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申请/专利权人：东方电气集团东方锅炉股份有限公司;西安交通大学

摘要：本发明公开了一种给水流量有序异步调节的亚临界机组功率的控制方法，首先，采集锅炉系统和汽轮机系统的热力参数实时数据，进行数据清洗，计算得到单位给水流量变化影响高压加热器和除氧器抽汽导致的机组功率变化，再计算跟随给水变化的凝结水变化影响低压加热器抽汽导致的机组功率变化，最终计算得到主蒸汽流量变化所引起的亚临界机组功率变化，综合得到单位给水流量变化导致的亚临界机组功率变化预测值，最后根据亚临界机组功率实时偏差，获得锅炉给水控制的前馈量。采用给水流量调节控制机组功率，可大幅改善亚临界机组功率的控制效果，对于亚临界机组快速变负荷能力提升具有重要意义。

主权项：1.一种给水流量有序异步调节的亚临界机组功率的控制方法，其特征在于：亚临界机组由锅炉系统和汽轮机系统构成，锅炉系统和汽轮机系统之间通过m个工质进、出口相连；所述给水流量有序异步调节的亚临界机组功率的控制方法包括如下步骤：步骤一：数据采集采集汽轮机系统流经高压加热器的给水流量测量数据mfw和流经低压加热器的凝结水流量mcw；采集锅炉喷水的温度Tspw和压力pspw；采集锅炉系统中省煤器进口和出口工质温度Teco,in、Teco,out，进口和出口压力peco,in、peco,out；锅炉系统中过热器各级喷水减温量mspwi和锅炉系统中汽包的工作压力pdrum；采集锅炉系统和汽轮机系统之间的m个工质进、出口热力参数，包括m个工质流进入锅炉的温度和压力Tin,i、pin,i、工质流离开锅炉的温度和压力Tout,i、pout,i，其中i＝1—m；采集汽轮机系统的z级回热加热器的热力参数，包括给水侧各级回热加热器前后的温度Tw,in,i、Tw,out,i；抽汽侧各级抽汽的温度Ts,i、ps,i与各级回热加热器疏水的温度Td,i，其中i＝1—z；采集亚临界机组功率Prt和汽轮机低压缸排汽压力pc，凝结水泵后压力pcp、除氧器压力pdea、给水泵后给水压力pfp和省煤器入口给水压力peco,in；步骤二：数据预处理利用数据降噪算法，数值填充、修正与剔除方法以及热力系统机理数据清洗算法将步骤一采集的参数数据进行数据清洗；步骤三：计算各点工质焓值利用温度和压力数据，通过热物性计算得到各点工质焓值，包括锅炉m个工质流进、出口的焓值hin,i和hout,i，其中i＝1—m；给水侧各级回热加热器进口水的焓值hw,in,i和出口水的焓值hw,out,i；抽汽侧各级抽汽的焓值hs,i；各级加热器疏水的焓值hd,i，其中i＝1—z；省煤器入口和出口工质焓值heco,in、heco,out；锅炉系统中汽包内饱和水的焓值hdrum,sw和饱和蒸汽的焓值hdrum,ssmf；锅炉系统中过热器喷水减温焓值hspw；步骤四：计算单位给水流量变化时产生的高压加热器抽汽流量变化量和亚临界机组功率变化量单位给水流量变化后的给水流量：m′fw＝mfw+Δmfw式中：m′fw是单位给水流量变化后的给水流量，kgs；mfw是单位给水流量变化前的给水流量，kgs；Δmfw是给水流量变化量，kgs；首先计算单位给水流量变化后的各级高压加热器抽汽流量的变化量： 