一种蒸汽压差能与给水泵排汽联合的梯级利用运行控制方法与流程

本发明涉及热电联产节能运行控制，具体为一种蒸汽压差能与给水泵排汽联合的梯级利用运行控制方法。

背景技术：

1、在热电联产领域，锅炉运行过程中会产生大量高压蒸汽，蒸汽在经减压阀组降压后进入中低压管网，该过程中存在显著的蒸汽压差能，这部分能量若不加以回收则会白白浪费。同时，传统给水泵多采用电动驱动方式，耗电量大，且给水泵汽轮机排出的低品位蒸汽通常未得到高效梯级利用，例如仅用于低压加热器或部分排放，导致热能综合利用率不高。目前，已有部分技术尝试对蒸汽压差能进行回收发电或对给水泵进行汽轮机驱动改造，但大多针对单一环节进行优化，缺乏将蒸汽压差能回收与给水泵排汽利用进行联合梯级利用的系统化运行控制方案。

2、传统技术主要存在以下不足：一是蒸汽压差能回收与给水泵排汽利用相互独立，未形成高压发电→中压除氧→低压加热除盐水的梯级利用链条，系统整体能源利用效率较低，排汽热能未能实现百分百回收，低品位蒸汽未能充分利用；二是传统系统在设备发生超速、超压、低油压、冷却水中断等故障时，缺乏快速无扰切换机制，故障处理不及时易导致生产工艺中断或供热输出受影响，且传统系统多依赖人工值守，运维成本高，设备状态监测不够全面，安全隐患较大。

3、综上所述，现有技术中蒸汽压差能与给水泵排汽利用各自为政、缺乏协同梯级利用的运行控制方法，且在故障快速切换与无人值守运维方面存在明显不足，难以满足热电联产系统对高效率、高安全性、低运维成本的综合需求，因此亟需一种将蒸汽压差能回收发电与给水泵排汽梯级利用深度融合、具备故障无扰切换与全自动无人值守能力的协同运行控制方法。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了弥补现有技术的不足，提供了一种蒸汽压差能与给水泵排汽联合的梯级利用运行控制方法，它能够通过实时采集锅炉运行台数、供热负荷、除氧器参数、蒸汽参数、给水泵汽轮机参数及除盐水温度等12类关键运行参数，依据包含归一化处理的工况识别算法自动匹配单炉、双炉、三炉三种运行工况及对应控制模式，将高压蒸汽引入螺杆膨胀机实现压差能回收发电，排汽供给除氧器；同时将给水泵切换为汽轮机驱动，其排汽全部用于加热除盐水，排汽热能百分百回收，形成高压发电→中压除氧→低压加热除盐水的梯级利用链条，并采用基于综合偏差的协同控制算法及其调节规则与故障短时无扰切换机制，实现蒸汽压差能与给水泵排汽联合梯级利用的全自动协同闭环控制。

2、本发明为解决上述技术问题，提供如下技术方案：一种蒸汽压差能与给水泵排汽联合的梯级利用运行控制方法，该方法包括以下组成部分：

3、步骤一：运行参数采集与预处理，实时采集锅炉运行台数、供热负荷、除氧器运行参数、蒸汽参数、给水泵驱动汽轮机参数及除盐水温度参数；

4、步骤二：工况划分与控制模式匹配，根据锅炉运行台数与供热负荷数值划分单炉、双炉、三炉三种运行工况并匹配对应控制模式；

5、步骤三：高压蒸汽压差能回收发电控制，将高压蒸汽引入螺杆膨胀机实现压差能回收发电并控制排汽供给除氧器；

6、步骤四：给水泵汽轮机驱动与排汽全量回收控制，将给水泵切换为汽轮机驱动并配置变频辅助给水泵作为补充供水设备，控制排汽全部用于加热除盐水；

7、步骤五：故障无扰切换控制，设备故障时自动切换至并联于螺杆膨胀机进气端与除氧器进汽端之间的高压蒸汽旁路管路保障主系统连续运行；

8、步骤六：多参数协同闭环调节，根据实时负荷与用汽需求同步调节蒸汽分配、发电出力、给水泵出力及排汽用量。

9、进一步地，所述步骤二中工况划分与模式匹配采用归一化加权工况匹配算法，以锅炉运行台数为基础分类依据，结合多参数加权计算实现工况精准判定，的作用是：将锅炉运行台数、供热负荷、蒸汽压力、蒸汽流量、除氧器用汽量五个不同量纲的参数归一化后加权融合，生成一个0~1之间的工况匹配系数，用于精准判定系统当前处于单炉、双炉还是三炉工况，从而自动匹配对应的控制模式，计算公式为：其中为工况匹配系数，为供热负荷权重系数，，为蒸汽压力权重系数，，为蒸汽流量权重系数，，为除氧器用汽量权重系数，，为锅炉运行台数权重系数，为归一化后的实时锅炉运行台数；

