双抽供热汽轮机的建模与热电解耦控制研究

论文总字数：33198字

摘 要

随着电力工业的发展，供热规模的增大，抽汽式汽轮机正向大容量单元机组的方向发展，更加需要对双抽式汽轮机进行动态实时仿真。为了满足热电负荷波动且产、供、销同时的要求，需要实现热电负荷互不影响。目前实际现场凭经验的热电解耦操作耗时长、精度低、可操作性弱，需要提出热电解耦的控制系统。

本文建立了双抽式汽轮机组的动态数学模型，将模型按三块进行建立：主蒸汽压力模型、蒸汽通流模型、加热器数学模型。通过图形化仿真平台LabVIEW编译程序，对型100MW高压双抽凝汽式汽轮机进行建模，并对模型进行调试验证。由图表分析可得，仿真结果静态准确，动态响应符合实际。

从单抽式汽轮机入手，本文分析了供热汽轮机组的工作原理，简述了其热电负荷调节的方法，再做简化假设，分析其功率流量特性并作出运行工况图。由型100MW高压双抽凝汽式汽轮机热力特性数据，求取不同热电负荷下的运行工况图，并结合汽轮机原理对工况图作出分析。分析供热机组的热电牵连现象，可知热电解耦的本质即为蒸汽流量的分配。根据工况图和阀门特性曲线，提出热电解耦算法表达式，通过阀门开度实现对机组电功率和抽汽流量的控制，实现热电解耦。

基于本文热电解耦的算法假设，未来可提出解耦算法优化：通过仿真得到抽汽调门的阀门流量特性，对控制算法中阀门开度与流量关系的表达式进行改进，优化热电解耦控制。

关键词：双抽式汽轮机 实时仿真 工况图 热电解耦

Abstract

With the development of power industry and increase in heating scale, the extraction steam turbine with large-capacity power units was developed, which needs the real-time dynamic simulation for double extraction steam turbine. Thermal load and power load have to be non-interacting to satisfy fluctuation of thermal-power load and production-supply-marketing. The experiential thermal-power load decoupling in actual field has high time cost, low precision and bad operability. It is necessary to put forward controlling system of thermal-power decoupling.

In this paper, the traditional model is improved and dynamic mathematical model of double extraction steam turboset is established. The model in this paper is divided into three parts—main steam pressure model, steam flow model and mathematical model of heaters. By programming on LabVIEW, a graphical simulation platform, the paper can model CC100-8.83/4.12/1.47 double extraction steam turbine and do verification. The simulation results in this paper are accurate statically and realistic dynamically.

Starting with single-extraction turbine, this paper demonstrates the operating principle of heating units and describes the thermal-power load adjusting method of it. With simplified assumption, power and flow characteristics analysis is done for plotting running conditions diagram. The paper also tries to obtain working conditions diagrams under different thermal-power load according to thermodynamic property data of CC100-8.83/4.12/1.47 double extraction condensing turbine and explain the diagrams combined with steam turbine principles. On the basis of thermal-power load interaction of heating units, the essence of thermal-power load decoupling could be thought as distribution of steam flow. And the thermal-power load decoupling algorithm expression is raised in this paper based on working conditions diagram and value characteristic curve. The control of jaw opening can determine electric power and extraction flow, then decouple thermal-power load.

In the future, an optimized decoupling algorithm can be raised based on work in this paper. By improving expression of value opening in controlling algorithm with simulated flow characteristics of extraction value, thermal-power decoupling control could be optimized.

Keywords: double extraction steam turboset, realtime simulation, running conditions diagram, Decoupling

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究背景与意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.3研究技术路线 3

1.4本文主要内容 3

第二章 机组仿真动态特性数学模型 5

2.1 传统仿真模型缺点及改进 5

2.2 主蒸汽压力模型 5

2.3 蒸汽通流模型 10

2.4 加热器数学模型 15

第三章 20

3.1单抽式汽轮机的运行特性 20

3.2双抽式汽轮机的运行特性 23

3.3型100MW高压双抽凝汽式汽轮机工况图 26

第四章 供热机组解耦控制 29

4.1 热电控制的耦合关系 29

4.2单抽供热汽轮机的控制算法 30

4.3双抽供热汽轮机的控制算法 31

第五章基于LabVIEW编译仿真结果 33

5.1 静态结果对比分析 33

5.2 调整调门开度的动态响应 34

总结与展望 39

致谢 40

参考文献（References） 41

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

近年来，政府对集中供热系统建设的投入逐年上升，由2008年的270亿元增至2015年的650亿元。受政府对基础设施建设投资力度加大及供热需求持续增长的双重影响，集中供热行业取得了快速发展，全国的集中供热面积和供热量得到稳定增长。2014年年末，城市蒸汽供热能力8.5万吨/小时，比2013年增长0.4%，热水供热能力44.7万兆瓦，比2013年增长10.8%，供热管道18.7万公里，比2013年增长5.1%，全国的集中供热面积约61.1亿平方米，比2013年增长6.9%。按热力消费市场的终端客户划分，热力供应行业可划分为工业市场和居民采暖市场两大类。目前工业部门是我国热力消费的主要领域，占全国热力消费总量的比重超过70%，但是居民采暖的热力消费增速高于工业领域，占全国热力消费总量约30%且比重不断提高。我国供热产业热源总热量中，热电联产占62.90%、区域锅炉房占35.75%、其它占1.35%。随着节能减排淘汰落后产能政策在全国的推广，热电联产机组及大吨位锅炉具有节约燃料和减少环境污染的特点，在未来将成为我国主要的集中供热主体。

通过热电联产可以提高能源转换利用率，将高品质的蒸汽用于膨胀做功发电，而低品质的蒸汽用于供热。大型火力发电厂利用富裕的蒸汽，为周边地区进行抽汽供热，一方面避免了抽汽在凝汽器中的冷源损失，改善了机组的热力循环，降低了机组的煤耗率，起到节能降耗的作用；另一方面，利用高效率的锅炉生产高品质的蒸汽，取缔低效高污染的小型锅炉，大幅度的提高了燃料的利用率，减少了环境污染。

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