技术领域
[0001] 本
发明涉及
燃气轮机与装置的气态
燃料供给的控制，尤其涉及一种COREX煤气燃气－
蒸汽联合循环发
电机组的煤气压缩机的喘振检测预警和调节控制方法。
背景技术
[0002] COREX联合燃气－蒸汽联合循环机组(简称CCPP机组)是一种以COREX中热值煤气为主燃料、以轻油为辅燃料的大容量
发电机组，其工艺远较常规联合循环机组复杂。在CCPP机组运行中，由于COREX炼
铁工艺生产过程输出的COREX煤气的流量
波动较大，造成了煤气系统的核心设备煤气压缩机频繁发生喘振，导致煤气系统出口煤气的压
力、
温度、流量波动较大，机组负荷与煤气管网波动造成燃机负荷波动巨大，甚至会造成甩负荷，燃料切换，轻油消耗增加，以及COREX煤气放散量增加的严重后果：机组负荷与煤气管网波动→煤气系统的流量与压力波动→高、低压防喘
阀动作→煤气系统的煤气流量降低、压力降低→机组脱扣甩负荷或燃料切换至轻油。
[0003] 因此，COREX煤气压缩机系统运行存在下述系列问题：
[0004] 1、虽然高、低压COREX煤气压缩机各配置一个防喘阀，但是由于在CCPP机组运行中煤气系统的流量与压力波动较大，容易造成两个防喘阀无法关闭，严重影响整个机组的
稳定性。
[0005] 2、现有的高、低压防喘阀控制采用独立于CCPP机组监控网络的专
门的
控制器，运行人员无法通过CCPP机组
监控系统监视其状态。
[0006] 3、现有CCPP机组运行中缺少防喘振的判断与分析控制手段，运行人员对频繁发生的喘振故障束手无策。
[0007] 以上频繁发生的故障，对CCPP机组的运行安全，以及机组本身的环保工作需求都带来显而易见的影响，迫切需要一种有效的防喘振预警与分析控制方法，以便实现对CCPP机组的工作状态进行实时监测与控制。
[0008] 中国发明
专利“透平压缩机防喘振预报警方法”(中国发明专利号：ZL03151218.6公开号：CN1601111)公开了一种透平压缩机防喘振预报警方法。透平压缩机带有防喘振控制器，该控制器预设压缩机出口压力值和流量值之间函数关系的放
风线。包括步骤：设定一个压缩机出口压力值和流量值的报警线；实时采集压缩机工作点的出口压力值和出口流量值；将工作点的出口压力值和所述放风线上与工作点流量值所对应的出口压力值进行比较，得到一压力差绝对值；将报警线上和上述放风线上与工作点流量值所对应的出口压力值进行比较，得到一标准压力差绝对值；将压力差绝对值与标准压力差绝对值进行比较，如果压力差绝对值小于标准压力差绝对值，则触发报警装置。该发明专利提出了根据压力或流量实现喘振报警的技术方案。
[0009] 中国发明专利
申请“用于检测压缩机中的喘振和重设
喘振裕度的装置和方法”(发明专利申请号：201110268657.2公开号：CN102400903)公开了用于检测压缩机中的喘振和重设喘振裕度的装置和方法，基于压缩机的排放压力的变化模式检测喘振事件，并用于相对于在喘振事件开始时记录的喘振参数值重设喘振裕度的方法、系统和控制器。控制器具有：
接口，其配置成从压缩机接收排放压力值，并输出
信号和警报；喘振事件检测单元，其与接口连接并配置成基于排放压力、排放压力的比值和该比值的改变率的变化检测压缩机中的喘振事件；以及喘振裕度重设单元，其与喘振事件检测单元和接口连接，并配置成相对于在喘振事件开始时记录的喘振参数值重设喘振裕度。该发明专利申请提出了基于排放压力、排放压力的比值和该比值的改变率的变化检测压缩机中的喘振事件，以及相对于在喘振事件开始时记录的喘振参数值重设喘振裕度的技术方案。
[0010] 但是，这些
