一种火电厂给水回热系统加热器液位控制方法及终端机与流程

1.本发明涉及电力系统控制技术领域，具体涉及一种火电厂给水回热系统加热器液位控制方法及终端机。

背景技术：

2.目前火电厂给水回热系统指在蒸汽热力循环中从汽轮机数个中间级抽出一部分蒸汽，送到给水加热器中用于锅炉给水的加热，提高工质在锅炉内吸热过程的平均温度，以提高机组的热经济性。给水回热加热系统是原则性热力系统最基本的组成部分，采用蒸汽加热锅炉给水的目的在于减少冷源损失，一定量的蒸汽作了部分功后不再至凝汽器中向环境放热，即避免了蒸汽的热量被环境带走，使蒸汽热量得到充分利用，热耗率下降，同时由于利用了在汽轮机作过部分功的蒸汽加热给水，提高了给水温度，减小了锅炉受热面的传热温差，从而减少了给水加热过程中的不可逆损失，在锅炉中的吸热量也相应减少。综合以上原因说明给水回热加热系统提高了机组循环热效率，因此，汽轮机采用回热加热系统对提高机组运行经济性有决定性的作用，而回热加热系统的运行可靠性和经济性的优劣，将直接影响整套机组的运行经济性。
3.火电厂实际生产过程中，通过性能试验确定固定负荷下的加热器液位，辅以指标竞赛提高运行人员调整参数的积极性，以提高给水回热系统的运行效率，但仍存在调整滞后、准确性低、经济性差的问题，如何快速响应负荷工况变化来调整加热器液位，达到给水回热系统实时运行经济型最佳仍是一个亟需解决的问题。

技术实现要素：

4.本发明提供一种火电厂给水回热系统加热器液位控制方法，本发明能够实现基于dcs系统的火电厂给水回热系统加热器液位跟随负荷变化自动控制的方法，使回热系统运行经济性最佳。
5.方法包括：s1.调取数据库中储存的汽轮发电机组的参数数据；
6.参数数据包括：汽轮发电机组负荷、各抽汽压力和温度、给水流量、凝结水流量、主蒸汽压力、温度和流量、排汽温度和压力、各加热器液位、水侧入口压力、温度和出口压力温度以及各加热器疏水温度；
7.s2.对汽轮发电机组的电功率进行分类，并使用参数数据，结合物质平衡原理和热量平衡原理，计算出各级抽汽系数和机组热耗率；
8.s3.对比相同汽轮发电机组电功率下不同加热器液位的热经济性，累计迭代计算得出不同负荷下各加热器液位的最佳工况点；
9.s4.以机组负荷为横坐标，加热器液位为纵坐标，配置工况曲线；
10.s5.将工况曲线录入dcs控制系统，实时采集汽轮发电机组电功率，得出各加热器的预设目标液位；
11.s6.对比实际液位与目标液位差值，以恒定速率调整目标值至预设目标液位。
12.进一步需要说明的是，步骤s2中利用物质平衡和热量平衡原理等效计算各级抽汽系数；
13.再利用各级抽汽系数计算对应历史工况热耗率，迭代计算该电负荷工况下历史最低热耗工况即各个加热器最佳液位。
14.进一步需要说明的是，步骤s2中，通过对系统历史工况的分析，筛除非正常运行工况，以汽轮发电机组的电负荷进行分类，以额定电负荷为例，额定电负荷时，对该负荷下所有工况迭代计算，计算出不同加热器液位时的相应热耗率。
15.进一步需要说明的是，步骤s3中，选取相同机组负荷下相同凝结水泵出口温度的两个不同运行方式工况，当凝结水泵出口温度历史工况点不足时，由排汽温度偏差对汽轮机热耗的影响进行修正，利用背压热耗修正曲线进行发电机微增功率的计算，
[0016][0017]
其中的热耗量可以性能试验中获取的影响百分比表示，如：循环水供水温度影响1％的热耗，则计算方法为
△
n＝(1％-1)p0；
[0018]
各逐级疏水加热器的数据初步处理：
[0019][0020]
τj为单位质量的朱凝结水经过加热器中的比焓升；
[0021]
qj为单位质量的蒸汽经过加热器冷却而放出的热量；
[0022]
γj为单位质量的疏水经过加热器冷却而放出的热量；
[0023]
抽汽系数αj的通式：
[0024][0025]
为第(j-1)级疏水份额，若第j-1级有疏水则如上所述，如无疏水则去掉。汽轮机实际比内功ω
it
为：
[0026][0027]
α
rh
为回热抽汽系数；
[0028]qrh
为再热蒸汽吸热量；
[0029]
α
sgj
为轴封汽量；
[0030]
单位质量新蒸汽的循环内功ωi[0031]
ωi＝ω
it-τ
