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您当前的位置： 一种基于转速修正的锅炉给水泵的再循环阀控制方法与流程
2021-02-26 14:02:21|
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本发明涉及一种基于转速修正的锅炉给水泵的再循环阀控制方法，属于火力发电厂锅炉给水泵自动控制领域。
背景技术：
现代大型火电机组锅炉给水泵为多级离心泵，锅炉给水泵具有压力高、流量大的特点。锅炉给水泵入口为来自前置泵出口的中压给水，前置泵入口连接至除氧器下水管道；给水泵出口管道连接至高压加热器水侧入口管道，为锅炉提供给水；给水泵本身轴功率大，当锅炉给水泵流量低于最小流量时，泵体摩擦的发热量不能被及时带走，使泵内温度升高，最终造成锅炉给水泵的汽蚀。为此，在给水泵出口管道与高压加热器水侧入口管道之间引出管道，连接至再循环阀门组，并最终接回除氧器，此管道及再循环阀门组为锅炉给水泵的在循环系统，用于保护给水泵流量不低于给水泵最小流量；当给水泵低于最小流量运行时，通过再循环系统增加给水泵的入口给水流量，保证给水泵的安全运行；当给水泵流量大于最小流量并有一定余量时，关闭再循环阀，以提高经济性。常规锅炉给水泵再循环系统布置见附图1。
电站锅炉给水泵再循环阀安装在给水泵出口,高压水经逐级减压并排放至与阀门相连接的除氧器。在系统开启和关闭时,阀门应具有良好的密封性,并且没有气蚀和噪声现象，但是在超临界机组中，由于介质压力、温度高、流速高、压差大，使再循环阀经常出现冲蚀、振动噪音等问题，降低了再循环阀的使用寿命，尤其是再循环阀处于小开度、大压差、频繁调整的运行工况时问题尤为突出。
常规的再循环阀控制方法主要有pid调节控制和单函数控制、间隙函数控制。
pid调节方法能够连续控制再循环阀开度，保证给水泵大于最小流量运行，但再循环阀的频繁调整，增加了再循环阀故障率，降低了再循环阀使用寿命；同时，再循环阀的频繁调整，会影响锅炉给水流量，从而影响锅炉给水自动的调整，严重时可能造成给水自动控制发散，影响机组运行安全。
单函数控制方法为设一个单一曲线函数f(x)，由f(x)直接给出给水泵入口流量和再循环阀开度指令的关系。采用该控制方法在机组运行过程中阀门动作频繁，幅度较大，在阀门的开关瞬间会引起给水流量的大幅波动，而流量的波动又影响阀门的动作，既不利于给水泵的安全经济运行，也会使整个给水系统振荡。
间隙函数控制方法基于间隙函数控制再循环阀门开度，相当于给再循环阀的控制特性增加了具有非线性的间隙环节，间隙特性可消除流量测量误差以及给水流量波动对再循环阀控制的影响，避免再循环阀的频繁调整，影响锅炉给水流量，提高了给水系统的稳定性，有利于给水自动控制稳定运行；再循环阀调整次数减少，使阀门的故障率降低。但间隙函数未考虑给水泵转速对给水泵最小流量的影响，在给水泵低转速区域，再循环可能保持比较大的开度，严重影响机组经济性；间隙函数的特征点始终没有一致的计算方法，使间隙函数控制方法实施、参数设置并不理想；未考虑再循环阀流量特性修正及再循环阀最小开度限制，使间隙函数控制方法实际应用效果并不理想。
技术实现要素：
鉴于以上现有技术存在的问题，本发明所要解决的技术问题是提出一种根据给水泵入口流量、给水泵转速，确定给水泵最小流量及再循环阀开度，保持给水泵流量大于最小流量；通过合理的间隙设定、再循环阀流量特性修正、再循环阀最小开度修正、阀门流量系数限速保证再循环阀控制具有良好的经济性，避免再循环阀频繁调整及低于最小开度运行，保证机组安全稳定运行，有效降低再循环阀故障率的基于转速修正的锅炉给水泵的再循环阀控制方法。
为了实现上述目的,本发明采取的技术方案如下：
本发明由开阀二元函数模块f2(n,q)、关阀二元函数模块f1(n,q)、大选模块、小选模块、速率控制模块以及再循环阀流量曲线函数模块f3(xq)组成的控制方法构成。
本发明所述开阀二元函数模块f2(n,q)和关阀二元函数模块f1(n,q)采用以锅炉给水泵入口流量q及给水泵转速n为参数的二元函数，其输出为对应的开阀、关阀再循环阀流量系数。
本发明所述开阀二元函数模块f2(n,q)的参数确定方法采用如下步骤：
步骤一、根据锅炉给水泵厂家性能曲线确定额定转速n0下给水泵最小流量qmin，n0，并确定f2(n,q)顶点an0为f2(n0,qmin，n0)＝90；
