CN101368723B - 锅炉系统中使用再热器变量的蒸汽温度控制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锅炉系统中使用再热器变量的蒸汽温度控制。一种控制锅炉系统的技术，所述锅炉系统例如在发电厂中所使用的锅炉系统，该技术包括使用与所述锅炉系统的再热器部件相关联的操纵变量或所述锅炉系统的再热器部件的控制输入来控制炉膛的操作，具体来说，控制提供给炉膛的燃料/空气混合物或在炉膛或锅炉中使用的燃料与给水比率。在直通式锅炉型锅炉系统的情况下，使用燃烧器倾斜位置、节气闸位置或再热器喷射量来控制系统的燃料/空气混合物或燃料与给水流比率提供了更好的单元操作效率。

Description

锅炉系统中使用再热器变量的蒸汽温度控制

技术领域

本发明涉及对锅炉(boiler)系统的控制，在一个具体的例子中，涉及对既具有过热器(superheater)部件又具有再热器(reheater)部件的直通式(once-through)锅炉型蒸汽发生系统的控制和优化。

背景技术

多种工业以及非工业应用使用以燃料为动力的锅炉，该锅炉的通常通过使诸如煤、煤气、油、废料等的多种燃料中的一种燃料进行燃烧，来将化学能转化为热能。以燃料为动力的锅炉的一种示例性应用是用在火力发电机中，其中以燃料为动力的锅炉将水经过锅炉内的若干管路和管道来生成蒸汽，然后所生成的蒸汽用于操作一个以上蒸汽涡轮机(turbine)来发电。火力发电机的输出是锅炉中所生成的热量的函数，其中，例如热量由每小时所消耗的(例如，所燃烧的)燃料量来直接确定。

在很多情况下，动力发生系统包括具有炉膛(furnace)的锅炉，该炉膛使燃料燃烧，或以其它方式使用燃料来生成热能，接着所生成的热能被传递给流过锅炉多个部件中的管路或管道的水。典型的蒸汽发生系统包括具有过热器部件(具有一个以上子部件)的锅炉，蒸汽在该过热器部件中产生，然后提供给通常是高压的第一蒸汽涡轮机，并在该第一蒸汽涡轮机中使用。为了提高该系统的效率，该第一蒸汽涡轮机排出的蒸汽随后在锅炉中可以包括一个以上子部件的再热器部件中被再热，然后再热后的蒸汽被提供给通常是较低压的第二蒸汽涡轮机。而基于热的动力发生器的效率很大程度上取决于用于使燃料燃烧并将热能传递给在锅炉系统的多个部件中流动的水的特定炉膛/锅炉组合的热能传递效率，该效率又取决于用于对锅炉的多个部件中，例如锅炉的过热器部件中和锅炉的再热器部件中的蒸汽温度进行控制的控制技术。

然而，应该理解，发电厂的蒸汽涡轮机通常在不同的时间以不同的操作水平运行，以基于能量或负载需求而产生不同的电量。不过，对于大多数使用蒸汽锅炉的发电厂来说，在锅炉最后的过热器和再热器出口处的期望蒸汽温度设置点保持恒定，并且必需在所有负载水平下将蒸汽温度维持在接近于该定点(例如，在较窄的范围内)。具体来说，在多用途(例如发电)锅炉的运行过程中，由于从锅炉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非常重要的，因此对蒸汽温度进行控制至关重要。如果蒸汽温度过高，则由于各种冶金学原因，蒸汽可能会对蒸汽涡轮机的叶片造成损伤。另一方面，如果蒸汽温度过低，则蒸汽可能包含水微粒，这在蒸汽涡轮机的长时期运行过程中可能会对蒸汽涡轮机的组件造成损伤，并且可能会降低涡轮机的运行效率。而且，蒸汽温度的变化还会引起金属材料的疲劳，而金属材料的疲劳是管道泄漏的主要原因。

通常，锅炉的各个部件(即过热器部件和再热器部件)包括级联的热能交换器部件，其中从一个热能交换器部件排出的蒸汽进入下一个热能交换器部件，在各个热能交换器部件处蒸汽的温度升高，直到理想地，蒸汽以期望的蒸汽温度输出至管道为止。在这种布置中，主要通过对锅炉第一级输出的水的温度进行控制来控制蒸汽温度，对水温的控制是通过改变提供给炉膛的燃料/空气混合物或通过改变提供给炉膛/锅炉组合的燃烧速率与输入给水的比率来实现的。在直通式锅炉系统中，没有使用鼓形圆桶，因此输入至系统的燃烧速率与给水的比率可主要用来调节涡轮机输入端处的蒸汽温度。

