CN104713072B - 控制锅炉鼓水平 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及控制锅炉鼓水平。一种控制蒸汽鼓中的水位的方法,包括基于设备特性来预计蒸汽鼓中的瞬变,设备特性包括来自蒸汽鼓的蒸汽流、蒸汽鼓中的鼓压力,以及燃气涡轮负载和旁通阀的位置中的一者或两者,旁通阀构造成控制从蒸汽鼓到两个或更多个蒸汽流导管的蒸汽流。方法进一步包括产生滑动设定点,以基于对蒸汽鼓中的瞬变的预计来控制水位。

Description

控制锅炉鼓水平
技术领域
本文公开的主题涉及热回收蒸汽发生系统,并且更特别地,涉及控制热回收蒸汽发生系统的锅炉鼓中的水位。
背景技术
热回收蒸汽发生器(HRSG)回收来自气体流的热,并且产生蒸汽,其用于涡轮。在HRSG中,热气体流过蒸发器,蒸发器将蒸发器中的液体水转化成蒸汽。蒸汽供应到蒸汽鼓,蒸汽鼓将加压蒸汽供给到目的地,诸如蒸汽涡轮。通过监测和控制HRSG中的液体水、蒸汽和加热气体的流量来管理HRSG的运行。
发明内容
根据本发明的一方面,一种控制蒸汽鼓中的水位的方法包括基于设备特性来预计蒸汽鼓中的瞬变,设备特性包括来自蒸汽鼓的蒸汽流、蒸汽鼓中的鼓压力,以及燃气涡轮负载和旁通阀的位置中的一者或两者,旁通阀构造成控制从蒸汽鼓到两个或更多个蒸汽流导管的蒸汽流。方法还包括产生滑动设定点,以基于对蒸汽鼓中的瞬变的预计来控制水位。
根据本发明的另一方面,一种热回收蒸汽发生系统包括鼓锅炉(其包括蒸汽鼓)、接收来自蒸汽鼓的水和来自燃气涡轮的加热气体的蒸发器,以及在蒸发器和蒸汽鼓之间的提升部,提升部用来将蒸汽从蒸发器引导到蒸汽鼓。系统包括控制器,控制器构造成通过基于设备特性预计蒸汽鼓中的瞬变来控制蒸汽鼓中的水位,设备特性包括来自蒸汽鼓的蒸汽流、蒸汽鼓中的鼓压力,以及燃气涡轮负载和旁通阀的位置中的一者或两者,旁通阀构造成控制从蒸汽鼓到两个或更多个蒸汽流导管的蒸汽流,以及基于对瞬变的预计来产生滑动设定点。
根据本发明的又一方面,一种热回收蒸汽发生器(HRSG)设备控制器包括构造成存储设备特性和滑动设定点转移函数的存储器和处理器。处理器构造成基于设备特性来预计HRSG的蒸汽鼓中的瞬变,设备特性包括来自蒸汽鼓的蒸汽流、蒸汽鼓中的鼓压力,以及燃气涡轮负载和旁通阀的位置中的一者或两者,旁通阀构造成控制从蒸汽鼓到两个或更多个蒸汽流导管的蒸汽流。处理器进一步构造成产生滑动设定点,以基于对瞬变的预计来控制蒸汽鼓中的水位。
方案1:一种控制热回收蒸汽发生器(HRSG)设备的蒸汽鼓中的水位的方法,包括:
基于设备特性来预计蒸汽鼓中的瞬变,设备特性包括来自蒸汽鼓的蒸汽流、蒸汽鼓中的鼓压力,以及燃气涡轮负载和旁通阀的位置中的一者或两者,旁通阀构造成控制从蒸汽鼓到两个或更多个蒸汽流导管的蒸汽流;以及
基于预计瞬变来产生滑动设定点以控制水位。
方案2:根据方案1的方法,其中,预计瞬变包括对转移函数提供设备特性和HRSG设备的历史数据,转移函数根据蒸汽鼓中的流体的温度和压力中的一者或两者,将蒸汽鼓的收缩和膨胀考虑在内。
方案3:根据方案1的方法,其中,方法进一步包括:
产生第一设定点,第一设定点具有设定点模型,设定点模型接收下者作为输入:蒸汽流、提供给蒸汽鼓的给水的给水温度、气体燃料温度和气体燃料流;
基于蒸汽流和鼓压力来确定蒸汽鼓中的期望水位;以及
选择滑动设定点和第一设定点中的一个,以基于滑动设定点和第一设定点与期望水位的比较,来控制蒸汽鼓中的水位。
