CN101118054A - 利用集成功能块的蒸汽温度控制 - Google Patents
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Abstract
本公开关注一种饱和水喷洒系统，该饱和水喷洒系统被配置为利用单个集成DCS控制块快速地响应快速负载变化。该集成DCS控制块可包括多个控制该喷洒系统的运行所需要的过程控制例程。例如，上游和下游PID控制例程可确定和输出控制变量，而其它控制例程可被提供以便处理锅炉内影响出口和喷洒蒸汽温度的扰动，以及确定所述蒸汽温度在该锅炉运行期间不落入饱和区域。由于这些例程是同一控制块的组成部分，因而这些例程中的每个例程都可以访问所述控制块的公用存储器，而不必建立附加的通信链路来进行在使用级联功能块时所需的信息传送。
Description
技术领域
本发明总体上涉及锅炉内的蒸汽温度控制，更具体地说，涉及利用集成的DCS控制块的动力锅炉内蒸汽温度控制，以增加对快速负载变化的响应性。
背景技术
发电厂利用各种类型的发电机进行发电，根据用来发电的能源类型，发电机可分为热能、核能、风能、水力等发电机。这些不同类型的发电机中的每种都在不同的限制条件下运行。例如，热能发电机的输出是锅炉内产生的热量的函数，其中所述热量由每小时燃烧的燃料量等确定。另外，热能发电机的输出也取决于用于燃烧燃料的锅炉的热传递效率。对于其它类型的发电厂存在相似类型的限制条件。而且，对于大多数使用锅炉的发电厂而言，末端过热器和再热器出口处的期望蒸汽温度设定点是恒定的，而且在所有负载水平必须保持蒸汽温度在较窄范围内接近于所述设定点。
烧燃料的发电机通过燃烧燃料将锅炉内穿过数个管道的水变成蒸汽来工作。蒸汽用来在一个或更多涡轮机内产生电能。在动力锅炉运行过程中，蒸汽温度的控制是至关重要的。从锅炉中排出并进入蒸汽涡轮机的蒸汽的温度处于最佳的期望温度是很重要的。如果蒸汽温度太高，由于各种冶金学方面原因，蒸汽会对蒸汽涡轮机的叶片造成损坏。如果蒸汽温度太低，蒸汽中会包含可能对蒸汽涡轮机的部件造成损坏的水滴。
通常，锅炉包含级联的热交换器区段，从一个热交换器区段排出的蒸汽进入下一个热交换器区段，并且在每个热交换器区段提高蒸汽的温度，直到理想情况下蒸汽以期望蒸汽温度输出到涡轮机。在这种布置中，蒸汽温度的控制经常通过在末端热交换器区段之前的位置将饱和水喷洒到蒸汽中来实现，其中此末端热交换器区段紧邻涡轮机的上游。温度传感器沿着蒸汽流路设置并位于热交换器区段之间，以测量沿所述流路的重要之处的蒸汽温度，并且所测量的温度被用于调节为温度控制目的而被喷洒到所述蒸汽中的饱和水的量。
在传统的锅炉运行中，使用分布式控制系统(DCS)，其中数个分离的功能块布置成级联结构，执行蒸汽控制策略。图1显示饱和水喷洒系统10的一个实例，该饱和水喷洒系统具有级联的功能块结构，用于控制由该喷洒系统10提供给动力锅炉涡轮机的蒸汽的出口蒸汽温度TEOUTLET。进入喷洒系统10的流路的蒸汽穿过第一热交换器12和第二热交换器14，然后输出到涡轮机。通过将饱和水喷洒到热交换器12和14之间一位置处流路中的蒸汽中，可调节出口蒸汽温度TEOUTLET。设置阀16来控制喷洒到流路蒸汽中的饱和水的量。控制阀16由级联的功能块18-24控制，所述功能块利用由温度传感器26测得的出口蒸汽温度TEOUTLET和由温度传感器28测得的喷洒后蒸汽温度TESPRAY来确定实现期望出口蒸汽温度TEOUTLET所需的阀位置。
由温度传感器26测得的出口蒸汽温度TEOUTLET被输入给第一比例积分微分(PID)功能块18，作为所述控制策略的第一或上游过程变量PV1。这里所使用的名词“上游”和“下游”是指与流路中到涡轮机的蒸汽流的方向相反的控制回路中过程控制信息的流。表示出口蒸汽温度TEOUTLET的期望值的第一设定点SP1也被输入PID功能块18。在许多应用中，出口蒸汽温度TEOUTLET的最佳值约为1000。PID功能块18被配置为比较上游过程变量PV1和第一设定点SP1的值，以确定是否应该提高(PV1＜SP1)或降低(PV1＞SP1)喷洒后蒸汽温度TESPRAY。只要出口蒸汽温度TEOUTLET与第一设定点SP1不同，就会调整喷洒后蒸汽温度TESPRAY，并且PID功能块18输出第一控制变量CV1，该第一控制变量具有与由PID功能块18确定的喷洒后蒸汽温度TESPRAY相等的值。
在确定实现由PID功能块18确定的喷洒后蒸汽温度TESPRAY所需控制阀位置之前，所述控制策略补偿喷洒系统10和锅炉内的扰动，所述扰动影响所述蒸汽温度并且无需等待PID功能块的反馈和估算即可立即校正。例如，随着蒸汽流过热交换器12、14，蒸汽流速的改变引起传递给蒸汽的热量的改变，因而也引起蒸汽温度大小的改变。这些改变按可预测的方式进行。结果，可在级联中包含一个或更多求和功能块20，其被配置为调整第一控制变量CV1以补偿这些类型的扰动。求和功能块20被配置为接收第一控制变量CV1和前馈信号FF，该前馈信号FF表示影响喷洒系统10的参数值或该参数值的改变，该前馈信号FF比如是表示蒸汽流速变化量的信号。求和功能块20使用该前馈信号FF来确定喷洒后蒸汽温度TESPRAY必须被调整多少以补偿所述扰动。例如，如果流速增大，则必须提高喷洒后蒸汽温度TESPRAY，如果流速减小，则必须降低喷洒后蒸汽温度TESPRAY。求和功能块20对第一控制变量CV1进行必要的调整(增加或减小)，并输出表示调整后的温度TESPRAY的中间控制变量CVI。如前所述，可使用多个求和功能块20来补偿可能存在的各种扰动。
