專利名稱：一種尾氣透平進(jìn)口冷卻空氣與工藝尾氣切換的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于動力機(jī)械工程控制領(lǐng)域，具體涉及一種尾氣透平進(jìn)口冷卻空氣與工藝尾氣切換的控制方法。
背景技術(shù)：
在PTA工藝生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生大量的尾氣，帶有一定壓力與溫度的尾氣攜帶了很多能量，將這些能量進(jìn)行回收并轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，可為機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)提供動力能，降低汽輪機(jī)的負(fù)荷，減少蒸汽的消耗。尾氣透平膨脹機(jī)則是以氧化反應(yīng)器反應(yīng)過程中所產(chǎn)生的尾氣為動力來驅(qū)動空壓機(jī)組的動力設(shè)備；通過調(diào)節(jié)尾氣透平的導(dǎo)葉角度，使之更好的適應(yīng)工藝參數(shù)、并優(yōu)化自身性能，減少汽輪機(jī)的功耗。普通的尾氣透平只設(shè)計(jì)一段導(dǎo)葉，因此調(diào)節(jié)過程相對簡單，只需對一段導(dǎo)葉進(jìn)行單回路控制即可；在PTA機(jī)組中，為了提升能量轉(zhuǎn)換效率同時(shí)滿足工藝出口溫度要求，采用了兩段軸流式尾氣透平膨脹機(jī)，這種膨脹機(jī)有兩級導(dǎo)葉，需要分別對兩級導(dǎo)葉進(jìn)行控制，使尾氣透平膨脹機(jī)工作在它的效率最高點(diǎn)，因此控制方式相對復(fù)雜，要保證機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)冷卻空氣與工藝尾氣的切換，難度也大大增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對兩段軸流式尾氣透平膨脹機(jī)設(shè)計(jì)，已用于國產(chǎn)化首套PTA機(jī)組。這種尾氣透平膨脹機(jī)屬于兩段導(dǎo)葉調(diào)節(jié)膨脹機(jī)，徑向下進(jìn)氣下出氣。工藝尾氣經(jīng)過一級尾氣透平膨脹做功后排出，對排出后的尾氣進(jìn)行加熱，再經(jīng)過二級尾氣透平膨脹做功排出。在沒有產(chǎn)生工藝尾氣前，從壓縮機(jī)出口引入一股壓縮空氣(冷卻空氣)進(jìn)入尾透做功，當(dāng)工藝裝置產(chǎn)生尾氣后，則逐步切除冷卻空氣，切入工藝尾氣，這時(shí)由工藝尾氣為壓縮機(jī)組提供部分動力。由于工藝尾氣具有腐蝕性，因此必須確保尾氣透平排氣溫度在40°C以上才不會對尾氣透平造成危害。在冷卻空氣與工藝尾氣切換的整個(gè)過程中，本控制方案保證PTA機(jī)組的平穩(wěn)運(yùn)行，且保證尾氣透平運(yùn)行在正常的溫度范圍以及高效工況點(diǎn)，降低蒸汽透平的負(fù)荷，減少蒸汽透平蒸汽量的消耗。本套冷卻空氣與工藝尾氣切換的控制方法針對兩段軸流式尾氣透平膨脹機(jī)設(shè)計(jì)，提出了一種全新的用于兩段軸流式尾氣透平膨脹機(jī)冷卻空氣與工藝尾氣切換的控制方案，本發(fā)明的目的在于，利用多個(gè)控制器分別采取不同的控制方式對尾氣透平兩段入口的尾氣進(jìn)行壓力控制，同時(shí)保證尾氣透平排氣溫度不低于40°C，實(shí)現(xiàn)冷卻空氣與工藝尾氣的平穩(wěn)切換。