双压发电机组

2024-09-19

双压发电机组（精选3篇）

双压发电机组篇1

1 引言

钢铁企业建设余热电站既能实现企业节能减排、降耗增效,又能提高企业的自供电率,从而取得良好的经济和环境效益[1]。现有两套72㎡水平步进式烧结机;两套126㎡烧结机各配套一套143㎡烧结环冷机;转炉及轧钢生产线部分余热蒸汽,新建余热回收发电系统。

2工艺系统概述

由于烧结环冷机回收两段不同温度热风,风量较大,为最大限度的回收烧结余热,烧结余热锅炉按照双压设计。双压余热锅炉可产生高低压两种参数蒸汽,回收效率高[2]。同时,利用SRT技术将余热蒸汽收集并通过专用的蒸汽加热炉加热成过热蒸汽,以提高蒸汽的做功能力,高效发电。

工艺系统主要包括1台80t/h双压饱和蒸汽加热锅炉、2台16t/h双压烧结余热锅炉、2台单压烧结余热锅炉及1台1 5 M W补汽凝汽式汽轮发电机组等。烧结余热、转炉余热、轧钢余热锅炉产生的蒸汽按照高低两种参数分别进行有效整合汇集到集汽集箱,然后进入汽轮机发电。高压蒸汽(1.4MPa)经加热炉加热至400℃后,作为主蒸汽进入汽轮机;低压蒸汽(0.7MPa)经加热炉加热至350℃后,作为补汽进入汽轮机。热力系统示意图如图1所示。

3 系统结构和功能

双压余热发电工艺系统较为复杂,其控制难度也相应的增加。同时该工程分为三个车间,主厂房、烧结环冷机余热锅炉车间及烧结带冷机余热锅炉车间,其中两个余热锅炉车间距离主厂房较远,给集中控制增加了困难。经过对控制功能实现、控制系统性能、工程能力的综合分析比较,最终决定选用和利时系统工程公司的M A C S现场总线D C S控制系统来实现整个系统的控制。

3.1 系统结构

自动化控制系统采用高可靠性的双以太网冗余结构,集中控制室配置5套操作员站、1套工程师站、1套历史数据站兼防火墙、3台打印机。现场控制站设置饱和蒸汽加热炉控制站、汽机及公用系统控制站、烧结带冷机余热锅炉远程控制站及烧结环冷机余热锅炉远程控制站。控制系统配置示意图如图2所示。

3.2 系统功能

控制系统网络分管理网络、系统网络和控制网络。管理网络(MNET)由100M高速冗余以太网构成,用于系统服务器与操作员站、工程师站、打印机的连接,完成上层数据下装、高速在线数据通讯。系统网络(SNET)也由100M高速冗余以太网构成,用于系统服务器与现场控制站、远程控制站的连接,完成现场控制站、远程控制站的数据下装及实时数据通讯。控制网络(CNET)由PROFIBUS-DP总线构成,用来实现过程I/O模块与现场控制站主控单元的通信,完成实时数据的传送。

操作员站和工程师站采用和利时6280pro,操作员站汇集和显示有关的运行和操作信息,供运行人员据此对机组的运行进行监视和控制。工程师站用于程序开发、系统诊断和维护、控制系统组态、数据库和画面的编辑及修改。历史数据站保存长期的详细的运行资料,并随时记录重要的状态改变和参数改变。现场控制站由主控单元、智能IO单元、电源单元和专用机柜组成,主要完成数据采集和变换、控制和连锁算法实现、控制信号输出、报警和诊断信号上传等功能。

4 控制策略和方式

4.1 给水控制策略

给水系统包括两台烧结带冷机余热锅炉给水、两台烧结环冷机余热锅炉给水,每台环冷机余热锅炉又分为高、低压两套给水控制系统。以环冷机余热锅炉高压给水控制系统为例,该系统由主、副两个调节器和三个冲量(高压汽包水位、高压蒸汽流量、给水流量)构成,高压给水控制系统示意图如图3所示。主调节器是汽包水位调节器,采用PI调节,它根据水位偏差产生给水流量给定值[3]。为提高信号准确度,汽包水位信号采用三重冗余变送器测量。主调节器输出稳定的必要条件是Ih1=Ih0,使系统实现无差调节。副调节器为给水流量调节,它根据给水流量偏差控制给水流量,蒸汽流量信号作为前馈信号用来维持负荷变动时的物质平衡,由此构成一个反馈加前馈的双回路控制系统。

