一种电站机组0号高加在多工况运行下的分级控制及运行方法与流程

本发明涉及大型火力发电机组技术领域，特别涉及一种电站机组0号高加在多工况运行下的分级控制及运行方法。

背景技术：

0号高加作为目前大型超超临界火电机组的常规配置，在实现高效宽负荷及响应机组快速变负荷方面具有明显的成效。增设0号高加可有效提高火电机组低负荷时的给水温度，使其接近最佳给水温度，进而提高锅炉出口烟温，尽早保证脱硝设备的投运，整体上改善低负荷下机组运行经济性。同时还可通过调整0号高加进汽量或进水流量辅助机组快速变负荷。

以上海汽轮机厂有限公司引进西门子技术制造的超超临界汽轮机为例，其高压缸一般设有补汽阀。常规0号高加的汽侧抽汽是从高压缸5级后抽取，对于设有补汽阀的0号高加抽汽，也可以从补汽阀后引出。而补汽阀的汽源来自于高压主汽，补汽阀开启后，蒸汽直接进入高压缸5级后做功。

目前对于0号高加蒸汽侧的控制，不同的厂出现不同的方法，没有一个明确的控制目标。部分以单纯的控制0号高加进汽调阀后的压力为主，另外一部分则是以控制0号高加出水温度为原则，在控制过程中往往出现顾此失彼，没有综合考虑，在经济性和安全性方面出现矛盾，无法做到有效兼顾。

技术实现要素：

为了解决以上技术问题，本发明的目的在于提供一种电站机组0号高加在多工况运行下的分级控制及运行方法，该方法能适应0号高加在机组多工况下全自动投运，同时对机组运行中的多工况进行模块化区分，达到分级响应、精准控制的目的，使得被调量在最优区间运行，同时面对异常工况可提前预警、准确报警、快速响应，显著提高机组整体的经济性和安全性。

一种电站机组0号高加在多工况运行下的分级控制方法，包括；

(1)明确0号高加的控制目标；

在保证0号高加出水温度达到设计值的前提下，使得0号高加的进汽调阀在25％～45％的最优区间运行，同时一旦出现异常，该控制策略可以提前预警、准确报警、快速响应，保证机组安全；

(2)对0号高加运行的多工况进行模块化划分；

按照机组启动的过程，对多工况运行过程划分为四个阶段，对应为四个投切模式，即初投暖管模式a、低负荷运行模式b，最佳负荷运行模式c和高负荷退出模式d；

(3)为实现对0号高加的最优控制，能使0号高加在异常工况时提前预警、快速响应，对控制过程划分为三级控制，并且控制权限逐级升高；即若二级控制条件触发，则闭锁一级控制；若三级控制条件触发，则直接限制一级控制与二级控制。

所述的初投暖管模式a对应的是汽轮机定速3000r/min至发电机并网初期达15％额定负荷(pe)阶段；

低负荷运行模式b对应机组负荷达15％pe至30％pe阶段；

最佳负荷模式c对应机组负荷达30％pe至75％pe阶段；

高负荷退出模式d对应机组负荷达75％pe至95％pe阶段。

所述的一级控制为自动选择不同模式的最优控制目标：

a.在初投暖管模式a下，最优控制目标是温升率δ，防止0号高加管路在暖管阶段温升过快，同时避免暖管时间过长；

b.在低负荷运行b模式下，最优控制目标是0抽管道的调阀阀位，保证其在最优阀门特性下工作；

c.在最佳负荷运行c模式下,最优控制目标是尽可能将0号高加出口给水温度控制在设计值附近，同时保证0抽管道调节阀开度在25％～45％的最优区间运行。

d.在高负荷退出d模式下,最优控制目标是按照设定速率关闭0抽管道调节阀，退出0号高加。

所述的二级控制为抑制调整：

a.在初投暖管a模式下，当温升率δ达到2.5℃/min时，此时限制0抽管道调阀继续开启；当温升率δ未达到2.5℃/min，设定0抽管道调阀上限为8％，限制暖管过程中调阀继续开启；

b.在低负荷运行b模式下，0抽管道调阀阀位跟随负荷开环控制，并设定上下限，上限设置为40％，下限设置为25％，避免调阀出现过大或过小的开度；

c.在最佳负荷运行c模式下，设定0抽管道调阀阀位上限60％，限制其继续开启；

d.在高负荷退出d模式下，限制0抽管道调阀关闭速率，避免调阀在该负荷段关闭过快或者过慢。

所述的上述a、b、c、d四种任一模式下，若0抽管壁温度t1发出超温预警(＞500℃)、或者发出省煤器汽化预警(该工况的判定条件为：0号高加给水侧压力p3对应的饱和温度与0号高加的出水温度tout差＜35℃)，则直接切除一级控制，即放弃最优目标控制，进入二级控制，抑制当前的控制策略，向保护设备及机组正常运行的方向调节调门开度。

