转炉饱和蒸汽汽轮机和电机联合拖动发电自动负荷调节、运行和保护方法与流程

1.本发明涉及一种饱和蒸汽汽轮机和电机联合拖动发电控制方法，具体涉及一种转炉饱和蒸汽汽轮机和电机联合拖动发电自动负荷调节、运行和保护方法，属于低压饱和蒸汽利用技术领域。


背景技术：

2.如何高效利用钢铁生产中副产的低压饱和蒸汽，一直是钢铁企业关注和希望解决的问题，现有技术中转炉生产中回收的饱和蒸汽，除部分供rh抽真空使用以外，其余全部送入低压蒸汽管网，供生活用汽，一直没有得到高效利用。以某特钢企业为例，年产300万吨，有两台rh真空设备，一台使用蒸汽泵，另一台使用机械泵，产品过真空率在85％左右，转炉产生的饱和蒸汽每小时流量在28t左右，rh抽真空用汽每小时流量在12t左右，通过两个80m3蓄热器供入蒸汽管网；由于转炉生产不连续的特性，饱和蒸汽产汽具有周期性，加之rh用汽的不连续性(大约每40分钟1炉，每炉用汽时间13分钟，其余时间不用汽)，导致低压饱和蒸汽系统压力和流量都不稳定，转炉蒸汽只供应rh正常用汽，其余蒸汽排入公司低压蒸汽管网，供生活用汽，一直没有得到有效利用。
3.在目前钢铁企业面临节能降耗的压力形势之下，利用转炉富余的饱和蒸汽建设高效拖动汽轮机成为节能减耗的新思路。但是，由于转炉饱和蒸汽存在水分较多和压力波动较大等因素，导致以往转炉饱和蒸汽驱动的拖动汽轮机出现汽轮机转速难以控制、并引起共轴拖动的电机跳闸等现象，影响被拖动风机的正常生产运行；
4.再者，蒸汽蓄热器是热能动力行业广泛使用的一种辅助设备，蒸汽蓄热器一般使用在压力或流量不稳定的蒸汽汽源之后，起到稳定蒸汽流量及压力的作用。目前蒸汽蓄热器调节一般都是采用机械式止回阀和蒸汽出口调节阀组成的调节系统，蓄热器管路连接方式也广泛存在错误或不合理的情形；基于上述原因，目前蓄热器应用广泛存在蓄热效果较差、出口蒸汽流量不稳定的情况。
5.综合上述，因为炼钢rh用汽的不连续性，rh和汽轮机用汽都是取自经蓄热器调节后的压力稳定的低压蒸汽母管，所以汽轮机运行需要根据富余饱和蒸汽量，周期性不断调整输出功率；既要保证rh用汽量，又要尽可能充分利用饱和蒸汽，不能出现蒸汽排空放散现象，进而彻底解决了蒸汽不稳定、能源利用效率低、系统运行不稳定的问题。


技术实现要素：

6.在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
7.鉴于此，针对现有技术中蒸汽不稳定、能源利用效率低、系统运行不稳定的问题，
本发明设计了一种转炉饱和蒸汽汽轮机和电机联合拖动发电自动负荷调节、运行和保护方法，拖动汽轮机负荷根据蓄热器的存储的蒸汽量多少，自动调节汽轮机负荷，达到了保证了rh生产用汽，也最大可能的利用了富余蒸汽的目的，节能效果明显，运行稳定。
8.为了实现上述目的，本发明的转炉饱和蒸汽汽轮机和电机联合拖动发电自动负荷调节、运行和保护方法，具体步骤如下：
9.步骤1、在拖动汽轮机系统的deh中设定离合器啮合转速；
10.步骤2、转速控制模式；具体为：通过转速调节升速到设定的离合器啮合转速后，拖动汽轮机系统的deh根据设定离合器啮合转速或汽轮机进气阀门开度，判断离合器是否成功啮合；是，执行步骤3，否，切换为转速控制，并设定转速低于离合器啮合转速，执行步骤1；
11.步骤3、离合器啮合成功切换至阀控模式，设定初始进汽主调阀的阀位高于离合器啮合阀位2％～4％，此时，启机成功，进入阀位控制汽轮机输出功率模式；
12.步骤4、阀位自动模式激活，具体为激活功能按键；
13.步骤5、点击“自动投入”功能按键，进入按照蓄热指标自动调节阀位的控制模式；
14.步骤6、降低阀位调节速率；
15.步骤7、根据蓄热器系统的综合蓄热指标数值，汽轮机通过自动调节阀位，达到自动调节输出功率的目的；具体为：