由于内回路不包括迟延较大的水位对象,副调节器的比例积分作用可以整定得很强,通过内回路的作用可以迅速消除给水流量内扰。当蒸汽流量外扰时,调节回路可使给水流量迅速跟踪蒸汽流量变化。

4.2 点火和火检控制方式

饱和蒸汽加热锅炉采用四只高炉煤气燃烧器,每个燃烧器中引入单独的液化气点火管路。点火采用先由防爆高能点火器点燃液化气枪,再由液化气枪点燃高炉煤气的点火方式。每个燃烧器设置火焰检测装置,采用紫外光式火焰检测器。每套点火控制系统设置防爆就地控制柜,就地控制柜采用一控一方式控制锅炉现场点火设备,即一台控制柜控制一套点火装置所配的推进装置、点火器、角阀、火焰检测器等。就地控制柜有两种工作方式:就地单步操作和远方程控操作。两种工作方式的切换既可由集控室完成,也可由控制柜本身完成。控制柜为远控方式留有操作接口,在远控方式下接受集控室D C S发来的操作指令,完成自动控制相应的动作。控制柜具有熄火保护功能,即当点火不着或燃烧过程中意外熄火,控制柜将自动切断燃气快关阀并发出熄火声光报警信号。好的作用。

4.3 数字电液控制系统

为了实现系统的协调控制,汽机控制采用数字电液控制系统(DEH)。DEH主要对汽轮机转速和负荷控制,包括转速、转速变化率,负荷及负荷变化率设定和控制。同时具备超速试验、滑压控制、机组甩负荷控制、汽机自启/停、汽机运行工况监视及控制参数在线调整等功能。转速控制包括自动/半自动/手动启动、启动条件、摩擦检查、升速、降速、暖机、快速通过临界、保持等。

5 结束语

该双压余热发电系统已顺利投入运行,设计的自动控制系统运行稳定,满足了工艺系统的需求。自动控制系统提供的趋势图、报表、历史数据等,为出现故障时准确分析原因提供了可靠依据、同时也为双压余热发电系统安全运行、高低压蒸汽的控制管理和节能降耗、减员增效方面发挥了很

参考文献

[1]王兆鹏,胡晓民.烧结余热回收发电现状及发展趋势[J].烧结球团,2008,33(1):31-34.

[2]黄锦涛,彭岩等.纯低温双压余热发电系统性能分析及参数优化[J].锅炉技术,2009,40(2):1-4.

[3]王鸿歌,吴礼民等.自动控制原理[M],长沙:中南工业大学出版社,1995.

双压发电机组篇2

大气污染已经成为一个全球性问题, 我国在大气污染防治方面的压力日益增大, 为有效“节能减排”, 国内电力、冶金、建材等行业通过多种手段降低能耗, 减轻污染物排放。随着余热发电项目的陆续推进, 企业的生产成本大幅度地降低, 产生了可观的经济效益, 产生电能的同时还大大降低了C O2、S O2等污染物的排放, 实现了双赢。

目前国内在余热发电项目上通常采用单压和双压蒸汽系统, 闪蒸发电系统已极少采用。本文重点介绍单压和双压系统的区别和应用范围, 并通过同等条件的烟气条件, 用Thermoflow软件模拟了单压系统和双压系统的热力平衡图和汽轮发电机组的余热发电量。

2 Thermolflow软件介绍

Thermoflow软件是电力及热电联产工业中热能工程软件的领先开发者。本论文的计算数据都是通过Thermoflow软件完成, 系统流程图直观清晰, 数据准确, 计算速度快。本软件已经普遍用于项目的性能计算工作中, 大大的提高了劳动效率。

3 单压、双压系统比较

3.1 比较计算基础

本文以某项目的参数做为计算的基础。

烟气量:1 5 0 0 0 0 N m 3/h。

烟气温度:4 5 0℃。

烟气含尘浓度:5 0 g/N m 3。

单压系统设计压力:1.6 M P a。

单压系统主蒸汽温度:435℃。

双压系统设计压力。

中压:1.6 M P a。

中压系统主蒸汽温度:435℃。

低压:0.5 M P a。

低压系统主蒸汽温度:205℃。

汽轮机的内效率:8 0%。

汽轮机机械效率:0.96%。

发电机效率:0.9 8%。

汽轮机排汽压力 (g) :0.007MPa。

3.2 计算模型介绍

根据此烟气参数, 单压系统换热器模型拟订如下:余热烟气→锅炉过热器→蒸发器→省煤器。汽水系统的路程如下:凝结水泵→省煤器→蒸发器→过热器→汽轮机入口, 详见图1。