p
[0032]
τ
p
为给水泵焓升；
[0033]
单位质量新蒸汽的循环吸热量q；
[0034]
q＝h0+α
rhqrh-h
fw
[0035]
实际的循环效率η；
[0036][0037]
汽轮机热耗率q为
[0038][0039][0040]
d0为汽轮发电机组的汽耗量；
[0041]
p为汽轮机的功率；
[0042]
ηm为机械效率；
[0043]
ηg为发电机效率；
[0044]
重复上述步骤获得不同机组负荷下不同加热器液位时的经济性对比，对比得出热耗率最低的工况，即各加热器液位组合在该电负荷下的最佳液位工况点。
[0045]
进一步需要说明的是，当dcs控制系统状态异常时解除自动，并报警提示；
[0046]
同时启动手动干预调整。
[0047]
进一步需要说明的是，所述步骤s5中，实时录入汽轮发电机组电负荷数据至dcs控制系统中，得到运行工况曲线，按照坐标所落点输出各加热器液位目标值。
[0048]
进一步需要说明的是，步骤s6中，对比最佳液位与目标液位差值，以恒定速率调整实际液位至预设目标液位。
[0049]
热耗率计算时，建立计算模型，以计算结果迭代出最低热耗工况。
[0050]
进一步需要说明的是，对汽轮发电机组的电功率进行分类方式包括：
[0051]
以汽轮发电机组的50％、60％、70％、80％、90％、100％电负荷进行分类。
[0052]
本发明还提供一种实现火电厂给水回热系统加热器液位控制方法的终端机，包括：
[0053]
存储器，用于存储计算机程序及火电厂给水回热系统加热器液位控制方法；
[0054]
处理器，用于执行所述计算机程序及火电厂给水回热系统加热器液位控制方法，以实现火电厂给水回热系统加热器液位控制方法的步骤。
[0055]
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
[0056]
本发明提供的额火电厂给水回热系统加热器液位控制方法可以采集实时汽轮发电机组电负荷，利用上述工况曲线得出各加热器的最佳目标液位；对比实际液位与目标液位差值，以恒定速率缓慢调整设定值至最佳目标液位。本发明能够实现基于dcs系统的火电厂给水回热系统加热器液位跟随负荷变化自动控制的方法，使回热系统运行经济性最佳。
[0057]
本发明是在火电厂实际生产过程中，通过性能试验确定固定负荷下的加热器液位，辅以指标竞赛提高运行人员调整参数的积极性，以提高给水回热系统的运行效率。本发明针对汽轮机给水回热系统，通过历史数据分析处理，基于dcs控制系统，实现了加热器液位的实时自动控制，达到汽轮机回热系统运行经济性持续最佳的目的。
附图说明
[0058]
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单
地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
[0059]
图1为火电厂给水回热系统加热器液位控制方法流程图；
[0060]
图2为本发明提供的一种实施例的加热器最佳液位运行方式曲线图；
[0061]
图3为火电厂给水回热系统加热器液位自动控制的方法的逻辑图。
具体实施方式
[0062]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0063]
本发明提供的火电厂给水回热系统加热器液位控制方法中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0064]
本发明提供的火电厂给水回热系统加热器液位控制方法的附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
[0065]
如图1所示，本发明提供的一种火电厂给水回热系统加热器液位控制方法包括：
[0066]
s1.调取数据库中储存的汽轮发电机组的参数数据；
[0067]
参数数据包括：汽轮发电机组负荷、各抽汽压力和温度、给水流量、凝结水流量、主蒸汽压力、温度和流量、排汽温度和压力、各加热器液位、水侧入口压力、温度和出口压力温度以及各加热器疏水温度；