方案4:根据方案3的方法,其中,基于由基于模型的初始状态估计器产生的估计初始状态来确定期望水位,基于模型的初始状态估计器基于来自燃气涡轮的排气的排气温度、鼓压力和蒸汽鼓中的水位来估计初始状态。
方案5:根据方案3的方法,其中,选择滑动设定点和第一设定点中的一个来控制蒸汽鼓中的水位将下者考虑在内:燃气涡轮和包括蒸汽鼓的HRSG设备中的一者或两者的构件随时间的推移而退化。
方案6:根据方案1的方法,其中,方法进一步包括:
计算进入到提升管中的热耗率,提升管加热通往蒸汽鼓的水,以产生蒸汽,基于鼓压力的变化速率、蒸汽流、旁通阀的位置和燃气涡轮负载来计算进入到提升管中的热耗率。
方案7:一种热回收蒸汽发生系统,其包括:
鼓锅炉,其包括蒸汽鼓、用以接收来自蒸汽鼓的水和来自燃气涡轮的加热气体的蒸发器,以及蒸发器和蒸汽鼓之间的提升部,提升部用来将蒸汽从蒸发器引导到蒸汽鼓;以及
控制器,其构造成基于设备特性来预计蒸汽鼓中的瞬变,设备特性包括来自蒸汽鼓的蒸汽流、蒸汽鼓中的鼓压力,以及燃气涡轮负载和旁通阀的位置中的一者或两者,旁通阀构造成控制从蒸汽鼓到两个或更多个蒸汽流导管的蒸汽流,以及通过基于对蒸汽鼓中的瞬变的预计,产生滑动设定点,来控制蒸汽鼓中的水位。
方案8:根据方案7的系统,其中,预计瞬变包括对转移函数提供设备特性和HRSG设备的历史数据,转移函数根据蒸汽鼓的流体的温度和压力中的一者或两者,将蒸汽鼓的收缩和膨胀考虑在内。
方案9:根据方案7的系统,其中,控制器构造成产生第一设定点,第一设定点具有设定点模型,设定点模型接收下者作为输入:蒸汽流、提供给蒸汽鼓的给水的给水温度、气体燃料温度和气体燃料流,以基于蒸汽流和鼓压力来确定蒸汽鼓中的期望水位,以及选择滑动设定点和第一设定点中的一个,以基于滑动设定点和第一设定点与期望水位的比较,来控制蒸汽鼓中的水位。
方案10:根据方案9的系统,其中,基于由基于模型的初始状态估计器产生的估计初始状态来确定期望水位,基于模型的初始状态估计器基于来自燃气涡轮的排气的排气温度、鼓压力和蒸汽鼓中的水位来估计初始状态。
方案11:根据方案9的系统,其中,选择滑动设定点和第一设定点中的一个来控制蒸汽鼓中的水位将下者考虑在内:燃气涡轮和包括蒸汽鼓的HRSG设备中的一者或两者的构件随时间的推移而退化。
方案12:根据方案7的系统,其中,系统进一步包括:
计算进入到提升管中的热耗率,提升管加热通往蒸汽鼓的水,以产生蒸汽,基于鼓压力的变化速率、蒸汽流、旁通阀的位置和燃气涡轮负载,来计算进入到提升管中的热耗率。
方案13:一种热回收蒸汽发生器(HRSG)设备控制器,其包括:
存储器,其构造成存储设备特性和滑动设定点转移函数;以及
处理器,其构造成基于设备特性来预计HRSG设备的蒸汽鼓中的瞬变,设备特性包括来自蒸汽鼓的蒸汽流、蒸汽鼓中的鼓压力,以及燃气涡轮负载和旁通阀的位置中的一者或两者,旁通阀构造成控制从蒸汽鼓到两个或更多个蒸汽流导管的蒸汽流,以及产生滑动设定点,以基于预计瞬变,来控制蒸汽鼓中的水位。
方案14:根据方案13的HRSG设备控制器,其中,处理器构造成通过对滑动设定点转移函数提供设备特性和HRSG设备的历史数据,来预计瞬变,滑动设定点转移函数根据蒸汽鼓中的流体的温度和压力中的一者或两者,将蒸汽鼓的收缩和膨胀考虑在内。
方案15:根据方案13的HRSG设备控制器,其中,存储器构造成存储设定点模型,以及
处理器构造成产生第一设定点,第一设定点具有设定点模型,设定点模型接收下者作为输入:蒸汽流、提供给蒸汽鼓的给水的给水温度、气体燃料温度和气体燃料流,
处理器构造成基于蒸汽流和鼓压力,来确定蒸汽鼓中的期望水位,以及
