低压疏水控制系统及其发电机组
技术领域
本实用新型涉及发电领域，更具体地涉及一种低压疏水控制系统及其发电机组。
背景技术
现用汽轮机发电厂的回热系统中，相邻两级低压加热器之间，尤其是末两级低压加热器采用逐级自流疏水方式，在次末级低压加热器疏水冷却段内利用疏水加热主凝结水，从而回收热量，达到提高机组热经济性的目的。
然而，国内目前运行的很多亚临界和超临界机组，末两级低压加热器多存在疏水不畅的问题(主要是由于这两级低压加热器之间的压差过小，导致该压差不足以克服疏水管道及相应阀门的阻力)，许多机组在正常运行或低负荷运行阶段，均需要长时间开启危急疏水阀，造成了热量损失，降低了机组经济性。
因此，本领域尚缺乏一种低压疏水冷却器回热系统的疏水控制系统和方法，以优化对疏水阀的调控，提高机组的热经济性。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种低压疏水控制系统及其发电机组，本实用新型的疏水控制系统通过优化控制方案，即对主要管路上的疏水阀的高效联动控制，以有效地利用疏水工质余热，间接加热凝结水、减少抽气量、提高机组经济性。
在本实用新型的第一方面，提供了一种低压疏水控制系统，具体地，所述疏水控制系统包括多级低压加热器、凝汽器、第一阀、第二阀、第三阀、低压疏水冷却器和控制器，其中某一级低压加热器的疏水经所述第一阀与所述低压疏水冷却器的高温疏水入口流体连通，所述某一级低压加热器的疏水经所述低压疏水冷却器冷却后排入所述凝汽器；所述某一级低压加热器的下一级低压加热器的疏水的一部分疏水经所述第二阀与所述低压疏水冷却器的低温疏水入口流体连通，经所述低压疏水冷却器加热汽化后，进入该下一级低压加热器，用于加热凝结水，所述某一级低压加热器的下一级低压加热器的疏水的另一部分经所述第三阀自流至所述凝汽器或再下一级低压加热器；控制器分别与所述第一阀、所述第二阀和所述第三阀信号连接。
在另一优选例中，所述低压疏水冷却器为表面式换热器。
在另一优选例中，所述回热系统包括除氧器。
在另一优选例中，所述某一级低压加热器是所述回热系统的次末级低压加热器，所述某一级低压加热器的下一级低压加热器是所述回热系统的末级低压加热器。
在另一优选例中，所述末级低压加热器的一部分疏水经由管道和所述第三阀连通至所述凝汽器，所述末级低压加热器的疏水的另一部分经由另一管道和所述第二阀连通至所述低压疏水冷却器的低温疏水入口。
在另一优选例中，所述疏水冷却器设置在存在着疏水不畅的两级低压加热器之间。
在另一优选例中，所述低压加热器的运行压力低于0.2MPa(a)。
在另一优选例中，所述低压疏水冷却器的运行压力低于0.2MPa(a)。
在另一优选例中，所述低压疏水冷却器的布置位置低于所述低压加热器的布置位置。
在本实用新型的第二方面提供了一种发电机组，具体地，所述发电机组包含上述的疏水控制系统。
在另一优选例中，所述发电机组是亚临界发电机组、超临界发电机组或超超临界发电机组。
在另一优选例中，所述某一级低压加热器和所述某一级低压加热器的下一级低压加热器抽汽均来自于低压缸。
应理解，在本实用新型范围内中，本实用新型的上述各技术特征和在下文 (如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型一个实例中的低压疏水控制系统的系统图；
图2是图1的低压疏水控制系统的系统控制流程图。
各附图中，各标示如下：
101-疏水控制系统；
1-凝汽器；
2-凝结水泵；
3-1,3-2,3-3；低压加热器；
4-除氧器；
5-低压疏水冷却器；
61-高温疏水入口；
62-低温疏水入口；
63-蒸汽出口；
7-控制器。
具体实施方式