所述级联功能块结构可进一步包括高选(HISELECT)(＞)功能块22，以确保向蒸汽中喷洒饱和水的动作不会导致蒸汽从过热区域转移到饱和区域，从而避免将水引入涡轮机的风险。基于锅炉内的运行状况尤其是热交换器12、14之间蒸汽流路内的运行状况，过热蒸汽变为饱和水的饱和温度可由标准的蒸汽表确定。高选功能块22被配置为接收由上游功能块18、20计算的表示期望温度TESPRAY的中间控制变量CVI，以及接收关于蒸汽流路内当前状况的饱和超越温度TESAT，并输出上述两个输入温度中较大者作为第二设定点SP2。因此，如果中间控制变量CVI大于饱和超越温度TESAT，则计算得到的温度被输出作为第二设定点SP2。否则，饱和超越温度TESAT被输出作为第二设定点SP2，以防止喷洒后蒸汽温度TESPRAY落入饱和区域。根据上述实现过程，如果使蒸汽转变成饱和水的风险很小甚至没有，则可省略高选功能块22。虽然所述控制策略的基本部件是PID功能块18、24，但实际上几乎所有的控制策略都包括附加的功能块，比如求和功能块20、高选功能块22，以解决与特定锅炉结构有关的各种其它问题。
在计算并且如果必要的话调整期望喷洒后蒸汽温度TESPRAY之后，由高选功能块22输出的第二设定点SP2被输入到第二或下游PID功能块24，以确定升高或降低温度TESPRAY所需的控制阀16的位置。下游PID功能块24被配置为从高选功能块22接收第二设定点SP2作为一个输入，以及接收由温度传感器28测得的喷洒后蒸汽温度TESPRAY作为第二过程变量PV2。该下游PID功能块24进一步被配置为估算第二设定点SP2和第二过程变量PV2之间的差值，并输出表示期望阀位置的第二控制变量CV2至控制阀16，以便喷洒到蒸汽流路中的饱和水量使得由温度传感器28测得的喷洒后蒸汽温度TESPRAY等于由第二设定点SP2表示的期望温度TESPRAY。
这种类型的控制策略和级联功能块结构在正常状况下工作良好。然而，在快速负载变化的状况下，喷洒后蒸汽温度TESPRAY可能改变非常快，以致第二过程变量PV2和第二设定点SP2之间的差值会阻止下游PID功能块24输出作为第二控制变量CV2的阀位置，而该第二控制变量会导致期望出口蒸汽温度TEOUTLET。在蒸汽流速快速降低期间会发生这种情况。相同量的热能出现在热交换器14中和被喷洒到流路中的饱和水中，但流路中减少的蒸汽质量导致快速的温度变化。因而，热交换器14出口处的蒸汽温度TEOUTLET快速上升，使得PID功能块18试图通过关闭阀16来降低温度TEOUTLET，而随着饱和水与蒸汽混合，蒸汽温度TESPRAY同时快速降低，使得PID功能块24关闭所述阀。
如果蒸汽温度TESPRAY降低至使第二过程变量PV2小于第二设定点SP2的程度，则下游PID功能块24理解为该蒸汽温度TESPRAY太低，并且即使需要饱和水来降低出口蒸汽温度TEOUTLET，该下游PID功能块24也不会输出第二控制变量CV2来打开控制阀16。例如，降低的蒸汽流速会使温度TESPRAY以及随后的第二过程变量PV2快速降低至700，而根据上游PID功能块18的计算结果，增加的出口蒸汽温度TEOUTLET会导致输入至下游PID功能块24的第二设定点SP2具有850的值。-150的差值向下游PID功能块24指示控制阀16应该保持闭合，直到第二设定点SP2下降至700以下，控制阀16才打开。因而，出口蒸汽温度TEOUTLET将继续上升，上游PID功能块18继续降低第一控制变量CV1，直到第二设定点SP2降至温度TESPRAY以下，这可能需要控制回路的许多次循环。
快速负载状况导致控制动作的诱导延迟，以及控制策略效率的降低。实际上，现场工程师和调试者采用数个专设电路来检测和改善这种情况。例如，下游PID功能块24可被配置为即使在第二设定点SP2和第二过程变量PV2表明控制阀16应该保持闭合的情况下也确定出口蒸汽温度TEOUTLET是否需要打开控制阀16。然而，此方案需要PID功能块24被提供有至中间功能块20、22的所有其它输入，以便返回所有调整。或者，第二设定点SP2和第二过程变量PV2之间的差以及关于控制阀关闭的指示可被反馈给上游PID功能块18。任何方案都有必须增加附加的通信链路，以将附加信息传送至PID功能块18和24。因此，需要处理喷洒系统10中快速负载状况的改进装置和方法，并且如果可能，不需要用于传送喷洒系统10中存在的变量的附加通信链路。
发明内容