16.s71、蓄热器系统plc和拖动汽轮机系统的dcs之间建立了硬接线通讯，拖动汽轮机系统的dcs读取综合蓄热指标值；
17.s72、拖动汽轮机系统的dcs读取预置的蓄热值对应阀位；
18.s73、将进汽主调阀的阀位调节到读取的蓄热值对应阀位；
19.s74、将变频器plc的输出频率值、输出功率值和变频器跳闸信号，通过硬接线通讯方式，传送给了拖动汽轮机系统的dcs，当拖动汽轮机系统做功超过风机功耗，变频器自动切换为发电模式，当拖动汽轮机系统做功小于风机功耗，变频器自动转为供电模式；
20.步骤8、点击“手动”功能按键，是，执行步骤9，否，循环步骤7、步骤8；
21.步骤9、提高调节速率。
22.进一步地：在步骤2中，离合器啮合转速设定为当前风机转速
×
8 (60～100)r/min，确保离合器能够啮合。
23.进一步地：在步骤2中，所述的汽轮机转速超过设定的离合器啮合转速的2％～5％或汽轮机进气阀门开度大于12％～18％，判断离合器成功啮合。
24.进一步地：在步骤2中，所述的汽轮机转速低于设定转速离合器啮合转速的2％～5％，执行步骤1。
25.进一步地：汽机进汽参数保护：在步骤3中，所述的阀控模式，其过程中，若进汽主调阀的前压力超过0.9～1.1mpa的波动范围，应报警；若进汽主调阀的前压力超过0.8～1.2mpa的波动范围，应自动停机。
26.进一步地：阀控调节的转速保护：在步骤3中，所述的阀控模式，其过程中，若拖动汽轮机转速低于离合器啮合转速的2％～5％，则可能是离合器啮合失效，应立即退出阀控模式，回到转速控制模式，并将转速设定为离合器啮合转速的2％～5％，并报警处理离合器故障，或自动停机。进一步地：阀控调节的速率保护：在步骤4中，阀位调节若进入自动调节模式，需要降低一半调节速率，防止调节震荡产生和其他意外情况发生；反之，在步骤8中，
进入手动模式，应恢复到5％的调节速率值。
27.进一步地：调节模式切换保护：在步骤3中，调节模式切换为阀位调节，依据是离合器啮合成功的判断，若离合器未能成功啮合，需要退回转速控制模式，并自动设定低于并网转速
‑
离合器啮合转速的2％～5％的转速设定，并撤销“已啮合”状态，防止系统再次自动检测并设定为“已啮合”状态，继而再次自动进入阀位调节模式。
28.进一步地：在步骤7中，绘制功率
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阀位曲线，根据该曲线，设定最大和最小控制阀位；再设定5～8个档阀位，对应蓄热指标值的5～8个区间，最大控制阀位对应高蓄热值，最大控制阀位确保拖动汽轮机不超负荷；最小控制阀位确保拖动汽轮机转速不降低，防止离合器脱离。
29.进一步地：在步骤7中，需要调节驱动参数的有效性判断，即：读取蓄热指标值后，首先判断指标值是否在1.0～1.9mpa之间，如果是，继续后续调节控制，否则退出自动调节模式并报错。
30.进一步地：在步骤3中，每次拖动汽轮机启动，进入“已运行”状态时，读取并保存变频器传来的功率值；进入“已啮合”状态后，用上述记录的功率值，减去变频器传来的实时功率值(反向发电时，输出负功率值)，即得到拖动汽轮机输出功率值，并将此值显示在减速机上方，作为拖动汽轮机的功率输出值。
31.上述数值是作为本技术应用的一个例子，便于阐述本技术的控制方法和步骤，本技术的保护范围不限于以上数值范围。
32.本发明所达到的效果为：
