热网加热器的循环水泵的控制方法、装置和系统
技术领域
本说明书涉及热力发电领域，尤其涉及利用汽轮机为热网加热。
背景技术
目前，随着西气东输工程的完善和国内发电机组节能环保的高要求，我国已经建设一大批“燃气—蒸汽”联合循环电站。其中，以效率较高的“二拖一”机组为主，机组最高容量可达900MW以上。
二拖一机组由两台燃气轮机发电机与一台蒸汽轮机发电机组成，具有多种运行方式。实际上，二拖一机组在运行过程中，经常会进行运行模式的切换。例如，二拖一机组在低负荷运行时，能源利用率不高，经济性低。因此，在供热季初期和末期，二拖一进行需要切换至一拖一模式运行。再比如，可再生清洁能源的发电场接入电网，使得，电能有了更加充足的来源，二拖一机组需要直接参与电网调峰，这需要机组在抽凝模式和背压模式之间进行相互切换。
无论二拖一机组由二拖一模式转为一拖一模式，还是由抽凝模式转为背压模式，在切换的过程中，都会引起机组运行参数的巨大变动，对热网加热器的工作状态造成很大冲击。有些机组在模式切换过程中，热网加热器水位的波动较大，严重者曾导致机组停机。目前电厂的热网加热器水位控制系统不能有效的抑制机组模式切换造成的热网加热器水位波动。
发明内容
本说明书实施方式提供一种热网加热器的循环水泵的控制方法、装置和系统。能够有效保持所述热网加热器的水位稳定。
本说明书实施方式提供一种热网加热器的循环水泵的控制方法，应用于控制计算机，包括：在汽轮机从所述第一工作模式切换至第二工作模式的过程中，采集所述汽轮机的中压缸的排汽压力；其中，所述第一工作模式与所述第二工作模式中，所述中压缸向所述热网加热器提供的蒸汽流量不同；控制所述热网加热器的循环水泵的转速，以使所述汽轮机从所述第一工作模式向所述第二工作模式切换过程中，所述排汽压力趋于目标排汽压力。
本说明书实施方式提供一种热网加热器的循环水泵的控制装置，包括：采集模块，用于在汽轮机从所述第一工作模式切换至第二工作模式的过程中，采集所述汽轮机的中压缸的排汽压力；其中，所述第一工作模式与所述第二工作模式中，所述中压缸向所述热网加热器提供的蒸汽流量不同；控制模块，用于控制所述热网加热器的循环水泵的转速，以使所述汽轮机从所述第一工作模式向所述第二工作模式切换过程中，所述排汽压力趋于目标排汽压力。
本说明书实施方式还提供一种热网发电系统，包括汽轮机、热网加热器、循环水泵、控制计算机；所述汽轮机具有第一工作模式和第二工作模式，其中，所述第一工作模式和所述第二工作模式中，所述汽轮机的中压缸向所述热网加热器提供的蒸汽流量不同；所述循环水泵驱动所述热网加热器中的循环水流量；所述控制计算机控制所述循环水泵的转速，以实现所述汽轮机从所述第一工作模式向所述第二工作模式切换过程中，所述汽轮机的中压缸的排汽压力维持在所述第一工作模式时的排汽压力。
本说明书提供的实施方式中，通过在汽轮机的工作模式切换过程中，以维持中压缸的排汽压力为目标，控制热网循环水泵的转速，进而实现了稳定热网加热器的水位的效果。
附图说明
所包括的附图用来提供对本说明书实施方式的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本说明书的实施方式，并与文字描述一起来阐释本说明书的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。在附图中：
图1为本说明书实施方式提供的汽轮机与热网加热的示意图；
图2为本说明书实施方式提供的热网加热器的循环水泵的控制方法的流程图；
图3为本说明书实施方式提供的控制计算机的工作过程示意图；
图4a～4e为本说明书实施方式提供的热网加热器的循环水泵的控制方法的执行效果与现有技术的对比图；