处理器构造成选择滑动设定点和第一设定点中的一个,以基于滑动设定点和第一设定点与期望水位的比较,来控制蒸汽鼓中的水位。
方案16:根据方案15的HRSG设备控制器,其中,存储器存储初始状态估计器模型,以及
处理器构造成基于由初始状态估计器模型产生的估计初始状态来确定期望水位,初始状态估计器模型基于来自燃气涡轮的排气的排气温度、鼓压力和蒸汽鼓中的水位,来估计初始状态。
方案17:根据方案15的HRSG设备控制器,其中,处理器构造成选择滑动设定点和第一设定点中的一个,以通过考虑到下者来控制蒸汽鼓中的水位:燃气涡轮和包括蒸汽鼓的HRSG设备中的一者或两者的构件随时间的推移而退化。
方案18:根据方案13的HRSG设备控制器,其中,处理器构造成计算进入到提升管中的热耗率,提升管加热通往蒸汽鼓的水,以产生蒸汽,基于鼓压力的变化速率、蒸汽流、旁通阀的位置和燃气涡轮负载来计算进入到提升管中的热耗率。
根据结合附图得到的以下描述,这些和其它优点与特征将变得更加显而易见。
附图说明
在权利要求中特别指出和明确声明了被视为本发明的主题。根据结合附图得到的以下详细描述,本发明的前述和其它特征与优点是显而易见的,其中:
图1示出根据本发明的实施例的热回收蒸汽发生系统;
图2示出根据本发明的实施例的控制器;以及
图3是示出根据本发明的实施例的方法的流程图。
详细描述参照附图以示例的方式阐明了本发明的实施例,以及优点与特征。
具体实施方式
热回收蒸汽发生器(HRSG)具有诸如流体压力和温度的属性,其被监测和控制,以产生具有期望特性的蒸汽。本发明的实施例涉及使用下者中的一者或两者来控制HRSG:描述蒸汽鼓的物理特性的基于物理的模型和基于从蒸汽鼓接收的数据的基于数据的模型。
图1示出根据本发明的实施例的热回收蒸汽发生器(HRSG)系统100。HRSG系统100包括鼓锅炉110和控制器130。鼓锅炉110包括蒸汽鼓111和蒸发器112。给水通过给水管113和控制阀114提供给蒸汽鼓111,控制阀114控制通过管的给水的流量,以控制液体水的水平,或者蒸汽鼓111中的水/蒸汽混合物121的水平。在本说明书中,参考标号121表示液体水/蒸汽混合物121,它大部分由液体水构成,不同于填充鼓111的未被液体水/蒸汽混合物121占据的部分的蒸汽,而且它也可称为水121。蒸发器112被加热气体加热,以将来自管115的液体水转化成蒸汽。蒸汽通过提升部116提供给蒸汽鼓111。
蒸汽通过第一管节段117和第二管节段118从蒸汽鼓111输出到蒸汽涡轮(未在图1中显示),第一管节段117和第二管节段118具有选择性地连接第一管节段117和第二管节段118的旁通阀119。旁通阀119的一个出口连接到管120上,管120绕过蒸汽涡轮,并且将蒸汽传输到备选目的地,诸如冷凝器,以使蒸汽在系统100中再循环。
蒸汽鼓111中的液体水位和蒸汽压力由控制器130控制或调整。特别地,控制器130可命令阀114位置调节进入到蒸汽鼓111中的给水流。控制器130还可命令旁通阀119位置调节进入到管118和管120中的一者或两者中的蒸汽流量。另外,控制器130可命令通往蒸发器112的热输入,诸如通过调节供应到燃烧器的燃料、风机、导叶或叶片,以控制或调整通往蒸发器112的加热气体的温度或流量。
控制器130基于传感器信号133来命令通往蒸发器的给水流、蒸汽流和热输入。传感器信号133由传感器(未显示)产生,传感器测量流体流、蒸汽流、鼓压力、鼓温度和旁通位置。控制器还可基于燃气涡轮负载来控制通往蒸发器的给水流、蒸汽流和热输入。例如,蒸汽鼓111可包括水位传感器和蒸汽压力传感器,管113可包括流体流传感器,蒸发器112或传输用以加热蒸发器的加热气体的气体流导管可包括温度传感器,并且管117、118和120可包括流量和压力传感器。