33.本发明的转炉饱和蒸汽汽轮机和电机联合拖动发电自动负荷调节、运行和保护方法，采用最为直接和可靠的阀位自动调节模式；调节驱动也取用能够直接反应蒸汽系统做功能力的蓄热器系统的综合蓄热指标数值。经过运行实践和参数的不断优化，目前拖动汽轮机负荷可以根据蓄热器系统存储的蒸汽量多少，自动调节汽轮机负荷，达到了保证了rh生产用汽，也最大可能的利用了富余蒸汽的目的，节能效果明显，运行稳定。利用本方法汽轮机、同步离合器运行稳定，没有出现影响除尘风机运行情况；除尘风机正常运行在46.5hz，运行功率在1530kw左右，当蒸汽流量达到10.5t/h时，通过变频器能够实现异步电机反向发电功能，当拖动汽轮机负荷超过70％时，拖动汽轮机汽耗达到6.8kg/kwh，当蒸汽流量达到21.8t/h、压力1.03mpa时，拖动汽轮机功率达到3340kw，电机发电负荷达到1802kw，拖动汽轮机汽耗只有6.52kg/kwh，电价按照0.6元/kwh计算，转炉产生的1t低热值饱和蒸汽可以回收88元钱，效果超过预期，正常情况下每小时转炉蒸汽流量在16t左右，最大小时流量达到28t左右，以此计算，每小时可回收1408
‑
2464元钱，日积月累将获得巨大收益。本发明除了能够满足rh生产用汽外，汽轮机拖动每年节电增加收入约936.48万元，扣除运行成本176.42万元，年收益为760.06万元。
附图说明
34.图1为本发明的流程示意图；
35.图2为转炉饱和蒸汽汽轮机和电机联合拖动发电系统框图。
具体实施方式
36.在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本发明公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。
37.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
38.在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。下面根据附图详细阐述本发明优选的实施方式。
39.为使本发明的上述目的、特征和优点更加清晰和方便理解，以某年产300万吨的特钢企业为例，并结合附图对本发明作进一步的详细说明。
40.本实施例的转炉饱和蒸汽汽轮机和电机联合拖动发电自动负荷调节、运行和保护方法(参见图1)，
41.s1、在拖动汽轮机系统的deh中设定离合器啮合转速；
42.s2、转速控制模式；具体为：通过转速调节升速到设定的离合器啮合转速后，拖动汽轮机系统的deh根据设定离合器啮合转速或汽轮机进气阀门开度，判断离合器是否成功啮合；是，执行s3，否，切换为转速控制，并设定转速低于离合器啮合转速，执行s1；
43.s3、离合器啮合成功切换至阀控模式，设定初始进汽主调阀的阀位高于离合器啮合阀位3％，此时，启机成功，进入阀位控制汽轮机输出功率模式；
44.s4、阀位自动模式激活，具体为激活功能按键；
45.s5、点击“自动投入”功能按键，进入按照蓄热指标自动调节阀位的控制模式；
46.s6、降低阀位调节速率；
47.s7、根据蓄热器系统的综合蓄热指标数值，汽轮机通过自动调节阀位，达到自动调节输出功率的目的；具体为：
48.s71、蓄热器系统plc和拖动汽轮机系统的dcs之间建立了硬接线通讯，拖动汽轮机系统的dcs读取综合蓄热指标值；
49.s72、拖动汽轮机系统的dcs读取预置的蓄热值对应阀位；
50.s73、将进汽主调阀的阀位调节到读取的蓄热值对应阀位；
51.s74、将变频器plc的输出频率值、输出功率值和变频器跳闸信号，通过硬接线通讯方式，传送给了拖动汽轮机系统的dcs，当拖动汽轮机系统做功超过风机功耗，变频器自动切换为发电模式，当拖动汽轮机系统做功小于风机功耗，变频器自动转为供电模式；
52.步骤8、点击“手动”功能按键，是，执行s9，否，循环s7、s8；
53.步骤9、提高调节速率。
54.上述方法依托的转炉饱和蒸汽汽轮机和电机联合拖动发电系统(参见图2)，包括
转炉汽包1、蒸汽蓄热器2、汽水分离器3、汽轮机4、变速箱5、离合器6、风机7、异步电机8、变频器9、冷凝器10、水泵11，所述转炉汽包1、蒸汽蓄热器2、汽水分离器3、汽轮机4、冷凝器10、水泵11通过循环管路依次连接，相应管路上设置有阀门组件，汽轮机4与变速箱5、离合器6、风机7、异步电机8依次连接，变频器9与异步电机连接。