图5为本说明书实施方式提供的循环水泵的控制装置的模块图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施方式中的附图，对本说明书实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本说明书一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本说明书中的实施方式，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它实施方式，都应当属于本说明书保护的范围。
请参阅图1。汽轮机可以包括中压缸12和低压缸13。在中压缸12和低压缸13之间的驱动轴15上设置有离合器17。
汽轮机处于抽凝模式时，中压缸12排出的蒸汽，一部分经过中低压缸连通管到达低压缸13做功发电。另一部分，通过供热管到达热网加热器19进行供热。
汽轮机处于背压模式时，中压缸12所排蒸汽全部进入热网加热器19进行交换供热。
在中低压缸连通管上设置有通断控制阀21和调节阀23。供热管上设置有供热控制阀25。在汽轮机处于抽凝模式时，通断控制阀21、调节阀23和供热控制阀25均处于打开状态。在汽轮机处于背压模式时，通断控制阀21和调节阀23处于关闭状态，供热控制阀25处于打开状态。
请参阅图2。本说明书实施方式提供一种热网加热器的循环水泵的控制方法。所述控制方法可以应用于控制计算机。所述控制计算机可以生成控制指令，以控制循环水泵的转速。控制计算机可以包括多个必要的电子元件，比如处理器、存储器等。在一些情况下，控制计算机还可以具有显示器和收入装置，以便于工作人员操作。在一些情况下，控制计算机还可以具备网络通信功能。所述热网加热器的循环水泵的控制方法可以包括以下步骤。
步骤S31：在汽轮机从所述第一工作模式切换至第二工作模式的过程中，采集所述汽轮机的中压缸的排汽压力；其中，所述第一工作模式与所述第二工作模式中，所述中压缸向所述热网加热器提供的蒸汽流量不同。
步骤S33：控制所述热网加热器的循环水泵的转速，以使所述汽轮机从所述第一工作模式向所述第二工作模式切换过程中，所述排汽压力趋于目标排汽压力。
汽轮机的工作模式转换会带给热网加热器较大的冲击。发明人经过长期的研究发现，在汽轮机的工作模式切换过程中，给热网加热器带来的冲击，主要源于汽轮机提供给热网加热器的蒸汽流量发生变化，会导致热网加热器的水位波动。所述蒸汽流量可以为中压缸的排汽蒸汽流量。蒸汽流量的变化会与中压缸的排汽压力有较强的关联性。发明人进一步研究发现，通过控制热网加热器中热网循环水流量对中压缸的排气压力有着显著的影响。如此，在汽轮机的工作模式切换过程中，通过控制热网加热器中的热网循环水流量，便可以维持中压缸的排气压力，使得可以一定程度上，在汽轮机的工作模式切换过程中维持热网加热器的水位稳定。
具体的，建立热网换热器水位的热力学动态模型，其形式如下：
其中，Mm内热网加热器中冷却水质量，kg；Mj为热网加热器金属质量，kg；Cpm,Cj,CP分别为热网加热器冷却水比热容，金属比热容，热网加热器循环水比热容，kJ/kg·℃；
进一步的，在正常运行工况下，he、hn可取定值，经化简式(2)与式(3)，得到：
式中，F为换热面积，m2；α0为额定工况下换热系数，kJ/m2·k·s；De0为额定工况下蒸汽流量，kg/s；ts为热网加热器压力下饱和温度，℃；k2,k3,k4为系数。由式(4)可知热网加热器水位与蒸汽流量、疏水流量、热网加热器换热量有关。而由式(5)，热网加热器换热量依然与蒸汽流量相关，所以蒸汽流量是热网加热器水位的主要扰动。
进一步的，可以将蒸汽流量在汽轮机工作模式切换时变化量最小作为稳定热网加热器水位的控制目标。由于实际汽轮机一般缺乏中压缸的蒸汽流量测点，且难以准确测量中压缸的蒸汽流量，采用中压缸的排汽压力替代蒸汽流量，因此以蒸汽流量变化最小为目标整定中压缸的目标排汽压力，作为热网加热器水位前馈控制的设定值。
进一步的，经热力学分析中压缸的蒸汽流量与汽轮机发电功率、主蒸汽流量、中压缸的排汽压力有关，采用线性多项式拟合蒸汽流量公式：
