M701F4 型機組TCA 冷卻水流量調(diào)門整定模型設計與分析

宮殿臣GONG Dian-chen；王雨田WANG Yu-tian；張明ZHANG Ming

（神華國華（北京）燃氣熱電有限公司，北京100016）

0 引言

三菱公司生產(chǎn)的M701F4 型燃機燃燒室出口溫度高達1400℃，因此燃機轉子葉片采用了TCA（Turbine Cooling Air）系統(tǒng)進行冷卻。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)TCA 冷卻水至余熱鍋爐回水流量閥調(diào)節(jié)閥的控制因素有燃機負荷、汽包壓力、給水泵出口壓力、TCA 出口溫度，環(huán)境溫度等，而直接參與調(diào)節(jié)的開環(huán)控制曲線就有4 條。

文獻[15] 為準確估計內(nèi)蒙河套灌區(qū)灌溉水入滲補給地下水量，采用試驗研究與數(shù)值模擬相結合的方法，分別根據(jù)灌水前后地下水位變化和土壤含水率變化計算了灌溉水入滲補給地下水系數(shù)，得到作物生育期(最大灌水量183.72 mm)灌溉補給地下水系數(shù)為15%，秋澆灌溉(灌水量491.00 mm)補給地下水系數(shù)為30%。河套灌區(qū)地下水位埋深相對較淺，通過灌水前后的土壤含水率變化情況和數(shù)值模擬結果顯示：灌水2～4 d補給地下水量達到最大，8～10 d后即完成對地下水的入滲補給，不同灌水量灌溉水入滲規(guī)律基本一致，入滲補給量和入滲時間與灌溉水量直接相關。

本研究的主要內(nèi)容就是通過建立一套TCA 冷卻水流量控制閥的整定模型，保證整定值的準確錄入與正確執(zhí)行，滿足機組變工況下的TCA 系統(tǒng)正確穩(wěn)定，同時討論出一套監(jiān)視參數(shù)異常的實時報警監(jiān)督分析方案，并討論相關系統(tǒng)的改造方案，在保證TCA 流量整定經(jīng)濟性最大化時，保證機組安全可靠運行。

1 研究方法

1.1 TCA 系統(tǒng)運行情況研究

傳統(tǒng)模式下的TCA 冷卻水流量控制閥門整定方法，是基于燃機燃燒調(diào)整，在燃機處于不同負荷時通過調(diào)整閥門調(diào)節(jié)設定值（MV）將實際流量（PV）與中閥門調(diào)節(jié)目標值（SV）的偏差維持在合理范圍內(nèi)進行的，通常目標偏差值為10t/h。但是該方法所獲取的整定值并不能保證TCA 系統(tǒng)在變工況下依然合理有效。通過PI 數(shù)據(jù)庫記錄的實時數(shù)據(jù)，獲取華北某燃氣電廠2019年2月14日的2 號燃機負荷變化、高壓給水泵電流變化，TCA 冷卻水流量與SV 的差值、以及TCA 出口溫度與相應壓力下的飽和溫度差值，在發(fā)生變化的時候，高壓給水泵電流以及泵出口壓力也會作相應調(diào)整。研究結果說明機組在負荷變化的時候，PV 與SV 的偏差經(jīng)常性的大于之前的目標設定值10t/h，而TCA 出口溫度與飽和溫度的差值也遠高于預計的40℃，傳統(tǒng)整定方法得出的整定值并不能保證機組的經(jīng)濟性。同時該研究樣本也驗證了本次研究的必要性。

1.2 原理分析

根據(jù)梳理華北某燃氣電廠三菱燃機控制系統(tǒng)（TCS）的相關邏輯畫面，摘除無效影響因素的影響，燃機運行時，TCA 冷卻水只走回高壓汽包這一路，回高壓汽包的調(diào)門為開環(huán)控制，通過設定流量控制值，影響閥門開度。其中流量控制與load 和Tair 有關。發(fā)現(xiàn)影響TCA 冷卻水回高壓汽包流量控制閥開度的參數(shù)主要有燃機負荷（load）、大氣溫度（Tair）、TCA 冷卻器冷卻水出口水溫（Twater）、TCA 冷卻器冷卻水入口壓力（Pin）、TCA 冷卻水回高壓汽包流量控制閥閥后壓力（Pout）。這一過程設計到四條邏輯曲線，采用線性點連接，差值計算的方式影響輸出參數(shù)。由于MV 最終由4 條曲線中的1 條進行調(diào)節(jié)，為了更好地反應各參數(shù)直接的關系，引入變量MVin，代表了曲線輸入值。同時，該值所對應的曲線也是一般電廠用來整定調(diào)節(jié)閥門特性的主要對象。最后得出的公式關系如下：