步骤二、选取开阀二元函数模块f2(n,q)的开阀斜率为无穷大，确定f2(n,q)的零点bn0为f2(n0,qmin，n0+1/∞)＝0，其中1/∞表示控制系统支持的最小浮点数；
步骤三、根据公式
nmin锅炉给水泵最低可用转速
qmin，nmin给水泵最低可用转速nmin下的给水泵最小流量；
步骤四、选取开阀二元函数模块f2(n,q)的开阀斜率为无穷大，确定f2(n,q)的零点bnmin为f2(nmin,qmin，nmin+1/∞)＝0；
步骤五、根据an0、bn0、anmin、bnmin确定用于设置f2(n,q)函数模块的二维函数表。
本发明所述f2(n,q)函数模块的二维函数表如下：
本发明所述关阀二元函数模块f1(n,q)的参数确定方法采用如下步骤：
步骤一、根据火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程dl-t657-2006，a5.3.1负荷变动试验方法，进行机组负荷变动试验，测取试验过程中给水流量超调量，以此作为对应转速的给水扰动顶部间隙△gsn0；
步骤二、采用稳定流量试验确定给水稳定转速下的流量波动量：试验在锅炉给水泵额定转速、额定流量工况下，锅炉给水泵在meh转速自动控制方式，试验过程中保持给水泵转速目标值为额定转速，采用机组dcs记录的给水泵入口流量qn0，采样频率为200ms，采样持续时间为1min；试验结束后计算试验数据进行标准差，并以计算结果作为稳定顶部间隙△wdn0；
步骤三、根据机组典型运行方式、额定给水流量确定间隙迟缓流量△chn0
△chn0＝qn0×α
qn0：额定给水流量
α：迟缓系数
迟滞系数的选取取决于机组的典型运行方式，选取范围通常为0.1～0.2，带基本负荷机组可选小值，调峰机组应选取大值；
步骤四、根据再循环阀流量特性试验确定再循环流量特性及额定工况再循环流量qzxhn0，根据再循环流量qzxhn0确定再循环底部间隙△zxhn0；
△zxhn0＝qn0×0.1；
步骤五、根据△gsn0、△wdn0、△chn0确定顶点间隙△ukn0
△ukn0＝△gsn0+△wdn0+△chn0；
步骤六、根据△ukn0及qmin，n0确定顶点流量qukmin,n0
qukmin,n0＝qmin,n0+△ukn0；
步骤七、根据qukmin,n0确定f1(n,q)顶点cn0
f1(n0,qukmin,n0)＝90；
步骤八、根据qukmin,n0、△zxhn0及确定零点流量qdkmin,n0
qdkmin,n0＝qukmin,n0+△zxhn0；
步骤九、根据qdkmin,n0确定f1(n,q)的零点dn0
f1(n0,qdkmin,n0)＝0；
步骤十、根据公式
步骤十一、根据公式
步骤十二、根据cn0、dn0、cnmin、dnmin确定用于设置f1(n,q)函数模块的二维函数表。
本发明所述f1(n,q)函数模块的二维函数表如下：
本发明所述再循环阀流量曲线函数模块f3(xq)的确定方法采用如下步骤：
步骤一、再循环阀实际流量曲线的试验，通过试验获得额定给水压力下再循环阀流量q与再循环阀开度x的对应关系，再循环流量q采用以下公式确定：
q＝qin-qgs-qjw
q：再循环阀流量；
qin：给水泵进口流量；
qgs：最终给水流量；
qjw；过热器减温水流量；
步骤二、计算再循环阀流量系数xq：
xq：再循环阀流量系数(0～100)；
qzxhn0：额定工况再循环全开流量；
步骤三、根据试验数据做函数拟合，得到函数f3(xq)，并计算再循环阀流量系数xq从0～100，阶跃量为10的f3(xq)一组数据，[(0，f3(xq)1),(10，f3(xq)2),.....(100，f3(xq)11)]；
步骤四、对数据组进行优化，以实现保证再循环最小开度为f3(xq)2及对应的xq为10：
本发明所述再循环阀流量曲线函数模块f3(xq)的函数表如下：
本发明所述速率控制模块v≯的参数确定方法采用如下步骤：
步骤一、通过再循环调门的开度阶跃试验确定调门调整至流量波动最大值时时间延迟，依次确定再循环阀流量延迟时间tdel；
步骤二、通过公式确定流量系数限速率a，其确定原则为保证再循环阀调整延迟造成的流量影响等于顶点间隙△ukn0流量的50％；
△ukn0为顶点间隙；
tdel为再循环阀流量延迟时间；
a为流量系数限速率；
qzxhn0为额定工况再循环全开流量；
β为再循环流量系数范围(90)。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现基于转速修正的锅炉给水泵的再循环阀控制方法。
