一种间接空冷发电机组冷端背压的实时控制方法与流程

本发明属于工业生产自动化控制
技术领域：
，涉及一种间接空冷发电机组冷端背压的实时控制方法。
背景技术：
：在火力发电或化工企业，在汽轮机内做过功后的蒸汽，需要排入凝汽器凝结成水，再返回到锅炉循环使用。通过循环水把凝汽器的热量带走，使循环水在冷却塔内与冷空气产生热交换，最终把热量释放到大气中，根据冷却塔形式目前主要为间接空冷塔和湿式冷却塔。其中间接空冷系统在我国北方新建机组应用非常普遍，主要由空冷散热器、间冷塔、百叶窗及驱动器组成。汽轮机低压缸排汽出口处的压力叫做汽轮机的背压。机组背压的变化对汽机机组循环热效率有着重要的影响，背压每降低1％，使煤耗增加0.1～0.15％，故控制好机组背压，保证机组在最佳背压下运行，对机组经济性有着重要的意义。由于电厂凝汽式汽轮机运行背压受多方面参数的影响，如凝汽器热负荷、凝汽器运行状况、循环水流量、间冷系统换热效果、环境温度、风速等。最佳经济背压的确定可以通过理论公式进行计算推导，但过程复杂，在实际中无法实时维持最佳经济背压运行。间接空冷汽轮机组背压调整，一般通过改变百叶窗开度，改变工频循环泵高、低转速及增减循环泵运行台数控制循环水流量，达到控制机组背压目的，处于手动、粗略、定性的调整模式。技术实现要素：本发明的目的是提供一种间接空冷发电机组冷端背压的实时控制方法，根据不同工况凝汽器热负荷、主机循环水温度变化及背压对机组功率的影响，利用dcs控制系统进行自动实时调控，实现机组在优化的经济背压下运行，提高火电厂发电机组生产的经济效益。本发明的技术方案是：间接空冷发电机组冷端背压的实时控制方法，利用dcs控制系统，根据不同工况的凝汽器热负荷变化、背压对功率的影响和不同主机循环水流量的功耗，得出不同环境温度下不同负荷对应的最佳经济背压；控制过程如下：⑴确定不同循环水量的功耗：利用主机循环泵的运行综合频率和功耗，得到典型运行方式的综合频率与功耗对应表，通过对综合频率与功耗曲线拟合数学公式，计算循环水泵不同综合频率运行对应的功耗；所述综合频率与主机循环泵功耗关系式为：pb＝a1f2–b1f+c1(1)式中：pb：循环泵功耗，kw；f：循环泵频率，hz；a1、b1、c1为常数项；⑵确定主机循环水流量：主机循环泵频率的变化影响循环水量，根据流量比例公式(2)对主机循环水流量进行计算，计算公式为：q1/q2＝n1/n2(2)式中：q1为工况1流量，m3/s；q2为额定工况流量，m3/s；n1为工况1泵转速，m3/s；n2为额定工况泵转速，m3/s；通过典型频率的流量实测，对计算流量值进行修正得到实际频率流量对应关系；⑶确定凝汽器热负荷：凝汽器热负荷受低压缸通流量、背压、热力系统改变等条件的影响，计算机组不同工况下对应的凝汽器热负荷，根据相关性能试验对凝汽器热负荷修正后拟合公式：qn＝a2x2+b2x+c2(3)式中：qn为凝汽器热负荷，kj/s；x为低压缸进汽流量，kg/s)；a2、b2、c2为常数项；⑷确定凝汽器循环水温升：凝汽器热负荷及循环水量确定后，可以得到凝汽器循环水温升公式：式中：△t：凝汽器循环水温升，℃；g:循环水流量，kg/s；qn：凝汽器热负荷，kj/s；c:水的比热4.187，kj/(kg·℃)；⑸确定凝汽器背压：根据凝汽器循环水入口温度、凝汽器循环水温升(△t)及凝汽器端差(td)，凝汽器汽侧温度的计算式为：tc＝tw1+△t+td(5)式中：tc为凝汽器汽侧温度，℃；tw1为凝汽器循环水入口温度，℃；△t为循环水温升，℃；td为凝汽器端差℃；凝汽器汽侧温度对应的饱和压力，即为凝汽器背压pn；⑹确定背压对机组负荷的影响：根据机组背压负荷特性曲线，机组背压递增时机组功率呈现负增趋势，根据此特性曲线得到机组背压变化范围内任一背压对机组负荷的影响率，并导出背压对机组负荷的影响率公式；⑺确定最佳经济背压及对应的循环水量：通过不同循环水流量对应的背压变化及背压对应的负荷变化率，得到背压变化后机组电功率的增量△pj，背压变化对应的主机循环泵功耗的增量△pb，当△pm＝△pj-△pb为最大时，即为机组最佳经济背压值，对应的循环水流量为最经济循环水流量。