De＝k5Pz+k6qt+k7NE+c (6)
式中，qt为汽轮机的主蒸汽流量，kg/s；NE为汽轮机功率，MW；k5,k6,k7为系数；c为常数。
进一步的，对蒸汽流量公式求系数，收集最少4组包含蒸汽流量、汽轮机功率、主蒸汽流量、中压缸的排汽压力参数的工况数据，可以采用最小二乘法拟合出式(6)中各项系数。具体的，例如下表1中示出的工况数据。
表1工况数据
抽汽流量拟合模型为：De＝-500Pz+5.7124qt-2.2523NE-20。
则中排压力热力学整定公式为：Pz＝(De-5.7124qt+2.2523NE+20)/500。
进一步的，由式(6)得中压缸的目标排汽压力的整定公式：
Pz＝(De-k6qt-k7NE-c)/k5 (7)
在运行模式切换过程中，设式(7)中中压缸的蒸汽流量De为运行模式切换前的值。即得到的中压缸的排汽压力Pz即为相应负荷点下的中压缸的目标排汽压力，可作为控制计算机的设定值。所述目标排汽压力是第一工作模式中，中压缸的排汽压力。
其中，中压缸的排汽压力是被控量，热网循环水流量是控制量。经式(7)计算中压缸的目标排汽压力，与通过压力传感器测量到的中压缸的排汽压力相减得到压力差。可以得到的压力差作为控制热网循环水泵的控制信号，控制计算机通过控制热网循环水泵的转速进而控制热网换热器中循环水流量。循环水流量经过热网加热器进行换热，影响中压缸的排汽压力，中压缸的排汽压力影响蒸汽流量，蒸汽流量和疏水流量共同影响热网加热器水位。压力传感器测量到的中压缸的排汽压力反馈回控制计算机。以使所述汽轮机从所述第一工作模式向所述第二工作模式切换过程中，所述压力差趋于0。
具体的，请参阅图3。控制计算机可以在每个采样时刻，将接收到的测得的中压缸的排汽压力输入A/D转换器转换为数字量。控制计算机将目标排汽压力与接收的中压缸的排汽压力相减得到压力差。可以将得到的压力差，作为热网循环水泵PID控制计算公式的输入值，热网循环水泵PID算式可以采用如下标准形式：
u(k)＝u(k-1)+Kp{e(k)-e(k-1)}+KIe(k)+KD{e(k)-2e(k-1)+e(k-2)} (8)
式中，Kp为比例系数,KI为积分系数,KD为微分系数,k为采样序号，e(k)为偏差，u(k)为控制量。根据式(8)计算出控制量，将控制量通过D/A转换器转换为变频器电压信号，控制热网循环水泵转速，改变热网循环水流量，从而改变中压缸的排汽压力。
在一些实施方式中，所述第一工作模式可以为抽凝模式，所述第二工作模式可以为背压模式；相应的，在所述汽轮机从所述第一工作模式向所述第二工作模式切换的过程中，控制所述循环水泵的转速加快，以增大所述热网加热器中水流量。在该些实施方式中，汽轮机从抽凝模式切换到背压模式，在这个过程中，汽轮机供给热网加热器的蒸汽流量增加，使得循环水泵的转速增加，增大热网加热器的水流量，加快热网加热器换热量，如此实现稳定热网加热器的水位。
在一些实施方式中，所述第一工作模块可以为背压模式，所述第二工作模式可以为抽凝模式；相应的，在所述汽轮机从所述第一工作模式向所述第二工作模式切换的过程中，控制所述循环水泵的转速减慢，以减小所述热网加热器中水流量。在该些实施方式中，汽轮机从背压模式切换到抽凝模式，此时中压缸排除的蒸汽一部分输送给低压缸，使得输送给热网交换器的蒸汽流量减少。此时，控制循环水泵的转速减慢，以减慢热网加热器换热量，稳定热网加热器的水位。
当然，在一些实施方式中，第一工作模式和第二工作模块，不限于背压模式和抽凝模式的转换。还可以为汽轮机的“二拖一模式”转换为“一拖一模式”；或者，“一拖一模式”转换为“二拖一模式”。“二拖一模式”可以为联合循环机组中，两台燃气轮机、一台汽轮机均处于运行状态。“一拖一模式”可以为联合循环机组中，一台燃气轮机、一台蒸汽轮机处于运行状态，另外一台燃气轮机处于停备状态。