本發(fā)明項(xiàng)目，發(fā)明人具體分析了兩段軸流式尾氣透平膨脹機(jī)的結(jié)構(gòu)及性能曲線圖，設(shè)計(jì)了在工藝裝置投產(chǎn)后，將進(jìn)入尾氣透平的冷卻空氣平穩(wěn)地切換為工藝尾氣的控制方案，該控制方法先進(jìn)可靠，彌補(bǔ)了國內(nèi)首套PTA機(jī)組兩段軸流式尾氣透平膨脹機(jī)控制方案的空缺，降低蒸汽透平的負(fù)荷，減少蒸汽透平蒸汽量的消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，節(jié)省開支。首先介紹一下冷卻空氣與尾氣切換的前提條件:控制中涉及了冷卻空氣與工藝尾氣，冷卻空氣來自壓縮機(jī)出口的部分壓縮空氣，在壓縮機(jī)加載后，產(chǎn)生了壓縮空氣，即尾氣透平的冷卻空氣，冷卻空氣主要作用是保證在工藝裝置沒有尾氣產(chǎn)生前為尾氣透平提供適量的冷卻空氣維持尾氣透平的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，避免尾氣透平由于空轉(zhuǎn)而引起的轉(zhuǎn)子溫度升高的現(xiàn)象，使尾氣透平在合適的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定的工作；工藝尾氣在氧化反應(yīng)塔出口產(chǎn)生，反應(yīng)尾氣經(jīng)過高溫高壓焚燒裝置后進(jìn)入尾氣透平進(jìn)行一級膨脹做功；為了保證尾氣透平二段入口溫度在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，經(jīng)過尾氣透平一級膨脹做功后的尾氣需進(jìn)行級間二次加熱后再進(jìn)入尾氣透平二段進(jìn)行二級膨脹做功，最終排出的尾氣經(jīng)過消聲器去尾氣噴淋裝置，尾氣經(jīng)噴淋裝置處理后直接向大氣排放。為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)任務(wù)，本發(fā)明采用的如下控制方案:為了保證冷卻空氣與尾氣切換過程的平穩(wěn)，將冷卻空氣切入尾氣透平的控制設(shè)計(jì)為壓力控制，控制參數(shù)為尾氣透平入口壓力，通過調(diào)整冷卻空氣調(diào)節(jié)閥開度去控制進(jìn)入尾氣透平的冷卻空氣的壓力，保證在工藝裝置沒有尾氣產(chǎn)生前為尾氣透平提供適量的冷卻空氣，使尾氣透平在合適的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定的工作；將工藝尾氣切入尾氣透平的控制設(shè)計(jì)為壓力控制，控制參數(shù)為尾氣透平入口切斷閥前壓力，利用分程控制方案去控制尾氣透平一段導(dǎo)葉和尾氣入口切斷閥的開度，從而保證尾氣透平入口切斷閥前工藝尾氣的壓力，從而使工藝裝置所產(chǎn)生的尾氣得到最大限度的能量回收；為了保證尾氣透平的機(jī)組效率以及尾氣透平不被工藝尾氣所腐蝕，因此需控制尾氣透平的排氣溫度在40°C以上，考慮到溫度控制具有滯后性特點(diǎn)，因此將尾氣透平二段入口導(dǎo)葉控制設(shè)計(jì)為壓力控制，由二段導(dǎo)葉配合一段導(dǎo)葉共同完成對尾氣透平出口溫度的控制。具體的切換過程為:當(dāng)壓縮機(jī)組加載運(yùn)行正常后，加載尾氣透平膨脹機(jī)，同時(shí)將從壓縮機(jī)出口引出的冷卻空氣的壓力控制器投入使用，逐步將冷卻空氣引入尾氣透平膨脹機(jī)，此時(shí)需密切觀察尾氣透平膨脹機(jī)出口的溫度，調(diào)整冷卻空氣閥開度，避免尾氣透平由于空轉(zhuǎn)而引起的轉(zhuǎn)子溫度升高的現(xiàn)象，使尾氣透平在合適的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定的工作；當(dāng)檢測到工藝裝置有尾氣產(chǎn)生時(shí)，將尾氣透平的一段入口導(dǎo)葉壓力控制器投入，逐步調(diào)整尾氣透平一段導(dǎo)葉和尾氣入口切斷閥的開度，將尾氣緩慢引入尾氣透平，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，慢慢關(guān)閉冷卻空氣閥，當(dāng)尾氣透平入口切斷閥后壓力大于進(jìn)入尾氣透平的冷卻空氣的壓力時(shí)，冷卻空氣將被逐步切出；當(dāng)冷卻空氣完全切出尾氣透平后，投入尾氣透平二段導(dǎo)葉壓力控制器，當(dāng)尾氣透平出口溫度低于安全值時(shí)，調(diào)整尾氣透平二段導(dǎo)葉以提高尾氣透平出口溫度。