本发明人经过广泛而深入的研究，通过大量筛选，首次开发了一种低压疏水控制系统及其发电机组，与现有设计相比，本实用新型的疏水控制系统通过对主要管路上的疏水阀的联动控制，实现利用了低压加热器疏水的热量，通过低压疏水冷却器系统，加热压力较低的低压加热器的疏水，疏水被加热汽化后，产生的蒸汽引回至压力较低的低压加热器，进而实现精确调控，以间接加热凝结水、减少抽汽量、提高机组经济性目的，在此基础上完成了本实用新型。
术语
如本文所用，术语“疏水冷却器”是指在疏水流入下一级低压加热器或凝汽器之前，先经过表面式换热器，用主凝结水将疏水适当冷却后再进入下一级低压加热器或凝汽器，此表面式换热器称之为疏水冷却器。本文中，疏水冷却器的运行压力在0.02MPa(a)至0.2MPa(a)之间，故又称低压疏水冷却器。
如本文所用，术语“低压加热器”指的是额定压力在0.015MPa(a)至 0.2MPa(a)之间的表面式加热器。本文中，低压加热器可以单列，也可以是双列。在超超临界机组中，一般指额定压力在0.015MPa(a)至0.2MPa(a)之间的表面式加热器。在超临界机组中，一般指额定压力在0.015MPa(a)至0.15MPa(a) 之间的表面式加热器。在其他机组中，一般指额定压力在0.015MPa(a)至 0.1MPa(a)之间的表面式加热器。
本实用新型提供了一种用于低压疏水冷却器回热系统的疏水控制系统。本实用新型的疏水控制系统具有特定的结构。
典型地，本实用新型的疏水控制系统如附图1所示：次末级低压加热器3-2 的疏水经第一阀(V1)流至疏水冷却器5后排入凝汽器1。末级低压加热器3-1 疏水一路经由第三阀(V3)排入凝汽器1，另一路经由第二阀(V2)排入疏水冷却器6，此路疏水被高温疏水加热后回至末级低压加热器3-1，用于加热凝结水。该方案可以达到间接加热凝结水、减少抽气量、提高机组热经济性的目的。该系统有效地利用疏水工质余热，更大限度地提高机组的经济性。该工艺系统的预期效果受到对应控制方案的影响，控制方案实施的好，则整个系统运用自如，效率大增；控制方案实施的欠佳，则使得工艺系统的预期效果大打折扣。因此，本实用新型的疏水控制系统还包括控制器，所述控制器根据实时情况调节第一阀(V1)、第二阀(V2)和第三阀(V3)的开度，以实现对整个输水控制系统的最优控制，提高系统的热经济性。
用于低压疏水冷却器回热系统的疏水控制方法包括：
a)提供如上所述的疏水控制系统；
b)所述控制器根据所述某一级低压加热器的液位值，并考虑所述某一级低压加热器的液位设定值和凝结水流量值，来确定所述第一阀的开度；
c)所述控制器根据所述低压疏水冷却器中的热量转换关系确定所述第二阀的开度；
d)所述控制器根据所述第二阀的开度和所述控制所述下一级低压加热器的液位确定所述第三阀的开度。
为了更好地实现随动阀(V2)跟随主控阀(V1)的节奏，本方案采用取主控阀(V1)的控制指令，依据调节阀的调节特性，作一延时后，运用函数关系 F*(x)计算出其对应流量；函数F*(x)依据以下热平衡方程式确定。
Q＝G1c1(t′1-t″1)＝G2c2(t″2-t′2)；
式中：
G1，G2：热、冷流体的质量流量，kg/s；
c1，c2：热、冷流体的比热，J/(kg·℃)；
t′1，t′2：热、冷流体的进口温度，℃；
t″1，t″2：热、冷流体的出口温度，℃；
G1c1，G2c2：热、冷流体的热容量，W/℃。
疏水冷却器的疏水量分配控制要实时准确地纳入分支流量元素。疏水冷却器的疏水量值既要体现疏水冷却器的低温疏水入口调节阀(V2)的调节特性引起的疏水分流量，又要考虑到该量值要有一定的超前量，以使得末级低压加热器3-1疏水调节阀(V3)在考虑疏水分流时调节更准确。
需要说明的是，疏水冷却器的低温疏水入口调节阀(V2)在自动控制过程中，始终处于跟随主控阀，即次末级低压加热器3-2疏水调节阀(V1)达成协调控制的功能，因此其处于随动阀状态，这样一种角色分工，使得系统主从契合，相互“咬合”在一起，保证系统的稳定性。