所述的三级控制为超驰控制，三级控制触发后，立即关闭0抽调阀，切除0号高加，在多工况全自动投运时，触发三级控制的条件共有下述四种情况：

一是补汽阀因参与机组一次调频或者因变负荷工况总流量指令突增而开启，以补汽阀阀位反馈＞3％为判定标准；

二是由于补汽阀内漏原因造成0号高加管壁超温至报警值，设定为510℃；

三是高加解列工况触发0号高加超驰切除；

四是省煤器汽化报警，该工况的判定条件是：0号高加给水侧压力p3对应的饱和温度与0号高加的出水温度tout差＜30℃。

一种电站机组0号高加在多工况运行下的分级控制运行方法，包括以下步骤：

a.当机组冲转至3000r/min且负荷未达到15％pe阶段时，投入初投暖管模式a自动，此时控制目标为0抽管道的温升率δ，要求在模式a下温升率δ不大于2.5℃/min，被控对象为0抽管道的调阀开度，并且此模式下调阀上限设为8％，该控制过程是开环控制，只要温升率δ不超限，调阀则按着一定速率开启，直至达上限8％，以保证最快的暖管速率，若调阀开启过程中温升率高于2.5℃/min，则触发二级控制中温升率报警，限制调阀继续开启，当0抽管道温度t1、0号高加进汽管道温度t2及0号高加进汽电动阀前疏水温度t3均大于180℃时，则判定初投暖管模式a完成，完成后调阀保持当前值；

b.当机组负荷大于15％pe且小于30％pe时，自动触发低负荷运行模式b，该阶段控制目标是保证调阀阀位在最优运行区间，并兼顾给水温度的提升，该控制过程同样是开环控制，模式b触发后，调阀阀位由当前值快速开至25％，并随着负荷增加逐步开启至40％；

c.当机组负荷大于30％pe且小于75％pe时，自动触发最佳负荷运行模式c，模式c通过闭环控制将0号高加的给水温升控制到δtψ，即ψ负荷点下的设计给水温升，使0号高加的出水温度达到设计值，最优控制目标是将0号高加的被控量改为给水温差(δtψ)，代替常规的固定0号高加出口给水温度，同时对调节阀的上限进行设定，设定值定为60％，这样一方面可以保证0号高加出水温度最大可能的接近设计温度，另一方面确保调阀在最优区间运行，避免因调阀开的过大造成大量高品质蒸汽低用，降低机组的整体热经济型；

d.当机组负荷继续升至75％以上时，自动触发高负荷退出模式d，该模式下控制为开环控制，即0抽的调阀阀位随着负荷从75％pe升至90％pe逐步关闭，此时控制目标是有序切除0号高加。

本发明的有益效果：

1)明确了0号高加的综合控制目标。

2)提出并定义了三级控制方式。

3)对0号高加的多工况运行区间按照机组启动运行过程划分为abcd四种模式，并设定判定标准。

4)整个控制过程可进行模块化投切，并能全过程自动运行。

5)在0号高加运行的四种模式下，均受到三级控制目标的约束。能够实现全过程分级响应、精准控制，使得被控制量在最优区间运行。

6)一旦出现异常工况可提前预警、快速响应，尽早调整。

7)全过程控制中，明确了保护过程动作的定值。如0抽管道超温报警510℃

补汽阀阀位＞3％超驰保护动作等。

8)全过程控制中，即考虑了被控目标的最优值，如，暖管温升率δ＜2.0℃/min，调节阀阀位25％～40％，给水温升设定值tin+δtψ，又给出了目标控制的边界条件，例如温升率报警，调阀开启至上限，省煤器汽化预警等。兼顾了安全性与经济性，显著提高了机组的整体控制水平。

