運行優化的空冷凝汽器機組制造技術

本發明專利技術涉及一種運行優化的空冷凝汽器機組，包括：空冷凝汽器，其具有換熱管束和風機設備，換熱管束構造用于接收來自汽輪機的排汽，風機設備與換熱管束匹配設置用以將換熱管束中流動的排汽冷卻成冷凝水；數據測量和采集系統，其構造用于測量和采集空冷凝汽器的至少部分被控變量和干擾變量；多變量預測控制器，其基于預先設定的模塊單元，根據來自數據測量和采集系統的至少部分被控變量和干擾變量的數值自動控制風機設備的控制變量以優化空冷凝汽器的性能同時防止汽輪機背壓低于設定的壓力保護限值范圍和防止冷凝水溫度低于冷凝水溫預定限值。

【技術實現步驟摘要】
運行優化的空冷凝汽器機組
本專利技術涉及一種運行優化的空冷凝汽器機組，更具體地，涉及一種基于多變量預測控制來優化運行的空冷凝汽器機組。
技術介紹
在工廠設備中，汽輪機中的蒸汽完成膨脹過程，將熱能轉變為機械能，該機械能例如可用于發電機發電或驅動壓縮機。用于汽輪機的凝汽器是使驅動汽輪機作功后排出的蒸汽變成凝結水的熱交換設備。自凝汽器排出的凝結水則通過凝結水泵經給水加熱器、給水泵等輸送進鍋爐，經鍋爐加熱后形成蒸汽輸送至汽輪機，從而保證整個熱力循環的連續進行。直接用空氣作為冷卻介質來對汽輪機排汽進行冷凝的機組稱為直接空冷凝汽器機組(亦稱為直接空冷系統或ACC系統)，典型地包括汽輪機、排汽管道、凝汽器、冷卻風機，其工藝流程為汽輪機排汽通過粗大的排汽管道至通常放置于室外的凝汽器，冷卻風機(通常為軸流式風扇)迫使空氣流過凝汽器，帶走排汽的熱量，因而將排汽冷凝成水?？绽淠鳈C組具有結構簡單、占地面積少、系統的調節較靈活的優點。但是，在實際的運行過程中，其缺點也明顯：能耗大，例如采用強制通風導致電耗能大；系統運行不穩定例如受環境影響大。例如當夏季高溫時，汽輪機背壓升高，嚴重影響機組安全運行。此外，當出現不利的風向、風速以及上游建筑物對空氣環流的影響，例如不利風向造成的熱回流及散熱不暢，汽輪機背壓也會突然升高，汽輪機出力下降，甚至有可能導致汽輪機背壓超過背壓保護限值而跳閘停機。在某些極惡劣情況下，例如當環境溫度低于零度時，汽輪機背壓會降得過低，容易導致汽輪機最末級葉片的損傷，此外，空冷系統容易發生冷凝水結冰和管道凍裂。因此，困擾業界的主要問題是如何使得整個空冷系統在多變的環境下穩定可靠地運行并保持以最優的性能運行，例如避免空冷系統在夏季期間出現較大的熱性能損失和防止在冬季發生冰凍。針對所述問題，現有的應對策略之一是由操作員根據天氣變化和對系統的監測結果手動操作風機的開關，但是，這存在嚴重的滯后并且極易出現操作失誤以及系統不穩定。另外，操作員也可基于簡單的常規控制系統來實施空冷系統的運行/停機控制。目前，此類常規控制系統所采用的控制器大多是PID(比例-積分-微分)型控制器，或是在PID控制的基礎上采取一些自適應措施后組成的自適應PID控制器。但是，由于傳統的PID控制器在本質上是滯后調節，從而導致PID型控制系統在控制品質上存在許多不足。由于傳統的應對策略或控制方法過于粗糙，容易導致風機耗電量過大造成不必要的浪費，并且容易發生劇烈的運行參數波動導致整個空冷系統不穩定、可靠性降低。尤其重要的是，不能始終保持空冷系統以最優狀態運行。