通過研究所建立的數(shù)據(jù)分析模型計算2019年11月15日至11月18日，滿足SV 與PV 差值大于11 或小于2，或者滿足Twater 與Tsat 差值大于65 或者小于30 的數(shù)據(jù)獲取樣本181 組。其中顯示溫差過低的數(shù)據(jù)有8 組，分析其中11月17日的數(shù)據(jù)（如表2）可以發(fā)現(xiàn)該溫度偏低的情況連續(xù)時間較長。通過查詢曲線發(fā)現(xiàn)兩臺機負荷一致且穩(wěn)定，而1 號機的溫差在合理范圍內(nèi)，說明2 號機的TCA 流量控制閥門整定值需要重新整定，進而提高2 號機的安全性。

為了方便設置曲線參數(shù)，方便計算整定值，設置了TCA 冷卻水閥門整定值分析模型。通過調(diào)整參數(shù)即可快速獲取設置工況下的TCA 流量控制閥開度。或者從歷史數(shù)據(jù)庫調(diào)取不同時間下的TCA 系統(tǒng)參數(shù)，并通過設定上下限自動輸出不合理的工況參數(shù)及時間點。通過該模型所獲取的研究樣本比從DCS 獲取樣本具有更高的靈活性與精確性。

之后通過代入實際數(shù)據(jù)與系統(tǒng)實際調(diào)節(jié)值相對比，參數(shù)一致，證明了該公式以及曲線函數(shù)的有效性。通過對數(shù)據(jù)進行分析可以得出，除了f3以上函數(shù)都是增函數(shù)，而且load、Tair、Twater、Pout 這三個量都為不可控因素。通過分析這一模型，即可了解機組在負荷、壓控定值以及環(huán)境溫度等參數(shù)發(fā)生變化時，TCA 開度的變動情況。

高校在推動學生管理信息化系統(tǒng)建設的過程中，須將信息共享與學生管理工作緊密地融合在一起，同時將不同類型的復雜信息存儲于學校的各部門中。建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺與多元數(shù)據(jù)標準體系，為學生管理數(shù)據(jù)信息的無縫整合提供強有力的支持。首先，高校須采取頂層設計的方式，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺與多元數(shù)據(jù)標準體系。其次，高校各部門間須加強相互間信息的交流與共享。最后，構建以云計算為基礎的信息共享平臺，為高校提供優(yōu)質(zhì)、高效的網(wǎng)絡運行環(huán)境，確保高校學生管理信息化系統(tǒng)建設的順利進行。

表1 TCA 冷卻水調(diào)門控制邏輯曲線參數(shù)表

表2 2019年11月17日溫度異常數(shù)據(jù)

表3 2019年11月18日流量異常數(shù)據(jù)

1.3 模型建立

學生有了濃厚的學習興趣，學習熱情就高漲，課堂效率自然而然就提高了。在教學中，教師要善于激發(fā)學生的學習興趣。

2 結果分析

其中f1、f2、f3、f4的標準數(shù)據(jù)如表1。

此外，其中顯示流量偏高的數(shù)據(jù)有125 組，分析其中11月18日16 點的數(shù)據(jù)（如表3）可以發(fā)現(xiàn)該時間段流量偏高的時間較長。通過查詢曲線發(fā)現(xiàn)兩臺機負荷一致且緩慢上升，而1 號機的TCA 流量在合理范圍內(nèi)，說明2 號機的TCA 流量控制閥門整定值需要重新整定，進而提高2號機的經(jīng)濟性。

3 結論

通過本研究所建立的閥門整定模型，實現(xiàn)對閥門整定參數(shù)整定過程的安全性與合理性分析，進而對提升機組安全運行水平與經(jīng)濟性的方案進行了深入研究。通過模型模擬分析歷史曲線可以發(fā)現(xiàn)TCA 參數(shù)在變工況下整定值不合理的問題，進而通過該模型為閥門參數(shù)的重新整定提供指導意見。通過在國華京燃熱電公司進行模型驗證，模型發(fā)掘出燃機在不同負荷段TCA 供水流量過高，轉子冷卻空氣溫度過低以及高壓給水泵出口壓力過高的問題。針對模型所發(fā)現(xiàn)的異常情況進行參數(shù)重新整定，可以實現(xiàn)機組的節(jié)能降耗以及穩(wěn)定性增強的目的。

該研究所建立的模型分析模型配合系統(tǒng)優(yōu)化實現(xiàn)了對三菱TCA 系統(tǒng)的全面升級。突破以往為了保障安全犧牲經(jīng)濟性而導致的余量過大的問題。本研究的主要思路為通過智能化監(jiān)視發(fā)現(xiàn)參數(shù)優(yōu)化空間，通過模型模擬驗證優(yōu)化參數(shù)，通過系統(tǒng)優(yōu)化防止參數(shù)異常所帶來的安全隱患。這一思路具有很強的可推廣性，在電廠生產(chǎn)運行優(yōu)化方面可以起一定指導作用。