本说明书提供的实施方式中，通过在汽轮机的工作模式切换过程中，以维持中压缸的排汽压力为目标，控制热网循环水泵的转速，进而实现了稳定热网加热器的水位的效果。
具体的，本说明书实施方式提供的热网加热器的循环水泵的控制方法的执行效果与原控制系统实际运行效果对比如图4a、4b、4c、4d和4e所示。实线是原控制系统中，汽轮机从背压模式至抽凝模式切换时实际运行数据。虚线是本说明书实施方式提出的方法的控制效果。图4a表示中排压力曲线图(即中压缸的排汽压力)，图4b表示循环水流量曲线图，图4c表示抽汽流量曲线图(即中压缸的蒸汽流量)，图4d表示疏水流量曲线图，图4e表示热网加热器水位控制曲线图。
应用本说明书提供的控制方法，背压模式和抽凝模式切换时，热网循环水流量增大，抽汽流量波动减小，疏水流量变化量降低，水位波动在10mm以内，有效保证了工作模式切换时热网加热器运行的稳定性，保证了机组的安全性和经济性。
请参阅图5。本说明书实施方式还提供一种热网加热器的循环水泵的控制装置。所述控制装置可以包括：采集模块和控制模块。
所述采集模块，用于在汽轮机从所述第一工作模式切换至第二工作模式的过程中，采集所述汽轮机的中压缸的排汽压力；其中，所述第一工作模式与所述第二工作模式中，所述中压缸向所述热网加热器提供的蒸汽流量不同；
所述控制模块，用于控制所述热网加热器的循环水泵的转速，以使所述汽轮机从所述第一工作模式向所述第二工作模式切换过程中，所述排汽压力趋于目标排汽压力。
在本实施方式中，该热网加热器的循环水泵的控制装置实现的功能和效果可以与前述实施方式对照解释，不再赘述。所述控制装置本身可以是具有必要电子元件的电子设备。当然，也可以是指设置在电子设备中的软件模块。
本说明书实施方式还提供一种热网发电系统。所述热网发电系统可以包括汽轮机、热网加热器、循环水泵和控制计算机。
所述汽轮机具有第一工作模式和第二工作模式，其中，所述第一工作模式和所述第二工作模式中，所述汽轮机的中压缸向所述热网加热器提供的蒸汽流量不同。
所述循环水泵驱动所述热网加热器中的循环水流量。
所述控制计算机控制所述循环水泵的转速，以实现所述汽轮机从所述第一工作模式向所述第二工作模式切换过程中，所述汽轮机的中压缸的排汽压力维持在所述第一工作模式时的排汽压力。
在一些实施方式中，所述第一工作模式可以为抽凝模式，所述第二工作模式可以为背压模式；相应的，在所述汽轮机从所述第一工作模式向所述第二工作模式切换的过程中，所述控制计算机控制所述循环水泵的转速加快，以增大所述热网加热器中循环水流量。
在一些实施方式中，所述第一工作模块可以为背压模式，所述第二工作模式可以为抽凝模式。相应的，在所述汽轮机从所述第一工作模式向所述第二工作模式切换的过程中，所述控制计算机控制所述循环水泵的转速减慢，以减小所述热网加热器中水流量。
在本实施方式中，该热网发电系统实现的功能和效果可以与前述实施方式对照解释，不再赘述。
上面对本说明书的各种实施方式的描述以描述的目的提供给本领域技术人员。其不旨在是穷举的、或者不旨在将本发明限制于单个公开的实施方式。如上所述，本说明书的各种替代和变化对于上述技术所属领域技术人员而言将是显而易见的。因此，虽然已经具体讨论了一些另选的实施方式，但是其它实施方式将是显而易见的，或者本领域技术人员相对容易得出。本说明书旨在包括在此已经讨论过的本发明的所有替代、修改、和变化，以及落在上述申请的精神和范围内的其它实施方式。
本说明书中的各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施方式重点说明的都是与其它实施方式的不同之处。
虽然通过实施方式描绘了本说明书，本领域普通技术人员知道，本说明书有许多变形和变化而不脱离本说明书的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本说明书的精神。