鑒于以上所述，本專利技術旨在克服上述問題中的一個或多個。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種運行優化的空冷凝汽器機組，該空冷凝汽器機組能夠在可靠性和穩定性的情況下運行性能最優。上述目的主要通過這樣的概念來實現：一種運行優化的空冷凝汽器機組，包括：空冷凝汽器，其具有換熱管束和風機設備，換熱管束構造用于接收來自汽輪機的排汽，風機設備與換熱管束匹配設置用以將換熱管束中流動的排汽冷卻成冷凝水；數據測量和采集系統，其構造用于測量和采集空冷凝汽器的至少部分被控變量和干擾變量；多變量預測控制器，其基于預先設定的模塊單元，根據來自數據測量和采集系統的至少部分被控變量和干擾變量的數值自動控制風機設備的控制變量以優化空冷凝汽器的性能同時防止汽輪機背壓超出設定的壓力保護限值范圍和防止冷凝水溫度低于冷凝水溫預定限值。通過根據本專利技術的控制系統可以有利地實時、不間斷地執行對空冷凝汽器機組的控制，保持機組一直在安全、可靠、高效、經濟的狀態下運行。有利地，所述控制變量包括風機運行數目、風機轉速、風機轉動方向。有利地，所述被控變量包括汽輪機背壓、汽輪機排汽溫度、冷凝水流量、冷凝水溫度。有利地，所述干擾變量包括環境溫度、濕度、風力、風向、降雨等級、降雪等級、太陽光照射強度。有利地，用于評價空冷凝汽器的性能的系數定義為Q換熱流量/P風機，其中P風機為風機運行所消耗的功率，Q換熱流量為空冷凝汽器的實際換熱流量。有利地，所述多變量預測控制器中預先設定的模塊單元，包括模型模塊、預測模塊和執行模塊，模型模塊包括通過對空冷凝汽器機組的周期性監測構建的多輸入多輸出階躍相應模型，預測模塊基于所構建的模型預測并輸出控制變量需要的變化量，所述執行模塊構造用于將所述預測模塊的動態輸出施加到空冷凝汽器機組上。有利地，所述多變量預測控制器中還包括與所述預測模塊和執行模塊相連接的維護模塊，用于在所述執行模塊進行實時控制之后，對所述多變量預測控制器進行維護。根據本專利技術的具有多變量預測控制器的空冷凝汽器機組可在由多個參數表征的運行條件改變時事先預警性地調節以避免汽輪機背壓超出設定的壓力保護限值范圍和避免冷凝水溫度低于冷凝水溫預定限值，并優化空冷凝汽器機組的運行，因此，大大提高了控制精確性，由于控制系統的預測功能，使得能夠提早應對運行條件的變化，避免了人為控制或傳統控制中出現的滯后性。附圖說明下文將參考附圖進一步描述本專利技術的實施例，在附圖中：圖1示出示例性空冷凝汽器機組的原理性汽水系統示意圖；圖2示出根據本專利技術的空冷凝汽器機組中多變量預測控制器、空冷凝汽器以及數據測量和采集系統的數據連接的示意圖；以及圖3示出作為本專利技術空冷凝汽器機組的多變量預測控制器的預測模塊的構建基礎數據的多輸入多輸出階躍相應曲線圖。具體實施方式圖1示出示例性汽水系統圖，該示出的汽水系統包括鍋爐10、汽輪機14、發電機18以及空冷凝汽器機組21。鍋爐通過燃燒加熱水形成水蒸汽，水蒸汽經管路12流入到汽輪機14，熱的水蒸汽在汽輪機中膨脹驅動汽輪機轉動，汽輪機通過輸出軸16帶動發電機18發電。而從汽輪機14排出的蒸汽經管路20進入直接式空冷凝汽器機組21?？绽淠鳈C組21主要包括空冷凝汽器22。空冷凝汽器22包括換熱管束26和風機設備32。