阅读说明：本技术 660mw超临界机组旁路控制系统及其控制方法 (660MW supercritical unit bypass control system and control method thereof ) 是由 赖艳云 王孟 李斐 钱海龙 王金梁 王涛 于 2020-06-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了660MW超临界机组甩负荷后旁路控制方法,术语火力发电厂自动控制领域,甩负荷后蒸汽通流通道可以无扰切换,蒸汽压力可控。包括1号管道、2号管道、3号管道和4号管道,所述的3号管道的尾端、2号管道的尾端和4号管道的头端三者通过减温减压器相连通,所述的1号管道的尾端与2号管道的头端相连通,所述的1号管道与2号管道间设有支管,所述的支管中设有蒸汽轮机。高旁旁路控制系统自动适应任意负荷下的甩负荷或者FCB工况,避免负荷巨幅波动造成的机组参数急剧变化,满足甩负荷及FCB工况要求,并且安全性高,可靠性好,结构简单。(The invention discloses a 660MW supercritical unit load shedding after-bypass control method, which belongs to the field of automatic control of thermal power plants. Including No. 1 pipeline, No. 2 pipeline, No. 3 pipeline and No. 4 pipeline, the tail end of No. 3 pipeline, the tail end of No. 2 pipeline and the head end three of No. 4 pipeline be linked together through the pressure reducer that subtracts the temperature, the tail end of No. 1 pipeline be linked together with the head end of No. 2 pipeline, No. 1 pipeline and No. 2 pipelines between be equipped with the branch pipe, the branch pipe in be equipped with steam turbine. The high-side bypass control system automatically adapts to load shedding or FCB working conditions under any load, avoids rapid change of unit parameters caused by large fluctuation of the load, meets the requirements of the load shedding and FCB working conditions, and has the advantages of high safety, good reliability and simple structure.)

660MW超临界机组旁路控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种旁路控制系统，尤其是一种660MW超临界机组旁路控制系统及其控制方法。

背景技术

由于超临界机组FCB或者甩负荷时候，机组从外网解列，汽轮机调门关闭。为了维持机组的安全与稳定，避免主蒸汽通道堵塞，需要开启高压旁路，用以通流大量的过热蒸汽，维持整个机组的工质平衡。甩负荷后高压旁路开启的开度大小很关键，开度过大，将损失大部分能量，对于机组恢复正常运行带来经济损失；若开度过小，则蒸汽通道堵塞，影响机组安全性能。高压旁路开启后，需要继续调节压力，避免蒸汽压力大幅度波动，压力设定的目标值以及调节的过程会影响机组安全、经济技术指标以及机组恢复运行的时间，因此，对于甩负荷工况下，高压旁路的控制方式与方法有着非常重要意义。

发明内容

本发明主要是解决现有技术中存在的不足，提供一种能通过对超临界机组高压旁路甩负荷过程响应全程进行监控，并根据对甩负荷前后机组实时工况的监控实时结果对过程中的高压旁路的控制及调整汽过程作出相应的响应，使旁路调节全过程压力可控，让进入旁路通流的蒸汽满足机组工质平衡的要求，安全性高，可靠性好的660MW超临界机组旁路控制系统及其控制方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

660MW超临界机组旁路控制系统，包括1号管道、2号管道、3号管道和4号管道，所述的3号管道的尾端、2号管道的尾端和4号管道的头端三者通过减温减压器相连通，所述的1号管道的尾端与2号管道的头端相连通，所述的1号管道与2号管道间设有支管，所述的支管中设有蒸汽轮机；

所述的3号管道与减温减压器间、2号管道与减温减压器间、蒸汽轮机与支管间分别通过阀门控制；

所述的1号管道、2号管道、3号管道、4号管道、减温减压器、蒸汽轮机和阀门分别通过控制器控制。

作为优选，所述的支管中设有1号阀门，所述的1号阀门与蒸汽轮机间设有1.1号阀门，所述的3号管道中设有3号阀门，所述的3号阀门与减温减压器间设有3.1号阀门，所述的2号管道中设有2号阀门。

作为优选，所述的1号阀门为主阀门，所述的1.1号阀门为主汽调节阀，所述的3号阀门为高压减温水隔离阀，所述的3.1号阀门为高压减温水调节阀，所述的2号阀门为高压旁路阀。