本实用新型的主要优点包括：
(a)通过对主要管路上的疏水阀的联动控制，优化疏水控制系统，以减少流体动阻力，使系统保持在最优状态运行；
(b)用某级低压加热器的疏水加热其下一级低压加热器的疏水的一部分，该下一级低压加热器的疏水被加热汽化后，可以加热凝结水，由此提高回热系统效率；
(c)疏水冷却器的工作压力，降低了疏水冷却器设备和管系(包括管道、管件、阀门等)的造价，提高投资收益率；
(d)低压疏水冷却器系统没有相应流阻，流动顺畅、效率高，不增加凝结水泵的运行功率；
(e)疏水冷却器采用小流量的疏水作为冷却介质，设备外形尺寸小、管系较小，占地面积小，为场地受限的技改项目创造了有力的条件；
(f)适用性好，不但适用于新建火力发电工程，尤其对已投运机组的节能技改具有更好的适用性，还尤其适用于高参数火力发电工程。
因此，本实用新型的疏水控制系统依据能量守恒和热平衡原理，解决低压疏水冷却器回热系统整体协调稳定控制，使得整个系统能够更好地利用回收工质余热，节约能源，有效地提高系统的效率。
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外，附图为示意图，因此本实用新型装置和设备的并不受所述示意图的尺寸或比例限制。
需要说明的是，本文中，“上一级低压加热器”、“下一级低压加热器”指的是回热系统中，沿凝结水的流动方向，相比于某一级低压加热器，在更靠近凝汽器位置的一级低压加热器称为“下一级低压加热器”，在更远离凝汽器位置的一级低压加热器称为“上一级低压加热器”。
此外，在本专利的权利要求和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
实施例1
为解决低压加热器之间疏水不畅的问题，本实施例的疏水控制系统如图1 所示。该疏水控制系统101包括多级低压加热器(3-1、3-2、3-3)、凝汽器1、第一阀(V1)、第二阀(V2)、第三阀(V3)、除氧器4、低压疏水冷却器5 和控制器7。其中，低压疏水冷却器5为表面式换热器。
次末级低压加热器(3-2)的疏水经第一阀(V1)与所述低压疏水冷却器5 的高温疏水入口61流体连通，其中，第一阀(V1)主控对应次末级低压加热器(3-2)的液位L3-2，次末级低压加热器(3-2)的疏水经所述低压疏水冷却器5冷却后排入所述凝汽器。末级低压加热器(3-1)的疏水的一部分疏水经所述第二阀(V2)与所述低压疏水冷却器5的低温疏水入口62流体连通，经所述低压疏水冷却器5加热汽化后，从蒸汽出口63流出并进入末级低压加热器(3-1)，用于加热凝结水，末级低压加热器(3-1)的疏水的另一部分经第三阀(V3)自流至所述凝汽器1，其中，第三阀(V3)主控对应末级低压加热器(3-1)的液位L3-1。控制器7分别与第一阀(V1)、第二阀(V2)和第三阀 (V3)电连接，用于根据系统的运行情况控制各个阀门的开度，从而使得系统始终保持高效运行。
本实施例的疏水控制系统的系统控制流程图如图2所示。控制器7通过液位探测器等传感器采集次末级低压加热器(3-2)的液位L3-2，且该液位值经过惯性环节模块(LEAD/LAG)处理，以去除该数据的扰动，去除扰动后的液位L3-2再经叠加模块(∑)处理，在叠加模块(∑)中，液位L3-2是与L3-2的设定值作对比，二者的差值经比例积分微分模块(PID)模块进行处理，并引入凝结水流量参数，在加法器(+)中，将凝结水流量代入流量影响函数计算出其所需的液位L3-2值，该所需的液位L3-2和L3-2的设定值一起决定最终的L3-2的值，控制器根据最终的L3-2控制第一阀(V1)的开度。
控制器7将上述的第一阀(V1)的开度参数经滞后模块(LAG)进行延时处理后，再代入热平衡关系函数F*(x)进行计算：