本发明积极效果如下：
使用以锅炉给水泵入口流量q及给水泵转速n为参数输入的二元间隙函数，本发明方法能够反映给水泵转速变化对最小流量的影响，保持给水泵大于最下流量运行的同时避免再循环阀开度过大，兼顾给水泵组的安全可靠及经济性。
采用基于无穷大斜率的开阀二元函数模块f2(n,q)，可以有效的减小f2(n,q)对应的零点流量bnmin，挺高再循环控制的经济性。
(1)采用基于给水扰动顶部间隙△gsn0、稳定顶部间隙△wdn0、迟缓流量间隙△chn0、再循环底部间隙△zxhn0等确定关阀二元函数模块f1(n,q)参数的设置，根据机组特性数据确定f1(n,q)参数的设置，增加控制本控制方案的适应性，提升控制方案的稳定性及经济性。
(2)采用再循环阀流量延迟时间tdel、顶点间隙△ukn0、额定工况再循环全开流量qzxhn0、再循环流量系数范围β，依据保证再循环阀调整延迟造成的流量影响等于顶点间隙△ukn0流量的50％原则，确定流量系数限速率a，使再循环阀流量延迟时间造成的流量扰动稳定在间隙函数的间隙中心部位，增加再循环调节的稳定性，减少系统流量波动及小幅调整对再循环开度的调整，提升控制方案的稳定性，降低再循环阀故障率。
(3)采用再循环阀实际流量曲线试验、再循环最小开度优化确保再循环阀流量控制的稳定性，避免再循环阀小于最小开度运行，提高控制稳定性的同时，延长再循环阀的使用时间。
附图说明
附图1为本发明锅炉给水泵再循环系统布置图；
附图2为本发明基于转速修正的锅炉给水泵的再循环阀控制方法sama图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细的叙述。
如附图2所示，本发明基于转速修正的锅炉给水泵的再循环阀控制方法，其由开阀二元函数模块f2(n,q)、关阀二元函数模块f1(n,q)、大选模块、小选模块、速率控制模块以及再循环阀流量曲线函数模块f3(xq)组成的控制方法构成。所述大选模块和小选模块均为常规控制方法。
本发明方法的开阀二元函数模块f2(n,q)和关阀二元函数模块f1(n,q)采用以锅炉给水泵入口流量q及给水泵转速n为参数的二元函数，其输出为对应的开阀、关阀再循环阀流量系数。
本发明方法的开阀二元函数模块f2(n,q)的参数确定方法采用如下步骤：
步骤一、根据锅炉给水泵厂家性能曲线确定额定转速n0下给水泵最小流量qmin，n0，并确定f2(n,q)顶点an0为f2(n0,qmin，n0)＝90；
步骤二、选取开阀二元函数模块f2(n,q)的开阀斜率为无穷大，确定f2(n,q)的零点bn0为f2(n0,qmin，n0+1/∞)＝0，其中1/∞表示控制系统支持的最小浮点数；
步骤三、根据公式
nmin锅炉给水泵最低可用转速
qmin，nmin给水泵最低可用转速nmin下的给水泵最小流量；
步骤四、选取开阀二元函数模块f2(n,q)的开阀斜率为无穷大，确定f2(n,q)的零点bnmin为f2(nmin,qmin，nmin+1/∞)＝0；
步骤五、根据an0、bn0、anmin、bnmin确定用于设置f2(n,q)函数模块的二维函数表；
所述f2(n,q)函数模块的二维函数表如下：
本发明方法的关阀二元函数模块f1(n,q)的参数确定方法采用如下步骤：
步骤一、根据《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程》dl-t657-2006，a5.3.1负荷变动试验方法，进行机组负荷变动试验，测取试验过程中给水流量超调量，以此作为对应转速的给水扰动顶部间隙△gsn0；
步骤二、采用稳定流量试验确定给水稳定转速下的流量波动量：试验在锅炉给水泵额定转速、额定流量工况下，锅炉给水泵在meh转速自动控制方式，试验过程中保持给水泵转速目标值为额定转速，采用机组dcs记录的给水泵入口流量，取中后qn0，采样频率为200ms，采样持续时间为1min；试验结束后计算试验数据进行标准差，并以计算结果作为稳定顶部间隙△wdn0；
步骤三、根据机组典型运行方式、额定给水流量确定间隙迟缓流量△chn0
△chn0＝qn0×α
qn0：额定给水流量
α：迟缓系数
迟滞系数的选取取决于机组的典型运行方式，选取范围通常为0.1～0.2，带基本负荷机组可选小值，调峰机组应选取大值；
步骤四、根据再循环阀流量特性试验确定再循环流量特性及额定工况再循环流量qzxhn0，根据再循环流量qzxhn0确定再循环底部间隙△zxhn0；
△zxhn0＝qn0×0.1