[0068]
也就是以参数数据为基础建立历史工况集，利用查阅焓熵图和参照设计资料，进行历史数据处理。
[0069]
s2.对汽轮发电机组的电功率进行分类，并使用参数数据，结合物质平衡原理和热量平衡原理，计算出各级抽汽系数和机组热耗率；
[0070]
对汽轮发电机组的电功率进行分类方式包括：以汽轮发电机组的50％、60％、70％、80％、90％、100％电负荷进行分类。
[0071]
进一步的讲，利用物质平衡和热量平衡原理等效计算各级抽汽系数；
[0072]
再利用各级抽汽系数计算对应历史工况热耗率，迭代计算该电负荷工况下历史最低热耗工况即各个加热器最佳液位。
[0073]
在步骤s2中，通过对系统历史工况的分析，筛除非正常运行工况，以汽轮发电机组的电负荷进行分类，以额定电负荷为例，额定电负荷时，对该负荷下所有工况迭代计算，计算出不同加热器液位时的相应热耗率。
[0074]
也就是说，本发明是对数据库中储存的历史数据进行处理，以历史数据库为基本
数据，以水蒸气焓熵图和机组热力性能试验数据为支撑，获取基本的数据处理基础。提取历史数据库中机组负荷、各抽汽压力和温度，给水流量，凝结水流量，主蒸汽压力、温度和流量，排汽温度和压力、各加热器液位、水侧入口压力、温度和出口压力温度，各加热器疏水温度作为历史工况数据，以电负荷分类统计此6个节点的历史工况；
[0075]
其中历史数据提取需进行高低压加热器投退情况筛选，以排除加热器退出或某些测点异常造成的不可控因素影响；
[0076]
s3.对比相同汽轮发电机组电功率下不同加热器液位的热经济性，累计迭代计算得出不同负荷下各加热器液位的最佳工况点；
[0077]
选取相同机组负荷下相同凝结水泵出口温度的两个不同运行方式工况，当凝结水泵出口温度历史工况点不足时，由排汽温度偏差对汽轮机热耗的影响进行修正，利用背压热耗修正曲线进行发电机微增功率的计算，
[0078][0079]
其中的热耗量可以性能试验中获取的影响百分比表示，如：循环水供水温度影响1％的热耗，则计算方法为
△
n＝(1％-1)p0；
[0080]
各逐级疏水加热器的数据初步处理：
[0081][0082]
τj为单位质量的朱凝结水经过加热器中的比焓升；
[0083]
qj为单位质量的蒸汽经过加热器冷却而放出的热量；
[0084]
γj为单位质量的疏水经过加热器冷却而放出的热量；
[0085]
抽汽系数αj的通式：
[0086][0087]
为第(j-1)级疏水份额，若第j-1级有疏水则如上所述，如无疏水则去掉。汽轮机实际比内功ω
it
为：
[0088][0089]
α
rh
为回热抽汽系数；
[0090]qrh
为再热蒸汽吸热量；
[0091]
α
sgj
为轴封汽量；
[0092]
单位质量新蒸汽的循环内功ωi[0093]
ωi＝ω
it-τ
p
[0094]
τ
p
为给水泵焓升；
[0095]
单位质量新蒸汽的循环吸热量q；
[0096]
q＝h0+α
rhqrh-h
fw
[0097]
实际的循环效率η；
[0098][0099]
汽轮机热耗率q为
[0100][0101][0102]
d0为汽轮发电机组的汽耗量；
[0103]
p为汽轮机的功率；
[0104]
ηm为机械效率；
[0105]
ηg为发电机效率；
[0106]
重复上述步骤获得不同机组负荷下不同加热器液位时的经济性对比，对比得出热耗率最低的工况，即各加热器液位组合在该电负荷下的最佳液位工况点。
[0107]
s4.以机组负荷为横坐标，加热器液位为纵坐标，配置工况曲线；
[0108]
将工况点进行线性归集，以电负荷(x)为横坐标，以加热器液位(y)为纵坐标，不同负荷下各加热器运行液位最佳的曲线。即图2实施例中加热器最佳液位运行方式曲线。
[0109]
s5.将工况曲线录入dcs控制系统，实时采集汽轮发电机组电功率，得出各加热器的预设目标液位；
[0110]
也就是本发明的方法中，实时录入汽轮发电机组电负荷数据至dcs控制系统中，得到运行工况曲线，按照坐标所落点输出各加热器液位目标值。
[0111]
当dcs控制系统状态异常时解除自动，并报警提示；同时启动手动干预调整。
[0112]