现有技术方案都没有解决CCPP机组运行中缺少防喘振的判断与分析控制手段的问题，也没有考虑在CCPP机组监控系统中煤气流量与压力波动较大情况下的防喘振调节监控的问题，特别是防喘阀在机组运行中不能完全关闭，保持流量调节的工况。
发明内容
[0011] 本发明的目的是提供一种COREX煤气压缩机的防喘振预警控制方法，用于CCPP机组监控系统中COREX煤气压缩机的监控，解决在煤气流量与压力波动较大情况下的喘振检测预警和调节控制技术问题。
[0012] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
[0013] 一种COREX煤气压缩机的防喘振预警控制方法，用于CCPP机组的计算机监控系统中，所述的COREX煤气压缩机系统，包括压缩机、防喘阀、煤气流量调节阀、煤气旁路调节阀和煤气调节阀；所述的压缩机包括低压煤压机和高压煤压机，COREX煤气经低压煤压机和高压煤压机两级压缩后,输送到CCPP机组的燃气轮机；所述的防喘阀包括低压煤压机防喘阀和高压煤压机防喘阀，分别用于低压煤压机和高压煤压机的防喘振控制；所述的CCPP机组监控系统通过控制煤气流量调节阀、煤气旁路调节阀和煤气调节阀，调节输送到燃气轮机的煤气流量；所述的防喘振预警控制方法用于低压煤压机和/或高压煤压机的喘振检测预警和调节控制，其特征在于包括以下步骤：
[0014] S100)启动调节周期，通过CCPP机组监控系统获取压缩机入口条件；
[0015] S200)根据入口条件和历史数据，计算不同转速的压比特性曲线；
[0016] S220)以压缩机不同转速下压比特性曲线的最高点为参考点，确定各转速下的喘振点，构建压缩机的
喘振线SLL；
[0017] S240)根据防喘振阀口径及压缩机流量选择安全裕度初始化参数Ti和Dt，并令喘振预警计数值n＝0；
[0018] S260)确定安全裕度B＝B1+B2*n+B3*Ti*Dt，其中，B为安全裕度，B1为初始安全裕度，B2为安全响应偏置，n为喘振预警计数值，B3为最大安全偏置，Ti为积分时间，Dt为微分控制响应；
[0019] S280)根据安全裕度B和喘振线SLL，确定控制线SCL和阶跃保护线RTL；
[0020] S300)设置调节控制条件，根据喘振线SLL、控制线SCL和阶跃保护线RTL划分控制区；若工况点RP位于邻接控制线SCL的控制区时，所述的防喘振预警控制方法采用PI调节
算法，对防喘振阀的开度进行线性调节；若工况点RP位于邻接喘振线SLL的控制区时，所述的防喘振预警控制方法对防喘振阀的开度执行阶跃式控制；
[0021] S400)调节周期结束，等待启动下一调节周期。
[0022] 本发明的COREX煤气压缩机的防喘振预警控制方法的一种较佳的技术方案，其特征在于上述步骤S300包括以下动作：
[0023] S310)把控制区划分为安全区、调节区、阶跃区和喘振区，判断工况点RP状态所处的控制区，若工况点RP在控制线SCL上，或者位于邻近控制线SCL的调节死区范围内时，则返回步骤S100等待启动下一调节周期；
[0024] S320)若工况点RP在安全区并偏离控制线SCL较远，则按照减小防喘阀的开度的方向对防喘阀进行PI调节，使工况点RP趋近控制线SCL；若工况点RP在调节区范围内时，则按照增加防喘阀的开度的方向对防喘阀进行PI调节，使工况点RP趋近控制线SCL达到稳定状态；
[0025] S340)若工况点RP在阶跃区，则对防喘阀进行阶跃调节，增大一个预定开度，使工况点RP跳变至调节区，然后跳转到步骤S380继续进行PI调节；
[0026] S360)若工况点RP在喘振区，则发出喘振预警信号，同时令喘振预警计数值n＝n+1；令防喘阀快速开大到防喘振保护开度，使工况点RP跳变至调节区，然后跳转到步骤S380继续进行PI调节；
[0027] S380)在工况点RP跳变至调节区范围内后，继续按照增大防喘阀开度的方向对防喘阀进行PI调节，使工况点RP趋近控制线SCL达到稳定状态，然后跳转到步骤S260更新安全裕度B，从而变更新的阶跃保护线RTL及控制线SCL，提高机组运行安全度；
[0028] 本发明的COREX煤气压缩机的防喘振预警控制方法的一种更好的技术方案，其特征在于所述的启动调节周期的步骤S100包括以下动作：
[0029] S120)检测并记录压缩机的入口压力、出口压力、温度与流量；
[0030] S140)根据入口压力、出口压力、温度与流量计算压缩机入口条件。
[0031] 本发明的COREX煤气压缩机的防喘振预警控制方法的一种改进的技术方案，其特征在于所述的启动调节周期的步骤S100还包括以下动作：
[0032] S160)通过CCPP机组监控系统获取燃料调节状态，所述的燃料调节状态包括用于控制煤气流量的煤气流量调节阀、煤气旁路调节阀和煤气调节阀的控制状态；
[0033] S180)根据燃料调节状态确定压缩机的流量和压力变化趋势，对压缩机入口条件进行前馈调整。
[0034] 本发明的COREX煤气压缩机的防喘振预警控制方法的一种进一步改进的技术方案，其特征在于所述的调节周期结束的步骤S400包括以下动作：
[0035] S420)将防喘振预警控制数据储存到历史数据
数据库，所述的防喘振预警控制数据包括压缩机入口条件、喘振线SLL、安全裕度B、控制线SCL和阶跃保护线RTL数据；
[0036] S440)将防喘振预警控制数据传送给CCPP机组的计算机监控系统。
[0037] 本发明的COREX煤气压缩机的防喘振预警控制方法的一种具体的技术方案，其特征在于所述的安全裕度B的计算参数的取值范围如下：B1的取值范围为10～40，B2的取值范围为0～10，B3的取值范围为20～50，Ti的取值范围为1～5，Dt的取值范围为0.1～0.5。
[0038] 本发明的COREX煤气压缩机的防喘振预警控制方法的一种优选的技术方案，其特征在于，其特征在于所述的安全裕度B包括：
[0039] 低压煤压机的安全裕度BL＝B1+B2*n+B3*Ti*Dt＝23+n*5+30*2*0.2＝35+n*5；
[0040] 高压煤压机的安全裕度BH＝B1+B2*n+B3*Ti*Dt＝30+n*5+30*2*0.4＝54+n*5。
[0041] 本发明的有益效果是：
[0042] 1.本发明的COREX煤气压缩机的防喘振预警控制方法，能够有效地对低压煤压机和高压煤压机的运行工况，以及整个煤气系统的运行状态，产生有效的预警与控制调节功能，可以有效解决COREX联合燃气－蒸汽联合循环机组故障高发的问题，提高机组安全稳定性；
[0043] 2.本发明的COREX煤气压缩机的防喘振预警控制方法将防喘振控制与煤气系统燃料调节相结合，通过计算防喘控制预警线与下阶段阀门动作趋势,提前预警及规避系统的燃料压力、流量波动，提高机组燃烧煤气的稳定性,通过监测高低压压缩机的进出口压力、温度与流量。
[0044] 3.通过监测高低压压缩机的进出口压力、温度与流量，提前预测计算实时防喘控制曲线并呈现与运行人员，便于运行与技术人员进行分析及技术干预，不仅可以避免工况进一步恶化，还可以为技术人员改进系统控制提供技术手段。
附图说明
[0045] 图1是CCPP机组的煤气系统工艺图；
[0046] 图2是压缩机特性曲线与喘振控制线示意图；
[0047] 图3是本发明的COREX煤气压缩机的防喘振预警控制方法的
流程图；
[0048] 图4是防喘振预警控制方法获取压缩机入口条件的子流程图；
[0049] 图5是安全区运行工况的防喘阀调节控制示意图；
[0050] 图6是调节区运行工况的防喘阀调节控制示意图；
[0051] 图7是阶跃区运行工况的防喘阀调节控制示意图；
[0052] 图8是喘振区运行工况的防喘阀调节控制示意图。
具体实施方式
[0053] 为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和
实施例进行进一步地详细描述。
[0054] 图3是本发明的COREX煤气压缩机的防喘振预警控制方法的流程图，所述的控制方法可以作为CCPP机组的计算机监控系统中的控制方法，用于低压煤压机和/或高压煤压机的喘振检测预警和调节控制。COREX煤气压缩机系统工艺图如图1所示，包括压缩机(低压煤压机LP和高压煤压机HP)，防喘阀(低压煤压机防喘阀A1和高压煤压机防喘阀A2)，煤气流量调节阀TL，煤气旁路阀V1，煤气旁路调节阀V2和煤气调节阀T1、T2、T3；COREX煤气经低压煤压机LP和高压煤压机HP两级压缩后，输送到CCPP机组的燃气轮机TP；低压煤压机防喘阀A1和高压煤压机防喘阀A2，分别用于低压煤压机LP和高压煤压机HP的防喘振控制；CCPP机组监控系统通过控制煤气流量调节阀TL、煤气旁路调节阀V2和煤气调节阀T1、T2、T3，调节输送到燃气轮机TP的煤气流量。为方便说明，除非特别指出，本发明中使用压缩机泛指COREX煤气压缩机组中的低压煤压机和高压煤压机，使用防喘阀泛指低压煤压机防喘阀和高压煤压机防喘阀。
[0055] 本发明的防喘振预警控制方法包括以下步骤：
[0056] S100)启动调节周期，通过CCPP机组监控系统获取压缩机入口条件；
[0057] S200)根据入口条件和历史数据，计算不同转速的压比特性曲线；
[0058] S220)以压缩机不同转速下压比特性曲线的最高点为参考点，确定各转速下的喘振点，构建压缩机的喘振线SLL。
[0059] 图2压缩机特性曲线与喘振控制线示意图，以煤气压缩机模型为
基础，根据压缩机当前入口条件，绘制出压缩机各工作转速下的特性曲线，参见图2中的曲线1、2和3。根据压缩机运行机理可知，压缩机在喘振点前后效率最高，也即喘振点在压比特性曲线的最高点附近。因此，以压缩机在各转速下压比特性曲线的最高点，作为各转速下的喘振点，图2中的曲线1、2和3上用交叉点“×”表示喘振点。将各转速下的喘振点连接成线，构成压缩机的喘振线SLL，图2和图5-8中用点状虚线表示喘振线SLL。根据压缩机的入口条件可以确定出压缩机在不同入口条件下的喘振线SLL。
[0060] S240)根据防喘振阀口径及压缩机流量选择安全裕度初始化参数Ti和Dt，并令喘振预警计数值n＝0；
[0061] S260)确定安全裕度B＝B1+B2*n+B3*Ti*Dt，其中，B为安全裕度，B1为初始安全裕度，B2为安全响应偏置，n为喘振预警计数值，B3为最大安全偏置，Ti为积分时间，Dt为微分控制响应；
[0062] S280)根据安全裕度B和喘振线SLL，确定控制线SCL和阶跃保护线RTL。
[0063] S300)设置调节控制条件，根据喘振线SLL、控制线SCL和阶跃保护线RTL划分控制区；若工况点RP位于邻接控制线SCL的控制区时，所述的防喘振预警控制方法采用PI调节算法对防喘振阀的开度进行线性调节；若工况点RP位于邻接喘振线SLL的控制区时，所述的防喘振预警控制方法对防喘振阀的开度阶跃式控制；
[0064] S400)调节周期结束，等待启动下一调节周期。
[0065] 如图2所示，安全裕度B为控制线SCL和喘振线SLL之间的距离，也就是为防止发生喘振而保留的安全调节余量，安全响应偏置B2是阶跃保护线RTL和喘振线SLL之间的初始距离，喘振预警计数值n在每次检测到喘振预警状态时自动加1，使安全裕度B自动加大，阶跃保护线RTL、控制线SCL和喘振线SLL之间的距离随之增加，从而增加机组运行安全余量。
[0066] 根据本发明的COREX煤气压缩机的防喘振预警控制方法的实施例，安全裕度B的计算参数的取值范围如下：B1的取值范围为10～40，B2的取值范围为0～10，B3的取值范围为20～50，Ti的取值范围为1～5，Dt的取值范围为0.1～0.5。
[0067] 根据本发明的COREX煤气压缩机的防喘振预警控制方法的一种优选的实施例，安全裕度B包括低压煤压机的安全裕度BL和高压煤压机的安全裕度BH，其中，安全裕度B的参数根据下表确定：
[0068]安全裕度参数 低压煤压机 高压煤压机
B1 23 30
B2 5 5
B3 30 30
Ti 2 2
Dt 0.2 0.4
[0069] 在该实施例中，可以得出：
[0070] 低压煤压机的安全裕度BL＝B1+B2*n+B3*Ti*Dt＝35+n*5；
[0071] 高压煤压机的安全裕度BH＝B1+B2*n+B3*Ti*Dt＝54+n*5。
[0072] 根据图3所示的本发明的COREX煤气压缩机的防喘振预警控制方法的流程图，步骤S300还包括以下动作：
[0073] S310)把控制区划分为安全区、调节区、阶跃区和喘振区，判断工况点RP所处的控制区，若工况点RP在控制线SCL上，或者邻近控制线SCL的调节死区范围内时，则返回步骤S100等待启动下一调节周期。在控制线SCL右侧的区域称为安全区，控制线SCL和阶跃保护线RTL之间的区域称为调节区，阶跃保护线RTL和喘振线之SLL间的区域称为阶跃区，喘振线SLL左侧区域为喘振区，参见图2。
[0074] S320)若工况点RP在安全区并偏离控制线SCL较远，则按照减小防喘阀的开度的方向对防喘阀进行PI调节，使工况点RP趋近控制线SCL；若工况点RP在调节区范围内时，则按照增加防喘阀的开度的方向对防喘阀进行PI调节，使工况点RP趋近控制线SCL达到稳定状态。
[0075] 若压缩机的入口
质量流量在安全区，并且在控制线SCL上或者邻近控制线SCL的调节死区范围内时，防喘阀不动作，工况点RP保持不变，稳定运行在安全区内。当压缩机运行点RP在右侧并且远离控制线SCL时(如图5所示)，表示压缩机流量与控制线SCL相比偏大，需要对防喘阀进行PI调节，逐渐减小防喘阀开度，使工况点RP回到控制线附近。若压缩机的入口质量流量在调节区时(如图6所示)，需要对防喘阀进行PI调节，逐渐增加防喘阀开度，最后使压缩机工况点RP调节到安全区。步骤S320是防喘阀的线性调节过程，通过PI调节算法，可以使压缩机工况点RP保持在安全区并趋近控制线SCL。
[0076] S340)若工况点RP在阶跃区，则对防喘阀进行阶跃调节，增大一个预定开度，使工况点RP跳变至调节区，然后跳转到步骤S380继续进行PI调节。
[0077] 当压缩机工况点RP在阶跃区，也就是位于阶跃保护线RTL左侧，喘振线SLL右侧时(如图7所示)，表示压缩机流量过低，需要触发阶跃保护动作：首先，防喘阀阶跃开大(快开预定的开度)，增加流量，使工况点RP回到阶跃保护线RTL的右侧的过渡点R1，然后，跳转到步骤S380继续对防喘阀进行PI调节，使工况点RP回到控制线附近的目标点R2。
[0078] S360)若工况点RP在喘振区，则发出喘振预警信号，同时令喘振预警计数值n＝n+1；令防喘阀快速开大到防喘振保护开度，使工况点RP跳变至调节区，然后跳转到步骤S380继续进行PI调节；
[0079] S380)在工况点RP跳变至调节区范围内后，继续按照增大防喘阀开度的方向对防喘阀进行PI调节，使工况点RP趋近控制线SCL达到稳定状态，然后跳转到步骤S260更新安全裕度B，从而变更新的阶跃保护线RTL及控制线SCL，提高机组运行安全度；
[0080] 当压缩机工况点RP在喘振线SLL左侧时(如图8所示)，表示压缩机流量过低，需要触发喘振保护动作：首先，发出喘振预警信号，令喘振预警计数值n＝n+1，同时，防喘阀快速开大到防喘振保护的开度，增加流量，使工况点RP回到阶跃保护线RTL的右侧的过渡点R1，然后，进入步骤S380对防喘阀进行PI调节，使工况点RP回到控制线附近的目标点R2，再跳转到步骤S260，根据新的振预警计数值n计算新的安全裕度B，从而使阶跃保护线RTL及控制线SCL右移，得到新的控制线SCL1(图8中用点划线表示)和新的阶跃保护线RTL1(图8中用双点划线表示)。系统在下一调节周期将按照控制线SCL1阶跃保护线RTL1提早
对流量进行控制，提高机组运行安全度。
[0081] 根据图4所示的防喘振预警控制方法获取压缩机入口条件的子流程图，启动调节周期的步骤S100包括以下动作：
[0082] S120)检测并记录压缩机的入口压力、出口压力、温度与流量；
[0083] S140)根据入口压力、出口压力、温度与流量计算压缩机入口条件。
[0084] 根据本发明在燃烧中热值COREX煤气的大容量燃气－蒸汽联合循环发电机组中应用的实施例，CCPP机组监控系统可以获取和显示煤气压缩机和冷却器的各种参数，包括：CO含量(％)、CO2含量(％)、H2含量(％)、CH4含量(％)、低压质量流量(kg/s)、低压入口压力(kpa)、低压入口温度(℃)、低压出口压力(kpa)、低压出口温度(℃)、高压质量流量(kg/s)、高压入口压力(kpa)、低压入口温度(℃)、燃机负荷(mw)、A1阀门开度反馈(％)、冷却器入口温度(℃)、冷却器入口流量(m3/h)、冷却器出口温度(℃)、三级压缩机入口压力(mpa)、高压出口压力(mpa)、高压出口温度(℃)、燃气轮机
主轴转速、A2阀门开度反馈(％)。从压缩机的喘振曲线图可以看出，机组运行的工况点RP是由出入口压比与流量决定的，本发明的控制方法通过CCPP机组监控系统获取压缩机的入口压力、出口压力、温度与流量，计算压缩机入口条件，也就是压比和流量。
[0085] 根据图4所示的防喘振预警控制方法获取压缩机入口条件的子流程图，启动调节周期的步骤还包括根据燃料调节状态对压缩机入口条件进行前馈修正的动作：
[0086] S160)通过CCPP机组监控系统获取燃料调节状态，所述的燃料调节状态包括用于控制煤气流量的煤气流量调节阀、煤气旁路调节阀和煤气调节阀的控制状态；
[0087] S180)根据燃料调节状态确定压缩机的流量和压力变化趋势，对压缩机入口条件进行前馈调整。
[0088] 通过以上步骤，本发明将防喘振控制与煤气系统燃料调节相结合，提前预警及规避系统的燃料压力、流量波动，提高机组燃烧煤气的稳定性。
[0089] 根据本发明的COREX煤气压缩机的防喘振预警控制方法的一种进一步改进的实施方案，调节周期结束的步骤S400包括以下动作：
[0090] S420)将防喘振预警控制数据储存到历史数据数据库，所述的防喘振预警控制数据包括压缩机入口条件、喘振线SLL、安全裕度B、控制线SCL和阶跃保护线RTL数据；
[0091] S440)将防喘振预警控制数据传送给CCPP机组的计算机监控系统。
[0092] 通过以上步骤，本发明可以通过CCPP机组的计算机监控系统实现实时防喘振预警监控，还可以根据历史数据重现喘振控制过程，以便技术人员进行事故分析及技术干预。
[0093] 本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的技术方案，而并非用作为对本发明的限定，任何基于本发明的实质精神对以上所述实施例所作的变化、变型，都将落在本发明的
权利要求的保护范围内。
