。
[0015]【具體實施方式】:下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的說明:
如圖1所示，本發(fā)明提供一種燃機余熱鍋爐汽包水位全程自動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括低壓汽包1、中壓汽包3、高壓汽包5、燃氣輪機10、壓氣機11、汽輪機高壓缸12、汽輪機中壓缸13、汽輪機低壓缸14、發(fā)電機15和凝汽器16 ;低壓汽包I通過管路連接至汽輪機低壓缸
14和凝汽器16 ;中壓汽包3通過管路連接至汽輪機高壓缸12、汽輪機中壓缸13和凝汽器16 ;高壓汽包5通過管路連接至汽輪機高壓缸12和凝汽器16 ;燃氣輪機10連接壓氣機11，汽輪機高壓缸12連接汽輪機中壓缸13，汽輪機中壓缸13與來自低壓汽包I管路聯(lián)通后共同接入汽輪機低壓缸14，汽輪機低壓缸14連接發(fā)電機15和凝汽器16。
[0016]低壓汽包I通過低壓給水調節(jié)門2連接至給水管路，中壓汽包3通過中壓給水調節(jié)門4連接至給水管路，高壓汽包5通過高壓給水調節(jié)門6連接至給水管路。
[0017]低壓汽包I通過低壓旁路調節(jié)閥7連接至凝汽器16，中壓汽包3通過中壓旁路調節(jié)閥8連接至凝汽器16，高壓汽包5通過高壓旁路調節(jié)閥9連接至凝汽器16。
[0018]低壓給水調節(jié)門2、中壓給水調節(jié)門4和高壓給水調節(jié)門6連接至PID調節(jié)器。
[0019]利用上述的燃機余熱鍋爐汽包水位全程自動控制系統(tǒng)所實施的燃機余熱鍋爐汽包水位全程自動控制方法，該方法步驟如下:通過PID調節(jié)器控制打開高壓給水調節(jié)門6、中壓給水調節(jié)門4和低壓給水調節(jié)門2使給水分別進入高壓汽包5、中壓汽包3和低壓汽包I ;使高壓汽包5內的高壓蒸汽進入汽輪機高壓缸12，汽輪機高壓缸12的排汽和來自中壓汽包3中的蒸汽合并后進入汽輪機中壓缸13 ;將汽輪機中壓缸13中的排汽和來自低壓汽包I的蒸汽在聯(lián)通管內混合，再將混合后的氣體注入汽輪機低壓缸14做功后，將汽輪機低壓缸14的排汽輸入到凝汽器16。
[0020]旁路在機組啟動、帶負荷、停機過程當中處于全程自動調整狀態(tài)。當?shù)蛪号月氛{節(jié)閥7、中壓旁路調節(jié)閥8和高壓旁路調節(jié)閥9前壓力高于該旁路壓力設定點時，開啟低壓旁路調節(jié)閥7、中壓旁路調節(jié)閥8和高壓旁路調節(jié)閥9;當壓力降低到低于壓力設定點時，關閉低壓旁路調節(jié)閥7、中壓旁路調節(jié)閥8和高壓旁路調節(jié)閥9。
[0021]在低壓旁路調節(jié)閥7、中壓旁路調節(jié)閥8和高壓旁路調節(jié)閥9調整的過程中，低壓旁路調節(jié)閥7、中壓旁路調節(jié)閥8和高壓旁路調節(jié)閥9的動作對汽包的水位擾動非常大；當機組啟動時，燃機首先并網發(fā)電帶負荷，低壓旁路調節(jié)閥7、中壓旁路調節(jié)閥8和高壓旁路調節(jié)閥9處于全自動調整狀態(tài)，此時汽包水位處于單沖量控制狀態(tài)，當汽輪機符合進汽條件時，汽輪機開始進汽并帶負荷發(fā)電，低壓旁路調節(jié)閥7、中壓旁路調節(jié)閥8和高壓旁路調節(jié)閥9開始關閉過程，在此時汽包水位仍處于單沖量控制狀態(tài)；當?shù)蛪号月氛{節(jié)閥7、中壓旁路調節(jié)閥8和高壓旁路調節(jié)閥9完全處于關閉狀態(tài)并轉入熱備用自動狀態(tài)時，汽包水位控制由單沖量再切換到三沖量控制；單沖量控制采用單PID調節(jié)器控制，三沖量控制采用串級PID調節(jié)器控制，從而實現(xiàn)了汽包水位的全程自動控制。
[0022]本發(fā)明的汽輪機設計有高、中、低壓旁路系統(tǒng)，容量為100% BMCR。高、中、低壓旁路均為單路布置，高、中、低壓旁路蒸汽分別排入凝汽器。
【權利要求】
