[发明专利]全周进汽汽轮机初压定值的多目标优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种热工优化控制方法，尤其涉及一种针对全周进汽汽轮机初压定值的多目标优化及其DCS实现方法。

背景技术

大型电站汽轮机组可设计为节流调节和喷嘴调节两种不同的配汽型式。而一般喷嘴调节的汽轮机组推荐采用定-滑-定运行方式，对全周进汽节流调节的汽轮机组多为定-滑方式，尽量采用滑压运行的方式以减少节流损失，即使在额定负荷下也是如此。

与定压运行比较，单元机组采用滑压运行方式的给水压力较低，因而给水泵的电耗也较少。但这种运行方式也有缺点，汽轮机调门全开工况虽然经济性好，但单元机组参与变负荷调峰时的调节能力会受到影响，尤其是加负荷方向的调节能力变差。为了弥补上述缺点，在汽轮机结构和运行方式上必须加以优化。

如西门子公司生产的汽轮机多采用滑压全周进汽及节流调节方式，其优点是结构简单，高压缸采用单流程设计，这使同样参数下的叶片级通流面积比双流程大大增加，叶片端损也大幅度下降。与其他机型的高压缸相比，其效率要高4.5％～7％左右。高压第一级斜置叶片设计不仅效率高，而且非常成功地解决了大功率汽轮机调节级的强度及机组的运行可靠性问题。在结构上，西门子公司采用了一种特有的补汽阀设计。该设计在汽轮机主汽门后、高压调门前还引出了一个管道，接入一个补汽阀，相当于在主汽门后连接的第三个调节阀。补汽阀的结构与高压调门相同，是一只单阀座的四通阀门，两进两出，位于高压缸下部。从两侧主汽门后、主调门前各引出一些新蒸汽(额定进汽量8％)，经补汽阀节流降低参数(蒸汽温度约降低30℃)后，分上下2根管道进入高压第四、五级动叶后的空间，补汽阀节流进入第五级后，温度低约30度，还可起到冷却高压汽缸作用，对大于600℃汽机更为有利。补汽阀和高调门受一个指令控制，正常运行时由高调门节流调节机组负荷，当高压调门开足时，则通过开启补汽阀来继续提高机组负荷。补汽阀的开启点一般在当功率从TMCR工况增大时开启，可根据电网频率变化起到调频作用。采用补汽阀使滑压运行机组在额定流量下，进汽压力达到额定值，避免了全周进汽滑压运行模式没有用足蒸汽压力的能力。对经济工况与最大工况流量相差大的机组还可提高经济性。机组在实际运行时，不必通过主调门的节流就具备调频功能，可以避免节流损失，而且调频反应速度快，同时可以减少锅炉的压力波动。因此，补汽阀与全周进汽、滑压运行相配套是一种提高效率的先进技术。国内部分西门子或其与上汽合作生产的350MW和1000MW机组都采用了补汽阀设计。

但大多数情况下单元机组及汽轮机的运行条件是不断变化的，如不同循环冷却水入口温度对应的汽机背压、单元机组当前的电负荷、以及变化的厂用抽汽量等等，要想真正做到使全周进汽汽轮机始终处于最佳的运行状态，无论是节流调节模式还是补汽阀模式，对全周进汽汽轮机而言，简单按厂家提供的压力定值曲线进行控制显然是难以实现的。不同的运行条件下，机组的最优运行压力定值与厂家提供的设计运行曲线会存在不同程度的偏离。

从提高机组运行经济性角度着眼，国内外已有许多文献对汽轮机初压定值的优化问题进行了研究(如参考文献[1]～[13])，研究表明最优的压力定值并不是负荷的单值曲线，同时这些文献也对压力定值的问题给出了一些优化解决方案。这其中既包括了对喷嘴调节机组复合滑压方式的优化研究，也包括了对采用补汽阀方式提高调频能力的分析(参考文献2)；参考文献3～6则给出了根据汽轮机背压(真空)和供热等参数的变化进行滑压定值修正的方法。

参考文献7、8还考虑了AGC方式运行时滑压定值的稳定性等问题。这也从侧面反映出除了汽轮机本身热力工况的变化之外，作为单元机组的一部分，全周进汽汽轮机初压定值的优化在考虑不同运行模式影响时，同样具有一定的特殊性。但现有的机组控制策略中大都还没充分考虑到这些因素。

由于国内以往的亚临界和超临界参数的汽轮机组大多数都采用的是西屋公司(Westinghouse)技术，超超临界汽轮机除上汽西门子生产的全周进汽汽轮机之外，东汽和哈汽引进日立、东芝技术生产的超超临界机组均源于美国GE公司技术，也采用的是双流调节级喷嘴配汽结构，因此，研究文献给出的汽轮机初压优化的实现方法大多数针对的还是喷嘴调节型式的汽轮机，对全周进汽汽轮机的初压定值优化方法还有进一步完善和优化的必要和可能。