根据一个方面，本发明贯注于一种饱和水喷洒系统，该系统被配置为利用单一的集成DCS控制块快速响应快速负载变化。该集成DCS控制块可包括多个控制该喷洒系统的运行所需的过程控制例程。例如，上游PID控制例程和下游PID控制例程可确定和输出控制变量，而其它控制例程可被提供为处理锅炉内影响出口和喷洒蒸汽温度的扰动、以及确定所述蒸汽温度在该锅炉运行期间不落入饱和区域。由于这些例程是同一控制块的组成部分，因而这些例程中的每个例程都可以访问所述控制块的公用存储器，而不必建立附加的通信链路来进行如上所述的在使用级联功能块时所需的信息传送。通过将控制功能集成在同一控制块中，可在所述集成控制块内设置某种机制或处理，以使所述下游PID控制例程向上游PID控制例程提供有关第一控制变量和/或第二设定点的指示，第一控制变量和/或第二设定点是下游PID控制例程适当调整控制阀以控制出口蒸汽温度所必需的。或者，上游PID控制例程能够向下游PID控制例程提供有关第一设定点和第一过程变量之间的差的指示，以便下游PID控制例程能够覆盖计算得到的第二控制变量并适当调整控制阀。因而，所述集成DCS控制块可有利于实施更积极的控制策略，所述更加积极的控制策略能够更快速响应喷洒系统内的快速负载变化。
本发明的其它方面由本专利的权利要求书限定。
附图说明
图1是用在锅炉中并包括级联PID控制回路的饱和水喷洒系统的示意性框图；
图2是用在锅炉中并包括用集成DCS控制块实现的控制回路的饱和水喷洒系统的示意性框图；
图3是可在图2所示的饱和水喷洒系统中实施的蒸汽温度控制例程的流程图，其中下游PID例程使用出口蒸汽温度TEOUTLET来确定是否覆盖计算得到的控制阀位置；以及
图4是可在图2所示的饱和水喷洒系统中实施的蒸汽温度控制例程的流程图，其中上游PID例程使用喷洒后蒸汽温度TESPRAY和控制阀位置来确定是否覆盖计算得到的喷洒后蒸汽温度TESPRAY。
具体实施方式
尽管下文阐述了本发明多个不同实施例的详细说明，但应该理解，本发明的合法范围由本专利结尾所阐述的权利要求书的文字限定。所述详细说明可理解为仅用于示例性的，并没有描述本发明每个可能的实施例，因为描述每个可能的实施例即使不是不可能的，也是不切实际的。利用目前的技术或者本专利递交日之后研发的技术可实现多个替代实施例，这些实施例仍落入用来限定本发明的权利要求书的范围内。
还应该理解，除非在本专利中使用这样的句子“本文所用的术语’_’特此定义为...”或其它类似的句子对某一术语进行专门定义，否则不打算将该术语的含义明白地或者隐含地限定为超过其一般或通常含义，并且这种术语不应该被理解为限制在基于本专利任一部分中所作的任何声明的范围内(除了权利要求的语言)。就在本专利结尾的权利要求书中叙述的任何术语在本专利中被定义为符合单一含义来说，这样做仅为了清楚以使读者不混淆，并且不打算将这种权利要求术语隐含地或者以其它方式限定为此单一含义。最后，除非权利要求元素通过叙述“装置(means)”这个词以及没有任何结构描述的功能来限定，否则不打算将任何权利要求元素的范围基于35U.S.C§112第6款的应用进行解释。
饱和水喷洒系统10可被重新配置为，通过用图2所示的单个集成DCS控制块30替代前面所述的级联功能块结构，来快速响应比如上文所述的快速负载变化。该集成DCS控制块30可包括多个过程控制例程，它们用于比如以上面所述的方式控制该喷洒系统的运行。例如，集成DCS控制块30可包括上游PID控制例程32和下游PID控制例程34，它们分别执行如上面所述的PID功能块18和24类似的处理，并且集成DCS控制块30可包括其它控制例程36，用于处理锅炉内影响蒸汽温度TEOUTLET和TESPRAY的扰动，并确保这些蒸汽温度在锅炉运行期间不落入饱和区域。由于这些例程是同一控制块30的组成部分，因而例程32-36中每个例程都可以对控制块30的公用存储器进行访问，而不必建立附加的通信链路来进行如上所述的在使用级联功能块18-24时所需的信息传送。通过将控制功能集成在同一控制块中，可在集成控制块30内提供某种机制或处理，以使下游PID控制例程34向上游PID控制例程32提供有关第一控制变量CV1和/或第二设定点SP2的指示，第一控制变量CV1和/或第二设定点SP2能够使下游PID控制例程34适当调整控制阀16，以控制出口蒸汽温度TEOUTLET。或者，上游PID控制例程32能够向下游PID控制例程34提供有关第一设定点SP1和第一过程变量PV1之间的差的指示，以便下游PID控制例程34能够覆盖计算得到的第二控制变量CV2并适当调整控制阀16。因而，集成DCS控制块30可有利于实施更积极的控制策略，所述更加积极的控制策略能够更快速响应喷洒系统10内的快速负载变化。
如图2所示，喷洒系统10内集成DCS控制块30进行过程控制的信息流类似于级联结构中喷洒系统10的部件和功能块18-24之间的信息流。因此，出口蒸汽温度TEOUTLET被输入至集成DCS控制块30作为第一过程变量PV1，期望出口蒸汽温度被输入作为第一设定点SP1，这些输入的蒸汽温度由上游PID控制例程32处理。表示影响锅炉内蒸汽温度的扰动的前馈信号FF被输入以供其它控制例程36使用，并且如果必要的话，提供饱和超越温度TESAT并由其它控制例程36中的一个例程使用，以确保蒸汽温度不落入饱和区域。由于集成控制块30内处理的集成，第一控制变量CV1和第二设定点SP2变成控制块30内的内部变量，而不是在执行过程控制期间沿功能块18-24之间的通信链路传送的变量。由温度传感器28测得的喷洒后蒸汽温度TESPRAY被输入至控制块30作为第二过程变量PV2，由下游PID控制例程34确定的控制阀位置被输出给控制阀16作为第二控制变量CV2。