發(fā)明人以某PTA機(jī)組為例，采用此兩段軸流式尾氣透平膨脹機(jī)冷卻空氣與工藝尾氣切換的控制方法后，不僅使尾氣透平工作在效率高點(diǎn)，還保證了在整個(gè)冷卻空氣與工藝尾氣切換過程中機(jī)組的平穩(wěn)運(yùn)行，使工藝裝置所產(chǎn)生的尾氣得到最大限度的能量回收，降低了蒸汽透平的負(fù)荷，使它的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裕度增大，減少了蒸汽透平蒸汽量的消耗。


圖1是兩段軸流式尾氣透平膨脹機(jī)冷卻空氣與工藝尾氣切換的系統(tǒng)簡圖。圖1中的各個(gè)數(shù)字符號分別表示以下含義:PTlOl-尾氣透平一段入口壓力；PV101-冷卻空氣入口調(diào)節(jié)閥；ζτιοι-冷卻空氣入口調(diào)節(jié)閥閥位；PIC101-冷卻空氣壓力控制器；TE102-工藝尾氣溫度；PT102-工藝尾氣壓力；PV102-工藝尾氣入口調(diào)節(jié)閥；ZT102-工藝尾氣入口調(diào)節(jié)閥閥位；ΤΕ103-工藝尾氣入口調(diào)節(jié)閥閥后溫度；PT103-工藝尾氣入口調(diào)節(jié)閥閥后壓力；PdT103-工藝尾氣入口調(diào)節(jié)閥閥后差壓；FE103-工藝尾氣流量；PIC102-工藝尾氣壓力控制器；ZT103_尾氣透平一段入口導(dǎo)葉開度；ΡΤ104-尾氣透平一段出口壓力；ΤΕ104-尾氣透平一段出口溫度；ΡΤ105-尾氣透平二段入口壓力；ΤΕ105-尾氣透平二段入口溫度；PIC105-尾氣透平二段入口壓力控制器；ZT105-尾氣透平二段入口導(dǎo)葉開度；PT106-尾氣透平二段出口壓力；ΤΕ106-尾氣透平二段出口溫度。以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明的具體內(nèi)容作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
具體實(shí)施例方式參見圖1，在工藝尾氣還沒投入時(shí)，冷卻空氣閥打開一定角度，工藝尾氣調(diào)節(jié)閥門為全關(guān)，尾氣透平一、二段導(dǎo)葉都保持在初始全關(guān)狀態(tài)；在工藝尾氣投入后，冷卻空氣閥全關(guān)，工藝尾氣調(diào)節(jié)閥門為全開，尾氣透平一、二段導(dǎo)葉在各自壓力控制器相互配合作用下，使尾氣透平在合適的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定的工作。依照本發(fā)明的控制方案，為了使工藝尾氣成功地切入尾氣透平膨脹機(jī)，并且保證整個(gè)切換過程平穩(wěn)地進(jìn)行，本發(fā)明設(shè)計(jì)了三步氣體切換程序:第一步，當(dāng)壓縮機(jī)組加載運(yùn)行正常后，加載尾氣透平膨脹機(jī)，同時(shí)將從壓縮機(jī)出口引出的冷卻空氣的壓力控制器投入使用，將冷卻空氣引入尾氣透平膨脹機(jī)，調(diào)整冷卻空氣閥開度，使尾氣透平在合適的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定的工作。