虽然随着时间的流逝，改变提供给炉膛/锅炉组合的燃料/空气比率和燃烧速率与给水比率可以很好地实施对蒸汽温度的期望控制，但仅使用燃料/空气混合物控制和燃烧速率与给水比率控制，难以控制锅炉的各部件处蒸汽温度的短期波动。相反，为了执行对蒸汽温度的短期(以及二次)控制，在直接位于涡轮机上游的最后热能交换器部件前面的点处，将饱和水喷射(spray)到蒸汽中。该二次蒸汽温度控制操作通常发生在锅炉的最后过热器部件前面和/或锅炉的最后再热器部件前面。为了实现该操作，沿着蒸汽流路径，和在热交换器部件之间提供温度传感器，以沿着流路径在关键点处测量蒸汽温度，并且出于控制蒸汽温度的目的，使用测得的温度来调节喷射到蒸汽中的饱和水的量。

当然，这两种类型的控制均可以使用锅炉的初始输出温度(称为水冷壁(water wall)温度)的测量值以及期望喷射的指示来执行。在传统的锅炉操作中，使用分布式控制系统(DCS)来提供两种控制，即对向炉膛提供的燃料/空气混合物的控制和对涡轮机上游所执行的喷射量的控制。然而，应该理解，喷射控制技术只能够降低锅炉多个部件中形成的蒸汽温度，因此必须保证在锅炉的多个部件的输出端处的蒸汽温度高于必需的温度，以保证涡轮机输入端的蒸汽温度足够高。所以，使用喷射技术(它总是降低喷射嘴处的蒸汽温度)降低了整个动力发生系统的效率，因此在理论上应该尽可能减少喷射技术的使用。而且，根据发电系统或其它动力发生系统的动力需求以及喷射供给的温度，可能必须向系统中喷射大量水，以使蒸汽温度产生显著的降低，这意味着难以在所有情况下有效地使用喷射技术来提供必需的控制。

在很多情况下，仍然需要很大程度地依赖喷射技术来按照所需要的精度控制蒸汽温度，以满足以上所述的涡轮机温度约束。例如直通式锅炉系统，其通过锅炉中的一组管路来提供连续流动的水(蒸汽)，并且实际上不使用鼓形圆桶来对从第一锅炉部件排出的蒸汽或水的温度求平均，该系统中的蒸汽温度可能经历较大的波动，并且因此通常在很大程度上需要使用喷射部件来控制涡轮机输入端处的蒸汽温度。在这些系统中，过热器喷射流和燃烧速率与给水比率控制通常一起用来调节炉膛/锅炉系统。然而，由于用于调节过热器喷射流的期望过热器喷射流定点对加热速率(效率)的影响很小，因此期望过热器喷射流定点是非常随机的，取决于喷射流流出的位置。因此，虽然喷射流技术在控制蒸汽温度过程中非常有效，但是该技术的使用降低了锅炉的效率，因此更难以在这些类型的系统中获得最佳的效率。

发明内容

一种控制蒸汽发生系统的技术，包括使用锅炉系统再热器部件的操纵变量或控制输入来控制该系统的炉膛/锅炉部分的操作，例如控制炉膛/锅炉组合中使用的燃烧速率与给水输入比率。具体来说，应该相信，例如在为直通式锅炉型蒸汽发生系统的情况下，使用指示出与燃烧器(burner)倾斜位置、节气闸位置或该系统的再热器部件相关联的再热器喷射量的信号，来控制进入该系统的炉膛/锅炉部件的燃烧速率与给水流比率，从而提供比当前系统更好的效率。

附图说明

图1示出用于一组典型蒸汽动力涡轮机的典型锅炉蒸汽循环的结构图，该锅炉蒸汽循环具有过热器部件和再热器部件；

图2示出针对例如图1的蒸汽动力涡轮机，以现有技术方式对锅炉蒸汽循环的过热器部件进行控制的示意图；

图3示出针对例如图1的蒸汽供电涡轮机，以现有技术方式对锅炉蒸汽循环的再热器部件进行控制的示意图；以及

图4示出以有助于优化系统效率的方式来对图1的蒸汽动力涡轮机的锅炉蒸汽循环进行控制的方式的示意图。

具体实施方式

尽管以下文本陈述了对本发明的若干不同实施例的详细描述，但是应该理解，发明的法律范围由在该专利结尾处所陈述的权利要求书中的文字来限定。详细描述应该理解为仅仅是示例性，由于描述所有可能的实施例要么不可能要么不切实际，因此并没有描述本发明的所有可能实施例。使用当前的技术或者本专利申请日之后所开发的技术可以实现若干作为替代的实施例，这些实施例仍然落入限定本发明的权利要求的范围之内。

图1示出用于典型锅炉100的直通式锅炉蒸汽循环的结构图，锅炉100可以使用在例如热动力装置中。锅炉100可以包括多种部件，蒸汽或水以诸如过热蒸汽、再热蒸汽等的多种形式流经这些部件。而图1所示的锅炉100具有水平坐落的多种锅炉部件，在实际实施中，尤其由于各种不同的锅炉部件中，例如水冷壁吸收部件中对蒸汽进行加热的烟气是垂直(或成螺旋形的垂直)上升的，因此这些部件中的一个以上部件可以采用互相垂直的方式来布置。