1.一種燃機余熱鍋爐汽包水位全程自動控制系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括低壓汽包(I)、中壓汽包(3)、高壓汽包(5)、燃氣輪機(10)、壓氣機(11)、汽輪機高壓缸(12)、汽輪機中壓缸(13)、汽輪機低壓缸(14)、發(fā)電機(15)和凝汽器(16);低壓汽包(I)通過管路連接至汽輪機低壓缸(14)和凝汽器(16);中壓汽包(3)通過管路連接至汽輪機高壓缸(12)、汽輪機中壓缸(13)和凝汽器(16);高壓汽包(5)通過管路連接至汽輪機高壓缸(12)和凝汽器(16);燃氣輪機(10)連接壓氣機(11 )，汽輪機高壓缸(12)連接汽輪機中壓缸(13)，汽輪機中壓缸(13)與來自低壓汽包(I)管路聯(lián)通后共同接入汽輪機低壓缸(14)，汽輪機低壓缸(14)連接發(fā)電機(15)和凝汽器(16)。
2.根據權利要求1所述的燃機余熱鍋爐汽包水位全程自動控制系統(tǒng)，其特征在于:低壓汽包(I)通過低壓給水調節(jié)門(2)連接至給水管路，中壓汽包(3)通過中壓給水調節(jié)門(4)連接至給水管路，高壓汽包(5)通過高壓給水調節(jié)門(6)連接至給水管路。
3.根據權利要求2所述的燃機余熱鍋爐汽包水位全程自動控制系統(tǒng)，其特征在于:低壓汽包(I)通過低壓旁路調節(jié)閥(7)連接至凝汽器(16)，中壓汽包(3)通過中壓旁路調節(jié)閥(8 )連接至凝汽器(16 )，高壓汽包(5 )通過高壓旁路調節(jié)閥(9 )連接至凝汽器(16 )。
4.根據權利要求2所述的燃機余熱鍋爐汽包水位全程自動控制系統(tǒng)，其特征在于:低壓給水調節(jié)門(2)、中壓給水調節(jié)門(4)和高壓給水調節(jié)門(6)連接至PID調節(jié)器。
5.利用權利要求1所述的燃機余熱鍋爐汽包水位全程自動控制系統(tǒng)所實施的燃機余熱鍋爐汽包水位全程自動控制方法，其特征在于:該方法步驟如下:通過PID調節(jié)器控制打開高壓給水調節(jié)門(6)、中壓給水調節(jié)門(4)和低壓給水調節(jié)門(2)使給水分別進入高壓汽包(5)、中壓汽包(3)和低壓汽包(I);使高壓汽包(5)內的高壓蒸汽進入汽輪機高壓缸(12)，汽輪機高壓缸(12)的排汽和來自中壓汽包(3)中的蒸汽合并后進入汽輪機中壓缸(13);將汽輪機中壓缸(13)中的排汽和來自低壓汽包(I)的蒸汽在聯(lián)通管內混合，再將混合后的氣體注入汽輪機低壓缸(14)做功后，將汽輪機低壓缸(14)的排汽輸入到凝汽器(16)。
6.根據權利要求5所述的燃機余熱鍋爐汽包水位全程自動控制方法，其特征在于:當?shù)蛪号月氛{節(jié)閥(7)、中壓旁路調節(jié)閥(8)和高壓旁路調節(jié)閥(9)前壓力高于該旁路壓力設定點時，開啟低壓旁路調節(jié)閥(7)、中壓旁路調節(jié)閥(8)和高壓旁路調節(jié)閥(9);當壓力降低到低于壓力設定點時，關閉低壓旁路調節(jié)閥(7)、中壓旁路調節(jié)閥(8)和高壓旁路調節(jié)閥(9)。
7.根據權利要求6所述的燃機余熱鍋爐汽包水位全程自動控制方法，其特征在于:在低壓旁路調節(jié)閥(7)、中壓旁路調節(jié)閥(8)和高壓旁路調節(jié)閥(9)調整的過程中，低壓旁路調節(jié)閥(7)、中壓旁路調節(jié)閥(8)和高壓旁路調節(jié)閥(9)的動作對汽包的水位擾動非常大；當機組啟動時，燃機首先并網發(fā)電帶負荷，低壓旁路調節(jié)閥(7)、中壓旁路調節(jié)閥(8)和高壓旁路調節(jié)閥(9)處于全自動調整狀態(tài)，此時汽包水位處于單沖量控制狀態(tài)，當汽輪機符合進汽條件時，汽輪機開始進汽并帶負荷發(fā)電，低壓旁路調節(jié)閥(7)、中壓旁路調節(jié)閥(8)和高壓旁路調節(jié)閥(9)開始關閉過程，在此時汽包水位仍處于單沖量控制狀態(tài)；當?shù)蛪号月氛{節(jié)閥(7 )、中壓旁路調節(jié)閥(8 )和高壓旁路調節(jié)閥(9 )完全處于關閉狀態(tài)并轉入熱備用自動狀態(tài)時，汽包水位控制由單沖量再切換到三沖量控制；單沖量控制采用單PID調節(jié)器控制，三沖量控制采用串級PID調節(jié)器控制，從而實現(xiàn)了汽包水位的全程自動控制。
【文檔編號】F22D5/26GK103759247SQ201410042492
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月29日 優(yōu)先權日:2014年1月29日
【發(fā)明者】焦健, 葉振起, 張建志, 孫永斌, 藍澄宇 申請人:國家電網公司, 國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院