集成DCS控制块30有利于响应于喷洒系统10中如上所述的那些快速负载变化进行快速过程控制。而且，集成DCS控制块30在识别状况方面提供了灵活性，而如上所述的级联功能块结构则提供对快速负载变化的低灵敏度响应。图3图示蒸汽温度控制例程100的一个实例，其中下游PID控制例程34被配置为，识别由于快速负载变化而需要覆盖或重新计算输出至控制阀16的第二控制变量CV2的情况。该蒸汽温度控制例程100可在框102处开始，在框102，操作员将输入至集成控制块30的第一设定点SP1设定为等于期望出口蒸汽温度TEOUTLET。然后，控制传至框104，在框104，出口蒸汽温度TEOUTLET由温度传感器26测得，并被输入至集成DCS控制块30作为第一过程变量PV1。
通过将第一设定点SP1和第一过程变量PV1提供给集成控制块30，在框106，上游PID控制例程32可按照与前面所述上游PID功能块18类似的方式确定所述第一控制变量CV1。上游PID控制例程32可被配置为有必要确定喷洒后蒸汽温度TESPRAY，从而有必要将出口蒸汽温度TEOUTLET设定为等于第一设定点SP1。除了确定第一控制变量CV1，在框108，上游PID控制例程32还将第一过程变量PV1保存到集成DCS控制块30的公共存储器中，以便由下游PID控制例程34以后使用。
在框110，第一控制变量CV1的值被其它控制例程36使用，以确定由下游PID控制例程34使用的第二设定点SP2。其它控制例程36可执行与上面所述的级联结构中提供的附加功能块类似的处理。例如，控制例程36可包括一个或更多求和例程，所述求和例程以与上述求和功能块20类似的方式调整第一控制变量CV1。一个或更多关于扰动的且影响蒸汽温度TEOUTLET和TESPRAY的前馈信号FF，被输入集成DCS控制块30，并被对应的求和控制例程36处理以计算中间控制变量CVI。此外，如果必要的话，饱和超越温度TESAT可被输入至集成DCS控制块30，以便由高选控制例程36来确保喷洒后蒸汽温度TESPRAY不落入饱和区域。在由其它控制例程36已经执行必要的处理之后，生成第二设定点SP2的值，以便由下游PID控制例程34使用。
在框112，喷洒后蒸汽温度TESPRAY由温度传感器28测得，并被输入至集成控制块30作为第二过程变量PV2。通过将第二设定点SP2和第二过程变量PV2提供给集成控制块30，在框114，下游PID控制例程34可按照与前面所述下游PID功能块24类似的方式确定第二控制变量CV2。下游PID控制例程34可被配置为有必要确定所需的控制阀位置，以增加或减少喷洒到蒸汽流路中的饱和水的量，使得喷洒后蒸汽温度TESPRAY将等于第二设定点SP2。
在确定第二控制变量CV2之后，控制传至框116，在框116，集成DCS控制块30的下游PID控制例程34确定是否响应于快速负载变化状况覆盖计算得到的第二控制变量CV2。在此实施例中，下游PID控制例程34取回存储在集成DCS控制块30存储器中的第一过程变量PV1和第一设定点SP1，并确定第二控制变量CV2的计算值是否与第一过程变量PV1和第一设定点SP1之间的差值一致。
除了确定第一控制变量CV1，在框108，上游PID控制例程32还将第一过程变量PV1保存到集成DCS控制块30的公共存储器中，以便由下游PID控制例程34以后使用。在上游PID控制例程32完成其处理之后，控制传至框110，在框110，其它控制例程36被执行以确定第二设定点SP2。如上所述，其它控制例程36可进行如上面所述的中间功能块20、22执行的类似处理。控制例程36利用第一控制变量CV1和输入至集成DCS控制块30的其它信号，比如上面所述的流速前馈信号FF和饱和超越温度TESAT，来确定由第二设定点SP2表示的、被下游PID控制例程34用作输入信号的所需喷洒后蒸汽温度TESPRAY。
由于集成控制块30执行各种控制例程32-36，在框112，喷洒后蒸汽温度TESPRAY由温度传感器28测得，并被输入至集成控制块30作为第二过程变量PV2。在集成DCS控制块30中，在框114，由下游PID控制例程34利用第二设定点SP2和第二过程变量PV2来确定控制阀16的位置，以便调整喷洒后蒸汽温度TESPRAY与第二设定点SP2的温度相匹配，并且控制阀16的位置被输出作为第二控制变量CV2。
然而，在输出第二控制变量CV2之前，下游PID控制例程34可被配置为在框116确定是否存在快速负载变化状况以至有必要覆盖计算得到的第二控制变量CV2。在所图示的实施例中，下游PID控制例程34可比较存储在集成DCS控制块30中的第一设定点SP1和第一过程变量PV1的值，并评估该计算得到的控制阀位置是否与将出口蒸汽温度TEOUTLET移向期望蒸汽温度的需要相一致。在不存在快速负载变化的正常运行状况下，当出口蒸汽温度TEOUTLET太高时，第二控制变量CV2将设置控制阀16为打开位置，以便饱和水将被喷洒于蒸汽流路中以降低蒸汽温度TESPRAY和TEOUTLET。相反，当出口蒸汽温度TEOUTLET太低时，第二控制变量CV2将设置控制阀16为闭合位置或略微打开位置，以便减少被喷洒于蒸汽流路中的饱和水的量，从而升高蒸汽温度TESPRAY和TEOUTLET。当这些状况存在时，控制传至框118，在框118，第二控制变量CV2被输出至控制阀16，以根据控制策略来调整控制阀16。