在任何情况下，如图1所示，锅炉系统100包括炉膛和主水冷壁吸收部件102、主过热器吸收部件104、过热器吸收部件106和再热器部件108。另外，锅炉100可以包括一个以上过热蒸汽降温器或喷射部件110和112以及燃料节省器(economizer)部件114。在运行期间，由锅炉100生成并由过热器部件106输出的主蒸汽用于驱动高压(HP)涡轮机，来自再热器部件108的再热后的热蒸汽用于驱动中压(IP)涡轮机118。通常，锅炉100还可以用于驱动图1中未示出的低压(LP)涡轮机。

水冷壁吸收部件102主要负责生成蒸汽，其包括若干条管路，经过这些管路来自燃料节省器部件114的水或蒸汽在炉膛中被加热。当然，进入水冷壁吸收部件102的给水可以通过燃料节省器部件114被泵浦，并且该水在位于水冷壁吸收部件102中时，吸收大量的热。水冷壁吸收部件102的输出端所提供的蒸汽或水被供应给主过热器吸收部件104，然后被供应给过热器吸收部件106，主过热器吸收部件104和过热器吸收部件106一起使蒸汽温度上升到极高的水平。从过热器吸收部件106输出的主蒸汽驱动高压涡轮机116，从而发电。

一旦主蒸汽驱动了高压涡轮机116，该蒸汽就被发送到再热器部件108，并且从再热器部件108输出的再热后的热蒸汽用于驱动中压涡轮机118。喷射部件110和112可用于将涡轮机116和118的输入端的最终蒸汽温度控制在期望的定点。最后，来自中压涡轮机118的蒸汽可以通过低压涡轮机系统(未在此示出)供应给蒸汽冷凝器(未在此示出)，在蒸汽冷凝器中，蒸汽被冷凝成液态，并且该循环重新开始，多个锅炉供给泵将给水泵浦通过级联的给水加热器队列，然后通过燃料节省器，用于下一个循环。燃料节省器部件114位于从锅炉排出的热废气的流程中，并且在给水进入水冷壁吸收部件102之前，使用高温气体向给水传递余热。

如图1所示，控制器120以可通信的方式连接到水冷壁吸收部件102内部的炉膛，并连接到阀122和124，其中阀122和124控制向喷射部件110和112中的喷射器提供的水量。控制器120还连接到各种传感器，这些传感器包括位于水冷壁部件102、过热蒸汽降温器部件110、第二过热器部件106、过热蒸汽降温器部件112和再热器部件108这五个部件各自的输出端处的温度传感器126以及位于阀122和124的输出端处的流量传感器127。控制器120还接收其它输入，包括燃烧速率、指示出负载且为负载的导数的信号(通常称作前馈信号)以及指示出锅炉的设置或特征的信号，包括例如节气闸设置、燃烧器倾斜位置等。控制器120可以生成其它控制信号，并向该系统的各个锅炉和炉膛部件发送这些控制信号，并且可以接收其它测量值，例如阀的位置、测得的喷射流量、其它温度测量值等。控制器120可以包括单独的部件、例程和/或用于控制该锅炉系统的过热器部件和再热器部件的控制装置，尽管图1中没有这样具体示出。

图2是示出图1的锅炉系统100的多个部件并且示出当前在现有技术的直通式锅炉中执行控制所采用的通常方式的示意图128。具体来说，图128示出图2的燃料节省器114、主炉膛或水冷壁部件102、第一过热器部件104、第二过热器部件106以及喷射部件110。在这种情况下，提供给过热器喷射部件110的喷射水从供给线路流进燃料节省器114。图2还示出两个控制环路130和132，这些控制环路可以由图1的控制器120或由其它DCS控制器来实施，以控制炉膛102的燃料和给水操作。

具体来说，控制环路130包括第一控制块140(以比例-积分-微分(PID)控制块的形式示出)，该第一控制块140将采用期望过热器喷射形式的定位点用作主输入。该期望过热器喷射定位点通常由用户或操作者来设置。控制块140将过热器喷射定点与当前用于产生期望水冷壁出口温度定位点的实际过热器喷射量(例如过热器喷射流量)的测量值进行比较。水冷壁输出温度定点指示出期望水冷壁出口温度，该期望水冷壁出口温度是使用期望过热器喷射定点所指定的喷射流量来将第二过热器106输出端处的温度控制在期望的炉膛输入温度所必需的。该水冷壁出口温度定点被提供给第二控制块142(也示为PID控制块)，该第二控制块142将水冷壁出口温度定点与指示出测得水冷壁蒸汽温度的信号进行比较，并产生供给控制信号。然后该供给控制信号在乘法器块144中，例如基于(指示或基于动力需求的)燃烧速率被定标。乘法器块144的输出作为控制输入被提供给燃料/给水电路146，该燃料/给水电路146控制炉膛/锅炉组合的燃烧速率与给水的比率，或控制向主炉膛部件102提供的燃料与空气的混合物。