双压系统的换热器模型拟订如下:余热烟气→锅炉中压过热器→中压蒸发器→低压过热器→低压蒸发器→中压省煤器→凝结水加热器。汽水系统的路程如下:凝结水泵→低压凝结水加热器, 凝结水加热器后, 给水分2路, 低压段经过低压蒸发器→低压过热器→汽轮机补汽入口;中压段经过中压给水泵→中压省煤器→中压蒸发器→中压过热器→汽轮机主汽入口, 详见图2。

3.3 计算结果比较

在同等烟气条件下, 单压、双压系统的计算结果比较如表1。

在同等烟气条件下, 由上表可见, 双压系统余热锅炉的排烟温度比单压系统降低40℃, 余热锅炉的效率比单压系统余热锅炉要高。发电机发电量指标上, 双压系统比单压系统高5%左右, 故采用双压系统的优势明显。

但是, 根据每个项目的特点, 具体采用单压系统或者双压系统受到以下因素的制约。

(1) 汽轮机发电机组的选择。

(2) 对工艺设备的影响。

3.3.1 汽轮机发电机组的选择

单压纯冷凝汽轮机组国内已有广泛的应用业绩, 技术也比较成熟, 故单压系统在汽轮机的选择上相对简单, 技术风险较小。

对双压式汽轮机而言, 补汽能否真正投入, 是汽轮机能否实现双压运行的关键所在。

南京汽轮机厂在设计汽缸时, 首先加大了补汽进入的汽室空间, 以使补汽进入汽缸后能够迅速扩散, 减少对主流蒸汽的冲击, 使汽流尽量均匀流动。其二, 补汽为饱和蒸汽, 相对湿度较大。为了防止过多的水滴进入汽机, 影响主流蒸汽。在补汽进入口增加了防水滴滤网, 减少了进入汽缸内的水滴。其三, 由于运行的的状况千变万化, 补汽投入时, 补汽温度与补汽口的主流蒸汽温度, 尤其是与补汽口汽缸壁温度有较大的温度差别。因此, 补汽通过补汽口进入汽缸, 将使汽缸壁温度降低, 造成上下缸温差增加, 膨胀不均匀, 甚至使机组振动增大, 影响机组安全、稳定运行。为避免补汽通过汽缸进汽口进入汽轮机时, 使汽缸壁温降低, 设计时在补汽进汽口增加导汽管, 使补汽通过导汽管直接进入汽缸, 补汽不直接与进汽口汽缸壁接触, 从而保证汽缸壁温不因补汽进入而发生较大的变化。保证补汽能顺利的投入, 实现双压运行。

青岛汽轮机厂的补汽式汽轮机有两种补汽控制方式。一种是无控制的简单手动控制调节阀门的补汽方式;另一种是有控制补汽方式:由数字式电调节器根据机组负荷变化自动调节补汽门开度, 在可调范围内保证补汽压力, 此种调节方式适合余热项目汽轮机滑压运行工况。

杭州汽轮机厂在汽轮机的调节系统中设置了高性能的前压调节装置, 用于控制进入汽轮机的进汽量, 从而达到稳定进汽压力的目的, 因此, 即使余热锅炉因生产原因使产出蒸汽压力不稳定, 也不会影响汽轮机的安全运行。

虽然有很多项目采用双压发电系统, 但是实际均为单压运行。

3.3.2 对工艺设备的影响最小

余热发电项目均是在不影响其主工艺的基础上运行的, 比如钢铁烧结机余热系统, 余热发电不能影响烧结工艺的需要;水泥窑余热发电不能影响水泥生产线的正常运行, 其他的系统也是如此。在余热项目设计阶段, 往往对主工艺的波动性考虑不足, 引起补汽系统不能正常的运行。对于6 M W以下的机组和主工艺波动剧烈的余热发电项目, 建议采用单压系统。

4 结语

本文通过Thermoflow软件模拟了余热发电机组单压系统和双压系统的发电量, 双压系统的发电量要高于单压系统5%左右, 但是双压系统在运行可靠性低于单压系统, 系统的一次性投资高。同时本文论述了闪蒸系统并不适合余热发电项目。余热发电项目应根据不同项目的实际情况采用不同方案, 达到最佳的经济效益。

摘要：本文主要论述低温余热发电机组系统设计的特点, 在同等余热烟气条件下, 利用thermoflow软件对余热发电单压系统、双压系统进行计算。同时, 本文还综合比较了单压系统、双压系统的使用条件及各个系统的优缺点。

关键词：单压发电机组,双压发电机组,闪蒸发电机组,ThermoFlow软件

参考文献

[1]彭岩.纯低温余热发电双压技术分析[J].中国水泥, 2006 (6) .