控制器130包括基于数据的模型131和基于物理的模型132。基于数据的模型131和基于物理的模型132用来产生控制信号,以控制鼓111中的水/蒸汽混合物121的设定点。基于数据的模型131使用鼓锅炉110的传感器数据来产生控制信号。基于数据的模型131可为滑动设定点模型,滑动设定点模型基于鼓111中的水位来产生随鼓锅炉110特性(诸如蒸汽流、鼓压力、旁通阀位置和燃气涡轮负载)改变的设定点。基于物理的模型132对鼓锅炉110的物理特性建模,并且基于鼓锅炉110的建模物理特性来产生用于控制鼓中的水位的设定点。在一个实施例中,控制器130使用混合模型来产生控制信号,混合模型包括基于数据的模型131和基于物理的模型132两者。在其它实施例中,控制器130可包括基于数据的模型131和基于物理的模型132中的仅一个或另一个。
在本发明的实施例中,基于数据的模型131和基于物理的模型132中的一者或两者构造成预计鼓111中的瞬变,其中,瞬变是鼓111中的水121水平(或水/蒸汽混合物121水平)或压力中的一者或两者的变化。基于数据的模型131和基于物理的模型132中的一者或两者还构造成基于预计瞬变来调节水121的设定点。例如,如果旁通阀119打开,将蒸汽提供给蒸汽涡轮,则可预料到鼓111收缩,并且水121水平升高。因此,可调节设定点,以补偿鼓的收缩、鼓压力变化、给水流量变化等。
控制器130包括至少一个处理器和存储器,并且基于数据的模型131和基于物理的模型132可包括存储在存储器中且在处理器上执行的计算机程序。在一个实施例中,控制器接收从锅炉110测得的数据,并且用基于数据的模型131分析测得数据,以产生滑动设定点或控制信号,以控制鼓111中的水/蒸汽混合物121的水位或水平。在一个实施例中,控制器130进一步访问关于锅炉110的一个或多个参数和特性的预先存储的数据和关于因素诸如蒸汽流、鼓压力、旁通位置和燃气涡轮负载的历史数据,以产生设定点控制信号。
控制器130可为单个元件(1E)控制器、三元件(3E)控制器,或者用于控制锅炉110的运行(包括鼓111中的水/蒸汽混合物121水平)的任何其它类型的控制器。
在一个实施例中,基于数据的模型131产生随蒸汽流和鼓111压力而改变的滑动设定点或水/蒸汽混合物121的水平。也可基于旁通阀位置、燃气涡轮负载或任何其它有关因素来确定设定点。可基于预计瞬变来产生滑动设定点,预计瞬变是与鼓111中的预计瞬变相关联的鼓111中的水121(或水/蒸汽混合物121)水平的变化。
图2示出根据本发明的实施例的设定点控制系统200的体系结构的框图。系统200包括用以计算设定点的控制器210和设备230,设备230包括鼓锅炉231水平控制阀232和阀控制器233。虽然在图2中单独显示控制器210和阀控制器233,但要理解的是,本发明的实施例包括用以产生设定点和控制水平控制阀232的单个控制器。
控制器210包括基于模型的初始状态估计器211。基于模型的初始状态估计器211接收下者作为输入:鼓锅炉231特性,诸如排气温度、鼓压力和鼓水平,用初始状态估计器分析特性,并且将初始状态和参数数据输出到设定点模型212。