过热器喷射(spray)部件110的操作由控制环路132来控制。控制环路132包括控制块150(以PID控制块的形式示出)，该控制块150将针对涡轮机116输入端处的蒸汽温度的温度定点(通常基于涡轮机116的操作特性而固定或严格设置)与涡轮机116输入端处的实际蒸汽温度的测量值进行比较，以基于这两者的差来产生输出控制信号。控制块150的输出被提供给加法器块152，该加法器块152将来自控制块150的控制信号与由块154得到的作为例如负载信号导数的前馈信号相加。然后加法器块152的输出作为定点被提供给另一控制块156(也被示为PID控制块)，控制块156的定点指示出第二过热器部件106的输入端处的期望温度。控制块156将来自块152的定点与过热器喷射部件110输出端处的蒸汽温度的测量值进行比较，并基于这两者之间的差，产生用来对阀122进行控制的控制信号，阀122控制在过热器喷射部件110中所提供的喷射量。

因此，从图2的控制环路103和102可以看出，炉膛102的操作作为期望的过热器喷射的函数而被直接控制。具体来说，控制环路132通过控制过热器喷射部件110的操作，来将涡轮机116输入端处的蒸汽温度保持在定点，且控制环路130对提供给炉膛102并在炉膛102中燃烧的燃料的操作进行控制，从而将过热器喷射保持在预定的定点(从而尝试将过热器喷射操作或喷射量保持在最佳水平)。

图3示出在蒸汽涡轮机动力发生系统的再热器部件108中使用的典型(现有技术)控制环路160，该控制环路160可以由，例如图1的控制器120来实施。这里，控制块162针对输入至涡轮机118的蒸汽的温度，产生温度定点，作为蒸汽流的函数(通常由负载需求来确定)。控制块164(示为PID控制块)将该温度定点与再热器部件108输出端处的实际蒸汽温度的测量值进行比较，以由于这两个温度之间的差而产生控制信号。然后，块166将该控制信号与蒸汽流的测量值相加，且块166的输出被提供给喷射定点单元或块168，以及平衡器单元170。

平衡器单元170包括平衡器172，该平衡器172向过热器节气闸控制单元174以及再热器节气闸控制单元176提供控制信号，其中过热器节气闸控制单元174以及再热器节气闸控制单元176对锅炉的多个过热器部件和再热器部件的烟气节气闸进行控制。应该理解，烟气节气闸控制单元174和176变更或改变节气闸设置，以控制来自炉膛、被传送到锅炉的各个过热器部件和再热器部件的烟气量。这样，控制单元174和176由此来控制或平衡向锅炉的各个过热器部件和再热器部件提供的能量。结果，平衡器单元170对再热器部件108提供主要控制，用来控制在控制炉膛102中生成的、并在图1的锅炉系统的再热器部件108的操作过程中使用的能量或热量。当然，由平衡器单元170提供的节气闸的操作，控制向再热器部件108和向过热器部件104、106提供的能量或热量的比率，或者提供的相对能量或热量，因为向一个部件转移更多的烟气通常会减少提供给另一部件的烟气量。更进一步地，尽管平衡器单元170在图3中被示为执行节气闸控制，但是平衡器单元170还可以使用炉膛燃烧器倾斜位置来提供控制，或在一些情况下两者均用来提供控制。

由于蒸汽温度的暂时或短期波动，且由于平衡器单元170的操作与过热器部件104、106以及再热器部件108的操作有联系的事实，因此平衡器单元170可能无法提供对再热器部件108输出端处的蒸汽温度的完全控制，以致于无法保证在该位置处获得期望的蒸汽温度。所以由再热器喷射部件112的操作来提供对涡轮机118输入端处的蒸汽温度的二次控制。

具体来说，由喷射定点单元168和控制块180的操作来提供对再热器喷射部件112的控制。这里，喷射定点单元168以公知的方式，基于将平衡器单元170的操作考虑在内的若干个因素，来确定再热器喷射定点。然而，通常喷射设置单元168被配置为只有在平衡器单元170的操作不能对涡轮机118输入端处的蒸汽温度提供足够或充分的控制时，才对再热器喷射部件112进行操作。在任何情况下，再热器喷射定点被提供给控制块180(也被示为PID控制块)作为定点，控制块180将该定点与再热器部件108的输出端处的实际蒸汽温度的测量值进行比较，并基于这两个信号之间的差来生成控制信号，该控制信号被用于控制再热器喷射阀124。已知地，再热器喷射阀124然后提供数量受控的再热器喷射，从而对再热器108输出端处的蒸汽温度执行进一步或额外控制。

从对图2和图3的控制环路的描述应该理解，在再热器部件108中，主要通过操纵节气闸或燃烧器倾斜位置，并次要通过对再热器喷射部件112的操作，来控制蒸汽温度。然而，对节气闸或燃烧器倾斜位置的控制会影响向过热器部件104和106提供的能量或热量。而且，对过热器部件104和106的控制主要基于提供给炉膛的燃料的量(例如燃料与给水比率)，而提供给炉膛的燃料的量又受到期望过热器喷射定点的控制或基于期望过热器喷射定点。然而，由于期望过热器喷射定点对加热速率(效率)的影响很小，且通常不能识别，因此该定点的确定是极其随机的。