将拟合曲线写入dcs控制系统，并以此为核心计算方法，可根据相关系统设备后期性能改变后，更新迭代该拟合曲线的相关参数，实现和实际现场设备的匹配，逻辑图如附图3所示；y1max、y2max、y3max为138毫米，y5max、y6max、y7max、y8max为38毫米，y1min、y2min、y3min、y5min、y6min、y7min、y8min为0毫米。
[0113]
s6.对比实际液位与目标液位差值，以恒定速率调整目标值至预设目标液位。
[0114]
对比最佳液位与目标液位差值，以恒定速率调整实际液位至预设目标液位。
[0115]
热耗率计算时，建立计算模型，以计算结果迭代出最低热耗工况。
[0116]
本发明提供的方法中，历史数据处理方法获取热耗率等关键参数，除使用上述方法外，还可通过其他方式获取，以函数的方式来表示。在本自动程序运行过程中，只需一次写入控制系统最佳运行方式曲线，无需后续运行人员操作即可实现自动控制，当现场实际设备发生较大运行工况变化时，可通过上述步骤进行迭代，变更程序中相关参数，实现自动控制系统与现场实时匹配。
[0117]
本发明以350mw机组配备三台高压加热器为实施例做进一步说明，其中#3高压加热器有外置式蒸汽冷却器布置在#1高压加热器前加热给水，还有5、6、7和8号低压加热器加热凝结水，其中4抽对应的加热器为除氧器(混合式加热器)，在正常历史工况寻优中，除氧器涉及到给水泵的安全运行，不在优化之列，所以每个工况中寻优得出的是#1、#2、#3、#5、#6、#7、#8加热器液位。通过上述数据处理可得出图2曲线，并将图2写入dcs控制系统作为核心计算流程进行各加热器液位的自动控制。
[0118]
基于上述实现火电厂给水回热系统加热器液位控制方法，本发明还提供一种终端机，包括：
[0119]
存储器，用于存储计算机程序及火电厂给水回热系统加热器液位控制方法；
[0120]
处理器，用于执行所述计算机程序及火电厂给水回热系统加热器液位控制方法，以实现火电厂给水回热系统加热器液位控制方法的步骤。
[0121]
实现火电厂给水回热系统加热器液位控制方法的终端机是结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0122]
实现火电厂给水回热系统加热器液位控制方法的终端机可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本公开操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、c++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(lan)或广域网(wan)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
[0123]
本发明是在火电厂实际生产过程中，通过性能试验确定固定负荷下的加热器液位，辅以指标竞赛提高运行人员调整参数的积极性，以提高给水回热系统的运行效率。本发明针对汽轮机给水回热系统，通过历史数据分析处理，基于dcs控制系统，实现了加热器液位的实时自动控制，达到汽轮机回热系统运行经济性持续最佳的目的。
[0124]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：

1.一种火电厂给水回热系统加热器液位控制方法，其特征在于，方法包括：s1.调取数据库中储存的汽轮发电机组的参数数据；参数数据包括：汽轮发电机组负荷、各抽汽压力和温度、给水流量、凝结水流量、主蒸汽压力、温度和流量、排汽温度和压力、各加热器液位、水侧入口压力、温度和出口压力温度以及各加热器疏水温度；s2.对汽轮发电机组的电功率进行分类，并使用参数数据，结合物质平衡原理和热量平衡原理，计算出各级抽汽系数和机组热耗率；s3.对比相同汽轮发电机组电功率下不同加热器液位的热经济性，累计迭代计算得出不同负荷下各加热器液位的最佳工况点；s4.以机组负荷为横坐标，加热器液位为纵坐标，配置工况曲线；s5.将工况曲线录入dcs控制系统，实时采集汽轮发电机组电功率，得出各加热器的预设目标液位；s6.