式中：△pm为机组电功率增量与主机循环泵功耗增量的差，kw；△pj为背压变化后机组电功率的增量，kw；△pb背压变化对应的主机循环泵功耗的增量，kw。通过上述方法在机组凝汽器循环水温度及负荷变化范围内，确定工况点的最佳经济背压对应的循环水流量。循环泵频率的调整方式为：根据最佳循环水流量确定循环水泵总频率及对各台循环水泵频率，确定“凝汽器循环水进水温度—凝汽器热负荷—主机循环水泵频率”的三维对应关系；根据调节范围固定凝汽器循环水进水温度点，转换为“凝汽器热负荷—主机循环水泵频率”二维关系，在dcs控制系统中进行循环流量的自动实时调整，维持最佳经济背压运行。凝汽器端差td为凝汽器汽侧温度与出水侧出水温度的温度差，体现凝汽器的冷却状况，受凝汽器真空严密性和凝汽器换热面清洁程度影响，凝汽器端差的计算式为：td＝tc-tw2(6)式中：td为凝汽器端差，℃；tc为凝汽器汽侧温度，℃；tw2为出水侧出水温度的温度。依据凝汽器循环水进水温度、凝汽器热负荷确定机组最佳经济背压，通过调整循环水泵综合频率改变循环水流量，使机组维持在最佳经济背压运行。依据凝汽器循环水进水温度、凝汽器热负荷和主机循环水泵综合频率的三维曲线，在dcs控制系统中计算循泵运行的最佳综合频率。按照不同的凝汽器循环水进水温度，确定不同凝汽器热负荷和主机循环水泵综合频率对应关系曲线。间接空冷发电机组主机循环泵的配置为2～10台变频泵并联运行，或2～10工频泵与2～10变频泵并联运行。为了使机组保持在最佳经济背压下运行，依据凝汽器循环水进水温度、凝汽器热负荷，计算出的凝汽器最佳经济背压对应的循环水流量，根据主机循环水流量和主机循环水泵频率关系，绘制出三维曲线图。凝汽器循环水进水温度范围覆盖机组实际运行中的所有温度点。通过把变量凝汽器循环水进水温度固定，将“凝汽器循环水进水温度—凝汽器热负荷—主机循环水泵频率”三维曲线转换为易于实现的“凝汽器热负荷-主机循环水泵频率”二维曲线，实现降维处理。变为不同主机循环水温度下凝汽器热负荷与主机循环水泵综合频率一一对应的关系。将主机循环水泵综合频率分配到每台并列运行的变频主机循环泵，对工频循环泵下发启动、停止指令，使主机循环水流量自动维持在最佳经济背压对应的流量。本发明间接空冷发电机组冷端背压的实时控制方法，通过积累的试验数据与理论的推导相结合，根据不同工况凝汽器热负荷变化、背压对功率的影响和主机循环水流量的功耗，利用dcs控制系统进行自动对主机循环水流量实时调控，实现间接空冷发电机组实时维持冷端最佳经济背压运行，提高了机组生产的经济效益。附图说明图1为本发明间接空冷发电机组冷端背压的实时控制方法的流程示意图；图2为循环泵频率与泵功耗对应关系曲线图；图3为背压对机组负荷的影响曲线图；图4为凝汽器循环水进水温度-凝汽器热负荷-主机循环水泵频率三维曲线；图5为凝汽器循环水进水温度死区间划分图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。本发明保护范围不限于实施例，本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本发明保护的范围。间接空冷发电汽轮机组的主机循环水系统配备并联变频循环水泵，或变频循环泵与工频循环泵并联。当凝汽器热负荷、环境温度一定时，影响机组背压的变量主要是循环水流量。当循环泵功率增加，凝汽器循环水量也增加，汽轮机的背压减小时，汽轮机机组的功率增加。背压变化后机组电功率的增量△pj，循环水流量变化对应的主机循环泵功耗的增量△pb，当△pm＝△pj-△pb为最大时，即为机组最佳经济背压值。式中：△pm为机组电功率增量与主机循环泵功耗增量的差，kw；△pj为背压变化后机组电功率的增量，kw；△pb背压变化对应的主机循环泵功耗的增量，kw。本发明间接空冷发电机组冷端背压的实时控制方法，利用dcs控制系统，根据不同工况的凝汽器热负荷变化、背压对功率的影响和不同主机循环水流量的功耗，得出不同环境温度下不同负荷对应的最佳经济背压。如图1所示，控制过程为：⑴确定不同循环水量的功耗：利用主机循环泵不同频率运行对应的功耗值，得到典型运行频率与功耗对应表，绘制频率与功耗曲线并拟合数学公式，通过公式计算任意频率对应的功耗。