图4示出一种更好的控制图1的锅炉系统100的方式，其中与图2所示的相似的块以相同的附图标记示出。如所注意的，图4所示的用于控制炉膛102的操作的控制方案示为控制环路200，其与图2的控制环路130极其相似，但改为使用用于控制锅炉系统100的再热器部件108的因子或信号，或使用与锅炉系统100的再热器部件108相关联的因子或信号，来代替期望过热器喷射定点而作为控制块140的主要输入。因此，如图4的控制环路200所示，期望的或最佳的燃烧器倾斜位置被输入至控制块104。当然，虽然在图4中示出燃烧器倾斜位置作为控制块140的输入，但是可以作为替代地使用或组合使用在控制再热器部件108的过程中所使用的其它信号因子，或者与再热器部件108相关联的其它信号或因子，这些信号或因子包括例如与锅炉系统100中的节气闸的节气闸位置相关的信号、与再热器蒸汽喷射相关的信号等。因此，例如，在实施这种新型控制的过程中，图1的控制器120可以接收或使用与锅炉中一个以上燃烧器(特别是影响再热器部件108的操作或向再热器部件108供热的燃烧器)的燃烧器倾斜位置相关的信号、或与锅炉中为了引导热流经锅炉的再热器部件108而使用的一个以上节气闸的节气闸位置相关的信号、或与控制再热器喷射部件112相关的信号，从而为控制块142产生水冷壁出口定点信号，其中与控制再热器喷射部件112相关的信号包括，例如喷射定点单元168的输出、PID控制块180的输出、阀124位置的测量值、由再热器喷射部件112提供的实际喷射量的测量值。

当然，尽管这里将某些再热器控制相关的信号描述为控制环路200的输入，但是也可以或在其它环境下使用其它再热器控制相关的信号或因子。同样，尽管图4的图示出具体的级联控制环路或例程200来实施对炉膛102的控制，但是作为图4所示的控制环路的替代或附加，还可以使用其它期望类型、种类或配置的控制环路，只要这些控制环路使用一个以上再热器控制或操纵变量信号来对炉膛或锅炉的操作进行控制。因此，例如，可以采用其它的方式对控制环路200进行配置，并且控制环路200可以使用其它类型的控制块或例程(例如非PID控制块的控制块或例程)，可以采用任意期望的方式使用其它信号来与再热器控制相关的信号或再热器操纵变量信号进行组合，以控制炉膛102的操作。例如，控制环路200可以包括多输入/单输出或多输入/多输出控制例程(例如神经网络例程、模型预测控制例程、基于控制例程的专家系统等)，该例程接受若干种输入，包括与再热器部件控制或操纵变量相关的、或指示出再热器部件控制或操纵变量的一个以上输入，而且潜在地包括其它输入，来形成一个以上输出控制信号，以控制锅炉/炉膛的操作，从而提供蒸汽温度控制。另外，虽然图4的控制环路200图示为产生用于控制向炉膛102提供的燃料的燃料/空气混合物的控制信号，但是控制环路200可以产生其它类型或种类的控制信号来控制炉膛的操作，例如用于向炉膛/锅炉组合提供燃料和给水的燃料与给水比率、在炉膛中使用的或向炉膛提供的燃料的数量或质量或类型等。

在任何情况下，在图4所示的例子中，控制块140将实际的燃烧器倾斜位置与最佳燃烧器倾斜位置进行比较，该最佳燃烧器倾斜位置可以从离线单元特性描述(尤其针对由Combustion Engineering(燃烧工程)制造的锅炉系统)或单独的在线优化程序或其它源中得到。当然，在不同的锅炉设计配置中，如果旁路节气闸的烟气用于主再热器蒸汽温度控制，那么在控制环路200中指示出期望(或最佳)燃烧器倾斜位置和实际的燃烧器倾斜位置的信号可以由指示出期望(或最佳)节气闸位置和实际的节气闸位置的信号或与期望(或最佳)节气闸位置和实际的节气闸位置相关的信号来作为替代或作为附加。更进一步，作为燃烧器倾斜位置和节气闸位置的替代或附加，控制块142可以使用期望或最佳的再热器喷射流定点以及再热器喷射流的测量值来执行控制。在这种情况下，最佳定点通常是被保持在最小值但仍然能够调节蒸汽温度的再热器喷射的流速。再进一步，控制块140可以使用一些再热器变量(操纵变量)，即使该变量本身并不用于直接控制再热器蒸汽温度。