Q＝G1c1(t′1-t″1)＝G2c2(t″2-t′2)；
式中：
G1，G2：热、冷流体的质量流量，kg/s；
c1，c2：热、冷流体的比热，J/(kg·℃)；
t′1，t′2：热、冷流体的进口温度，℃；
t″1，t″2：热、冷流体的出口温度，℃；
G1c1，G2c2：热、冷流体的热容量，W/℃。
在上式中，第一阀(V1)的开度参数即第一阀(V1)处的流量参数为G1，通过F*(x)计算出G2，即第二阀(V2)处的流量参数，进而控制第二阀(V2) 的开度。
第二阀(V2)处的流量参数，即第二阀(V2)的开度经惯性环节模块 (LEAD/LAG)处理，以去除该数据的扰动，再带入函数F(x)进行计算，其中函数F(x)为依据第二阀(V2)具体调节特性所确定的调节阀控制指令与对应流量的函数关系，依此函数关系引入末级低压加热器(3-1)疏水分流的动态影响因素。
末级低压加热器的液位L3-1的数据处理过程和次末级低压加热器(3-2)的液位L3-2的数据处理过程相似，即控制器7通过液位探测器等传感器采集末级低压加热器(3-1)的液位L3-1，经该液位值过惯性环节模块(LEAD/LAG)处理，去除该数据的扰动，再经叠加模块(∑)处理，在叠加模块(∑)中，液位L3-1是与L3-1的设定值作对比，二者的差值经比例积分微分模块(PID)模块进行放大处理，并引入凝结水流量参数，在加法器(+)中，将凝结水流量代入流量影响函数计算出其所需的液位L3-1值，经所需的液位L3-1和L3-1的设定值决定的 L3-2的值输入叠加模块(∑)，经函数F(x)计算后的第二阀(V2)的开度也输入叠加模块(∑)，在叠加模块(∑)中，二者作差，其差值就是第三阀(V3) 的开度值。控制器7根据该开度值控制第三阀(V3)的开度。
综上，次末级低压加热器(3-2)的疏水调节阀，即第一阀(V1)作为主控制阀，起到主导、先导的作用，其为低压疏水冷却器5的热源，其在伺机调节对应低压加热器的液位L3-2的同时，依据其温差、比热、流量等参数所确定能量，将直接决定加热特定参数下末级低压加热器(3-1)疏水的量，因而确定低压疏水冷却器5的低温疏水入口调节阀，即第二阀(V2)的控制指令。末级低压加热器(3-1)的疏水调节阀，即第三阀(V3)在伺机调节对应低压加热器液位L3-1的同时，重点考虑疏水量的分配，因此引入分配至低压疏水冷却器5 的疏水量元素。
最终，次末级低压加热器(3-2)的疏水调节阀，即第一阀(V1)，低压疏水冷却器5的低温疏水入口调节阀，末级低压加热器(3-1)的疏水调节阀，即第三阀(V3)相互紧密配合，协调运行，环环相扣，使得整个系统依据能量守恒原则，有条不紊地运行。
本实施例对于某两级低压加热器之间疏水不畅的机组改造尤其有利，可根据抽汽压力，在疏水不畅的低压加热器后增设疏水冷却器，从而解决疏水不畅。
需要指出的是，为了清楚起见，图中仅示出3个低压加热器和1个除氧器，但本领域的普通技术人员将理解，低压加热器的数量不限于3个，而是可以根据需要设置特定数量的低压加热器。此外，虽然图中仅示出一个低压疏水冷却器系统，但根据需要，也可设置多个低压疏水冷却器系统，用于解决多个低压加热器之间的疏水不畅问题。
本实施例依据能量守恒和热平衡原理等解决低压疏水冷却器回热系统整体协调稳定控制，使得整个系统能够更好地利用回收工质余热，节约能源，有效地提高系统的效率。
实施例2
本实施例为包含如实施例1所述的疏水控制系统的发电机组。该发电机组是亚临界机组。
在本实用新型提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本实用新型的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