在快速负载状况期间，第二控制变量CV2和控制阀16的对应调整可以与期望出口蒸汽温度TEOUTLET和实际出口蒸汽温度TEOUTLET之间的差值不一致。如果计算得到的第二控制变量CV2与第一设定点SP1和第一过程变量PV1不一致，则控制可从框116传至框120，在框120，下游PID控制例程34确定与第一设定点SP1和第一过程变量PV1一致的第二控制变量CV2的新值。在如上所述的蒸汽流速减小的实例中，增加的出口蒸汽温度TEOUTLET可使上游PID控制例程32和其它控制例程36确定：通过增加喷洒到蒸汽流路中的饱和水的量，喷洒后蒸汽温度TESPRAY应该降低至850(SP2)。然而，目前正喷洒到蒸汽流路中的饱和水可使喷洒后蒸汽温度TESPRAY快速下降至700(PV2)。给定第二设定点SP2和第二过程变量PV2的这些值，下游PID控制例程34将确定控制阀16应该被闭合以升高喷洒后蒸汽温度TESPRAY，而不是如出口蒸汽温度TEOUTLET指示的那样打开控制阀16。
当这种状况使控制传至框120时，下游PID控制例程34确定第二控制变量CV2的新值，该第二控制变量CV2的新值将部分或全部打开控制阀16，以便喷洒后蒸汽温度TESPRAY保持足够低从而将出口蒸汽温度TEOUTLET降低至第一设定点SP1。在一个实施例中，第二控制变量CV2可被设置为完全打开控制阀16。或者，下游PID控制例程34可被配置为计算新的第二控制变量CV2，该新的第二控制变量CV2将完全或部分打开控制阀16至可保持足够低的喷洒后蒸汽温度TESPRAY的位置。一旦确定新的第二控制变量CV2，控制传至框118，以将新的第二控制变量CV2输出至控制阀16。在将第二控制变量CV2输出至控制阀16之后，控制传回到框104，以重新执行所述控制回路。应该明白，集成DCS控制块30实现所述控制回路，并且控制例程100在该控制回路的单次出现期间检测快速负载状况的出现。
图4示出替代实施例控制回路例程130，该控制回路例程可在具有集成DCS控制块30的饱和水喷洒系统10中实现。在此实施例中，该集成DCS控制块30被配置为，使得上游PID控制例程32将计算得到的第一控制变量CV1与由下游PID控制例程34在该控制回路前一次执行期间存储的第二设定点SP2和第二过程变量PV2的值进行比较，以确定是否存在快速负载状况，以及是否必须覆盖该计算得到的第一控制变量CV1。例程130可按照例程100类似的方式开始，即在框102处设置第一设定点SP1，在框104处测量出口蒸汽温度TEOUTLET并将其输出作为第一过程变量PV1，在框106处由上游PID控制例程32确定第一控制变量CV1。
在确定第一控制变量CV1之后，控制传到框132，在框132，上游PID控制例程32将第一控制变量CV1和对出口蒸汽温度TEOUTLET的必要调整量与由下游PID控制例程34存储在集成DCS控制块30的存储器中的第二过程变量PV2的存储值进行比较。如果喷洒后蒸汽温度TESPRAY的值表明由下游PID控制例程34确定的控制阀位置符合将实际出口蒸汽温度TEOUTLET移动到期望出口蒸汽温度TEOUTLET的需要，那么控制传到框110，以输出第一控制变量CV1至其它控制例程36，用于确定第二设定点SP2。如果所存储的第二过程变量CV2不会引起对控制阀16的必要调整，那么控制将传到框134，以确定新的第一控制变量CV1，该新的第一控制变量CV1将使由下游PID控制例程34计算得到的第二控制变量CV2改变喷洒后蒸汽温度TESPRAY，并且最终沿正确方向改变出口蒸汽温度TEOUTLET。在计算新的第一控制变量CV1之后，该新的第一控制变量CV1被传给其它控制例程36，用于如上所述那样执行框110，接着执行框112和114。然后控制传至框136，在框136，下游PID控制例程34存储由上游PID控制例程32在框132使用的值。最后，在框118，第二控制变量CV2的值被输出至控制阀16，然后控制返回到框104，以重新执行该控制回路。如使用例程100那样，例程130可在该控制回路的单次执行过程中检测快速负载状况，并调整控制阀16的位置，从而达到和/或保持期望出口蒸汽温度TEOUTLET。
集成DCS控制块30可由操作员利用分布式过程控制系统中提供的标准控制块配置工艺来搭建。操作员可使用操作员终端的配置软件选择PID控制例程以及其它所需的控制例程，来定义控制块30的输入和输出，以及定义在控制例程内发生的处理和由控制例程存储并在控制例程之间传送的信息。具有分立的控制例程32-36的控制块30有利于控制块30的元素和存于其中的数据的实时显示。当配置控制块30时，可进行有限数量的已知块的已知组合。每个例程32-36被分配一个标识符，该标识符允许显示软件按正确顺序显示控制例程，使得在控制块30内发生的处理在操作员工作站被准确地显示给操作员。按照这种方式，新创建的集成DCS控制块30与功能上分开的组成部分一起显示。