55.本发明的拖动汽轮机运行，需要根据富余饱和蒸汽量，周期性不断调整输出功率；既要保证rh用汽量，又要尽可能充分利用饱和蒸汽，不能出现蒸汽排空放散现象。
56.本发明和常规发电就有了巨大的区别：
57.(1)汽轮机必须处于不断调整的变工况运行状态下，对蒸汽系统起到调峰、填谷的调节作用。而不是常规电厂根据锅炉平稳负荷和主汽压力来调节输出功率。
58.(2)汽轮机进口母管压力经蓄热器出口调节阀组的联合控制，压力波动较小，而且其压力波动和转炉蓄热器系统的储汽量没有关系。
59.故而，本发明不能采用传统发电模式控制汽轮机运行，其是一套可靠、稳定的自动调节方式。
60.本发明对运行人员的要求，现有炼钢厂没有专业的热力和发电运行操作人员；若仅靠目前配备的1名除尘操作人员来兼管运行，不但不能及时调节汽轮机运行，还会带来难以预料的后果。因此，本发明的自动调节和保护，才显得更加重要；也是必须的。
61.本发明中蓄热器出口低压饱和蒸汽母管为了满足rh用汽，经蓄热器出口调节阀组调节后，设定为1.0mpa额定压力，压力正常波动范围是0.9～1.1mpa，而且不会随着蓄热器内部的储汽压力变化而变化。
62.转炉饱和蒸汽系统对外供汽能力的评判指标：转炉饱和蒸汽系统的蒸汽来源是转炉的汽化冷却汽包，转炉生产的间歇性决定了每台转炉产汽的不连续性，每炉钢冶炼时吹氧期间产生蒸汽，其余时间没有蒸汽产生。为了使供出的蒸汽连续和压力稳定，设置了蓄热器系统。转炉产生的间歇蒸汽进入蓄热器储存后，蓄热器内压力升高；蓄热器对外通过调节阀供汽时，蓄热器内压力缓慢降低。为此，蓄热器系统计算出综合蓄热指标，其值在1.0～1.9mpa之间波动。蒸汽系统的综合蓄热指标低于1.0mpa后，无法对外供汽；高于1.9mpa后，无法吸收转炉的产汽。因此，系统需要保持综合蓄热指标在1.45mpa左右。
63.蓄热器系统和拖动汽轮机系统之间：为了能够满足转炉生产和汽轮机运行的需要，我们已经在蓄热器plc和拖动汽轮机dcs之间建立了硬接线通讯，将综合蓄热指标值和蓄热值对应阀位信号传送给了拖动汽轮机dcs。
64.变频器系统和拖动汽轮机系统之间：为了更好控制和保护拖动汽轮机系统和风机系统，目前已经将变频器plc的输出频率值、输出功率值和变频器跳闸信号，通过硬接线通许方式，传送给了拖动汽轮机dcs。
65.本发明的汽轮机自动调节，首先自动调节方式的选择，拖动汽轮机的deh自动调节方式，可选的有转速调节、阀位调节、功率调节和压力调节。
66.根据deh设定，开机时必须采用转速调节方式，汽轮机达到设定转速后，可切换为其他调节方式。
67.1、转速调节
68.拖动汽轮机转速达到离合器啮合转速后，离合器啮合，相当于发电机并网完成，继续增加转速，只会增加汽轮机功率输出，实际转速由于受到电机电流的限制，并不会增加。
因此并不适合作为频繁的变工况自动调节。
69.2、功率调节
70.由于拖动汽轮机输出功率没有直接测量方式，采用功率调节可能存在较大误差，而且输出功率的变化，也要依据蒸汽系统的综合蓄热指标值，实际调节的也是调阀开度，因此本实施例不予采用。
71.3、压力调节
72.由于汽机进口压力不能反应蒸汽系统的做功能力，无法实现自动调节拖动汽轮机输出功率；若采用综合蓄热指标的压力值自动调节，实际调节的也是调阀开度，并且还存在系统失控等不确定因素，因此本实施例也不予采用。
73.综上所述，本实施例采用最为直接和可靠的阀位自动调节模式；调节驱动也取用能够直接反应蒸汽系统做功能力的合蓄热指标值。
74.其次，自动调节逻辑和参数设置
75.1、自动调节逻辑
76.在汽轮机系统的deh，通过转速调节升速到离合器啮合转速后，deh根据设定的离合器啮合转速值和阀门开度，判断离合器是否成功啮合。