[2]张福滨.纯低温余热发电采用双压技术的应用分析[J].水泥, 2007 (1) .

双压发电机组篇3

关键词：内燃机,共轨系统,双压,电控增压器,优化

0概述

综合分析国内外柴油机电控燃油喷射系统的研究历史和现状, 电控高压共轨系统具有很大的发展空间, 需进一步挖掘电控的灵活多样性和共轨系统压力-时间控制原理的潜力, 以获得理想的喷油规律。重点在于提高喷射压力和改善喷油速率控制的柔性度。主要技术措施是多级压力控制和多次喷射。

双压共轨系统[1]是一种立足于国内共轨电喷现有技术水平而开发的能够实现高压喷射和喷油率可调的燃油喷射系统。与常规共轨系统不同的是, 在共轨管与喷油器间加装了电控油压增压器。本文采用仿真与试验相结合的方法对双压共轨系统的关键部件电控增压器进行优化设计。

1双压共轨系统工作原理

双压共轨系统是一种可控的两级增压系统, 它能够根据发动机工况的变化, 通过设在高压油路中的增压装置, 分为基压和高压两条油路向喷油器供油。在部分负荷时, 燃油经基压油路向喷油器供油;在高负荷时, 则经过增压后向喷油器供给高压油。高压油是在基压油路中串联一个增压装置经过二次加压而获得的, 增压装置由两级阶梯形增压活塞及油缸组成, 其增压比由增压活塞的面积比来决定, 基压油压需能满足部分负荷工况运行时对喷油压力的要求。通过对增压及喷油时间的控制, 可以实现灵活多样的喷油规律, 以满足发动机不同工况的需要。双压共轨结构的原理如图1所示。

双压共轨系统具体工作过程为:基压工作时, 轨腔燃油通过单向阀向喷油器供油;高压工作时, 增压活塞电磁阀打开, 控制室压力迅速降低, 增压活塞受力失衡向增压室一侧运动, 单向阀关闭, 增压室内燃油受到压缩而压力升高, 增压后的燃油供给喷油器;增压活塞电磁阀关闭后, 控制室内燃油得到轨腔的补充压力回升, 同复位弹簧一起使增压活塞复位。

电控增压器是双压共轨系统的关键部件, 需要对其进行优化设计。电控增压器结构的原理如图2所示。

2电控增压器优化计算

利用液压系统仿真软件HYDSIM建立了双压共轨系统的仿真计算模型, 计算模型结构如图3所示。双压共轨系统的HYDSIM仿真程序被作为优化问题的目标函数集成到iSIGHT优化流程中, 如图4所示。HYDSIM和iSIGHT之间进行数据交换:将HYDSIM的仿真计算结果传给iSIGHT, 经过iSIGHT评估后, iSIGHT重新设置HYDSIM的输入参数, 并重新启动仿真运算。利用HYDSIM和iSIGHT的联合计算, 可以实现结构参数对响应的灵敏度分析和优化[2,3]。

2.1设计变量和优化目标

2.1.1 设计变量

根据文献[1]中的仿真结果, 本文确定了设计变量, 见表1。

2.1.2 优化目标

本文优化目标为:最大增压压力pmax和最小控制回油量Qmin。控制回油量, 即增压过程中, 通过增压活塞电磁阀流回油箱的燃油量。

2.2iSIGHT DOE分析

首先利用iSIGHT的DOE (design of experiment) 功能, 掌握增压器结构参数对响应的影响规律及影响程度, 分析双压共轨系统结构设计问题的特点。试验设计, 即定义一套评估设计参数对性能影响的正规、系统的试验方法。

2.2.1 试验设计目的

本文的试验设计目标为: (1) 为了获得更多设计空间的信息, 即设计变量是如何影响目标变量的; (2) 去掉多余的设计变量, 确定最有影响力的设计变量, 并用于优化; (3) 为了得到优化设计的粗略估计。