虽然前文阐述了本发明多个不同实施例的详细描述，但应该理解，本发明的合法范围由本专利结尾所阐述的权利要求书的文字限定。所述详细说明可理解为仅用于示例性的，并且没有描述本发明每个可能的实施例，因为描述每个可能实施例即使不是不可能的，也是不切实际的。利用目前技术或者本专利递交日之后研发的技术，可实现多个替代实施例，这些实施例仍落入限定本发明的权利要求书的范围内。
Claims (24)
1.一种用于保持锅炉内蒸汽温度的饱和水喷洒系统，所述锅炉具有沿一流路流向涡轮机的过热蒸汽，该系统包括：
热交换器，其具有沿蒸汽流路布置的入口和出口；
控制阀，其用于调节在蒸汽进入所述热交换器之前的位置喷洒到蒸汽流路中的饱和水的量；
第一温度传感器，其布置在所述热交换器的出口附近，并且被配置为测量所述热交换器出口处蒸汽的出口蒸汽温度；
第二温度传感器，其布置在所述饱和水被喷洒到蒸汽流路中的位置和所述热交换器的入口之间，并且被配置为测量在所述饱和水被喷洒到蒸汽流路中之后蒸汽的喷洒后蒸汽温度；以及
集成DCS控制块，其可操作地连接到所述第一温度传感器、第二温度传感器和控制阀，该集成DCS控制块具有第一PID控制例程和第二PID控制例程，
所述第一PID控制例程被配置为使用在所述集成DCS控制块处从所述
第一温度传感器接收的实际出口蒸汽温度作为第一过程变量，
所述第一PID控制例程被配置为将所述第一过程变量与等于期望出口
蒸汽温度的第一设定点进行比较，并确定等于下述喷洒后蒸汽温度的第一
控制变量，该喷洒后蒸汽温度将导致所述实际出口蒸汽温度等于所述第一
设定点；
所述第二PID控制例程被配置为使用在所述集成DCS控制块处从所述
第二温度传感器接收的实际喷洒后蒸汽温度作为第二过程变量；
所述第二PID控制例程被配置为将所述第二过程变量与从所述第一控制变量确定的、且等于期望喷洒后蒸汽温度的第二设定点进行比较，并确定等于下述控制阀位置的第二控制变量，该控制阀位置将导致一定量的饱和水被喷洒到所述流体流路中从而使所述实际喷洒后蒸汽温度等于所述第二设定点；以及
所述第二PID控制例程被配置为将所述第二控制值输出至所述控制阀。
2.根据权利要求1所述的饱和水喷洒系统，其中所述第一PID控制例程被配置为将所述第一过程变量存储于所述集成DCS控制块的存储器中，
所述第二PID控制例程被配置为基于所述第一过程变量的存储值和第一设定点，确定所述第二控制变量的控制阀位置是否会使一定量的饱和水被喷洒到所述蒸汽流路中从而使所述实际出口蒸汽温度等于所述第一设定点，
所述第二PID控制例程被配置为响应于原第二控制变量的控制阀位置不会使所述实际出口蒸汽温度等于所述第一设定点的确定结果，确定针对下述控制阀位置的新的第二控制变量，该控制阀位置将使所述实际出口蒸汽温度等于所述第一设定点，
并且所述第二PID控制例程被配置为输出所述新的第二控制变量而不是原第二控制变量至所述控制阀。
3.根据权利要求2所述的饱和水喷洒系统，其中所述第二PID控制例程被配置为响应于原第二控制变量等于闭合的阀位置、以及所述第一过程变量和第一设定点表明所述实际出口蒸汽温度必须被降低至等于所述第一设定点的确定结果，将所述新的第二控制变量设置为等于完全打开的阀位置。
4.根据权利要求2所述的饱和水喷洒系统，其中所述第二PID控制例程被配置为响应于原第二控制变量等于闭合的阀位置、以及所述第一过程变量和第一设定点表明所述实际出口蒸汽温度必须被降低至等于所述第一设定点的确定结果，确定等于下述打开的阀位置的新的第二控制变量，该打开的阀位置提供使所述实际喷洒后蒸汽温度减小至会将所述实际出口蒸汽温度降低至等于所述第一设定点的量所需的一定量饱和水。
5.根据权利要求1所述的饱和水喷洒系统，其中所述第二PID控制例程被配置为将所述第二过程变量存储于所述集成DCS控制块的存储器中，
所述第一PID控制例程被配置为基于所述第一过程变量和第一设定点的值，确定由所述第二PID控制例程基于所述第一控制变量和所存储的第二过程变量计算得到的所述第二控制变量的控制阀位置是否会使一定量的饱和水被喷洒到所述蒸汽流路中从而使所述实际出口蒸汽温度等于所述第一设定点，
并且所述第一PID控制例程被配置为响应于原第一控制变量的喷洒后蒸汽温度不会使所述实际出口蒸汽温度等于所述第一设定点的确定结果，确定针对下述喷洒后蒸汽温度的新的第一控制变量，该喷洒后蒸汽温度将使所述第二PID控制例程计算具有使所述实际出口蒸汽温度等于所述第一设定点的控制阀位置的第二控制变量。
6.根据权利要求5所述的饱和水喷洒系统，其中所述第一PID控制例程被配置为响应于原第一控制变量将使所述第二PID控制例程计算等于闭合的阀位置的第二控制变量、以及所述第一过程变量和第一设定点表明实际出口蒸汽温度必须被降低至等于所述第一设定点的确定结果，设置所述新的第一控制变量等于下述期望喷洒后蒸汽温度，该期望喷洒后蒸汽温度将使所述第二PID控制例程计算等于完全打开的阀位置的第二控制变量。
7.根据权利要求5所述的饱和水喷洒系统，其中所述第一PID控制例程被配置为响应于原第一控制变量将使所述第二PID控制例程计算等于闭合的阀位置的第二控制变量、以及所述第一过程变量和第一设定点表明所述实际出口蒸汽温度必须被降低至等于所述第一设定点的确定结果，确定等于下述期望喷洒后蒸汽温度的新的第一控制变量，该期望喷洒后蒸汽温度将使所述第二PID控制例程计算等于下述打开的阀位置的第二控制变量，该打开的阀位置提供使所述实际喷洒后蒸汽温度减小至会将所述实际出口蒸汽温度降低至等于所述第一设定点的量所需的一定量饱和水。
