一种火电超超临界机组低旁喷水调节阀控制方法及系统

技术领域

本发明属于汽轮机发电技术领域，涉及一种火电超超临界机组低旁喷水调节阀控制方法及系统。

背景技术

目前火电超超临界机组低旁出口排放到凝汽器的蒸汽温度的控制策略，主要是采用低旁出口蒸汽温度作为反馈量，通过PID来控制低旁喷水调节阀的开度从而控制喷水量，进而控制低旁出口排至凝汽器的蒸汽温度。如图3所示。

但是，因为超超临界机组低压旁路阀门出口的蒸汽处于接近饱和或者饱和工况，过热度较低，投入喷水后，低旁出口蒸汽温度的变化速率较缓慢，不能及时与喷水量即喷水调节阀开度达到PID调节的结果，即用低旁出口蒸汽温度直接参与PID调节较难实现阀门开度的闭环控制。在机组实际运行中，经常出现根据PID运算，喷水量对应的阀门开度理论值合适，但实测蒸汽温度值却未跟上，该蒸汽温度值则在PID中继续参与调节，迫使阀门开度进一步加大或减少。如此，造成喷水调节阀不停地开大关小，但低旁出口蒸汽温度却不能稳定调节的情况出现。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种火电超超临界机组低旁喷水调节阀控制方法，该方法通过在低旁喷水阀前设置减温水流量测量装置，采用质量和能量守恒的焓值控制方式，进行PID运算，输出阀位指令，从而控制低旁喷水调节阀阀门开度，实现喷水量的控制，使低旁阀出口蒸汽温度及时调节到排至凝汽器的温度值。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：一种火电超超临界机组低旁喷水调节阀的控制方法，包括以下步骤：

S1、分别获取热再蒸汽压力、低旁阀前的蒸汽压力、温度及减温水流量测量值；

S2、计算出流经低旁阀的蒸汽流量；

S3、据流经低旁阀的蒸汽流量，计算出流经低旁喷水调节阀的减温水流量；

S4、据计算出的流经低旁喷水调节阀减温水流量和阀前设置的流量测量装置测得的实际值来控制低旁喷水调节阀阀门开度。

在S1中，在低旁喷水调节阀入口设置流量测量装置，在热再管道及低旁阀前设置温度测量元件TE热电偶，在低旁阀前设置压力测量元件PT压力变送器。

在S2中，将低旁阀前的进水压力、温度、热再蒸汽压力信号进行滤波处理，然后将滤波后的温度压力信号计算出蒸汽焓值，根据阀门特性曲线、热再蒸汽压力计算出流经低旁阀的蒸汽流量。

在S2中，低旁阀的蒸汽流量计算方法为：蒸汽流量Fd＝kv*kvs*P/(509*K2)，根据阀门曲线查阅kv值，kvs为阀门设计的kv值，P为热再蒸汽压力，K2为中间系数，K2＝0.031*E-18.5，E为阀前蒸汽压力和温度计算出的蒸汽焓值。

在S3中，根据质量守恒-能量守恒的焓值控制方式，流经低旁的蒸汽流量和减温水流量根据能量守恒，等于低旁阀后混合蒸汽流量，从而计算出流经低旁喷水调节阀的减温水流量。

在S3中，能量可以用焓值和质量流量的乘积来表达

Mcw*Hcw+Ms*Hs＝Mo*Ho

其中Mo＝Mcw+Ms，以此推算出：

Mcw＝Ms*(Ho-Hs)/(Hcw-Ho)

其中，Mcw为减温水质量流量，Ms为流经低旁阀的蒸汽质量流量，Hcw为减温水焓值，Hs为流经低旁阀的蒸汽焓值，Ho低旁阀后混合蒸汽焓值，Mo为低旁阀后混合蒸汽质量流量，焓值均根据蒸汽或者水的压力和温度得出。

在S4中，得到低旁喷水调节阀阀门开度指令的具体方法如下：

根据计算出的流经低旁喷水调节阀减温水流量和通过阀前设置的减温水流量测量装置测得实际流量值求差，进行PID运算，输出阀位指令，从而控制低旁喷水调节阀阀门开度，实现喷水量的控制，直至低旁阀出口蒸汽温度符合预设温度。