相信就控制锅炉或炉膛102的操作而言，使用诸如燃烧器倾斜位置、节气闸位置或再热器喷射的再热器操纵和控制变量会比使用例如过热器喷射对锅炉效率和加热率提供更直接的影响。具体来说，相信该方法除了像通常一样控制过热蒸汽温度和再热蒸汽温度之外，与过热器喷射变量相比，还对锅炉效率和加热速率进行更直接和更即时的控制。例如，燃烧器倾斜位置直接影响炉膛中的火球位置和火焰温度，而炉膛中的火球位置和火焰温度又直接影响燃烧效率。当然，燃烧器倾斜位置或节气闸位置的最佳定点可以由单独的程序来确定。如果再热蒸汽温度由再热器喷射来控制，那么喷射流量还对加热速率具有巨大的影响。实际上，相信与过热器喷射流相比，再热器喷射流对加热速率的影响高大约10倍，因此再热器喷射流成为更好的用于锅炉或炉膛控制的控制变量。更具体地说，再热器喷射与过热器喷射的代价之间的主要差异与需要为这些喷射在锅炉中增加的附加能量的差异有关。例如，如果使用了过热器喷射，并且从锅炉供给泵得到所述过热器喷射，那么进入锅炉的焓大约为320Btu/lb。如果未使用喷射，那么会从最终的给水得到相同的流，并且以480Btu/lb进入锅炉，这样对于过热器喷射而言，就需要从锅炉中的燃料增加另外的160btu/lb。对于再热器喷射，假设它们也以320Btu/lb从锅炉供给泵得到，低温再热焓通常是1300Btu/lb，高温再热焓通常是1520Btu/lb，所以这里需要增加大约1200Btu/lb的附加能量，以便使再热器喷射(或其它再热器变量)的使用作为主要的锅炉控制变量对提高锅炉效率更加有效。

在任何情况下，从图4可以看出，除了进入环路200的主要定点和控制输入是从再热器控制变量或操纵变量而非过热器喷射获取的之外，控制环路200的剩余部分与图2的控制环路130相同或相似，并以基本相同的方式进行操作。然而，如以上所提到的，控制环路200的细节和实施可以改变或变更为对炉膛/锅炉的操作进行控制，且图4中示出的控制环路200的具体细节不限于本发明，本发明基于再热器部件操纵或控制变量，例如燃烧器倾斜位置、节气闸位置、再热器喷射等来控制炉膛/锅炉的操作。同样，可以按照图2或图4所示来执行对过热器喷射部件110的控制，或者可以以图4中的任意期望的方式来改变对过热器喷射部件110的控制。类似地，可以使用与图3所示的相同的控制方案或以任意其它期望的方式来在图4的系统中执行对再热器喷射部件112的控制。而且，在图4的控制环路200中，再热器部件操纵变量或控制变量的使用不限于用于对特定例子中的再热器部件进行实际控制的控制变量或操纵变量。因此，可以使用并不实际用于控制再热器部件108的再热器操纵变量作为对涡轮机系统的炉膛/锅炉操作进行控制的控制环路200的输入。

更进一步，这里所描述的控制方案适用于过热器部件和再热器部件所使用的配置类型与这里示出或描述的配置类型不同的蒸汽发生系统。因此，虽然图1-4示出两个过热器部件和一个再热器部件，但是这里所描述的控制方案可以与具有或多或少个过热器部件和再热器部件的锅炉系统一起使用，且该锅炉系统在各个过热器部件和再热器部件中使用任意其它类型的配置。

虽然前述文本陈述了对本发明若干不同实施例的详细描述，但是应该理解，本发明的范围是由本专利结尾处所陈述的权利要求书的文字来限定的。这些详细描述应该理解为仅仅是示例性的，由于描述所有可能的实施例非不可能即不切实际，因此并没有描述本发明的所有可能实施例。使用当前的技术或者本专利申请日之后所开发的技术可以实施若干作为替代的实施例，这些实施例仍然落入限定发明的权利要求的范围之内。

所以，在不超出本发明的精神和范围的情况下，可以对这里所描述和示出的技术和结构作出多种修改或改变。相应地，应该理解这里所描述的方法和装置仅仅是示例性的，并不限定本发明的范围。

Claims (37)

1.一种对蒸汽发生锅炉系统进行控制的方法，该蒸汽发生锅炉系统具有炉膛、过热器部件和再热器部件，该方法包括：

获取指示出在所述再热器部件中使用的再热器控制或操纵变量的信号而不是与过热器喷射相对应的信号；以及

独立于指示出所述再热器部件的蒸汽温度的信号，使用所述指示出再热器控制或操纵变量的信号来控制：

所述蒸汽发生锅炉系统的所述炉膛和锅炉的燃料与给水比率，

提供给所述炉膛的燃料/空气混合物，或者

燃料的数量、质量或类型，

从而控制由所述蒸汽发生锅炉系统产生的蒸汽的温度。

2.根据权利要求1所述的对蒸汽发生锅炉系统进行控制的方法，其中获取所述指示出再热器控制或操纵变量的信号包括：获取指示出炉膛燃烧器倾斜位置的信号。

3.根据权利要求1所述的对蒸汽发生锅炉系统进行控制的方法，其中获取所述指示出再热器控制或操纵变量的信号包括：获取指示出节气闸位置的信号。

4.根据权利要求3所述的对蒸汽发生锅炉系统进行控制的方法，其中所述指示出节气闸位置的信号包括：指示出所述再热器部件中的节气闸位置的信号。

5.根据权利要求1所述的对蒸汽发生锅炉系统进行控制的方法，其中获取所述指示出再热器控制或操纵变量的信号包括：获取与所述再热器部件的喷射部件中所使用的再热器喷射量相关的信号。

