【精彩论文】汽轮机DEH转速控制模式下的节能优化

Original 中国电力中国电力 2023-12-18

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徐章福，邓彤天，钟晶亮

贵州电网有限责任公司

引文信息

徐章福, 邓彤天, 钟晶亮, 等. 汽轮机DEH转速控制模式下的节能优化[J]. 中国电力, 2020, 53(4): 186-192.

XU Zhangfu, DENG Tongtian, ZHONG Jingliang,et al.Energy-saving optimization of steam turbine DEH under speed control mode[J]. Electric Power, 2020, 53(4): 186-192.

研究背景

随着中国大力推进产业结构调整，高耗能用电比重下降明显，同时大量新能源接入电力系统以及季节性丰、枯水期导致的水电容量变化对电网的影响，都极大加剧了电网负荷的峰谷差，大型火电机组必须参与深度调峰，甚至以频繁启、停机的方式参与电网的调峰任务。因此，研究火电机组启动阶段节能技术及甩负荷后的快速稳定对现阶段火电行业节能降成本具有重大意义。本文从汽轮机DEH阀门控制入手，分析汽轮发电机组转速控制模式下的动态过程，提出一种汽轮机DEH转速控制模式下的变阀位函数的优化方法，该方法能够实现自动暖机和机组甩负荷后的快速并网，在提高机组安全性的同时，经济性也得到了极大的保障。

论文所解决的问题及意义

文章研究汽轮机DEH转速控制模式下的节能优化问题，主要解决汽轮机启动暖机阶段普遍存在暖机时间长、暖机效果差、能源消耗大以及汽轮机DEH控制逻辑及旁路系统特性影响汽轮机甩负荷后的转速稳定性和机组运行安全性等问题。通过优化汽轮机DEH转速控制逻辑，节能效果显著，具有较大的应用推广价值。该方法自动化程度高，可有效降低运行人员工作压力和劳动强度。

论文重点内容

1、汽轮机启动暖机阶段节能技术

机组启动暖机效果不佳、能源消耗大与汽轮机设置的暖机转速低、所需动能W较少有关，特别对于高、中压缸联合启动机组，其能量分散于2个缸体，其暖机时间长、能源消耗大的问题更加突出。出于对主、再热系统能量差异化、各缸均分能量的考虑，高、中压缸联合启动机组转速控制模式下的DEH阀位函数g(Δx)和h(Δx)设置不同比例，某超临界机组高、中压缸联合启动机组转速控制方式下的阀位函数设置值表1。

表1 控制阀的阀位函数设置

表1中机组启动暖机阶段主汽门和调门实际开度值比例约为1﹕3，该比例设置未考虑主汽门预启阀开启初期进汽量极小的情况，也未考虑高、中压缸壁厚不同所需加热能量不同的特点；同时厂家推荐的再热蒸汽参数偏高，进一步加剧了中压缸进汽量偏多、高压缸偏少的情况。针对高、中压联合启动机组存在的上述问题，本文在机组原有转速控制系统的基础上，优化自动暖机的逻辑（见图1），通过对汽轮发电机组DEH控制系统中高压主汽阀位函数g(Δx)及中压调节阀位函数h(Δx)的实时修正，实现高、中压缸联合启动机组的全过程自动暖机。

图1 优化后的暖机转速控制示意

图1中，本逻辑在高压主汽阀位函数g(Δx)及中压调节阀位函数h(Δx)模块前并联了一套逻辑，由暖缸选择模块、设定温升率t₁模块、缸实际温升率t₂计算模块、高限模块、PID控制器2组成。当汽轮发电机组达到暖机转速后，运行人员投入暖缸模式，选择需要优先暖缸的缸体（高压缸或中压缸），设定期望的设定温升率t₁后，DEH测温系统测取缸体实际温升率t₂，设定值与实际值比较后输出偏差值Δt₁，经高限模块后输出Δt ，Δt输入PID控制器2，输出Δx₂、Δx₃分别叠加在高压主汽阀位函数及中压调节阀位函数模块上，实现对阀门阀位函数的在线修正。该方法可自动实时改变高、中压缸进汽量，能够将暖机能量相对集中，达到充分加热各缸体的目的，大大提高机组定速、并网带负荷安全裕度；同时自动化程度高，可有效降低运行人员劳动强度。

2、甩负荷后快速稳定转速的方法

对于设置有高、低压二级旁路机组，甩负荷后高、中压调节门会临时关闭后又重新开启，补充动能维持额定转速，此过程受高、中压调门阀位函数、旁路阀开度及其特性影响。为解决带高、低旁路机组甩负荷后常因再热参数波动大、转速难以稳定、运行人员操作繁琐等问题，本文优化机组甩负荷后的DEH转速控制逻辑（见图2），即以再热蒸汽为汽轮机维持转速的主要动力汽源、主汽实时补充的方法，能够快速稳定汽轮发电机组甩负荷后的转速，自动化程度高，可缓解运行人员工作压力。

图2 优化后的甩负荷稳定转速控制示意

如图2所示，本逻辑在高压调节阀位函数g(Δx)及中压调节阀位函数h(Δx)模块前并联了一套逻辑，由暖缸选择模块、再热热段实际压力p₁测量模块、再热热段压力期望值p₂设定模块、投切模块、PID控制器2组成。投入控制模块按钮并设定合适的再热蒸汽的压力值，当汽轮发电机组发生甩负荷后，模块自动将设定的压力值与DEH压力监测系统实时测取的再热蒸汽压力实际值相比较，输出比较值Δp，当Δp为负值时，PID控制器2输出值Δx₂为0，此时说明再热蒸汽参数足以维持机组转速在额定值；当Δp为正值时相反，此时PID控制器2输出值Δx₂与PID控制器1输出值Δx相叠加，作用在高压调节门阀位函数上，生成并输出值g(Δx+Δx₂)，逐渐开启高压调节门，补充机组汽源，维持机组在额定转速附近。

研究结论

在启动暖机阶段将缸体温升率与实测温升率的偏差值作为输出函数，实时修正高压主汽阀、中压调节阀位函数，优化后的暖机逻辑可使汽轮机暖机能量相对集中、效果可控且自动化程度高，实现汽轮机快速启动节约能源目的。甩负荷后快速稳定转速是将设定再热汽压力与实时再热压力偏差值作为输出函数，实时修正高压主汽阀位函数，降低机组出力对高低旁路阀特性的依赖，自动实现机组甩负荷后转速的快速稳定。

主要作者介绍

第一作者：徐章福，男，高级工程师，从事火电机组调试、节能优化与故障诊断研究。

E-mail：147359500@qq.com。

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