一种二次再热机组主再热蒸汽温度协调控制方法与流程

1.本发明属于燃煤发电热工控制技术领域，具体涉及一种二次再热机组主再热蒸汽温度协调控制方法，基于不同调温方式对主再热蒸汽温度的作用机制，选择合理的调温方式，进而提升蒸汽参数的控制水平。本发明可为现役具备再热系统的大型燃煤发电厂采纳使用。


背景技术：

2.在“双碳”目标的引领下，我国正建设以新能源为主体的新型电力系统，燃煤发电将逐渐从电力供应的主体向支撑性、调节性电源转型，更多地为保障新型电力系统运行安全而充当调峰电源。燃煤发电发展中，二次再热是先进的燃煤发电技术，但其受热面多、热惯性大等特点致使其蒸汽温度难以精准控制。随着电网调峰需求的日益增加，亟需优化现存燃煤发电热工控制技术，保障运行安全、实现“节能”、“减污”、“降碳”的发展需求。


技术实现要素：

3.本发明为提升二次再热机组蒸汽温度控制效果提供了一种二次再热机组主再热蒸汽温度协调控制方法，本发明基于调节方式对蒸汽调控作用机制的控制，首先获取调节水燃比、挡板开度等策略对主再热汽温变化方向和幅度；进而，分析每种调节方式对主再热汽温调节方向是同向或者反向；最后，根据机组蒸汽参数实际状态制定选择合适的调节方案。
4.本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
5.一种二次再热机组主再热蒸汽温度协调控制方法，基于不同调节方式对主再热蒸汽温度的作用机制，结合二次再热机组主再热蒸汽温度实际偏差情况制定蒸汽温度协调控制方法；
6.所述二次再热机组的锅炉为π型锅炉，锅炉的尾部具有三个烟道，从左到右依次布置一次低温再热器、二次低温再热器和低温过热器，锅炉尾部烟道出口布置三个挡板，一次低温再热器挡板开度、二次低温再热器挡板开度和低温过热器挡板开度分别用β
rh1
、β
rh2
和β
sh
表示，依次调整一次再热汽温t
rh1
、二次再热汽温t
rh2
、主汽温度t
sh
；二次再热机组在运行时，低温过热器挡板开度β
sh
只与负荷相关，设计为负荷指令的单值函数；，一次低温再热器挡板开度β
rh1
用来调整一次再热汽温t
rh1
和二次再热汽温t
rh2
的平均值与设定值的偏差；二次低温再热器挡板开度β
rh2
分别用来调整一次再热汽温t
rh1
和二次再热汽温t
rh2
之间的偏差；
7.所述不同调节方式包括调整尾部烟气挡板、水燃比，获得各种调节方式对主再热蒸汽温度调整的作用机制；具体包含以下步骤：
8.(一)确定尾部烟气挡板开度变化对主、再热汽温变化的影响
9.二次再热机组运行在额定负荷时，将β
rh1
、β
rh2
和β
sh
开度均设为100％，将此工况设为基本工况；在基本工况下，分别将β
rh1
、β
rh2
和β
sh
依次设为0，并保证二次再热机组其他边界
条件不发生变化，获得t
sh
、t
rh1
、t
rh2
的变化方向，分析调整β
rh1
、β
rh2
和β
sh
对t
sh
、t
rh1
、t
rh2
变化方向的作用机制，即对主再热汽温的同向作用或反向作用；
10.(二)确定水燃比变化对主、再热汽温变化的影响
11.在基本工况下，将水燃比wfr增大5％，并保证二次再热机组其他边界条件不发生变化，获得t
sh
、t
rh1
、t
rh2
的变化方向和作用机制，即水燃比wfr变化对主再热汽温的同向作用或反向作用；
12.所述结合二次再热机组主再热蒸汽温度实际偏差情况制定蒸汽温度协调控制方法，以一、二次再热蒸汽温度平均值t
rh,avg
为基准，判断再热蒸汽温度热力状态；当t
rh,avg
或t
sh
与其各自的设定值存在偏差时，包含以下四种情况：
13.(一)t
rh,avg
和t
sh
均小于设定值；
14.降低喷水量直至为0，若t
rh,avg
和t
sh
已经恢复到设定值范围内，则调整结束；否则减小水燃比，即增加燃料供应量，直至蒸汽温度恢复到设定值范围内；
15.(二)t
rh,avg
和t
sh
均大于设定值；
16.保持再热汽喷水量不变，增加主汽喷水量，并增大水燃比，直至t
rh,avg
和t
sh
恢复到设定值范围内；
17.(三)t
rh,avg
大于设定值、t
sh
小于设定值；
18.逐渐减小大β
rh1
、同时调整β
rh2
，直至蒸汽温度恢复到设定值范围内；若β
rh1
、β
rh2
已经达到调整极限，但t
rh,avg
依然大于设定值、t
sh
依然小于设定值情况，此时通过减小主汽喷水完成；若喷水量已经调整至极限，主汽温度依旧小于设定值，则需要减小水燃比，增加燃料供应量，直至主再热蒸汽温度恢复到设定值范围内；
19.(四)t
rh,avg
小于设定值、t
sh
大于设定值；
20.逐渐增大β
rh1
、同时调整β
rh2
，直至蒸汽温度恢复到设定值范围内；若β
rh1
、β
rh2
已经达到调整极限，但t
rh,avg
依然小于设定值、t
sh
依然大于设定值情况，此时通过增加主汽喷水完成；若喷水量已经达到调整极限，主汽温度依旧大于设定值，则需要增大水燃比，减少燃料供应量，直至主再热蒸汽温度恢复到设定值范围内。
