运行优化的空冷凝汽器机组制造技术

本发明专利技术涉及一种运行优化的空冷凝汽器机组，包括：空冷凝汽器，其具有换热管束和风机设备，换热管束构造用于接收来自汽轮机的排汽，风机设备与换热管束匹配设置用以将换热管束中流动的排汽冷却成冷凝水；数据测量和采集系统，其构造用于测量和采集空冷凝汽器的至少部分被控变量和干扰变量；多变量预测控制器，其基于预先设定的模块单元，根据来自数据测量和采集系统的至少部分被控变量和干扰变量的数值自动控制风机设备的控制变量以优化空冷凝汽器的性能同时防止汽轮机背压低于设定的压力保护限值范围和防止冷凝水温度低于冷凝水温预定限值。

【技术实现步骤摘要】
运行优化的空冷凝汽器机组
本专利技术涉及一种运行优化的空冷凝汽器机组，更具体地，涉及一种基于多变量预测控制来优化运行的空冷凝汽器机组。
技术介绍
在工厂设备中，汽轮机中的蒸汽完成膨胀过程，将热能转变为机械能，该机械能例如可用于发电机发电或驱动压缩机。用于汽轮机的凝汽器是使驱动汽轮机作功后排出的蒸汽变成凝结水的热交换设备。自凝汽器排出的凝结水则通过凝结水泵经给水加热器、给水泵等输送进锅炉，经锅炉加热后形成蒸汽输送至汽轮机，从而保证整个热力循环的连续进行。直接用空气作为冷却介质来对汽轮机排汽进行冷凝的机组称为直接空冷凝汽器机组(亦称为直接空冷系统或ACC系统)，典型地包括汽轮机、排汽管道、凝汽器、冷却风机，其工艺流程为汽轮机排汽通过粗大的排汽管道至通常放置于室外的凝汽器，冷却风机(通常为轴流式风扇)迫使空气流过凝汽器，带走排汽的热量，因而将排汽冷凝成水。空冷凝汽器机组具有结构简单、占地面积少、系统的调节较灵活的优点。但是，在实际的运行过程中，其缺点也明显：能耗大，例如采用强制通风导致电耗能大；系统运行不稳定例如受环境影响大。例如当夏季高温时，汽轮机背压升高，严重影响机组安全运行。此外，当出现不利的风向、风速以及上游建筑物对空气环流的影响，例如不利风向造成的热回流及散热不畅，汽轮机背压也会突然升高，汽轮机出力下降，甚至有可能导致汽轮机背压超过背压保护限值而跳闸停机。在某些极恶劣情况下，例如当环境温度低于零度时，汽轮机背压会降得过低，容易导致汽轮机最末级叶片的损伤，此外，空冷系统容易发生冷凝水结冰和管道冻裂。因此，困扰业界的主要问题是如何使得整个空冷系统在多变的环境下稳定可靠地运行并保持以最优的性能运行，例如避免空冷系统在夏季期间出现较大的热性能损失和防止在冬季发生冰冻。针对所述问题，现有的应对策略之一是由操作员根据天气变化和对系统的监测结果手动操作风机的开关，但是，这存在严重的滞后并且极易出现操作失误以及系统不稳定。另外，操作员也可基于简单的常规控制系统来实施空冷系统的运行/停机控制。目前，此类常规控制系统所采用的控制器大多是PID(比例-积分-微分)型控制器，或是在PID控制的基础上采取一些自适应措施后组成的自适应PID控制器。但是，由于传统的PID控制器在本质上是滞后调节，从而导致PID型控制系统在控制品质上存在许多不足。由于传统的应对策略或控制方法过于粗糙，容易导致风机耗电量过大造成不必要的浪费，并且容易发生剧烈的运行参数波动导致整个空冷系统不稳定、可靠性降低。尤其重要的是，不能始终保持空冷系统以最优状态运行。鉴于以上所述，本专利技术旨在克服上述问题中的一个或多个。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种运行优化的空冷凝汽器机组，该空冷凝汽器机组能够在可靠性和稳定性的情况下运行性能最优。上述目的主要通过这样的概念来实现：一种运行优化的空冷凝汽器机组，包括：空冷凝汽器，其具有换热管束和风机设备，换热管束构造用于接收来自汽轮机的排汽，风机设备与换热管束匹配设置用以将换热管束中流动的排汽冷却成冷凝水；数据测量和采集系统，其构造用于测量和采集空冷凝汽器的至少部分被控变量和干扰变量；多变量预测控制器，其基于预先设定的模块单元，根据来自数据测量和采集系统的至少部分被控变量和干扰变量的数值自动控制风机设备的控制变量以优化空冷凝汽器的性能同时防止汽轮机背压超出设定的压力保护限值范围和防止冷凝水温度低于冷凝水温预定限值。通过根据本专利技术的控制系统可以有利地实时、不间断地执行对空冷凝汽器机组的控制，保持机组一直在安全、可靠、高效、经济的状态下运行。有利地，所述控制变量包括风机运行数目、风机转速、风机转动方向。有利地，所述被控变量包括汽轮机背压、汽轮机排汽温度、冷凝水流量、冷凝水温度。有利地，所述干扰变量包括环境温度、湿度、风力、风向、降雨等级、降雪等级、太阳光照射强度。有利地，用于评价空冷凝汽器的性能的系数定义为Q换热流量/P风机，其中P风机为风机运行所消耗的功率，Q换热流量为空冷凝汽器的实际换热流量。