一种小型汽轮发电机组主蒸汽压力自动控制方法

技术领域

本发明涉及能源热力技术领域，尤其涉及一种小型汽轮发电机组主蒸汽压力自动控制方法。

背景技术

目前，国内外的大型汽轮机组主蒸汽压基本采取机炉协调控制，即负荷指令信号ΔN同时通过汽轮机、锅炉的主控制器分别对汽轮机、锅炉发出负荷调节指令，调节锅炉的燃烧调节阀μB和汽轮机的调速汽门TB的开度,另外还可根据主蒸汽压PT偏差值的情况对汽轮机、锅炉的主控制器指令进行修正。

但是，对于50MW以下且采用煤气为燃料的小型汽轮发电机组，由于所采用控制器功能的限制无法实现主蒸汽压力的自动控制。尤其是小型汽轮发电机组普遍存在锅炉侧自动化程度较低、煤气调整方式较为粗略的情况，加减煤气大多采用手动调整。在额定工况下，由于受到高炉煤气管网压力等因素的影响，导致锅炉负荷上下波动幅度较大；小型汽轮发电机组常采用滑压运行方式(指汽轮机在不同工况运行时，不仅主蒸汽门是全开的，而且调速汽门也是全开的，这时机组功率的变动是靠汽轮机前主蒸汽压力和温度的改变来实现)，主蒸汽压力超限时需要人工对控制器模拟转速进行调整来保证主蒸汽压力，调整频繁，操作人员劳动强度大。

发明内容

本发明提供了一种小型汽轮发电机组主蒸汽压力自动控制方法，对现有的控制系统进行改进，针对锅炉负荷情况，分别采取主蒸汽定压力闭环PID控制方式或主蒸汽压力分段裕度控制方式，实现小型汽轮发电机组主蒸汽压力的自动控制，并保证系统运行平稳。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种小型汽轮发电机组主蒸汽压力自动控制方法，根据锅炉负荷波动情况，分别采取如下2种控制方式：

1)对于采用余热锅炉的发电机组，采取主蒸汽定压力闭环PID控制方式；

汽轮机主控制器引入汽轮机前主蒸汽压力信号，通过汽轮机主控制器内部的串级控制回路实现汽轮机前主蒸汽压力的自动控制，即采用PID控制方式；具体是：给定主蒸汽压力设定值SV,当实际主蒸汽压力过程值PV偏离SV后，偏差值通过PID调节后产生输出值，控制汽轮机主控制器进行模拟转速的加减，进而通过汽轮机电液调节系统调节调速汽门的开度，从而实现主蒸汽压力的调节；

2)对于采用煤气锅炉的发电机组，采取主蒸汽压力分段裕度控制方式；

将主蒸汽压力按设定压力值分为若干段，按照压力自大到小依次包括压力控制最大值MAX、压力控制高高限HHI、压力控制高限HI、压力控制低限LO、压力控制低低限LLO、压力控制最小值MIN；并且设定压力控制高限HI为额定压力上限，压力控制低限LO为额定压力下限，额定压力上限与额定压力下限之间的压力区间为调节死区，即当主蒸汽压力的实际值在压力控制高限HI与压力控制低限LO之间时不进行调节；当主蒸汽压力超过额定压力范围时，则以设定的调节频率及升速率进行调节，最终将主蒸汽压力调节到额定压力范围内。

当主蒸汽压力高于额定压力上限时，仅在主蒸汽压力上升时进行调节，主蒸汽压力下降时不调节；当主蒸汽压力低于额定压力下限时，仅在主蒸汽压力下降时进行调节，主蒸汽压力上升时不调节；主蒸汽压力与额定压力上限或额定压力下限的偏离值越大，则调整时的升速率越大，作用时间越长。

以设定的调节频率进行调节是指压力值每升高或降低一个设定压力差就调整一次，设定压力差≥0.01MPa。

主蒸汽压力高于额定压力时调节的升速率为1.5～1.7rpm/s，主蒸汽压力低于额定压力时调节的升速率为1.1～1.3rpm/s。

控制方式2)中，当由于锅炉侧压力突然波动造成主蒸汽压力在额定压力范围之外升高，且进行一次调节后主蒸汽压力又回到调节前的状态时，则延时2s以上时间后再进行第2次调节。