式中：Δmse1、Δmse2、Δmse3、Δmsei-1和Δmsei分别是单位给水流量变化前后No.1、No.2、No.3、No.i-1和No.i高压加热器抽汽流量变化量，kgs；τ1、τ2、τ3和τi分别是No.1、No.2、No.3和No.i高压加热器的给水焓升，kJkg；q1、q2、q3和qi分别是No.1、No.2、No.3和No.i高压加热器的抽汽焓降，kJkg；γ2、γ3和γi分别是No.2、No.3和No.i高压加热器的疏水焓降，kJkg；根据等效热降理论，高压加热器抽汽口排挤以上质量流量的蒸汽返回汽轮机做功，预期引起的亚临界机组功率变化为：ΔH1＝Δmse1H1ΔH2＝Δmse2H2ΔH3＝Δmse3H3ΔHi＝ΔmseiHi ΔPfw＝ΔHfw式中：ΔH1、ΔH2、ΔH3和ΔHi分别是单位给水流量变化前后No.1、No.2、No.3和No.i高压加热器抽汽流量变化导致的亚临界机组做功量变化，kW；H1、H2、H3和Hi分别是No.1、No.2、No.3和No.i高压加热器抽汽等效热降，kJkg；ΔHfw是单位给水流量变化影响高压加热器抽汽导致的亚临界机组做功量变化，kW；ΔPfw是单位给水流量变化导致的亚临界机组功率变化，kW；步骤五：计算跟随单位给水流量变化的凝结水流量变化产生的低压加热器抽汽流量变化量和亚临界机组功率变化量首先计算除氧器抽汽流量的变化： 式中：Δmsek是单位给水流量变化前后除氧器抽汽流量变化量，kgs；τk是除氧器的给水焓升，kJkg；qk是除氧器的抽汽焓降，kJkg；γk是除氧器的疏水焓降，kJkg；为了维持除氧器水位的稳定，计算凝结水流量的变化量：mcw+msek+mdwk-1＝mfwΔmcw＝Δmfw-Δmsek-Δmdwk-1式中：mcw是凝结水流量，kgs；msek是除氧器的抽汽，kgs；mdwk-1是除氧器上一级高压加热器疏水流量，kgs；Δmcw是凝结水流量变化量，kgs；Δmdwk-1是除氧器上一级高压加热器疏水流量变化，kgs；相应的凝结水变化所引起的低压加热器抽汽流量变化为： 式中：Δmsek+1、Δmsek+2、Δmsek+3和Δmsej分别是凝结水流量变化前后No.k+1、No.k+2、No.k+3和No.j低压加热器抽汽流量变化量，kgs；τk+1、τk+2和τk+3分别是No.k+1、No.k+2和No.k+3低压加热器的水侧焓升，kJkg；qk+1、qk+2和qk+3分别是No.k+1、No.k+2和No.k+3低压加热器的抽汽焓降，kJkg；γk+2和γk+3分别是No.k+2和No.k+3低压加热器的疏水焓降，kJkg；根据等效热降理论，除氧器和低压加热器抽汽口排挤以上质量流量的蒸汽返回汽轮机做功，预期引起的亚临界机组功率变化为：ΔHk＝ΔmsekHkΔHk+1＝Δmsek+1Hk+1ΔHk+2＝Δmsek+2Hk+2ΔHk+3＝Δmsek+3Hk+3ΔHj＝ΔmsejHj ΔPdcw＝ΔHdcw式中：ΔHk、ΔHk+1、ΔHk+2、ΔHk+3和ΔHj分别凝结水流量变化前后No.k除氧器、No.k+1、No.k+2、No.k+3和No.j低压加热器抽汽流量变化导致的机组做功量变化，kW；Hk、Hk+1、Hk+2、ΔHk+3和Hj分别为No.k除氧器、No.k+1、No.k+2、No.k+3和No.j低压加热器抽汽等效热降，kJkg；ΔHdcw是凝结水流量变化影响除氧器和低压加热器抽汽导致的机组做功量变化，kW；ΔPdcw是凝结水流量变化导致的亚临界机组功率变化，kW；步骤六：计算单位给水流量变化影响主蒸汽流量导致的亚临界机组功率变化首先计算锅炉系统中的汽包入口工质总热量变化：ΔQdrum,fw＝ΔQeco,fw+ΔQeco式中：ΔQdrum,fw为锅炉系统中的汽包入口总热量变化量，kJs；ΔQeco,fw为进入锅炉系统中省煤器的给水总热量的变化量，kJs；ΔQeco是锅炉系统中省煤器内工质的总吸热量变化量，kJs；再进一步计算锅炉系统中汽包产生的饱和蒸汽流量变化：锅炉系统中