8.根据权利要求1所述的饱和水喷洒系统，其中所述集成DCS控制块包括附加控制例程，所述附加控制例程被配置为基于由所述第一PID控制例程确定的第一控制变量的值，确定所述第二设定点。
9.一种用于保持锅炉内蒸汽温度的方法，所述锅炉具有沿一流路穿过热交换器并流向涡轮机的过热蒸汽，该过热蒸汽在所述热交换器的出口处具有出口蒸汽温度，其中在蒸汽进入所述热交换器之前将饱和水喷洒到蒸汽流路中，在将所述饱和水喷洒到所述蒸汽流路中之后所述蒸汽具有喷洒后蒸汽温度，并且其中所述锅炉包括用于调节喷洒到所述蒸汽流路中的饱和水的量的控制阀，该方法包括：
测量所述实际出口蒸汽温度；
将所述实际出口蒸汽温度输入集成DCS控制块的第一PID控制例程，作为第一过程变量；
在所述第一PID控制例程处，将所述第一过程变量与等于期望出口蒸汽温度的第一设定点进行比较，并确定等于下述喷洒后蒸汽温度的第一控制变量，该喷洒后蒸汽温度将导致所述实际出口蒸汽温度等于所述第一设定点；
测量所述实际喷洒后蒸汽温度；
将所述实际喷洒后蒸汽温度输入所述集成DCS控制块的第二PID控制例程，作为第二过程变量；
在所述第二PID控制例程处，将所述第二过程变量与从所述第一控制变量确定的、且等于期望喷洒后蒸汽温度的第二设定点进行比较，并确定等于下述控制阀位置的第二控制变量，该控制阀位置将导致一定量的饱和水被喷洒到所述流体流路中从而使所述实际喷洒后蒸汽温度等于所述第二设定点；以及
从所述集成DCS控制块的第二PID控制例程输出所述第二控制值至所述控制阀。
10.根据权利要求9所述的方法，包括：
将所述第一过程变量存储于所述集成DCS控制块的存储器中；
在所述第二PID控制例程处，基于所述第一过程变量的存储值和第一设定点，确定所述第二控制变量的控制阀位置是否会使一定量的饱和水被喷洒到所述蒸汽流路中从而使所述实际出口蒸汽温度等于所述第一设定点；
在所述第二PID控制例程处，响应于原第二控制变量的控制阀位置不会使所述实际出口蒸汽温度等于所述第一设定点的确定结果，确定针对下述控制阀位置的新的第二控制变量，该控制阀位置将使所述实际出口蒸汽温度等于所述第一设定点；以及
输出所述新的第二控制变量而不是原第二控制变量至所述控制阀。
11.根据权利要求10所述的方法，包括：
响应于原第二控制变量等于闭合的阀位置、以及所述第一过程变量和第一设定点表明所述实际出口蒸汽温度必须被降低至等于所述第一设定点的确定结果，将所述新的第二控制变量设置为等于完全打开的阀位置。
12.根据权利要求10所述的方法，包括：
响应于原第二控制变量等于闭合的阀位置、以及所述第一过程变量和第一设定点表明所述实际出口蒸汽温度必须被降低至等于所述第一设定点的确定结果，确定等于下述打开的阀位置的新的第二控制变量，该打开的阀位置提供使所述实际喷洒后蒸汽温度减小至会将实际出口蒸汽温度降低至等于所述第一设定点的量所需的一定量饱和水。
13.根据权利要求9所述的方法，包括：
在所述第二PID控制例程处，将所述第二过程变量存储于所述集成DCS控制块的存储器中；
在所述第一PID控制例程处，基于所述第一过程变量和第一设定点的值，确定由所述第二PID控制例程基于所述第一控制变量和所存储的第二过程变量计算得到的所述第二控制变量的控制阀位置是否会使一定量的饱和水被喷洒到所述蒸汽流路中从而使所述实际出口蒸汽温度等于所述第一设定点；
在所述第一PID控制例程处，响应于原第一控制变量的喷洒后蒸汽温度不会使所述实际出口蒸汽温度等于所述第一设定点的确定结果，确定针对下述喷洒后蒸汽温度的新的第一控制变量，该喷洒后蒸汽温度将使所述第二PID控制例程计算具有使所述实际出口蒸汽温度等于所述第一设定点的控制阀位置的第二控制变量。
14.根据权利要求13所述的方法，包括：
响应于原第一控制变量将使所述第二PID控制例程计算等于闭合的阀位置的第二控制变量、以及所述第一过程变量和第一设定点表明所述实际出口蒸汽温度必须被降低至等于所述第一设定点的确定结果，设置所述新的第一控制变量等于下述期望喷洒后蒸汽温度，该期望喷洒后蒸汽温度将使所述第二PID控制例程计算等于完全打开的阀位置的第二控制变量。
15.根据权利要求13所述的方法，包括：
响应于原第一控制变量将使所述第二PID控制例程计算等于闭合的阀位置的第二控制变量、以及所述第一过程变量和第一设定点表明所述实际出口蒸汽温度必须被降低至等于所述第一设定点的确定结果，确定等于下述期望喷洒后蒸汽温度的新的第一控制变量，该期望喷洒后蒸汽温度将使所述第二PID控制例程计算等于下述打开的阀位置的第二控制变量，该打开的阀位置提供使所述实际喷洒后蒸汽温度减小至会将所述实际出口蒸汽温度降低至等于所述第一设定点的量所需的一定量饱和水。
16.根据权利要求9所述的方法，其中所述集成DCS控制块包括附加控制例程，该方法包括：在所述附加控制例程处，基于由所述第一PID控制例程确定的第一控制变量的值，确定所述第二设定点。