附图说明

图1为0号高加的常规流程图及控制测点布置图。

其中，1为0抽管道逆止阀，2为0抽管道进汽电动阀，3为0抽管道进汽调节阀，4为0号高加进汽电动阀，5为0号高加进汽电动阀后疏水，6为高压主汽阀，7为高压调节阀，8为高压缸补汽阀，9为前置泵入口电动阀，10为前置泵入口滤网，11为前置泵，12为给水泵入口滤网，13为给水泵，14为给水泵出口电动阀，15为3-2-1列高加，16为外置式蒸汽冷却器，17为0号高加，18为锅炉省煤器集箱，δ为0抽管道的温升率，δtψ为ψ负荷点下的设计给水温升，t1为0抽管道温度，p1为0抽管道压力，t2为0号高加进汽管道温度，p2为0号高加进汽管道压力，t3为0号高加进汽电动阀后疏水温度，tin为0号高加进水温度，tout为0号高加出水温度，p3为锅炉省煤器入口给水压力。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示：按照机组的正常启动要求，首先除氧器中的给水经过前置泵11和给水泵13升压后进入高加，逐级经过3-2-115列高加、外置式蒸汽冷却器16，最后给水进入0号高加与0抽蒸汽进行换热，用以提高0号高加的出水温度tout。0抽蒸汽取自高压缸5级后抽汽口，参数为p1、t1的蒸汽分别经过0抽逆止阀1、0抽电动阀2、0抽管道调节阀3和0号高加进汽电动阀4最终进入0号高加，完成汽水换热。进入0号高加前的蒸汽参数为p2、t2。给水在0号高加完成换热后进入锅炉省煤器集箱，此时给水温度为tout,压力为p3。

当机组冲转至3000r/min且负荷低于15％pe时，0号高加的初投暖管模式a自动投入。此时0抽管道调阀3在自动位，且满足一级控制要求。调阀处于开环控制，在设定的管道温升率δ的约束下(δ＜2.5℃/min)，调阀3逐步开启，当开至8％时触发二级控制响应，限制调阀继续开启。当0抽管道温度t1、0号高加进汽管道温度t2及0号高加进汽电动阀前疏水温度t3均大于180℃时，则判定初投暖管模式a完成，完成后调阀保持当前值。该控制方式可实现在不超过设定的温升率前提下，尽快的完成管道的暖管。

机组并网后随着负荷从15％pe逐步提高到30％pe时，自动触发低负荷运行模式b。此时0抽管道调阀3在自动位，且满足一级控制要求。一级控制要求调阀3阀位由模式a结束后的阀位值快速开至25％，并随着负荷的提升逐步开启至40％。当阀位开启至40％时触发二级控制，此时限制调阀的继续开启。

当机组负荷继续从30％pe升至75％pe时，自动触发最佳负荷运行模式c。同样0抽管道调阀3在自动位，满足一级控制要求。在不同负荷点ψ下，设计的0号高加给水侧温升为δtψ。一级控制中设定0号高加调节阀的目标温度为tin+δtψ,同时对调节阀的上限进行设定，设定值定位60％。一级控制响应后，0抽管道调节阀3将逐步调整，一旦调阀开度达到60％，则触发二级控制，限制该调阀继续开启。这样一方面可以保证0号高加出水温度tout最大可能的接近设计温度，另一方面确保调阀在最优区间运行。另外如果调整过程中，如果出现省煤器汽化预警工况(该工况的判定条件是：0号高加给水侧压力p3对应的饱和温度与0号高加的出水温度tout差小＜35℃)，同样触发二级控制，限制调阀的进一步开启。

随着机组负荷进一步升高，当负荷超过75％pe时，此时触发高负荷退出模式d。同样0抽管道调阀3在自动位，满足一级控制要求。一级控制下调阀阀位3跟踪负荷，处于开环控制。当负荷升至90％pe时，调阀(3)全关。

特别需要强调的是，无论在abcd哪种模式下，自动调整过程中如果出现0抽管壁温度t1发出超温预警(＞500℃)、或者出现省煤器汽化发出预警、或者出现温升率δ达到设定上限值，分级控制策略则直接退出一级控制，进入二级控制，抑制当前的调整策略。

特别需要强调的是，无论在abcd哪种模式下，自动调整过程中如果出现以下四中工况：

a.补汽阀因参与机组一次调频或者因变负荷工况总流量指令突增而开启，补汽阀阀位反馈＞3％。

b.由于补汽阀内漏原因造成0号管壁温度t1超过报警值(＞510℃)。

c.高加解列工况触发。

d.省煤器汽化报警(判定条件是：0号高加给水侧压力p3对应的饱和温度与0号高加的出水温度tout差＜30℃)。

无论以上哪种工况出现，均会触发三级控制。三级控制动作后，0抽管道上的所有阀门超驰快关，切除0号高加进汽。

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