设定点模型212接收下者作为输入:来自基于模型的初始状态估计器211的初始状态和参数数据,以及其它测得的鼓锅炉231数据,诸如蒸汽流、给水温度、燃料气体流和燃料气体温度。设定点模型212预计瞬变,或者鼓锅炉231的蒸汽鼓中的水位和压力中的一者或两者,并且基于上述输入来产生第一设定点213。在一个实施例中,设定点模型212是基于物理的模型,基于物理的模型对设备230的物理特性建模。对设备的物理特性建模可包括将下者考虑在内:提升部和蒸汽鼓中的蒸汽分布、由于蒸汽鼓的膨胀和收缩现象而引起的蒸汽体积动力学,以及蒸汽鼓内部的温度分布。
系统200还包括滑动设定点产生器214,它是用以产生滑动设定点215的基于数据的模型。在一个实施例中,滑动设定点产生器214基于从鼓锅炉231或设备230中的其它装置(诸如燃气涡轮(未显示))测得的数据来计算滑动设定点215。测得的数据包括设备特性217,诸如蒸汽流、鼓压力、旁通阀位置、燃气涡轮负载或为了将水转化成蒸汽而供应的热,以及设备230的影响鼓锅炉231中的水或水/蒸汽混合物的水平的任何其它特性。例如,虽然可直接测量鼓压力,但检测水平控制阀232或旁通阀(诸如图1的旁通阀119)的位置可提供锅炉231中的压力变化的主要指示,而且在一些情况下,使设定点基于旁通阀位置或水平控制阀位置可调节鼓231中的水位或水/蒸汽水平,该调节比在不考虑旁通阀位置或水平控制阀位置时更积极地响应。
在一个实施例中,滑动设定点产生器214基于关于所分析的鼓锅炉231或其它设备230装置的特性的历史数据218,来计算滑动设定点215。在本发明的实施例中,历史数据218不同于测得的或感测到的数据,因为历史数据218是过去在系统200或其它系统中测得的数据,而不是在系统200目前运行的期间测得的数据,而且测得的数据是目前在系统200工作时测得的实时数据。特别地,历史数据218是存储在存储器中的数据,而不是从目前感测设备230的状况的传感器接收的数据。历史数据218可包括历史蒸汽流、鼓压力、旁通阀位置、燃气涡轮负载和对应于设备230的影响鼓锅炉231中的水或水/蒸汽混合物的水平的特性的任何其它历史数据。
在又一个实施例中,滑动设定点产生器214基于混合模型来产生滑动设定点215,混合模型包括设备230的目前测得的特性的基于数据的因素和使用历史数据218的基于物理的数据。在本发明的实施例中,滑动设定点产生器214基于设备特性217、历史数据218和闭环模型220中的一个或多个来预计鼓锅炉231中的瞬变,并且产生滑动设定点221,以补偿瞬变。例如,设备特性217、历史数据218和闭环模型220中的一个或多个可指示预期在鼓锅炉231的蒸汽鼓中有水位增加,而且可基于预计的水位增加来产生滑动设定点221。
将设备特性217和历史数据218中的一者或两者提供给转移函数219。转移函数219可包括计算机程序,计算机程序存储在存储器中,并且由处理器执行来接收设备特性217和历史数据218中的一者或两者,以及产生滑动设定点215,或者根据设备230的状况(诸如蒸汽流、鼓压力、旁通阀位置和燃气涡轮负载)而改变的设定点。在一个实施例中,滑动设定点215进一步基于闭环鼓锅炉模型220,闭环鼓锅炉模型220产生用于转移函数219的曲线值。在一个实施例中,转移函数219构造成考虑到锅炉231的蒸汽鼓的收缩和膨胀作用,以计算滑动设定点221。