汽包和水冷壁的质量平衡方程如下：mfw-mdrum,ssmf＝mdrum,sw式中：mdrum,ssmf为锅炉系统中汽包产生的饱和蒸汽流量，kgs；mdrum,sw为锅炉系统中汽包内饱和水质量的变化速度，kgs；锅炉系统中汽包和水冷壁的能量平衡方程如下：Qdrum,fw+Qdrum,wall-Qdrum,ss＝Qdrum,change式中：Qdrum,wall是锅炉水冷壁内工质的总吸热量，kJs；Qdrum,ss为锅炉系统中汽包产生的饱和蒸汽带走的热量，kJs；Qdrum,change为锅炉系统中汽包和水冷壁的内部蓄热的释放速率，kJs；由于锅炉系统中汽包内饱和水的蓄热量远大于饱和蒸汽，因此只计算汽包内饱和水的蓄热变化：Qdrum,change＝mdrum,swhdrum,sw式中：hdrum,sw为锅炉系统中汽包内饱和水的焓值，kJkg；同时，锅炉系统中汽包产生的饱和蒸汽流量与Qdrum,ss的关系为：Qdrum,ss＝mdrum,ssmfhdrum,ssmf式中：hdrum,ssmf为锅炉系统中汽包产生饱和蒸汽的焓值，kJkg；由以上方程可得，当单位给水流量变化时，锅炉系统汽包和水冷壁内能量平衡方程为：ΔQdrum,fw-ΔQdrum,ss＝ΔQdrum,change式中：ΔQdrum,ss为锅炉系统中汽包产生的饱和蒸汽带走热量的变化量，kJs；ΔQdrum,change为锅炉系统中汽包和水冷壁的内部蓄热的释放速率变化量，kJs；因为汽包内工质储存量巨大，因此忽略此过程的汽包工作压力变化，得到单位给水流量变化时锅炉系统中汽包产生的饱和蒸汽流量的变化为： 式中：Δmls为主蒸汽流量变化量，kgs；Δmdrum,ssmf为锅炉系统中汽包产生的饱和蒸汽流量变化量，kgs；由于主蒸汽流量的变化响应时间要明显大于回热加热器抽汽流量变化的响应时间，因此，主蒸汽流量变化时单位质量新蒸汽等效热降为高压加热器、除氧器和低压加热器抽汽流量变化后的等效热降： 式中：ΔPls为主蒸汽流量变化引起的亚临界机组功率变化，kW；H为给水流量变化前的新蒸汽等效热降，kJkg；其中主蒸汽流量mls使用伏流格尔公式计算得到；步骤七：综合计算单位给水流量变化时亚临界机组总体功率变化预测值当单位给水流量变化时，亚临界机组总功率变化主要由三部分组成：给水流量变化影响高压加热器抽汽导致的亚临界机组功率变化、凝结水流量变化影响除氧器和低压加热器抽汽导致的亚临界机组功率变化和主蒸汽流量变化所引起的亚临界机组功率变化；亚临界机组总功率变化为：ΔP＝ΔPfw+ΔPdcw+ΔPls步骤八：借助亚临界机组实时功率偏差和单位给水流量变化时亚临界机组功率变化预测值，计算亚临界机组功率偏差对于给水流量的前馈值借助实时采集的亚临界机组功率，计算得到其与设定值之间的偏差，结合单位给水流量变化时的亚临界机组功率变化预测值，计算得到对给水流量调节值，作为机炉协调控制系统中给水流量控制的前馈量，从而建立给水流量调节控制亚临界机组功率的控制逻辑；ΔPdev＝Pset-Prt 式中：ΔPdev为实时采集并计算得到的机组功率与设定功率之间的偏差，kW；Pset为机组功率设定值，kW；Prt为机组功率实时值，kW；Δmpower,fwr为机组功率偏差对锅炉给水调节的前馈值，kgs；kpower,fwr为机组功率偏差对给水流量调节前馈调节系数；配合亚临界机组机炉协调控制系统原有机组功率控制逻辑，能够在快速变负荷时更有效的跟随目标负荷，以提高亚临界机组变负荷速率，对于亚临界机组运行灵活性的提高具有重要意义。

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