具體操作步驟如下:將冷卻空氣壓力控制器(PIClOl)投入自動控制，逐漸提高壓力控制器的設(shè)定值，冷卻空氣入口調(diào)節(jié)閥(PVlOl)慢速打開，冷卻空氣慢慢投入，可看到尾氣透平第一段入口壓力(PTlOl)也逐漸增大，直到冷卻空氣入口調(diào)節(jié)閥(PVIOI)的閥位(ZTIOI)反饋值開到40%左右時(shí)，同時(shí)觀察到尾氣透平一段出口溫度保持在30攝氏度左右即可，冷卻空氣投入結(jié)束。第二步，當(dāng)檢測到工藝裝置有尾氣產(chǎn)生，工藝尾氣壓力(ΡΤ102)的值達(dá)到了透平入口設(shè)計(jì)參數(shù)值，工藝尾氣溫度(TE 102)達(dá)到170°C以上時(shí)，此時(shí)將尾氣透平的一段入口導(dǎo)葉壓力控制器投入，逐步調(diào)整尾氣透平一段導(dǎo)葉和尾氣入口切斷閥的開度，將尾氣緩慢引入尾氣透平膨脹機(jī)；當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，慢慢關(guān)閉冷卻空氣閥，當(dāng)尾氣透平入口切斷閥前壓力大于進(jìn)入尾氣透平的冷卻空氣的壓力時(shí)，冷卻空氣將被逐步切出。具體操作步驟如下:將工藝尾氣壓力控制器(PIC102)投入自動控制，逐漸提高壓力調(diào)節(jié)控制器的設(shè)定值，工藝尾氣入口調(diào)節(jié)閥(PV102 )慢速打開，工藝尾氣慢慢投入，在機(jī)組控制室畫面上可清楚的看到工藝尾氣入口調(diào)節(jié)閥閥后壓力(PT103)的值在逐漸增大，直到工藝尾氣入口調(diào)節(jié)閥閥后壓力(PT103)的值大于尾氣透平一段入口壓力(PTlOl)的值時(shí)，可逐漸將冷卻空氣壓力控制器(PICIOI)的設(shè)定值降低，慢速關(guān)閉冷卻空氣入口調(diào)節(jié)閥(PVIOI);反復(fù)以上操作，直到冷卻空氣完全切出。由于工藝尾氣入口調(diào)節(jié)閥(PV102 )和尾透一段導(dǎo)葉采用分程控制來調(diào)節(jié)工藝尾氣壓力(PT102)，當(dāng)提高工藝尾氣壓力控制器(PIC102)的壓力設(shè)定值使工藝尾氣入口調(diào)節(jié)閥(PV102)的閥位(ZT102)反饋值開到100%左右時(shí)，表示工藝尾氣已經(jīng)完全切入尾氣透平，此時(shí)尾氣透平入口壓力完全由一段導(dǎo)葉來控制調(diào)節(jié)，進(jìn)入尾氣透平的工藝尾氣流量可從工藝尾氣流量計(jì)(FE103)觀察到。第三步，當(dāng)冷卻空氣完全切出尾氣透平后，工藝尾氣切入尾氣透平期間，投入尾氣透平二段導(dǎo)葉壓力控制器，同時(shí)觀察尾氣透平一二段出口的溫度的變化情況，當(dāng)尾氣透平出口溫度低于安全值時(shí)，調(diào)整尾氣透平二段導(dǎo)葉以提高尾氣透平出口溫度。具體操作步驟如下:將尾氣透平二段入口壓力控制器(PIC105)投入自動控制，當(dāng)觀察到尾氣透平二段出口溫度(TE106)的值過低時(shí)，則逐漸提高尾氣透平二段入口壓力控制器(PIC105)的設(shè)定值，尾氣透平膨脹機(jī)第二段導(dǎo)葉逐漸打開一定角度，再次觀察尾氣透平二段出口溫度(TE106)的溫度值，若溫度還較低，則重復(fù)提高尾氣透平二段入口壓力控制器(PIC105)的設(shè)定值，直到溫度值處于正常范圍，盡量使其值略高于40°C，尾氣透平才會更安全；在保證尾氣透平安全運(yùn)行的前提下，應(yīng)盡可能的保證工藝尾氣流量(FE103)和工藝尾氣入口調(diào)節(jié)閥閥后壓力(PT103)的值接近尾氣透平設(shè)計(jì)值，這樣才可以使尾氣透平工作在效率最高點(diǎn)附近，保證尾透出力最大。至此，兩段軸流式尾氣透平膨脹機(jī)冷卻空氣與工藝尾氣切換結(jié)束。按照上述技術(shù)方案，發(fā)明人在國產(chǎn)首套PTA機(jī)組上對此兩段軸流式尾氣透平膨脹機(jī)冷卻空氣與工藝尾氣切換流程進(jìn)行了多次驗(yàn)證，證明了此控制方案安全可靠，確保了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)也充分回收了工藝尾氣，為機(jī)組運(yùn)行提供機(jī)械能，起到了節(jié)能減排的效果。