6.根据权利要求1所述的对蒸汽发生锅炉系统进行控制的方法，其中使用所述指示出再热器控制或操纵变量的信号包括：将所述指示出再热器控制或操纵变量的信号与一定点值进行比较，并使用所述指示出再热器控制或操纵变量的信号与所述定点值之间的差来控制所述燃料与给水比率、所述燃料/空气混合物、或者所述燃料的数量、质量或类型。

7.根据权利要求1所述的对蒸汽发生锅炉系统进行控制的方法，其中使用所述指示出再热器控制或操纵变量的信号来控制提供给所述炉膛的燃料/空气混合物包括：基于所述指示出再热器控制或操纵变量的信号的变化，改变提供给所述炉膛以对所述炉膛进行操作的燃料/空气混合物。

8.根据权利要求1所述的对蒸汽发生锅炉系统进行控制的方法，其中使用指示出再热器控制或操纵变量的信号来控制所述炉膛和所述锅炉的燃料与给水比率包括：基于所述指示出再热器控制或操纵变量的信号的变化，改变所述炉膛和所述锅炉中使用的燃料与给水比率。

9.根据权利要求1所述的对蒸汽发生锅炉系统进行控制的方法，其中获取指示出再热器控制或操纵变量的信号包括：获取指示出直通式锅炉再热器控制或操纵变量的信号，所述直通式锅炉再热器控制或操纵变量用于控制直通式再热器部件中的蒸汽温度。

10.根据权利要求1所述的对蒸汽发生锅炉系统进行控制的方法，其中使用所述指示出再热器控制或操纵变量的信号包括：基于所述指示出再热器控制或操纵变量的信号，使用比例-积分-微分控制例程来生成控制信号。

11.根据权利要求1所述的对蒸汽发生锅炉系统进行控制的方法，其中使用所述指示出再热器控制或操纵变量的信号包括：基于所述指示出再热器控制或操纵变量的信号，使用多输入/多输出控制例程来生成控制信号。

12.根据权利要求1所述的对蒸汽发生锅炉系统进行控制的方法，其中使用所述指示出再热器控制或操纵变量的信号包括：基于所述指示出再热器控制或操纵变量的信号，使用多输入/单输出控制例程来生成控制信号。

13.一种在蒸汽发生锅炉系统中使用的控制器单元，所述蒸汽发生锅炉系统具有带炉膛、过热器部件和再热器部件的锅炉，所述控制器单元包括：

第一输入端，用于接收指示出在再热器部件的蒸汽温度控制中使用的再热器蒸汽温度控制或操纵变量的信号而不是与过热器喷射相对应的信号；

第二输入端，用于接收与所述再热器蒸汽温度控制或操纵变量相关联的定点；

控制例程，独立于指示出所述再热器部件的蒸汽温度的信号，使用所述指示出再热器蒸汽温度控制或操纵变量的信号来形成控制信号；以及

输出端，用于向所述炉膛提供所述控制信号，以控制：

所述炉膛和所述锅炉的燃料与给水比率，

提供给所述炉膛的燃料/空气混合物，或者

燃料的数量、质量或类型，

从而控制由所述蒸汽发生锅炉系统产生的蒸汽的温度。

14.根据权利要求13所述的控制器单元，其中所述再热器蒸汽温度控制或操纵变量指示出所述炉膛中的燃烧器倾斜位置。

15.根据权利要求13所述的控制器单元，其中所述再热器蒸汽温度控制或操纵变量指示出所述锅炉中的节气闸的节气闸位置。

16.根据权利要求13所述的控制器单元，其中所述再热器蒸汽温度控制或操纵变量指示出由与所述再热器部件相关联的喷射单元提供的再热喷射量。

17.根据权利要求13所述的控制器单元，其中所述控制例程将所述再热器蒸汽温度控制或操纵变量与期望值进行比较，并使用所述再热器蒸汽温度控制或操纵变量与所述期望值之间的差来形成所述控制信号。

18.根据权利要求13所述的控制器单元，其中在所述输出端形成的所述控制信号基于所述再热器蒸汽温度控制或操纵变量的变化，改变提供给所述炉膛以对所述炉膛进行操作的燃料/空气的混合物。

19.根据权利要求13所述的控制器单元，其中在所述输出端形成的所述控制信号基于所述再热器蒸汽温度控制或操纵变量的变化，改变在所述炉膛和所述锅炉中使用以对所述炉膛进行操作的燃料与给水的比率。