77.2、参数设置
78.自动调节模式，需要功率
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阀位曲线，根据此曲线，设定最大和最小控制阀位；再设定5～8个档阀位，对应蓄热指标值的5～8个区间，最大控制阀位对应高蓄热值。最大控制阀位要确保汽轮机不超负荷；最小控制阀位要确保汽轮机转速不降低，防止离合器脱离。
79.调节过程中，需要调节驱动参数的有效性判断，即：读取蓄热指标值后，首先判断指标值是否在1.0～1.9mpa之间，如果是，继续后续调节控制，否则退出自动调节模式并报错。
80.离合器啮合转速应该设定为当前风机转速
×
8 80r/min，确保离合器能够啮合。
81.3、汽轮机输出功率的计算和显示
82.每次汽轮机启动，进入“已运行”状态时，读取并保存变频器传来的功率值。进入“已啮合”状态后，用上述记录的功率值，减去变频器传来的实时功率值(反向发电时，输出负功率值)，即得到汽轮机组输出功率值，并将此值显示在减速机上方，作为汽轮机组的功率输出值。
83.再者，汽轮机自动调节过程中的保护措施
84.1、汽机进汽参数保护：在步骤3中，所述的阀控模式，其过程中，若进汽主调阀的前压力超过0.9～1.1mpa的波动范围，应报警；若进汽主调阀的前压力超过0.8～1.2mpa的波动范围，应自动停机。
85.2、阀控调节的转速保护：在步骤3中，所述的阀控模式，其过程中，若拖动汽轮机转速低于离合器啮合转速160r/min，则可能是离合器啮合失效，应立即退出阀控模式，回到转速控制模式，并将转速设定为离合器啮合转速
‑
160r/min，并报警处理离合器故障，或自动停机。
86.3、阀控调节的速率保护：在步骤4中，阀位调节若进入自动调节模式，需要降低一半调节速率，防止调节震荡产生和其他意外情况发生；反之，在步骤8中，进入手动模式，应恢复到5％的调节速率值。
87.4、调节模式切换保护：在步骤3中，调节模式切换为阀位调节，依据是离合器啮合成功的判断，若离合器未能成功啮合，需要退回转速控制模式，并自动设定低于并网转速
‑
160r/min的转速设定，并撤销“已啮合”状态，防止系统再次自动检测并设定为“已啮合”状态，继而再次自动进入阀位调节模式。
88.本实施例的节能效果
89.1、主要能耗指标(参见表1)
90.在采取以上措施后，可取得较好的节能效果，有效地提高电厂的经济性，集中体现在下述指标上：
91.1)本工程平均利用余热饱和蒸汽量：16.5t/h，机组做功2151kw。
92.2)机组汽耗率：7.67g/kwh。
93.3)全厂综合厂用电率：9.3％。
94.4)年节约标煤量：5931t/a。
95.表1主要能耗指标表
[0096][0097]
2、投资概算及静态经济分析
[0098]
静态投资情况：蓄热器及管网系统改造静态投资约为600万元，拖动汽轮机系统静态投资约760万元，总静态投资1360万元。本工程装机容量3000kw，千瓦造价为：4533.3元；静态经济评价(参见表2)。
[0099]
表2年运行成本及静态收益估算表
[0100][0101]
按静态效益分析：
[0102]
静态投资额为1360万元。建成后，除了能够满足rh生产用汽外，汽轮机拖动每年节电增加收入约936.48万元。扣除运行成本176.42万元，年收益为760.06万元。静态投资回收期为1.79年(不含建设期)，约21.5个月(不含建设期)即可回收全部建设投资。
[0103]
综上所述，本实施例具有显著的经济效益。
[0104]
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。
[0105]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。