本发明的实施例进一步包括切换逻辑222。切换逻辑222分析设备特性230,并且确定是否将第一设定点213或滑动设定点215传输到水平控制阀控制器233,以控制水平控制阀232。在一个实施例中,切换逻辑222分析蒸汽流和鼓压力中的一者或两者,以确定是否输出第一设定点213或滑动设定点215。特别地,系统230随着时间推移而退化,设定点模型212越来越与实际系统230有分歧。因此,基于设备特性217和历史数据218中的一者或两者的滑动设定点215成为控制水平控制阀232的更适合模型。由于系统230退化,基于设定点模型212来控制水平控制阀232可能不太可能产生锅炉231中的水/蒸汽混合物的期望设定点,而基于滑动设定点产生器214来控制水平控制阀232可更可能产生锅炉231中的水/蒸汽混合物的期望设定点。
在一个实施例中,切换逻辑222包括转移函数,转移函数接收测得的蒸汽流和鼓压力作为输入,并且计算期望设定点水平。然后切换逻辑222可将计算期望设定点水平与第一设定点213和滑动设定点215比较,以确定哪个最接近期望设定点,并且可将第一设定点213和滑动设定点215中较接近的那个传输到水平控制阀控制器233。在一个实施例中,切换逻辑包括“自学习”逻辑,或自适应逻辑,它分析测得的蒸汽流和鼓压力,基于所应用的第一设定点或滑动设定点来分析测得的蒸汽流和鼓压力随着时间推移的变化,并且基于测得的蒸汽流和鼓压力随着时间推移的检测到的变化,来调节用来在第一设定点和滑动设定点之间进行选择的转移函数。
在又一个实施例中,切换逻辑222包括转移函数,转移函数基于预定规范(诸如预定权重、由设备的降低水平确定的权重)或者任何其它规范,来结合第一设定点213和滑动设定点215,以产生鼓水平设定点223。在这种实施例中,切换逻辑222的转移函数结合基于物理的模型和基于数据的模型两者,以产生鼓水平设定点223。
图3是示出根据本发明的实施例的方法的流程图。
在框301中,测量鼓锅炉的第一组特性,诸如鼓压力、鼓水平(或鼓中的水位)和排气温度。在框302中将第一组特性提供给基于模型的初始状态估计器,以计算鼓锅炉的初始状态和参数。在框303中,将初始状态和参数提供给第一设定点模型,以及鼓锅炉的第二组特性(诸如蒸汽流、给水温度、气体燃料流和气体燃料温度),以产生鼓锅炉中的水位的第一设定点。在一个实施例中,第一设定点模型是基于物理的模型。在框304中,根据第一设定点来控制鼓锅炉中的水位。
在框305中,随着时间推移,基于第二组特性来更新第一设定点。另外,基于额外的特性,诸如蒸汽流、鼓压力、旁通阀位置和燃气涡轮负载,来产生滑动设定点。随着时间推移,基于额外的特性来调节滑动设定点。在本发明的实施例中,更新第一设定点,并且通过预计鼓锅炉的蒸汽鼓中的瞬变,以及基于预计瞬变更新和调节设定点,来调节滑动设定点。
在框306中,测量和分析来自蒸汽鼓的蒸汽流和通往蒸汽鼓的给水流。蒸汽流和给水温度用来计算期望设定点。比较期望设定点与第一设定点和滑动设定点,以产生鼓水平设定点,鼓水平设定点控制鼓水平控制阀。在一个实施例中,选择第一设定点(框307)和滑动设定点(308)中的一个来控制鼓水平控制阀。在另一个实施例中,第一设定点和滑动设定点在转移函数中结合,以产生鼓水平设定点。
根据本发明的实施例,通过产生基于蒸汽鼓的基于数据的模型蒸汽鼓的基于物理的模型中的一者或两者的设定点,来控制蒸汽鼓中的水位。在一些实施例中,基于物理的模型将下者考虑在内:提升部和蒸汽鼓中的蒸汽分布、由于蒸汽鼓膨胀和收缩现象而产生的蒸汽容量动力学,以及蒸汽鼓内部的温度分布。
本发明的实施例的技术效果包括减少蒸汽鼓中的水/蒸汽水平在预定阈值之外所导致的热回收蒸汽发生器设备跳闸,以及改进蒸汽鼓的建模和响应性。