有利地，所述多变量预测控制器中预先设定的模块单元，包括模型模块、预测模块和执行模块，模型模块包括通过对空冷凝汽器机组的周期性监测构建的多输入多输出阶跃相应模型，预测模块基于所构建的模型预测并输出控制变量需要的变化量，所述执行模块构造用于将所述预测模块的动态输出施加到空冷凝汽器机组上。有利地，所述多变量预测控制器中还包括与所述预测模块和执行模块相连接的维护模块，用于在所述执行模块进行实时控制之后，对所述多变量预测控制器进行维护。根据本专利技术的具有多变量预测控制器的空冷凝汽器机组可在由多个参数表征的运行条件改变时事先预警性地调节以避免汽轮机背压超出设定的压力保护限值范围和避免冷凝水温度低于冷凝水温预定限值，并优化空冷凝汽器机组的运行，因此，大大提高了控制精确性，由于控制系统的预测功能，使得能够提早应对运行条件的变化，避免了人为控制或传统控制中出现的滞后性。附图说明下文将参考附图进一步描述本专利技术的实施例，在附图中：图1示出示例性空冷凝汽器机组的原理性汽水系统示意图；图2示出根据本专利技术的空冷凝汽器机组中多变量预测控制器、空冷凝汽器以及数据测量和采集系统的数据连接的示意图；以及图3示出作为本专利技术空冷凝汽器机组的多变量预测控制器的预测模块的构建基础数据的多输入多输出阶跃相应曲线图。具体实施方式图1示出示例性汽水系统图，该示出的汽水系统包括锅炉10、汽轮机14、发电机18以及空冷凝汽器机组21。锅炉通过燃烧加热水形成水蒸汽，水蒸汽经管路12流入到汽轮机14，热的水蒸汽在汽轮机中膨胀驱动汽轮机转动，汽轮机通过输出轴16带动发电机18发电。而从汽轮机14排出的蒸汽经管路20进入直接式空冷凝汽器机组21。空冷凝汽器机组21主要包括空冷凝汽器22。空冷凝汽器22包括换热管束26和风机设备32。换热管束26接收来自管路20的汽轮机排汽，将所有的排汽收集在公共的上部集管24中，构成换热管束的管子分别沿上部集管24的延伸方向按一角度排开，构成A字形的左侧管部26和右侧管部28，总体而言具有屋顶的构型。风机设备32包括风机34和用于驱动风机转动的风机电机36。风机设备32设置在由左侧管部26和右侧管部28限定的空间内。转动的风机34迫使来自周围环境的空气流过换热管束26，同时，来自上部集管24中的蒸汽沿途流入到各个管子内与管子外的空气进行热交换，左侧管部26和右侧管部28中被冷却的蒸汽流动到下部集管30中，并进一步沿着冷凝水收集管道38流至锅炉10。空冷凝汽器机组21还包括用于测量和采集空冷凝汽器的至少部分被控变量和干扰变量的数据测量和采集系统。为了清楚起见，图1中仅示意性示出数据测量和采集系统的一部分部件，例如压力传感器(图中PT)、温度传感器(图中TT)、质量流量计(图中FT)。这些压力传感器、温度传感器和质量流量计布置成例如测量和采集空冷凝汽器的进汽温度、压力和流量、自空冷凝汽器排出的冷凝水的温度、压力和流量，空气的入流温度(环境温度)和换热管束的各管子的出口温度等等。数据测量和采集系统还可包括设置用于测量天气条件(例如风力、风向、降雨、降雪等级)的测量装置以及用于测量当前风机运转数目、风机用电机的频率、电流、电压等测量仪器。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种运行优化的空冷凝汽器机组，包括：空冷凝汽器，其具有换热管束和风机设备，换热管束构造用于接收来自汽轮机的排汽，风机设备与换热管束匹配设置用以将换热管束中流动的排汽冷却成冷凝水；数据测量和采集系统，其构造用于测量和采集空冷凝汽器的至少部分被控变量和干扰变量；多变量预测控制器，其基于预先设定的模块单元，根据来自数据测量和采集系统的至少部分被控变量和干扰变量的数值自动控制风机设备的控制变量以优化空冷凝汽器的性能同时防止汽轮机背压低于设定的压力保护限值范围和防止冷凝水温度低于冷凝水温预定限值。

【技术特征摘要】
1.一种运行优化的空冷凝汽器机组，包括：空冷凝汽器，其具有换热管束和风机设备，换热管束构造用于接收来自汽轮机的排汽，风机设备与换热管束匹配设置用以将换热管束中流动的排汽冷却成冷凝水；数据测量和采集系统，其构造用于测量和采集空冷凝汽器的至少部分被控变量和干扰变量；多变量预测控制器，其基于预先设定的模块单元，根据来自数据测量和采集系统的至少部分被控变量和干扰变量的数值自动控制风机设备的控制变量以优化空冷凝汽器的性能同时防止汽轮机背压低于设定的压力保护限值范围和防止冷凝水温度低于冷凝水温预定限值。2.根据权利要求1所述的空冷凝汽器机组，其特征在于，所述控制变量包括风机运行数目、风机转速、风机转动方向。3.根据权利要求1所述的空冷凝汽器机组，其特征在于，所述被控变量包括汽轮机背压、汽轮机排汽温度、冷凝水流量、冷凝水温度。4.根据权利要求1所述的空冷凝汽器机组，其特征在于，所述干扰变量...

【专利技术属性】
技术研发人员：高飞，马瑞诺，瞿立，李建伟，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR