第九章透平自动调节

1透平自动调节第九章工业透平调节9-1引言9-2热电式透平调节9-3多参数调节9-4工业透平调节9-5串级调节9-6结语2工业透平是为工业部门专门设计的，其用途非常广泛，而且工业透平的自动调节与电站透平有不同之处9-1引言工业透平的特点：1.工作可靠、不依赖于外部电源、过载能力大2.可以用于热能电能的联合生产3.可利用工业部门产生的废热（如硫酸厂、炼钢厂…）4.可以满足高速、变速、大功率拖动的要求工业透平的主要形式1.背压式2.冷凝式3.抽气式3背压式是热电联产的一种重要形式；冷凝式长用于废热利用和或大功率拖动；抽气式实际上就是冷凝式与背压式的一体化。三种透平都可以用于等速发电或者变速拖动，工业透平与工业生产过程密切相关，对调节的要求具有多样化的特点，所以调节系统要有较大的灵活性。本章目的：在分析工业透平（调节对象）特性的基础上讨论如何进行调节的问题49-2热电式透平调节一、背压式透平调节背压式是指透平在一定的蒸汽压力下将其排汽全部送给热能用户，电功率越大蒸汽量越大，供热也就越多，反之亦然；供热、发电之间一一对应，所以一般不能同时满足热能和电能用户根据以上分析可知，机组只能按电负荷运行或者按热负荷运行：1.按电负荷运行：热能用户大而电能用户小，供热不足由热网或者抵押锅炉来补足，需设速度自动调节以保证电负荷的频率。1.按热负荷运行：电能用户大而热能用户小，供热不足由电网来补足，机组频率和电网保持同步，速度调节不工作；为了保证供热压力恒定，需设压力自动调节。5注意：在机组并网和甩负荷时，机组均该由调速系统来控制，所以调速系统必不可少；甩负荷时调压系统会反调（开阀门），所以必须消除这一现象。6二、抽汽式透平调节抽汽式透平在一定范围内可以同时满足电负荷和热负荷的需求。电负荷变化时直接影响机组的转速，热负荷变化时直接影响抽汽压力。调节方式：不联系调节、联系调节1.不联系调节：调速系统和调压系统之间互不联系。工作方式如下：（1）假定电负荷变化而热负荷不变，电负荷增加，机组转速n降低，调速系统开大高压调节阀，功率增加，同时进汽量的增加引起抽汽压力Pe增加，调压系统开大低压调节阀。高压调节阀和低压调节阀动作方向相同（2）假定热负荷变化而电负荷不变，热负荷增加，抽汽压力Pe降低，调压系统关小低压调节阀以维持抽汽压力的恒定，低压透平功率降低，总功率降低，调速系统开大高压调节阀维持功率平衡。高压调节阀和低压调节阀动作方向相反。7不联系调节的缺点：在不联系调节中，无论是电负荷变化还是热负荷变化，调速系统和调压系统都要投入工作。8不联系调节方式的方块图如上图（a）所示，调速系统和调压系统虽不联系，但机组内部是有热力特性联系的，所以会相互干扰，为了消除干扰须采用联系调节，即调速器不仅控制高压调节阀同时也控制低压调节阀门；调压器不仅控制低压调节阀，同时也控制高压调节阀，联系调节的方块图如上图（b）所示。92.联系调节:利用调节系统之间的联系消除机组内部的热力联系。用外部联系来消除内部联系是有条件的（正则条件）。左图所示的就是联系调节。当机组转速变化时调速器控制高压调节阀和中压调节阀作同方向运动；当抽汽压力变化时调压器控制高压调节阀和中压调节阀作反方向运动。如果杠杆的比例关系设计得当，则电负荷变化时只影响转速而不影响抽汽压力，热负荷变化时，只影响抽汽压力而不影响转速。（静态正则）10三、双抽汽机组调节调节参数：机组转速n，中压抽汽压力Pe1，低压抽汽压力Pe2调节元件：高压调节阀（m1），中压调节阀（m2），低压调节阀（m3）出现扰动时，阀门动作如下:（1）电负荷Nnm1Pe1m2Pe2m3（2）中抽Ge1Pe1m2Pe2m3功率nm1（3）中抽Ge2Pe2m3功率nm1Pe1m2为了使某一个被调参数变化时不干扰其他被调参数，如当电负荷N变化只影响转速n，这就要求调速器能同时可能告知m1、m2和m3工作，同时满足正则条件，从而Pe1和Pe2不受影响。同理推及Ge1和Ge2发生变化时。11上图为CC12机组联系调节的工作原理。分析可知，经过适当配置，可以使系统满足正则条件.129-3多参数调节所谓多参数是指调节对象的被调参数不只一个而同时有多个。工业透平调节往往属于多参数调节。一、调节元件的数目被调参数不只一个，调节元件的数目必须不少于（一般等于）被调参数的数目。例如前面的双抽汽机组有三个被调参数，它至少有三个调节元件。元件的形式可以变，但个数不能变。二、敏感元件的数目如果多参数调节的各被调参数之间是独立变化的，则敏感元件的数目也必须不少于（一般等于）被调参数的数目；如果多参数调节中有些被调参数有固定的联系，则这些有联系的参数可以公用一个敏感元件来控制。三、信号的综合和控制多个敏感元件，多个调节元件敏感元件如何控制调节元件？如果要求进行联系调节，则将要考虑信号的综合和控制问题。13图9-5所示的双抽汽机组联系调节是采用通流式放大器，可以看出通流式放大器能方便实现信号的综合和控制，其形式为并联式14并联式只是一种综合和控制方法，还可采用串联式，混联式或者差动活塞来实现串联式和混联式具体例子如下图：串联式排油口较并联式减少了经常性的耗油，但当被调参数在两个以上时采用串联式有困难，可改用混联式。15采用差动活塞（通过面积比）来进行信号的综合和控制的例子见下图：16四、原则方案和工具问题透平调节的任务怎样调节？（原则方案问题）怎样实现？（工具问题）以热电式透平为例来说明：（1）原则方案问题。背压式透平调节中如按电负荷运行则是速度调节而按热负荷运行则是压力调节；抽汽式透平调节中采用联系调节且设计需满足正则条件。得到上述原则方案都要先对机组的特性和运行条件作初步的综合分析。（2）工具问题。实现原则方案的工具选择主要根据制造厂惯用的部件来确定。为实现同一种原则方案，可以采用杠杆联系，也可以采用液压联系或电气联系。17五、工况转换问题左图为一次抽汽透平的简化工况图。从图中可以看出透平可能在（1）冷凝工况：沿着冷凝工况线；（2）背压工况：沿着背压工况线；（3）抽汽工况：工况图所包含的整个面积之内，三种工况下工作。冷凝工况和背压工况都不存在联系调节的问题；抽汽工作工况时，在两个阴影区内，联系调节均遭到了破坏。机组运行时，如何保证机组从一个工况平稳地、方便地转到另一个工况，这一问题需要采取专门的措施，这便使得原则方案的内容变得丰富。189-4工业透平调节工业透平的被调参数根据生产过程的需要，可能有透平的转速、进汽压力、排汽压力或抽汽压力，被拖动的泵、压缩机或风机的流量或出口压力或进口压力等。有时被调参数不只一个。一、冷凝式透平调节（1）转速调节：和电站透平调节没什么差别（2）进汽压力调节：当工业透平只与废热锅炉配合运行发电时采用。透平进汽压力作为被调参数时（冷凝透平只有一个调节元件只能有一个被调参数），透平转速只能靠电网维持，机组单独运行则频率不稳。甩负荷时，转速调节要投入工作。（3）变速调节：拖动范畴，被调参数通常为泵、压缩机或风机的流量或出口压力，称变速流量调节或变速压力调节。19上图（a）为变速流量调节，当管网阻力由RA增至RB时，为了使流量不变，机组转速应由n2增至n1；反之阻力降至RC机组转速应降至n3。由流量调节器来控制透平调节阀。（b）为变速压力调节，由调压器来控制透平的调节阀。20工业透平中冷凝式透平的运行方式汇总于下表：21二、背压式透平调节和冷凝式透平一样，背压式也只有一个调节元件，也只能有一个被调参数。背压式透平要供热，背压可能要作为被调参数，所以运行方式要复杂一些。（1）转速调节：常用于单独运行，按电负荷工作，热负荷由旁路或辅助锅炉保证。（2）背压调节：电负荷大于热负荷，按热负荷工作，调压器控制透平调节阀。机组频率由并列运行的其它机组来维持。（3）进汽压力调节：只与废热锅炉配合发电时可以采用，由调压器来控制透平调节阀，机组频率由电网维持，背压由旁路或辅助锅炉维持，甩负荷时调速器应投入工作。（4）变转速调节：同冷凝式透平。22上图为一种背压式透平拖动的系统简图，T1的排汽一般不能与T2、T3及热用户完全适应，所以采用了旁路系统来维持系统的平衡。23工业透平中背压式透平的运行方式汇总于下表：24三、抽汽式透平调节一次抽汽式透平有两个调节元件，也就可以有两个被调参数，有可能在一定范围内同时满足热用户和电用户两者的需求，抽汽式透平在某些情况下也可以按冷凝工况运行或按背压工况运行。（1）转速~抽汽压力调节：由调速器和调压器同时控制透平的高压调节阀和中压调节阀，在一定范围内能同时满足热电两者需求，是基本运行方式。（2）进汽压力~抽汽压力调节：当只与废热锅炉配合运行发电时常采用。机组的转速由电网来维持，甩负荷调速器须投入工作。（3）变速调节：被拖动的泵或压缩机的流量或压力必须作为一个被调参数，两个调节元件，可以同时有两个被调参数，则另一个可选抽汽压力以满足热负荷的需求。25工业透平中一次抽汽式透平的主要运行方式汇总于下表：26四、抽汽背压式和多次抽汽式透平调节当工业过程对不同压力的蒸汽有需求时，可用抽汽背压式或多次抽汽式透平。被调参数和调节元件的增加使得调节方法和运行方式变得复杂。但这类机组实际上是背压式、冷凝式和抽汽式的一体化，因此可以用前面类似的方法处理。279-5串级调节一、单回路调节右图（a）表示了最常用的转速调节方块图，（b）表示了拖动压缩机的情况（被调参数为压缩机出口压力），从图中可以看出被调参数作为反馈信号形成一个闭环回路，这便是单回路调节。28二、多回路调节串级调节是一种多回路调节，上图表示了压缩机出口压力采用串级调节的方块图，与图9-12（b）相比，上图多了一个调速器形成的内反馈回路，转速调节回路的给定信号是被调参数通过调压器来控制的，所以叫串级调节。外回路是主回路，内回路是副回路。29串级调节的特点：（1）串级调节的敏感元件不只一个，而调节元件只有一个，副回路被主回路包围，主回路的调节参数才是被调参数。（2）副回路的作用是抵抗副回路内产生的一切扰动，保证调节系统有较好的调节品质。如图9-13，当压缩机的工况不变，需要机组的转速不变，这时如果透平的进汽参数或者背压变化，副回路将工作起来力求保持转速不变，使被调参数受干扰的影响大为减少。（3）采用串级调节后，系统具有自动校正能力。（4）串级调节可以应用于多种系统，而且便于系统的标准化。309-5结语本章学习的内容：（1）如何对调节对象固有特性和运行条件进行研究，系统越复杂越有必要综合研究，从而得到合理的原则方案。（2）冷凝式透平调节是工业透平调节的基础。（3）热电式透平的调节（背压式、抽汽式），如何同时满足热电两者的需求，为什么常用联系调节？（4）工业透平调节（多参数调节），等转速、变转速调节。（5）什么叫串级调节？串级调节有什么优点？