工作原理：过热蒸汽流经1号管道、经1号阀门与1.1号阀门进入汽轮机高压缸，维持汽轮机正常运行。当遇到甩负荷工况时，1号、1.1号阀门快速关闭，过热蒸汽流经2号管道，2号管道与1号管道在汽轮机上方4.5米，机头左侧5米位置处以60度夹角连接，2号管道上设置有2号阀门，蒸汽流经2号管道的流量、蒸汽的压力通过2号阀门进行调节。调节后的蒸汽流经4号管道，进入减温减压器。3号管道与4号管道在2号阀门后3米处以45度角通过减温减压器相连接，3号管道上设置有3号阀门、3.1号阀门，高压给水通过给水泵出口通过3号管道，流经3号阀门，经3.1号阀门调节后，进入减温减压器，对过热蒸汽进行温度调节，减温减压后的蒸汽通过4号管道流向再热器。1号、1.1号、2号、3号、3.1号阀门控制端分别与控制器连接。通过2号阀门开度调节甩负荷后的蒸汽压力，通过3.1号阀门调节蒸汽温度，控制蒸汽通流与实际工况相匹配。

负荷与调节级压力，1.1号阀门后的压力、主蒸汽流量关系如下表1所示：

660MW超临界机组旁路控制系统的控制方法，按以下步骤进行：

控制方法包括甩负荷或者FCB发生时2号阀门阶跃开启开度控制，2号阀门开启的开度是：

通过蒸汽流量计算书、旁路蒸汽焓值、甩负荷期间蒸汽平衡，实现甩负荷期间蒸汽通道的无扰切换，维持机组公职平衡，保持机组整体的稳定；

蒸汽流量平衡关系如公式(1)所述：

Q₁＝Q₂(1)

其中Q₁为甩负荷前1号管道通过的蒸汽流量(t/h)，Q₂为甩负荷后2号管道通过的蒸汽流量(t/h)；Q₁与负荷以及调节级压力的关系如表1所示：Q₁可由调节级压力p₁计算获得,f(p₁)为未经温度修正的主蒸汽流量，如公式(2)所示；

而高压旁路阀后蒸汽流量Q₂(t/h)的数值与2号阀门开启的开度kn(％)，2号阀门前蒸汽温度T₂(K)，由于管道相邻，T₂与主蒸汽温度T₁数值相等，2号阀门前蒸汽压力p₂(MPa)，通过2号阀门蒸汽焓值E(J/kg)通过T₂(K)、p₂(MPa)查询可得，△P为2号阀门前后差压；

根据2号阀门流量计算书有如公式(2)所示的关系：

Q₂＝kn*ΔP*p₂*[507*(0.03*E(T₂,p₂)-18.7)] (3)

当机组正常运行，2号阀门关闭，蒸汽由1号、1.1号阀门进入，维持汽轮机运行；当机组甩负荷时，1号、1.1号阀门瞬间快速关闭，2号阀门快速打开；

为了甩负荷期间机组的安全运行，避免机组出现剧烈波动，同时维持工质平衡，由以上公示(1)(2)(3)可以精确计算出2号阀门甩负荷期间瞬间阶跃开启的开度,如公式(4)所示：

p₁(MPa)为V1.1阀门后蒸汽压力，调节级压力，p₂(MPa)为V2阀门前蒸汽压力，T₁(K)为V2阀门前蒸汽温度，f(p₁)为与调节级压力对应的主蒸汽流量，未经温度修正，蒸汽焓值E(J/kg)通过T₁(K)、p₂(MPa)查询可得，△P为V2阀门前后差压；

为了更精准计算2号阀门开度，对f(p₁)做分段折线函数：

当p₁≤5.8时，f(p₁)＝600；

当5.8<p₁≤7.5时，f(p₁)＝600+(p₁-5.8)*88.23,

当7.5<p₁≤9.43时，f(p₁)＝750+(p₁-7.5)*129.53,

当9.43<p₁≤11.18时，f(p₁)＝1000+(p₁-9.43)*114.28,

当11.18<p₁≤12.52时，f(p₁)＝1200+(p₁-11.18)*111.94,

当12.52<p₁≤13.56时，f(p₁)＝1350+(p₁-12.52)*144.23,

当13.56<p₁≤16.8时，f(p₁)＝1500+(p₁-13.56)*133.93,

当16.8<p₁≤17.64时，f(p₁)＝1800+(p₁-16.8)*119.05,

当17.64<p₁≤18.73时，f(p₁)＝1900+(p₁-17.64)*90.1,

作为优选，控制方法还包括2号阀门的控制目标压力的生成方法，蒸汽压力控制的设定值：

2号阀门阶跃开启至公式(4)计算的开度之后，进入自动控制模式，自动调节主蒸汽压力；锅炉负荷各个稳定点时，测试蒸汽压力，测试完毕取稳定时的均值，作为压力负荷对应的压力目标设定值p₄；p₄数值由锅炉负荷大小决定，是锅炉负荷的相关函数，经一阶惯性环节后作为高压旁路阀压力控制的设定值：

p₄＝f(L)*(1-e^-t/20) (5)