基于同样的构思，提供一种基于所述火电超超临界机组低旁喷水调节阀的控制方法的系统，包括检测模块、低旁阀蒸汽流量计算模块、减温水流量计算模块、阀门驱动模块；

检测模块：通过一次检测元件分别获取热再蒸汽压力、低旁阀前的蒸汽压力、温度及减温水流量测量值，对其进行信号处理，发送给低旁阀蒸汽流量计算模块；

低旁阀蒸汽流量计算模块：根据检测模块中的压力、温度参数，确定出当前工况下的流经低旁阀的蒸汽流量的理论值，发送给减温水流量计算模块；

减温水流量计算模块，根据流经低旁阀的蒸汽流量的理论值，确定出流经减温水流量的理论需求值，发送给阀门驱动模块；

阀门驱动模块，根据计算出的流经低旁喷水调节阀减温水流量和减温水流量实测值的差值，对低旁喷水调节阀输出阀位指令。

另外，还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如火电超超临界机组低旁喷水调节阀的控制方法的步骤。

同时提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现火电超超临界机组低旁喷水调节阀的控制方法的步骤。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的一种火电超超临界机组低旁喷水调节阀的控制方法，通过在低旁喷水阀前设置减温水流量测量装置，采用质量和能量守恒的焓值控制方式，计算出减温水所需流量，根据当前工况下计算出的低旁喷水调阀减温水量和减温水流量实测值的差值，进行PID运算，对低旁喷水调节阀输出精准的阀门开度指令，从而控制低旁喷水调节阀阀门开度，实现喷水量的及时控制，使低旁阀出口蒸汽温度及时调节到符合排至凝汽器的温度值；本发明所述方法实现了避免调节延迟、同时解决了喷水调节阀的反复启停问题，减少阀门损耗、节约阀门维护、检修、更换成本，增强调节品质。

附录说明

图1为本发明实施例提供的低旁喷水调节阀控制方法整体结构图、阀门驱动模块结构图；

图2为控制方法中的检测模块关于检测元件布置示意图；

图3为现有低旁喷水调节阀开度调节流程示意图。

附图中，1-低旁阀，2-调节阀，3-隔离阀，4-流量测量装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

参阅图1，一种火电超超临界机组低旁喷水调节阀的控制方法，包括以下步骤；

S1、分别获取热再蒸汽压力、低旁阀前的蒸汽压力、温度及减温水流量测量值；

具体的，在低旁喷水调节阀入口设置流量测量装置，在热再管道及低旁阀前设置温度测量元件TE热电偶，在低旁阀前设置压力测量元件PT压力变送器；

S2、计算出流经低旁阀的蒸汽流量；

具体的，将低旁阀前的进水压力、温度、热再蒸汽压力信号进行滤波处理，然后根据滤波后的所述进水温度和压力信号计算出蒸汽焓值。根据阀门特性曲线和热再蒸汽压力计算出流经低旁阀的蒸汽流量；

S3、根据流经低旁阀的蒸汽流量，计算出流经低旁喷水调节阀的减温水流量；

具体的，根据质量守恒-能量守恒的焓值控制方式，流经低旁的蒸汽流量和减温水流量根据能量守恒，等于低旁阀后混合蒸汽流量。从而计算出流经低旁喷水调节阀的减温水流量。

S4、根据计算出的流经低旁喷水调节阀减温水流量和阀前设置的流量测量装置测得的实际值来控制低旁喷水调节阀阀门开度；

具体的，根据计算出的流经低旁喷水调节阀减温水流量和通过阀前设置的减温水流量测量装置测得实际流量值求差，进行PID运算，输出阀位指令，从而控制低旁喷水调节阀阀门开度，实现喷水量的控制，直至低旁阀出口蒸汽温度符合预设温度。

本发明提供的一种火电超超临界机组低旁喷水调节阀的控制方法，通过在低旁喷水阀前设置减温水流量测量装置，采用质量和能量守恒的焓值控制方式，计算出减温水所需流量，根据当前工况下计算出的低旁喷水调阀减温水量和减温水流量实测值的差值，进行PID运算，对低旁喷水调节阀输出精准的阀门开度指令，从而控制低旁喷水调节阀阀门开度，实现喷水量的及时控制，使低旁阀出口蒸汽温度及时调节到符合排至凝汽器的温度值。该方法实现了避免调节延迟、同时解决了喷水调节阀的反复启停问题，减少阀门损耗、节约阀门维护、检修、更换成本，增强调节品质。