2.2.2 试验方法

采用正交数组法和拉丁法分别计算并比较试验结果。

2.2.3 试验后处理

经过iSIGHT的DOE分析, 将得到如下结果: (1) ANOVA (analysis of variance) 统计, 根据平均响应得出因子对响应的贡献率, 可以用Pareto图表示 (以百分数标记的柱形图) ; (2) 主效应图-因子对响应的主效应是因子在某个水平时所有试验中响应的平均值; (3) 交互效应图-因子的综合影响, 在响应不变的情况下, 一个因子对其他因子的影响; (4) 选择-根据因子的贡献, 找出影响力最大的因子, 即试验中改变的输入设计参数。

2.2.4 DOE过程

DOE过程为: (1) 参数设置; (2) 水平设置, 水平为研究中输入因子的值;水平设置, 即设置因子有几种取值; (3) 选择矩阵, 即选择正交矩阵L27编制试验方案并计算; (4) 结果分析, 计算所得图中的变量含义见表1。

采用正交矩阵L27编制的试验方案, 共计算了27次。图5为L27的Pareto结果。由图5可见:图5a中参数din和dout对响应pmax的影响最大, 均超过了20 %;图5b中din对Qmin的影响最大, 影响率超过了30 %, 其次是Vint和dout。图6为L27的主效应。其中, 曲线斜率越大说明该因子对响应的影响越明显;斜率的正负说明该因子对响应的影响趋势。由图6可见:图6a中pmax对din和dout 很敏感, 随着din的增大pmax减小, 而随着dout增大pmax也增大;图6b中Qmin对din、Vint和dout比较敏感, 敏感参数增大会引起回油量的增加。

2.3iSIGHT优化

双压共轨系统的结构参数设计空间为离散集合构成的解空间, 这类最优化问题称为组合最优化。严格意义上的最优解求取非常困难, 研究高速近似的算法是一个重要的发展方向。实践证明, 遗传算法作为现代最优化的手段, 它应用于大规模、多峰多态函数、含离散变量等情况下的全局最优化问题是合适的[4,5]。iSIGHT提供了两种用于多目标优化的遗传算法:NCGA (neighborhood cultivation genetic algorithm) 和NSGAⅡ (nondominated sorting genetic algorithm) 。

采用NCGA和NSGAⅡ两种方法对双压共轨系统进行多目标优化计算。优化过程中优化目标的演化过程分别如图7和图8所示。优化结果见表2。与初始值相比, 优化后增压压力提高幅度不明显, 而控制回油得到了有效降低。因此本文选择NSGAⅡ的优化结果试制样机。

3试验研究

根据优化结果试制了电控增压器, 如图9所示。试验主要研究了控制时序 (图10) 对系统增压压力和喷油率的影响规律。控制时序以ΔTint表示, 其为正值时, 先增压后喷油;其为负值时, 先喷油后增压。

试验工况:轨压为100 MPa, 喷油控制脉冲持续期为2 ms, 控制时序ΔTint=1.0 ms、0 ms、-0.5 ms、-1.0 ms。

3.1控制时序对增压压力的影响

利用压电晶体式压力传感器测量了不同控制时序时电控增压器增压室内的压力, 试验结果如图11所示。试验结果表明:压力峰值出现的时刻随ΔTint的减小而延迟, 但峰值大小不受影响。

3.2控制时序对喷油规律的影响

利用EMI喷油规律测试仪测试了双压共轨系统喷油规律, 测试结果如图12所示。试验结果表明:随着ΔTint的减小, 喷油规律逐渐由矩形变化到斜坡形, 最后实现靴形喷射。

4结论

(1) 分析了双压共轨系统的工作原理, 该系统能够通过改变喷射压力来改变喷油率形状, 进一步体现共轨系统压力-时间调节原理的优越性。

(2) 实现了HYDSIM和iSIGHT对双压共轨系统的联合仿真。利用iSIGHT的DOE功能对系统结构参数的灵敏度进行了研究。计算结果显示参数din和dout对响应pmax的影响最大;Qmin对din、Vint和dout比较敏感。

(3) 利用iSIGHT的优化功能, 选择遗传算法对双压共轨系统进行了优化计算, 结果表明:NCGA法使增压压力提高了4.1 %, 控制回油量减少了24.6 %;NSGA法使增压压力提高了2.5 %, 控制回油量减少了26.8 %。