控制方式2)中，当调整后主蒸汽压力仍无法回落至设定压力值允许范围内时，汽轮机主控制器将自动退出并通知操作员，进行人为调整。

控制方式2)中，控制系统的汽轮机主控制器及供电电源均采用冗余配置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

对现有的控制系统进行改进，针对锅炉负荷情况，分别采取主蒸汽定压力闭环PID控制方式或主蒸汽压力分段裕度控制方式，实现小型汽轮发电机组主蒸汽压力的自动控制，并保证系统运行平稳。

附图说明

图1是本发明所述采用主蒸汽定压力闭环PID控制方式时控制系统的硬件配置图。

图2是本发明所述采用主蒸汽定压力闭环PID控制方式时控制系统的逻辑框图。

图3是本发明所述采用主蒸汽压力分段裕度控制方式时控制系统的硬件配置图。

图4是本发明所述采用主蒸汽压力分段裕度控制方式时控制系统的逻辑框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

本发明所述一种小型汽轮发电机组主蒸汽压力自动控制方法，根据锅炉负荷波动情况，分别采取如下2种控制方式：

1)如图1、图2所示，对于采用余热锅炉的发电机组(如干熄焦发电机组或烧结发电机组，其锅炉负荷波动小)，采取主蒸汽定压力闭环PID控制方式；

汽轮机主控制器引入汽轮机前主蒸汽压力信号，通过汽轮机主控制器内部的串级控制回路实现汽轮机前主蒸汽压力的自动控制，即采用PID控制方式；具体是：给定主蒸汽压力设定值SV,当实际主蒸汽压力过程值PV偏离SV后，偏差值通过PID调节后产生输出值，控制汽轮机主控制器进行模拟转速的加减，进而通过汽轮机电液调节系统调节调速汽门的开度，从而实现主蒸汽压力的调节；

2)如图3、图4所示，对于采用煤气锅炉的发电机组(其锅炉负荷波动大)，采取主蒸汽压力分段裕度控制方式；

将主蒸汽压力按设定压力值分为若干段，按照压力自大到小依次包括压力控制最大值MAX、压力控制高高限HHI、压力控制高限HI、压力控制低限LO、压力控制低低限LLO、压力控制最小值MIN；并且设定压力控制高限HI为额定压力上限，压力控制低限LO为额定压力下限，额定压力上限与额定压力下限之间的压力区间为调节死区，即当主蒸汽压力的实际值在压力控制高限HI与压力控制低限LO之间时不进行调节；当主蒸汽压力超过额定压力范围时，则以设定的调节频率及升速率进行调节，最终将主蒸汽压力调节到额定压力范围内。

当主蒸汽压力高于额定压力上限时，仅在主蒸汽压力上升时进行调节，主蒸汽压力下降时不调节；当主蒸汽压力低于额定压力下限时，仅在主蒸汽压力下降时进行调节，主蒸汽压力上升时不调节；主蒸汽压力与额定压力上限或额定压力下限的偏离值越大，则调整时的升速率越大，作用时间越长。

以设定的调节频率进行调节是指压力值每升高或降低一个设定压力差就调整一次，设定压力差≥0.01MPa。

主蒸汽压力高于额定压力时调节的升速率为1.5～1.7rpm/s，主蒸汽压力低于额定压力时调节的升速率为1.1～1.3rpm/s。

控制方式2)中，当由于锅炉侧压力突然波动造成主蒸汽压力在额定压力范围之外升高，且进行一次调节后主蒸汽压力又回到调节前的状态时，则延时2s以上时间后再进行第2次调节。

控制方式2)中，当调整后主蒸汽压力仍无法回落至设定压力值允许范围内时，汽轮机主控制器将自动退出并通知操作员，进行人为调整。

控制方式2)中，控制系统的汽轮机主控制器及供电电源均采用冗余配置。

以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

【实施例1】

如图1、图2所示，本实施例中，在余热锅炉供汽的2台干熄焦发电机组和烧结发电机组中，采用第一种控制方式进行改进；原汽轮机主控制器采用美国伍德沃德(WOODWARD)公司生产的505数字调节控制器。