基于所述方法的构思，本发明还可以提供一种火电超超临界机组低旁喷水调节阀的系统，包括检测模块、流经低旁阀蒸汽流量计算模块、减温水流量计算模块、阀门驱动模块；

检测模块：通过设置一次检测元件，分别获取热再蒸汽压力、低旁阀前的蒸汽压力、温度及减温水流量测量值，对其进行信号处理，发送给低旁阀蒸汽流量计算模块。

低旁阀蒸汽流量计算模块：根据检测模块中的压力、温度参数，确定出当前工况下的流经低旁阀的蒸汽流量的理论值，发送给减温水流量计算模块。

减温水流量计算模块：根据流经低旁阀的蒸汽流量的理论值，确定出流经减温水流量的理论需求值，发送给阀门驱动模块。

阀门驱动模块：根据计算出的流经低旁喷水调节阀减温水流量和减温水流量实测值的差值，对低旁喷水调节阀输出阀位指令。

参阅图2，检测模块包括各类一次检测元件，如热再温度、热再压力、低旁减温水调节阀前流量测量、压力检测元件。部分再热蒸汽从低旁阀进入低旁管路，从凝结水引入低旁减温水对低旁蒸汽进行冷却；两组低旁管路中，低旁阀1的阀后均设置两处温度检测装置和一处压力检测装置；在低旁减温水喷水管道上沿着介质流向依次设置流量测量装置4、两处压力检测装置、隔离阀3以及调节阀2；其中隔离阀3完全关闭或打开，调节阀用于调节减温水的流量，低旁阀前设置压力和温度检测装置检测热再温度和热再压力。

参阅表1，低旁阀蒸汽流量计算模块，计算方法为：蒸汽流量Fd＝kv*kvs*P/(509*K2)，根据阀门曲线查阅kv值，kvs为阀门设计的kv值，P为热再蒸汽压力，K2为中间系数，K2＝0.031*E-18.5，E为阀前蒸汽压力和温度计算出的蒸汽焓值。根据此计算方法获取当前工况下的低旁阀蒸汽流量值。

表1为根据阀门特性曲线查询得到的阀门kv值列表

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减温水流量计算模块，根据能量守恒定律，流经低旁的蒸汽的能量+减温水的能量＝低旁阀后混合蒸汽的能量。

能量可以用焓值和质量流量的乘积来表达。质量也符合守恒原则，所以可以得到：

Mcw*Hcw+Ms*Hs＝Mo*Ho，

其中Mo＝Mcw+Ms，以此推算出：

Mcw＝Ms*(Ho-Hs)/(Hcw-Ho)

其中，Mcw为减温水质量流量，Ms为流经低旁阀的蒸汽质量流量，Hcw为减温水焓值，Hs为流经低旁阀的蒸汽焓值，Ho低旁阀后混合蒸汽焓值，焓值均可以根据蒸汽或者水的压力和温度得出。Ms和Fd均为流经低旁阀的蒸汽质量流量，只是在各自模块中计算采用的标识符号不同。

再结合低旁阀蒸汽流量计算模块得出的Ms，则可计算出减温水流量Mcw。

参阅图1，阀门驱动模块：根据计算出的流经低旁喷水调节阀减温水流量和减温水流量实测值的差值，进行PID运算，对低旁喷水调节阀输出阀位指令，从而控制低旁喷水调节阀阀门开度，实现喷水量的控制，直至低旁阀出口蒸汽温度符合预设温度。

本发明实例提供的火电超超临界机组低旁喷水调节阀的控制方法，适合于高参数如超、超超临界大型火电机组，温度、压力、流量测量装置等一次元件具有通用性，且能通过各类DCS控制系统组态实现。

本发明火电超超临界机组低旁喷水调节阀控制方法可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本发明火电超超临界机组低旁喷水调节阀控制方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

基于这样的理解，在示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于该计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读存储介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。其中，所述计算机存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或数据存储设备，包括但不限于磁性存储器(例如软盘、硬盘、磁带、磁光盘(MO)等)、光学存储器(例如CD、DVD、BD、HVD等)、以及半导体存储器(例如ROM、EPROM、EEPROM、非易失性存储器(NANDFLASH)、固态硬盘(SSD))等。

在示例性实施例中，还提供计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述火电超超临界机组低旁喷水调节阀控制方法的步骤。处理器可能是中央处理单元(CentralProcessingUnit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignalProcessor、DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-ProgrammableGateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。