權(quán)利要求
1.一種尾氣透平進(jìn)口冷卻空氣與工藝尾氣切換的控制方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 第一步:當(dāng)壓縮機(jī)組加載運(yùn)行正常后，加載尾氣透平膨脹機(jī)，同時(shí)將從壓縮機(jī)組出口引出的冷卻空氣的壓力控制器投入使用，將冷卻空氣引入尾氣透平膨脹機(jī)，調(diào)整冷卻空氣入口調(diào)節(jié)閥開度，使尾氣透平膨脹機(jī)第一段出口溫度保持在30°c左右，冷卻空氣投入結(jié)束；第二步:當(dāng)檢測到工藝裝置有尾氣產(chǎn)生，且工藝尾氣入口調(diào)節(jié)閥閥后壓力達(dá)到了透平膨脹機(jī)入口設(shè)計(jì)參數(shù)值，工藝尾氣溫度達(dá)到170°C以上時(shí)，此時(shí)將設(shè)置在尾氣透平的第一段入口導(dǎo)葉壓力控制器投入使用，逐步調(diào)整尾氣透平膨脹機(jī)第一段導(dǎo)葉和尾氣入口切斷閥的開度，將尾氣緩慢引入尾氣透平膨脹機(jī)；當(dāng)壓縮機(jī)組轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，關(guān)閉冷卻冷卻空氣入口調(diào)節(jié)閥，當(dāng)尾氣透平膨脹機(jī)入口切斷閥前壓力大于進(jìn)入尾氣透平膨脹機(jī)的冷卻空氣的壓力時(shí)，冷卻空氣將被逐步切出； 第三步:當(dāng)冷卻空氣完全切出尾氣透平后，工藝尾氣切入尾氣透平期間，投入設(shè)置在尾氣透平膨脹機(jī)第二段導(dǎo)葉的壓力控制器，同時(shí)觀察尾氣透平膨脹機(jī)第一段、第二段出口的溫度的變化情況，當(dāng)尾氣透平膨脹機(jī)出口溫度低于安全值時(shí)，調(diào)整尾氣透平膨脹機(jī)第二段導(dǎo)葉以提高尾氣透平膨脹機(jī)出口溫度，完成尾氣透平膨脹機(jī)冷卻空氣與工藝尾氣切換。
2.如權(quán)利要求1所述的尾氣透平進(jìn)口冷卻空氣與工藝尾氣切換的控制方法，其特征在于，所述的冷卻空氣入口調(diào)節(jié)閥采用壓力控制調(diào)節(jié)尾氣透平膨脹機(jī)一段入口壓力；工藝尾氣入口調(diào)節(jié)閥和尾氣透平第一段導(dǎo)葉采用分程控制來調(diào)節(jié)工藝尾氣入口壓力；尾氣透平第二段導(dǎo)葉采用壓力控制調(diào)節(jié)尾氣透平膨脹機(jī)二段入口壓力。
全文摘要
本發(fā)明具體公開了一種用于兩段軸流式尾氣透平膨脹機(jī)冷卻空氣與工藝尾氣切換的控制方法。從而有效的維持了PTA機(jī)組的功率平衡，確保了機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)也充分回收了工藝尾氣的能量，將尾氣的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能輸出以驅(qū)動壓縮機(jī)組，起到了節(jié)能減排的效果。
文檔編號F01D13/02GK103147802SQ201310049068
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月6日
發(fā)明者胡茜, 張娜, 彭洪斌, 王航, 李勇, 董林森, 陳紅梅, 藺滿相, 孫鴻聲, 孟繼軍, 張東濤, 王耀憲 申請人:西安陜鼓動力股份有限公司