20.根据权利要求13所述的控制器单元，其中所述控制例程实施比例-积分-微分控制例程来生成所述控制信号。

21.根据权利要求13所述的控制器单元，其中所述控制例程实施多输入/多输出控制例程来生成所述控制信号。

22.根据权利要求13所述的控制器单元，其中所述控制例程实施多输入/单输出控制例程来生成所述控制信号。

23.一种蒸汽发生锅炉系统，包括：

锅炉，具有炉膛、过热器部件和连接到所述过热器部件的再热器部件；以及

控制器，以可通信的方式连接到所述锅炉以控制所述锅炉的操作，所述控制器以可通信的方式连接到所述再热器部件以接收指示出再热器蒸汽温度控制或操纵变量的信号而不是与过热器喷射相对应的信号，所述控制器包括一例程，该例程独立于指示出所述再热器部件的蒸汽温度的信号，使用所述指示出再热器蒸汽温度控制或操纵变量的信号来生成控制信号以用于控制：

所述炉膛和所述锅炉的燃料与给水比率，

提供给所述炉膛的燃料/空气混合物，或者

燃料的数量、质量或类型，

从而控制由所述蒸汽发生锅炉系统产生的蒸汽的温度。

24.根据权利要求23所述的蒸汽发生锅炉系统，其中所述锅炉包括一个以上节气闸，所述一个以上节气闸用于引导气流通过所述过热器部件和所述再热器部件，且其中所述指示出再热器蒸汽温度控制或操纵变量的信号指示出所述一个以上节气闸的位置。

25.根据权利要求23所述的蒸汽发生锅炉系统，其中所述炉膛包括一个以上倾斜燃烧器，所述燃烧器影响提供给所述过热器部件和所述再热器部件的能量或热量，且其中所述指示出再热器蒸汽温度控制或操纵变量的信号指示出所述一个以上倾斜燃烧器的倾斜位置。

26.根据权利要求23所述的蒸汽发生锅炉系统，进一步包括再热器喷射单元，所述再热器喷射单元用于控制所述再热器部件的输出端处的蒸汽温度，且其中所述指示出再热器蒸汽温度控制或操纵变量的信号指示出与所述再热器喷射单元的操作相关联的变量。

27.根据权利要求23所述的蒸汽发生锅炉系统，其中所述锅炉是直通式锅炉。

28.根据权利要求23所述的蒸汽发生锅炉系统，进一步包括再热器喷射单元，所述再热器喷射单元用于控制所述再热器部件的输出端处的蒸汽温度，并且其中所述控制器包括用于对所述再热器喷射单元的操作进行控制的另一控制例程。

29.根据权利要求28所述的蒸汽发生锅炉系统，进一步包括过热器喷射单元，所述过热器喷射单元用于控制所述过热器部件的输出端处的蒸汽温度，并且其中所述控制器包括用于对所述过热器喷射单元的操作进行控制的又一控制例程。

30.根据权利要求23所述的蒸汽发生锅炉系统，进一步包括过热器喷射单元，所述过热器喷射单元用于控制所述过热器部件的输出端处的蒸汽温度，并且其中所述控制器包括用于对所述过热器喷射单元的操作进行操作的另一控制例程。

31.根据权利要求23所述的蒸汽发生锅炉系统，其中所述例程是比例-积分-微分控制例程。

32.根据权利要求23所述的蒸汽发生锅炉系统，其中所述例程是多输入/多输出控制例程。

33.根据权利要求23所述的蒸汽发生锅炉系统，其中所述例程是多输入/单输出控制例程。

34.一种直通式锅炉系统，包括：

炉膛；

过热器部件；

连接到所述过热器部件的输出端的第一涡轮机；

连接到所述第一涡轮机的再热器部件；

连接到所述再热器部件的输出端的第二涡轮机；以及

对所述炉膛的操作进行控制的控制器，所述控制器以可通信的方式连接至所述再热器部件，以接收指示出再热器蒸汽温度控制或操纵变量的信号而不是与过热器喷射相对应的信号，所述控制器包括一例程，该例程独立于指示出所述再热器部件的蒸汽温度的信号，使用所述指示出再热器蒸汽温度控制或操纵变量的信号来产生控制信号以用于控制：

所述炉膛和锅炉的燃料与给水比率，

提供给所述炉膛的燃料/空气混合物，或者

燃料的数量、质量或类型，

从而控制由所述直通式锅炉系统产生的蒸汽的温度。

35.根据权利要求34所述的直通式锅炉系统，进一步包括一个以上节气闸，所述一个以上节气闸用于引导气流通过所述过热器部件和所述再热器部件，并且其中所述指示出再热器蒸汽温度控制或操纵变量的信号指示出所述一个以上节气闸的位置。

36.根据权利要求34所述的直通式锅炉系统，其中所述炉膛包括一个以上倾斜燃烧器，所述一个以上倾斜燃烧器影响提供给所述过热器部件和所述再热器部件的能量或热量，并且其中所述指示出再热器蒸汽温度控制或操纵变量的信号指示出所述一个以上倾斜燃烧器的倾斜位置。

37.根据权利要求34所述的直通式锅炉系统，进一步包括连接到所述再热器部件的输入端的再热器喷射单元，所述再热器喷射单元用于控制所述再热器部件的输出端处的蒸汽温度，并且其中所述指示出再热器蒸汽温度控制或操纵变量的信号指示出与所述再热器喷射单元的操作相关联的变量。

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