10、为解决不同量纲参数无法直接加权计算的问题，本发明采用最大-最小归一化方法，将所有不同量纲的运行参数统一转换为[0，1]区间内的无量纲数值，通用计算公式为：，其中为参数实测值，为该参数在系统设计工况下的最小值，为该参数在系统设计工况下的最大值；；

11、各权重系数的取值依据及具体数值如下：

12、供热负荷权重系数：由连续三年供热负荷波动幅度统计确定，供热负荷是影响系统蒸汽供需平衡的最主要因素，因此赋予最高权重；

13、蒸汽压力权重系数：由蒸汽压力调节响应特性试验确定，蒸汽压力直接影响螺杆膨胀机的发电效率和运行稳定性；

14、蒸汽流量权重系数：由蒸汽流量稳定度指标统计确定，蒸汽流量反映了系统的实际用汽规模和能量输入水平；

15、除氧器用汽量权重系数：由除氧器负荷占比运行数据确定，除氧器用汽量是蒸汽梯级利用的中间环节，反映了中压蒸汽的消耗情况；

16、锅炉运行台数权重系数：由不同台数锅炉运行特性差异试验确定，锅炉运行台数决定了系统的最大出力能力和基础运行模式；

17、所有权重系数之和为1.0，保证工况匹配系数k的取值范围始终为[0，1]；plc先根据实时锅炉运行台数n划定单炉、双炉、三炉三大基础工况区间，再依据k值在对应区间内进行精细化控制模式匹配，实现工况精准识别与控制指令稳定输出。

18、更进一步地，所述步骤三中蒸汽压差能发电控制过程中先采集螺杆膨胀机入口蒸汽压力、入口蒸汽温度、入口蒸汽流量实时数据，将数据传输至控制模块后对比设定值与实测值的偏差，自动调整进气调节阀开度以稳定运行参数，单炉模式下控制进汽流量为额定流量的60%-70%，双炉模式下控制进汽流量为额定流量的75%-85%，三炉模式下控制进汽流量为额定流量的90%-100%，入口蒸汽压力稳定在设计压力值的±5%范围内，入口蒸汽温度稳定在设计温度值的±5%范围内，排汽压力稳定在与除氧器需求压力相匹配的范围内，排汽直接输送至除氧器满足加热需求，发电效率维持在85%以上，全程不干扰原有蒸汽输送管路与除氧器工作状态。

19、更进一步地，所述步骤四中给水泵驱动控制过程中单炉模式下仅启动第一给水泵汽轮机，控制给水流量在锅炉额定蒸发量的第一预设范围内实现无级调节，双炉模式下同步启动第一与第二给水泵汽轮机，控制给水流量在锅炉总额定蒸发量的第二预设范围内实现无级调节，三炉模式下控制第3号给水泵汽轮机与5号给水泵汽轮机在高负荷区运行，当实时给水需求超过两台汽轮机的最大供给能力时，启动变频辅助给水泵进行补充供水，各级调节过程中给水压力波动不超过0.1mpa，所有调节动作均由控制模块自动执行，无需人工干预，调节过程平稳无冲击，确保锅炉给水连续稳定供应。

20、更进一步地，所述步骤四中给水泵排汽利用控制过程中实时监测除盐水入口温度、除盐水出口温度、排汽流量、排汽压力参数，控制模块依据除盐水加热目标温度调整汽轮机排汽阀开度，将排汽压力稳定在0.12mpa，排汽温度稳定在105℃，使除盐水从25℃稳定加热至104℃，3号给水泵汽轮机进汽量维持在13t/h，5号给水泵汽轮机进汽量维持在22t/h，两台汽轮机排汽全部汇入除盐水加热系统，实现排汽热能百分百回收，无蒸汽向空排放，充分利用低品位热能提升能源利用率。