公示(5)中t为时间。

目标压力锅炉负荷试验数据如下表所示：

为了得到更精确的目标压力，对于负荷呈一定线性关系的目标压力p₄进行分段精确计算；计算后的数值作为甩负荷后高压旁路开启后自动控制的目标压力值设定值：

当L≤30时，；p₄＝10.33*(1-e^-t/20)

当30<L≤40时，p₄＝(10.33+0.305*(L-30))*(1-e^-t/20)；

当40<L≤50时，p₄＝(13.38+0.282*(L-40))*(1-e^-t/20)；

当50<L≤60时，p₄＝(16.2+0.273*(L-50))*(1-e^-t/20)；

当60<L≤70时，p₄＝(18.93+0.302*(L-60))*(1-e^-t/20)；

当70<L≤80时，p₄＝(21.95+0.186*(L-70))*(1-e^-t/20)；

当80<L≤90时，p₄＝(23.81+0.019*(L-80))*(1-e^-t/20)；

当90<L≤100时，p₄＝24；

上述压力设定值与实际蒸汽压力的偏差进入2号阀PID控制模块运算，经运算输出指令直接控制高压旁路调节阀开度，控制蒸汽压力与甩负荷或FCB动作后的锅炉燃烧负荷相对应。

本发明能够达到如下效果：

本发明在锅炉甩负荷期间，通过蒸汽流量计算公式和蒸汽平衡原理，利用当前蒸汽温度、压力直接精准计算出高压旁阶跃开启的开度，实现任意工况下甩负荷时机组，蒸汽通流通道准确切换，避免安全阀动作，实现机组工质平衡。投入高压旁路阀自动控制模式，同时根据锅炉燃烧的负荷，自动设定高压旁路阀控制目标值，进行自动调节，使旁路开度与机组燃烧工况相匹配。通过本发明，高旁旁路控制系统自动适应任意负荷下的甩负荷或者FCB工况，避免负荷巨幅波动造成的机组参数急剧变化，满足甩负荷及FCB工况要求，并且安全性高，可靠性好，结构简单。

附图说明

图1是本发明的连接结构示意图；

图2是本发明高压旁路控制的逻辑流程示意图；

图3是本发明低压调节阀控制的逻辑流程示意图；

图4是本发明图2-图3中符号含义的描述图；

图5是本发明的电路原理连接结构示意框图。

图中所示：L1为1号管道，L2为2号管道，L3为3号管道，L4为4号管道，V1为1号阀门，V1.1为1.1号阀门，V2为2号阀门，V3为3号阀门，V3.1为3.1号阀门。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：660MW超临界机组旁路控制系统，参见图1、图5所示，包括过热器、控制器、过热蒸汽流经1号管道、经1号阀门V1与1.1号阀门V1.1进入汽轮机高压缸，维持汽轮机正常运行。当遇到甩负荷工况时，V1、V1.1快速关闭，过热蒸汽流经2号管道，2号管道与1号管道在汽轮机上方4.5米，机头左侧5米位置处以60度夹角连接，2号管道上设置有2号阀门V2，蒸汽流经2号管道的流量、蒸汽的压力通过V2进行调节。调节后的蒸汽流经4号管道，进入减温减压器。3号管道与4号管道在2号阀门后3米处以45度角通过减温减压器相连接，3号管道上设置有3号阀门V3、3.1号阀门V3.1，高压给水通过给水泵出口通过3号管道，流经3号阀门，经V3.1调节后，进入减温减压器，对过热蒸汽进行温度调节，减温减压后的蒸汽通过4号管道流向再热器。V1、V1.1、V2、V3、V3.1控制端分别与控制器连接。通过V2开度调节甩负荷后的蒸汽压力，通过V3.1号调节蒸汽温度，控制蒸汽通流与实际工况相匹配。

旁路控制系统V1、V1.1、V2、V3、V3.1控制端分别与控制器K1连接。

参见图2、图4所示，一种适用于660MW超临界机组甩负荷或者FCB工况下旁路控制系统的控制方法，控制方法包括高压旁路阀V2阶跃开启及压力设定的生成及压力控制过程，V2阶跃开启的开度通过蒸汽压力温度精准计算得到，计算方法如下：