換熱管束26接收來自管路20的汽輪機排汽，將所有的排汽收集在公共的上部集管24中，構成換熱管束的管子分別沿上部集管24的延伸方向按一角度排開，構成A字形的左側管部26和右側管部28，總體而言具有屋頂的構型。風機設備32包括風機34和用于驅動風機轉動的風機電機36。風機設備32設置在由左側管部26和右側管部28限定的空間內。轉動的風機34迫使來自周圍環境的空氣流過換熱管束26，同時，來自上部集管24中的蒸汽沿途流入到各個管子內與管子外的空氣進行熱交換，左側管部26和右側管部28中被冷卻的蒸汽流動到下部集管30中，并進一步沿著冷凝水收集管道38流至鍋爐10?？绽淠鳈C組21還包括用于測量和采集空冷凝汽器的至少部分被控變量和干擾變量的數據測量和采集系統。為了清楚起見，圖1中僅示意性示出數據測量和采集系統的一部分部件，例如壓力傳感器(圖中PT)、溫度傳感器(圖中TT)、質量流量計(圖中FT)。這些壓力傳感器、溫度傳感器和質量流量計布置成例如測量和采集空冷凝汽器的進汽溫度、壓力和流量、自空冷凝汽器排出的冷凝水的溫度、壓力和流量，空氣的入流溫度(環境溫度)和換熱管束的各管子的出口溫度等等。數據測量和采集系統還可包括設置用于測量天氣條件(例如風力、風向、降雨、降雪等級)的測量裝置以及用于測量當前風機運轉數目、風機用電機的頻率、電流、電壓等測量儀器。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種運行優化的空冷凝汽器機組，包括：空冷凝汽器，其具有換熱管束和風機設備，換熱管束構造用于接收來自汽輪機的排汽，風機設備與換熱管束匹配設置用以將換熱管束中流動的排汽冷卻成冷凝水；數據測量和采集系統，其構造用于測量和采集空冷凝汽器的至少部分被控變量和干擾變量；多變量預測控制器，其基于預先設定的模塊單元，根據來自數據測量和采集系統的至少部分被控變量和干擾變量的數值自動控制風機設備的控制變量以優化空冷凝汽器的性能同時防止汽輪機背壓低于設定的壓力保護限值范圍和防止冷凝水溫度低于冷凝水溫預定限值。

【技術特征摘要】
1.一種運行優化的空冷凝汽器機組，包括：空冷凝汽器，其具有換熱管束和風機設備，換熱管束構造用于接收來自汽輪機的排汽，風機設備與換熱管束匹配設置用以將換熱管束中流動的排汽冷卻成冷凝水；數據測量和采集系統，其構造用于測量和采集空冷凝汽器的至少部分被控變量和干擾變量；多變量預測控制器，其基于預先設定的模塊單元，根據來自數據測量和采集系統的至少部分被控變量和干擾變量的數值自動控制風機設備的控制變量以優化空冷凝汽器的性能同時防止汽輪機背壓低于設定的壓力保護限值范圍和防止冷凝水溫度低于冷凝水溫預定限值。2.根據權利要求1所述的空冷凝汽器機組，其特征在于，所述控制變量包括風機運行數目、風機轉速、風機轉動方向。3.根據權利要求1所述的空冷凝汽器機組，其特征在于，所述被控變量包括汽輪機背壓、汽輪機排汽溫度、冷凝水流量、冷凝水溫度。4.根據權利要求1所述的空冷凝汽器機組，其特征在于，所述干擾變量...

【專利技術屬性】
技術研發人員：高飛，馬瑞諾，瞿立，李建偉，
申請(專利權)人：喬治洛德方法研究和開發液化空氣有限公司，
類型：發明
國別省市：法國,FR