21.本发明针对尾部三烟道锅炉二次再热燃煤发电机组调峰瞬态过程中面临的蒸汽温度波动大、调节效果滞后等安全运行问题，提出了一种考虑调节方式对主再热蒸汽作用机制的协调控制方法。本发明通过研究不同调节方式对主再热蒸汽温度的作用机制，进而结合机组主再热蒸汽温度实际偏差情况制定协调控制方法，最终实现二次再热机组蒸汽温度控制效果提升。本发明的优点如下：
22.(1)本发明从调节方式对调整对象的作用机制出发，结合机组蒸汽温度实际情况，合理制定调控方案，实现了调节目标与调节效果的相统一；
23.(2)本发明在应用过程中，仅需对控制逻辑进行修改，无需额外硬件投入，无投资回收年限限制。
附图说明
24.图1为温度调节方式对主再热蒸汽的作用机制确定。
25.图2为考虑调节方式对蒸汽温度作用机制的控制逻辑。
具体实施方式
26.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.具体实例
28.本实例以尾部三烟道二次再热超超临界燃煤锅炉为控制对象，对其再热蒸汽温度控制策略进行叙述。锅炉尾部包括三个烟道，即低温过热器烟道、一次低温再热器烟道、二次低温再热器烟道，每个烟道出口安装了烟气挡板。挡板开度大小分别用β
rh1
、β
rh2
和β
sh
表示，依次调整一次再热汽温t
rh1
、二次再热汽温t
rh2
、主汽温度t
sh
。机组在运行时，β
sh
只与负荷相关，设计为负荷指令的单值函数；β
rh1
用来调整t
rh1
和t
rh2
的平均值与设定值的偏差；β
rh2
分别用来调整t
rh1
和t
rh2
之间的偏差。
29.实施方案的整体思路如下：首先获取调节水燃比、挡板开度策略对主再热汽温变化方向和幅度；进而，分析每种调节方式对主再热汽温调节方向是同向或者反向；最后，根据机组蒸汽参数实际状态制定选择合适的调节方案。
30.如附图1所示，调整机组运行在额定负荷，将β
rh1
、β
rh2
和β
sh
开度均设为100％，将此工况设为基本工况。调整β
rh1
、β
rh1
和水燃比，获得三类调节方式对主再热蒸汽温度调整的作用机制。
31.进一步，在基本工况下，分别将β
rh1
、β
rh2
和β
sh
依次设为0，并保证机组其他边界条件不发生变化，获得t
sh
、t
rh1
、t
rh2
的变化方向，分析调整β
rh1
、β
rh2
和β
sh
对t
sh
、t
rh1
、t
rh2
变化方向的作用机制，即对主再热汽温的同向作用或反向作用。
32.进一步地，在基本工况下，将水燃比(water fuel ratio，wfr)增大5％，并保证二次再热机组其他边界条件不发生变化，获得t
sh
、t
rh1
、t
rh2
的变化方向和作用机制，即wfr变化对主再热汽温的同向作用或反向作用。
33.如附图2所示，所述结合二次再热机组主再热蒸汽温度实际偏差情况制定蒸汽温度协调控制方法，是以一、二次再热蒸汽温度平均值t
rh,avg
为基准，判断再热蒸汽温度热力状态，以上文所述挡板调节、水燃比调节对蒸汽温度调整的作用机制为判断基础。当t
rh,avg
或t
sh
与其各自的设定值存在偏差时，考虑以下四种情景：
34.情景一：t
rh,avg
和t
sh
均小于设定值；
35.应对方案：降低喷水量直至为0，若t
rh,avg
和t
sh
已经恢复到设定值范围内，则调整结束；否则减小水燃比，即增加燃料供应量，直至蒸汽温度恢复到设定值范围内。
36.情景二：t
rh,avg
和t
sh
均大于设定值；
37.应对方案：保持再热汽喷水量不变，增加主汽喷水量，并增大水燃比，直至t
rh,avg
和t
sh
恢复到设定值范围内。
38.情景三：t
rh,avg
大于设定值、t
sh
小于设定值；
39.应对方案：逐渐减小大β
rh1
、同时调整β
rh2
，直至蒸汽温度恢复到设定值范围内；若β
rh1
、β
rh2
已经达到调整极限，但t
rh,avg
依然大于设定值、t
sh
依然小于设定值情况，此时可通过减小主汽喷水完成；若喷水量已经调整至极限，主汽温度依旧小于设定值，则需要减小水燃比，增加燃料供应量，直至主再热蒸汽温度恢复到设定值范围内。
40.情景四：t
rh,avg
小于设定值、t
sh
大于设定值。
41.应对方案：逐渐增大β
rh1
、同时调整β
rh2
，直至蒸汽温度恢复到设定值范围内；若β
rh1
、β
rh2
已经达到调整极限，但t
rh,avg
依然小于设定值、t
sh
依然大于设定值情况，此时可通过增加主汽喷水完成；若喷水量已经达到调整极限，主汽温度依旧大于设定值，则需要增大水燃比，减少燃料供应量，直至主再热蒸汽温度恢复到设定值范围内。
42.本发明针对尾部三烟道二次再热燃煤机组蒸汽温度难以精准控制问题，提出了一种基于不同调节方式对主再热蒸汽温度调整方向的作用机制，智能选取某单一调节方式或多种调节方式有机组合的调控方案，实现主再热蒸汽温度协调联控的方法。研究锅炉尾部烟气挡板开度变化、水燃比变化、喷水量变化等方式，对主再热蒸汽温度变化方向、范围、响应速度等参数的影响规律；结合主再热蒸汽温度的偏差方向和大小、温度响应速率需求的因素，选取单一调整方式或多种有机组合的调节方式，实现蒸汽温度的快速精准调控。