17.一种位于用于保持锅炉内蒸汽温度的饱和水喷洒系统中的集成DCS控制块，所述锅炉具有沿一流路流向涡轮机的过热蒸汽，其中所述系统包括：热交换器，其具有沿所述蒸汽流路布置的入口和出口；控制阀，其用于调节在蒸汽进入所述热交换器之前的位置喷洒到蒸汽流路中的饱和水的量；第一温度传感器，其布置在所述热交换器的出口附近，并且被配置为测量该热交换器出口处蒸汽的出口蒸汽温度；以及第二温度传感器，其布置在所述饱和水被喷洒到蒸汽流路中的位置和所述热交换器的入口之间，并且被配置为测量在所述饱和水被喷洒到蒸汽流路中之后蒸汽的喷洒后蒸汽温度；所述集成DCS控制块可操作地连接到所述第一温度传感器、第二温度传感器和控制阀，该集成DCS控制块包括：
第一PID控制例程，被配置为使用在所述集成DCS控制块处从所述第一温度传感器接收的实际出口蒸汽温度作为第一过程变量；以及被配置为将该第一过程变量与等于期望出口蒸汽温度的第一设定点进行比较，并确定等于下述喷洒后蒸汽温度的第一控制变量，该喷洒后蒸汽温度将导致所述实际出口蒸汽温度等于所述第一设定点；以及
第二PID控制例程，被配置为使用在所述集成DCS控制块处从所述第二温度传感器接收的实际喷洒后蒸汽温度作为第二过程变量；被配置为将该第二过程变量与从所述第一控制变量确定的、且等于期望喷洒后蒸汽温度的第二设定点进行比较，并确定等于下述控制阀位置的第二控制变量，该控制阀位置将导致一定量的饱和水被喷洒到所述流体流路中从而使所述实际喷洒后蒸汽温度等于所述第二设定点；以及被配置为将所述第二控制值输出至所述控制阀。
18.根据权利要求17所述的集成DCS控制块，其中所述第一PID控制例程被配置为将所述第一过程变量存储于所述集成DCS控制块的存储器中，
所述第二PID控制例程被配置为基于所述第一过程变量的存储值和第一设定点，确定所述第二控制变量的控制阀位置是否会使一定量的饱和水被喷洒到所述蒸汽流路中从而使所述实际出口蒸汽温度等于所述第一设定点，
所述第二PID控制例程被配置为响应于原第二控制变量的控制阀位置不会使实际出口蒸汽温度等于所述第一设定点的确定结果，确定针对下述控制阀位置的新的第二控制变量，该控制阀位置将使所述实际出口蒸汽温度等于所述第一设定点，
并且所述第二PID控制例程被配置为输出所述新的第二控制变量而不是原第二控制变量至所述控制阀。
19.根据权利要求18所述的集成DCS控制块，其中所述第二PID控制例程被配置为响应于原第二控制变量等于闭合的阀位置、以及所述第一过程变量和第一设定点表明所述实际出口蒸汽温度必须被降低至等于所述第一设定点的确定结果，将所述新的第二控制变量设置为等于完全打开的阀位置。
20.根据权利要求18所述的集成DCS控制块，其中所述第二PID控制例程被配置为响应于原第二控制变量等于闭合的阀位置、以及所述第一过程变量和第一设定点表明实际出口蒸汽温度必须被降低至等于所述第一设定点的确定结果，确定等于下述打开的阀位置的新的第二控制变量，该打开的阀位置提供使所述实际喷洒后蒸汽温度减小至会将所述实际出口蒸汽温度降低至等于所述第一设定点的量所需的一定量的饱和水。
21.根据权利要求17所述的集成DCS控制块，其中所述第二PID控制例程被配置为将所述第二过程变量存储于所述集成DCS控制块的存储器中，
所述第一PID控制例程被配置为基于所述第一过程变量和第一设定点的值，确定由所述第二PID控制例程基于所述第一控制变量和所存储的第二过程变量计算得到的所述第二控制变量的控制阀位置是否会使一定量的饱和水被喷洒到所述蒸汽流路中从而使所述实际出口蒸汽温度等于所述第一设定点，
并且所述第一PID控制例程被配置为响应于原第一控制变量的喷洒后蒸汽温度不会使所述实际出口蒸汽温度等于所述第一设定点的确定结果，确定针对下述喷洒后蒸汽温度的新的第一控制变量，该喷洒后蒸汽温度将使所述第二PID控制例程计算具有使所述实际出口蒸汽温度等于所述第一设定点的控制阀位置的第二控制变量。
22.根据权利要求21所述的集成DCS控制块，其中所述第一PID控制例程被配置为响应于原第一控制变量将使所述第二PID控制例程计算等于闭合的阀位置的第二控制变量、以及所述第一过程变量和第一设定点表明实际出口蒸汽温度必须被降低至等于所述第一设定点的确定结果，设置所述新的第一控制变量等于下述期望喷洒后蒸汽温度，该期望喷洒后蒸汽温度将使所述第二PID控制例程计算等于完全打开的阀位置的第二控制变量。
23.根据权利要求21所述的集成DCS控制块，其中所述第一PID控制例程被配置为响应于原第一控制变量将使所述第二PID控制例程计算等于闭合的阀位置的第二控制变量、以及所述第一过程变量和第一设定点表明实际出口蒸汽温度必须被降低至等于所述第一设定点的确定结果，确定等于下述期望喷洒后蒸汽温度的新的第一控制变量，该期望喷洒后蒸汽温度将使所述第二PID控制例程计算等于下述打开的阀位置的第二控制变量，该打开的阀位置提供使所述实际喷洒后蒸汽温度减小至会将所述实际出口蒸汽温度降低至等于所述第一设定点的量所需的一定量饱和水。
24.根据权利要求17所述的集成DCS控制块，包括附加控制例程，所述附加控制例程被配置为基于由所述第一PID控制例程确定的第一控制变量的值，确定所述第二设定点。
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