在汽轮机主控制器中引入机前主蒸汽压力信号，通过汽轮机控制器内部的串级控制回路实现机前主蒸汽压力的自动控制，即采取传统的比例积分微分(PID)控制调节方式，给定主蒸汽压力设定值(SV),当实际主蒸汽压力过程值(PV)偏离SV后，偏差值经比例积分微分(PID)调节产生输出，使汽轮机主控制器进行模拟转速的加减，进而通过汽轮机的电液调节系统(DEH)实现调速汽门的开大或关小，实现主蒸汽压力的调节。

如图1所示，控制系统的硬件配置是通过RS485串口转以太网转换器与操作员站HMI进行通讯，从而实现一台操作员站控制两台发电机组。改造后，主蒸汽压力控制在额定范围内，运行平稳。

【实施例2】

如图3、图4所示，本实施例中，某钢铁公司建有两台90吨煤气锅炉，配套两台20MW汽轮发电机组。每台煤气锅炉每小时约燃烧高炉煤气60000m

汽轮机侧采用母管制运行，汽轮机主控制器采用美国伍德沃德(WOODWARD)公司生产的505数字调节控制器。本实施例中，由于锅炉侧的自动化程度较低，煤气的调整也较为粗略，加减煤气均为手动调整。在额定工况下，当受到高炉煤气管网压力等因素影响时，锅炉负荷上下波动范围在8吨左右；汽轮机采取滑压运行方式，主蒸汽压力超限时采用人工对汽轮机主控制器的模拟转速进行调整来保证主蒸汽压力，实际生产过程中调整频繁，操作人员劳动强度大。故需要对现有设备进行改进，实现主蒸汽压力的自动控制。

首先采用本发明所述第一种控制方式进行改进，经过多次试验，发现汽轮机主控制器可以很好的将主蒸汽压力控制在允许范围内，但由于调速汽门频繁调整、锅炉煤气压力波动及锅炉蓄热能力因素的影响，导致锅炉蒸汽流量、水位波动较大，水位波动最大幅度达到±100mm，严重影响机组的安全运行。故决定采用本发明所述第二种控制方式进行改进，即将汽轮机的主蒸汽压力划分成若干区间进行调节，目标是将压力控制在设定的区间范围内。

区间设定如表1所示：

表1

额定压力范围为4.65MPa～4.70MPa。主蒸汽压力调节原则如下：

1)主蒸汽压力大于额定压力上限时，仅在主蒸汽压力上升时调节，主蒸汽压力下降时不调节；主蒸汽压力低于额定压力下限时，仅在主蒸汽压力下降时调节，主蒸汽压力上升时不调节；

2)在额定压力(4.65MPa≤P≤4.70MPa)之间不进行主蒸汽压力调节(即设定调节死区)；

3)当主蒸汽压力超过额定压力时，以主蒸汽压力升高0.01MPa为间隔频率，以不同的升速率及作用时间进行调节；具体如表2所示。

表2

主蒸汽压力突然波动时的检测和调整(举例说明)：

锅炉侧压力突然波动，造成主蒸汽压力从4.7MPa升至4.72MPa，通过调节压力后降到4.71MPa后又重新升到4.72MPa，此时不对压力进行调节；为应对此种情况，增设一定周期(如2s)的延时，在设定周期内发生的压力波动不进行调整，以防止由于压力的突然波动造成过调现象。

本实施例中，控制系统新增一套独立控制器及供电电源，实现协调控制及冗余供电；因为现有汽轮机主控制器为伍德沃德公司生产的505数字调速控制器，所以新增的独立控制器采用了同一公司生产的Flex500B控制器，该独立控制器完全兼容现有的505数字调节控制器。控制系统采用双冗余供电电源，即使一路电源故障，另外一路仍可保证控制系统的正常供电。协调控制系统故障时，两台发电机组保持当前工作状态，即机组不停机，用户可以手动单独调整每台发电机组的主蒸汽压力。独立控制器可以在线更换，不需要机组停机。

在现有的HMI操作员站上增加控制画面，当投入手动控制后，为主蒸汽压力手动控制模式；投入自动控制后，切换为自动控制模式即主蒸汽定压力闭环PID控制方式或主蒸汽压力分段裕度控制方式。当经自动控制调节后主蒸汽压力仍无法回落至额定范围内时，自动退出自动控制模式并通知操作员进行人为调整。

本实施例实施后，主蒸汽压力控制在4.45～4.9MPa区间内，锅炉水位波动范围在±30mm以内，发电机组负荷波动范围在3MW以内，能够满足实际运行要求。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。