本方案通过对蒸汽流量计算原理、蒸汽平衡、温度压力参数等拟合的方式对V2阶跃开度的进行精准计算分析。

甩负荷后,V1、V1.1关闭，V2开启，蒸汽流量平衡关系如公式(1)所述：

Q₁＝Q₂ (1)

其中Q₁为甩负荷前1号管道通过的蒸汽流量(t/h)，Q₂为甩负荷后2号管道通过的蒸汽流量(t/h)。Q₁与负荷以及调节级压力的关系如表1所示，Q₁可由调节级压力p₁计算获得,f(p₁)为未经温度修正的主蒸汽流量。

式2中Q₁为1号管道蒸汽流量(主蒸汽流量)，T₀为满负荷额定工况下蒸汽温度，T₁为实际蒸汽流量，f(p₁)为不同的调节级压力对应的相应蒸汽流量函数，该数值与调节级压力P₁呈一定的线性关系。

而V2后蒸汽流量Q₂(t/h)的数值与V2开启的开度kn(％)，V2前蒸汽温度T₂(K)，由于管道相邻，T₂与主蒸汽温度T₁数值相等，V2前蒸汽压力p₂(MPa)，通过V2的蒸汽焓值E(J/kg)通过T₂(K)、p₂(MPa)查询可得，△P为2号阀门前后差压。根据V2流量计算书有如公式(2)所示的关系：

Q₂＝kn*ΔP*p₂*[507*(0.03*E(T₂,p₂)-18.7)] (3)

当机组正常运行，V2关闭，蒸汽由V1、V1.1进入汽轮机汽缸，维持汽轮机运行。当机组甩负荷时，V、V1.1瞬间快速关闭，V2、快速打开。为了甩负荷期间机组的安全运行，避免机组出现剧烈波动，同时维持工质平衡，由以上公示(1)(2)(3)可以精确计算出V2甩负荷期间瞬间阶跃开启的开度,如公式(4)所示：

为了更精准计算V2开度，对f(p₁)做分段精细化处理：

当p₁≤5.8时，f(p₁)＝600；

当5.8<p₁≤7.5时，f(p₁)＝600+(p₁-5.8)*88.23,

当7.5<p₁≤9.43时，f(p₁)＝750+(p₁-7.5)*129.53,

当9.43<p₁≤11.18时，f(p₁)＝1000+(p₁-9.43)*114.28,

当11.18<p₁≤12.52时，f(p₁)＝1200+(p₁-11.18)*111.94,

当12.52<p₁≤13.56时，f(p₁)＝1350+(p₁-12.52)*144.23,

当13.56<p₁≤16.8时，f(p₁)＝1500+(p₁-13.56)*133.93,

当16.8<p₁≤17.64时，f(p₁)＝1800+(p₁-16.8)*119.05,

当17.64<p₁≤18.73时，f(p₁)＝1900+(p₁-17.64)*90.1,

V2控制的压力设定值p₄为与锅炉负荷L(％)相关的具有一定线性关系的函数，经一阶惯性环节后形成。

当L≤30时，；p₄＝10.33*(1-e^-t/20)

当30<L≤40时，p₄＝(10.33+0.305*(L-30))*(1-e^-t/20)；

当40<L≤50时，p₄＝(13.38+0.282*(L-40))*(1-e^-t/20)；

当50<L≤60时，p₄＝(16.2+0.273*(L-50))*(1-e^-t/20)；

当60<L≤70时，p₄＝(18.93+0.302*(L-60))*(1-e^-t/20)；

当70<L≤80时，p₄＝(21.95+0.186*(L-70))*(1-e^-t/20)；

当80<L≤90时，p₄＝(23.81+0.019*(L-80))*(1-e^-t/20)；

当90<L≤100时，p₄＝24；

机组甩负荷或FCB发生后，V2阶跃开启至上述开度kn，同时通过控制器K1，自动调节蒸汽压力p₂至目标压力p₄，以适配甩负荷期间锅炉负荷、蒸汽压力的急剧的变化，避免甩负荷或者FCB发生时机组超压、压力剧烈波动，保证了机组的安全。

本实施例通过对机组甩负荷或者FCB发生时，通过当前蒸汽压力、温度精准计算出对高旁阀阶跃开启的开度，最大程度得减少甩负荷或FCB期间机组的压力参数波动。在高压旁路阀开启后，对控制目标设定值进行计算，通过惯性环节加以延时，与实际甩负荷后的锅炉负荷相匹配，保证了甩负荷或FCB发生时给蒸汽压力控制的安全、稳定。该甩负荷工况下的旁路控制方法安全性高，可靠性好，结构简单。

上面结合附图描述了本发明的实施方式，但实现时不受上述实施例限制，本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变化或修改。