21、更进一步地，所述步骤五中故障无扰切换控制过程中控制模块实时监测螺杆膨胀机与给水泵汽轮机运行状态，当检测到超速、超压、低油压、冷却水中断任一故障信号时，立即发出关断指令关闭进气调节阀与快关阀，同步触发旁路减压阀组开启指令，旁路阀在0.5s内完全打开，高压蒸汽经旁路管路直接供给除氧器，发电机同步执行解列操作，切换过程中蒸汽压力波动不超过0.05mpa，除氧器与锅炉给水系统保持连续运行，不影响正常生产工艺与供热输出。

22、更进一步地，所述步骤六中协同闭环调节采用经归一化处理的多变量解耦综合偏差协同控制算法，的作用是：将蒸汽压力、蒸汽温度、蒸汽流量、发电量、给水泵出力五个核心参数的实测值与设定值偏差进行归一化加权求和，得到系统综合调节偏差；根据的正负和大小，判断当前是供能不足还是供能过剩，进而同步指导进气阀、排汽阀、给水调节阀执行同向调节或保持，实现多变量解耦协同闭环控制，计算公式为：，其中为系统综合调节偏差，为运行参数序号，求和范围为=1~5对应5类核心控制参数，为归一化后的第个运行参数实测值为归一化后的第个运行参数设定值为第个运行参数权重系数；

23、蒸汽压力权重=0.30，蒸汽温度权重=0.25，蒸汽流量权重=0.20，发电量权重=0.15，给水泵出力权重=0.10；控制模块通过解耦计算消除蒸汽压力、流量与给水泵出力之间的耦合干扰，依据e值大小与方向同步调整进气阀、排汽阀、给水调节阀开度，当e大于第一阈值时，同时增大进气调节阀和排汽阀的开度；当小于第二阈值时，同步减小开度；当e在死区范围内时，保持各阀门开度不变；

24、所述综合偏差协同控制算法采用与工况识别算法一致的最大-最小归一化方法，将所有不同量纲的运行参数统一转换为[0，1]区间内的无量纲数值，算法共包含5类核心控制参数，序号对应关系为：=1对应蒸汽压力，=2对应蒸汽温度，=3对应蒸汽流量，=4对应发电量，=5对应给水泵出力。所有权重系数之和为1.0，保证综合调节偏差e的取值范围为[-1，1]，其中正值表示系统供能不足，负值表示系统供能过剩。

25、更进一步地，所述步骤一中运行参数采集与处理过程中，采集的12类关键参数具体包括锅炉运行台数、实时供热负荷、除氧器进汽流量、除氧器进汽压力、螺杆膨胀机入口蒸汽压力、螺杆膨胀机入口蒸汽温度、螺杆膨胀机出口蒸汽压力、3号给水泵汽轮机进汽流量、5号给水泵汽轮机进汽流量、汽轮机排汽压力、除盐水入口温度、除盐水出口温度，所有参数转换为标准电信号后传输至控制模块，控制模块对信号进行滤波与校准处理，剔除干扰数据后用于工况判定与调节控制，确保参数采集精准可靠，为协同控制提供稳定数据支撑。

26、更进一步地，系统运行维护控制采用全自动无人值守模式，控制模块每2h自动执行一次设备状态自检，自检内容包含螺杆转子运行状态、润滑油温度、冷却水压力、发电机绝缘性能、给水泵汽轮机转速、轴向位移、轴承温度；自检数据实时上传至监控系统，异常状态立即触发声光报警并执行保护性停机动作，系统无需配置专职值班人员，仅由现有岗位人员完成常规巡检即可，降低运行维护成本，提升系统运行安全性。

27、与现有技术相比，该一种蒸汽压差能与给水泵排汽联合的梯级利用运行控制方法具备如下有益效果：

28、一、本发明通过将高压蒸汽引入螺杆膨胀机实现压差能回收发电，同时将给水泵切换为汽轮机驱动，其排汽全部用于加热除盐水，排汽热能实现百分百回收，无蒸汽向空排放，充分利用低品位热能。此外，螺杆膨胀机排汽还直接供给除氧器满足加热需求，形成高压发电→中压除氧→低压加热除盐水的梯级利用链条，最大程度提升了系统整体能源利用效率。

29、二、本发明当检测到超速、超压、低油压、冷却水中断等任一故障信号时，系统在短时阈值内自动完成旁路切换，旁路阀完全打开，高压蒸汽经旁路管路直接供给除氧器，切换过程中蒸汽压力波动不超过0.05mpa，不影响正常生产工艺与供热输出。同时系统采用全自动模式，每预设的时间间隔自动执行设备状态自检，异常状态立即触发声光报警并执行保护性停机，大幅减少专职值班人员配置，降低运行维护成本并提升系统运行安全性。

30、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。