步骤五、根据△gsn0、△wdn0、△chn0确定顶点间隙△ukn0
△ukn0＝△gsn0+△wdn0+△chn0
步骤六、根据△ukn0及qmin，n0确定顶点流量qukmin,n0
qukmin,n0＝qmin,n0+△ukn0
步骤七、根据qukmin,n0确定f1(n,q)顶点cn0；
f1(n0,qukmin,n0)＝90；
步骤八、根据qukmin,n0、△zxhn0及确定零点流量qdkmin,n0
qdkmin,n0＝qukmin,n0+△zxhn0
步骤九、根据qdkmin,n0确定f1(n,q)的零点dn0
f1(n0,qdkmin,n0)＝0
步骤十、根据公式
步骤十一、根据公式
步骤十二、根据cn0、dn0、cnmin、dnmin确定用于设置f1(n,q)函数模块的二维函数表；
所述f1(n,q)函数模块的二维函数表如下：
本发明方法的再循环阀流量曲线函数模块f3(xq)的确定方法采用如下步骤：
步骤一、再循环阀实际流量曲线的试验，通过试验获得额定给水压力下再循环阀流量q与再循环阀开度x的对应关系，再循环流量q采用以下公式确定：
q＝qin-qgs-qjw
q：再循环阀流量；
qin：给水泵进口流量；
qgs：最终给水流量；
qjw；过热器减温水流量；
步骤二、计算再循环阀流量系数xq：
xq：再循环阀流量系数(0～100)；
qzxhn0：额定工况再循环全开流量；
步骤三根据试验数据做函数拟合，得到函数f3(xq)，并计算再循环阀流量系数xq从0～100，阶跃量为10的f3(xq)一组数据，[(0，f3(xq)1),(10，f3(xq)2),.....(100，f3(xq)11)]，
步骤四、对数据组进行优化，以实现保证再循环最小开度为f3(xq)2及对应的xq为10：
所述再循环阀流量曲线函数模块f3(xq)的函数表如下：
本发明方法的速率控制模块v≯(“v≯”为速率限制模块)的参数确定方法采用如下步骤：
步骤一、通过再循环调门的开度阶跃试验确定调门调整至流量波动最大值时时间延迟，依次确定再循环阀流量延迟时间tdel；
步骤二、通过公式确定流量系数限速率a，其确定原则为保证再循环阀调整延迟造成的流量影响等于顶点间隙△ukn0流量的50％；
△ukn0为顶点间隙；
tdel为再循环阀流量延迟时间；
a为流量系数限速率；
qzxhn0为额定工况再循环全开流量；
β为再循环流量系数范围(90)。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的基于转速修正的锅炉给水泵的再循环阀控制方法。
使用以锅炉给水泵入口流量q及给水泵转速n为参数输入的二元间隙函数，本发明方法能够反映给水泵转速变化对最小流量的影响，保持给水泵大于最下流量运行的同时避免再循环阀开度过大，兼顾给水泵组的安全可靠及经济性。
采用基于无穷大斜率的开阀二元函数模块f2(n,q)，可以有效的减小f2(n,q)对应的零点流量bnmin，挺高再循环控制的经济性。
(1)采用基于给水扰动顶部间隙△gsn0、稳定顶部间隙△wdn0、迟缓流量间隙△chn0、再循环底部间隙△zxhn0等确定关阀二元函数模块f1(n,q)参数的设置，根据机组特性数据确定f1(n,q)参数的设置，增加控制本控制方案的适应性，提升控制方案的稳定性及经济性。
(2)采用再循环阀流量延迟时间tdel、顶点间隙△ukn0、额定工况再循环全开流量qzxhn0、再循环流量系数范围β，依据保证再循环阀调整延迟造成的流量影响等于顶点间隙△ukn0流量的50％原则，确定流量系数限速率a，使再循环阀流量延迟时间造成的流量扰动稳定在间隙函数的间隙中心部位，增加再循环调节的稳定性，减少系统流量波动及小幅调整对再循环开度的调整，提升控制方案的稳定性，降低再循环阀故障率。
(3)采用再循环阀实际流量曲线试验、再循环最小开度优化确保再循环阀流量控制的稳定性，避免再循环阀小于最小开度运行，提高控制稳定性的同时，延长再循环阀的使用时间。
本发明方法通过合理的间隙设定、再循环阀流量特性修正、再循环阀最小开度修正、阀门流量系数限速保证再循环阀控制具有良好的经济性，避免再循环阀频繁调整及低于最小开度运行，保证机组安全稳定运行，有效降低再循环阀故障率。
最后说明的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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