对比实际液位与目标液位差值，以恒定速率调整目标值至预设目标液位。2.根据权利要求1所述的火电厂给水回热系统加热器液位控制方法，其特征在于，步骤s2中利用物质平衡和热量平衡原理等效计算各级抽汽系数；再利用各级抽汽系数计算对应历史工况热耗率，迭代计算该电负荷工况下历史最低热耗工况即各个加热器最佳液位。3.根据权利要求1所述的火电厂给水回热系统加热器液位控制方法，其特征在于，步骤s2中，通过对系统历史工况的分析，筛除非正常运行工况，以汽轮发电机组的电负荷进行分类，以额定电负荷为例，额定电负荷时，对该负荷下所有工况迭代计算，计算出不同加热器液位时的相应热耗率。4.根据权利要求1所述的火电厂给水回热系统加热器液位控制方法，其特征在于，步骤s3中，选取相同机组负荷下相同凝结水泵出口温度的两个不同运行方式工况，当凝结水泵出口温度历史工况点不足时，由排汽温度偏差对汽轮机热耗的影响进行修正，利用背压热耗修正曲线进行发电机微增功率的计算，其中的热耗量可以性能试验中获取的影响百分比表示，如：循环水供水温度影响1％的热耗，则计算方法为
△
n＝(1％-1)p0；各逐级疏水加热器的数据初步处理：τ
j
为单位质量的朱凝结水经过加热器中的比焓升；q
j
为单位质量的蒸汽经过加热器冷却而放出的热量；γ
j
为单位质量的疏水经过加热器冷却而放出的热量；抽汽系数α
j
的通式：
为第(j-1)级疏水份额，若第j-1级有疏水则如上所述，如无疏水则去掉；汽轮机实际比内功ω
it
为：α
rh
为回热抽汽系数；q
rh
为再热蒸汽吸热量；α
sgj
为轴封汽量；单位质量新蒸汽的循环内功ω
i
ω
i
＝ω
it-τ
p
τ
p
为给水泵焓升；单位质量新蒸汽的循环吸热量q；q＝h0+α
rh
q
rh-h
fw
实际的循环效率η；汽轮机热耗率q为汽轮机热耗率q为d0为汽轮发电机组的汽耗量；p为汽轮机的功率；η
m
为机械效率；η
g
为发电机效率；重复上述步骤获得不同机组负荷下不同加热器液位时的经济性对比，对比得出热耗率最低的工况，即各加热器液位组合在该电负荷下的最佳液位工况点。5.根据权利要求1所述的火电厂给水回热系统加热器液位控制方法，其特征在于，当dcs控制系统状态异常时解除自动，并报警提示；同时启动手动干预调整。6.根据权利要求1所述的火电厂给水回热系统加热器液位控制方法，其特征在于，所述步骤s5中，实时录入汽轮发电机组电负荷数据至dcs控制系统中，得到运行工况曲线，按照坐标所落点输出各加热器液位目标值。7.根据权利要求1所述的火电厂给水回热系统加热器液位控制方法，其特征在于，步骤s6中，对比最佳液位与目标液位差值，以恒定速率调整实际液位至预设目标液位。8.根据权利要求1所述的火电厂给水回热系统加热器液位控制方法，其特征在于，热耗率计算时，建立计算模型，以计算结果迭代出最低热耗工况。
9.根据权利要求5所述的火电厂给水回热系统加热器液位控制方法，其特征在于，对汽轮发电机组的电功率进行分类方式包括：以汽轮发电机组的50％、60％、70％、80％、90％、100％电负荷进行分类。10.一种实现火电厂给水回热系统加热器液位控制方法的终端机，其特征在于，包括：存储器，用于存储计算机程序及火电厂给水回热系统加热器液位控制方法；处理器，用于执行所述计算机程序及火电厂给水回热系统加热器液位控制方法，以实现如权利要求1至9任意一项所述火电厂给水回热系统加热器液位控制方法的步骤。

技术总结

本发明提供一种火电厂给水回热系统加热器液位控制方法及终端机，调取数据库中储存的汽轮发电机组的参数数据；对汽轮发电机组的电功率进行分类，计算出各级抽汽系数和机组热耗率；对比相同汽轮发电机组电功率下不同加热器液位的热经济性，累计迭代计算得出不同负荷下各加热器液位的最佳工况点；以机组负荷为横坐标，加热器液位为纵坐标，配置工况曲线；将工况曲线录入DCS控制系统，实时采集汽轮发电机组电功率，得出各加热器的预设目标液位；对比实际液位与目标液位差值，以恒定速率调整目标值至预设目标液位。本发明能够实现基于DCS系统的火电厂给水回热系统加热器液位跟随负荷变化自动控制的方法，使回热系统运行经济性最佳。佳。佳。