表1为两台主机循环水泵(变频泵)的功耗测定值，频率与功耗对应关系曲线由图2所示：表1.主机循环泵的频率与功耗对照表并联运行循环泵频率并联运行循环泵耗能hzkw20a125a230a335a440a545a650a7循环泵频率与功耗关系式为：pb＝a1f2–b1f+c1(1)式中：pb：循环泵功耗，kw；f：循环泵频率，hz；a1、b1、c1为常数项，以三台功率为1250kw并联变频泵为例：a1＝0.6；b1＝46.7；c1＝1255.5；⑵确定主机循环水流量：主机循环泵频率的变化影响循环水量，根据流量比例公式(2)对主机循环水流量进行计算，计算公式为：q1/q2＝n1/n2(2)式中：q1为工况1流量，m3/s；q2为额定工况流量，m3/s；n1为工况1泵转速，m3/s；n2为额定工况泵转速，m3/s；通过典型频率的流量实测，对计算流量值进行修正得到实际频率流量对应关系。⑶确定凝汽器热负荷：凝汽器热负荷受低压缸通流量、背压、热力系统改变等条件的影响，计算机组不同工况下对应的凝汽器热负荷，根据相关性能试验对凝汽器热负荷修正后拟合公式：qn＝a2x2+b2x+c2(3)式中：qn为凝汽器热负荷，kj/s；x为低压缸进汽流量，kg/s)；a2、b2、c2为常数项，以350mw机组为例：a2＝4.8；b2＝2956.1；c2＝73643；⑷确定凝汽器循环水温升；凝汽器热负荷及循环水量确定后，可以得到凝汽器循环水温升公式：式中：△t：凝汽器循环水温升，℃；g:循环水流量，kg/s；qn：凝汽器热负荷，kj/s；c:水的比热4.187，kj/(kg·℃)。⑸确定凝汽器背压；根据凝汽器运行端差，计算凝汽器汽侧温度及对应凝汽器背压；凝汽器汽侧温度的计算式为：tc＝tw1+△t+td(5)式中：tc为凝汽器汽侧温度，℃；tw1为凝汽器循环水入口温度，℃；△t为循环水温升，℃；td为凝汽器端差℃；凝汽器循环水入口温度tw1受环境温度及间冷换热面清洁度影响为实测值。凝汽器端差td为凝汽器汽侧温度与循环水出水温度的差，受凝汽器真空严密性和凝汽器换热面清洁程度影响。凝汽器端差的计算式为：td＝tc-tw2(6)式中：td为凝汽器端差，℃；tc为凝汽器汽侧温度，℃；tw2为出水侧出水温度的温度。凝汽器汽侧温度对应的饱和压力，即为凝汽器背压pn。⑹确定背压对机组负荷的影响；根据机组背压负荷特性，机组背压递增时机组功率呈现负增趋势，如图3所示。根据此特性曲线得到机组背压变化范围内任一背压对机组负荷的影响率，并导出背压对机组负荷的影响率公式。⑺确定最佳经济循环水量；对机组运行中不同的凝汽器循环水入口温度及不同凝汽器热负荷逐一计算出各工况对应的确定最佳循环水量。如表2所示，凝汽器循环水入口温度最低25℃至最高50℃，负荷最低50％额定负荷(175mw)至最高100％额定负荷(350mw),最佳经济背压对应的每台循环水泵频率。表2凝汽器循环水入口温度、负荷、循环泵频率关系表。⑻最佳背压自动调整的方案：根据当前负荷、循环水温度在dcs中确定最佳经济背压，依据最佳经济背压得到最佳循环水流量及对应的综合频率。图4为凝汽器循环水进水温-机组负荷-主机循环水泵综合频率的三维曲线，由综合频率对各台循环泵频率分配，两台变频泵与一台工频泵的频率分配见表3。表3综合频率对各台循环泵频率分配(以两台变频泵与一台工频泵为例)⑼凝汽器循环水进水温度设定变化死区：在机组dcs中对凝汽器循环水进水温度设定变化死区，划分为不同的温度点。如图5所示，当温度处于26℃±0.5℃区间时，划归温度点为26℃。为了防止当温度在两个区间交界处波动，导致频率的频繁调整，将温度设定0.1℃的死区。当温度在交界点温度26.5℃左右波动时，若温度保持上升趋势，温度只有高于26.55℃时才会跳出26℃将温度划归为27℃。若温度保持下降趋势，温度只有低于26.45℃才会跳出27℃将温度划归为26℃。按照上述方法将温度划分为26个温度点。25℃～50℃，每隔1℃划分一个温度点，大于49.45℃划分为50℃点，小于25.65℃划分为25℃。当前第1页12