虽然已经结合仅有限数量的实施例来详细描述了本发明,但应容易地理解,本发明不限于这样的公开的实施例。而是可修改本发明,以结合此前未描述但与本发明的精神和范围相当的任何数量的变型、更改、替换或等效布置。另外,虽然已经描述了本发明的多种实施例,但要理解的是,本发明的各方面可包括仅一些所描述的实施例。因此,本发明不应视为由前述描述限制,而是仅由所附权利要求的范围限制。
符号说明
100 HRSG系统
110 鼓锅炉
111 蒸汽鼓
112 蒸发器
113 给水管
114 控制阀
115 管
116 提升部
117 第一管节段
118 第二管节段
119 旁通阀
120 管
121 水/蒸汽混合物
130 控制器
131 基于数据的模型
132 基于物理的模型
133 传感器信号
200 设定点控制系统
210 控制器
211 基于模型的初始状态估计器
212 设定点模型
213 第一设定点
214 滑动设定点产生器
215 滑动设定点
217 设备特性
218 历史数据
219 转移函数
220 闭环鼓锅炉模型
221 滑动设定点
222 切换逻辑
223 鼓水平设定点
230 设备
231 鼓锅炉
232 水平控制阀
233 阀控制器
301-308 方法框

Claims (15)

1.一种控制热回收蒸汽发生器HRSG设备的蒸汽鼓中的水位的方法,其中所述蒸汽鼓具有由于其中的蒸汽以及水/蒸汽混合物中至少一个产生的压力,所述方法包括:
基于设备特性来预计所述蒸汽鼓中的所述水位、水/蒸汽混合物或鼓压力中至少一个的瞬变,所述设备特性包括来自所述蒸汽鼓的蒸汽流、所述蒸汽鼓中的鼓压力以及燃气涡轮负载和旁通阀的位置中的一者或两者,所述旁通阀构造成控制从所述蒸汽鼓到两个或更多个蒸汽流导管的所述蒸汽流;以及
基于预计所述瞬变来产生滑动设定点以控制所述水位;
所述方法进一步包括:
使用设定点模型来产生第一设定点,所述设定点模型接收下者作为输入:所述蒸汽流、提供给所述蒸汽鼓的给水的给水温度、气体燃料温度和气体燃料流;
基于所述蒸汽流和所述鼓压力来确定所述蒸汽鼓中的期望水位;以及
基于所述滑动设定点和所述第一设定点与所述期望水位的比较来选择所述滑动设定点和所述第一设定点中的一个,以控制所述蒸汽鼓中的所述水位。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,预计所述瞬变包括对转移函数提供所述设备特性和所述HRSG设备的历史数据,所述转移函数根据所述蒸汽鼓中的流体的温度和压力中的一者或两者,将所述蒸汽鼓的收缩和膨胀考虑在内。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,基于由基于模型的初始状态估计器产生的估计初始状态来确定所述期望水位,所述基于模型的初始状态估计器基于来自燃气涡轮的排气的排气温度、所述鼓压力和所述蒸汽鼓中的水位来估计所述初始状态。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,选择所述滑动设定点和所述第一设定点中的一个来控制所述蒸汽鼓中的所述水位将下者考虑在内:燃气涡轮和包括所述蒸汽鼓的所述HRSG设备中的一者或两者的构件随时间的推移而退化。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法进一步包括:
计算进入到提升管中的热耗率,所述提升管加热通往所述蒸汽鼓的水,以产生蒸汽,基于所述鼓压力的变化速率、所述蒸汽流、所述旁通阀的位置和所述燃气涡轮负载来计算进入到所述提升管中的所述热耗率。
6.一种热回收蒸汽发生系统,其包括:
鼓锅炉,其包括蒸汽鼓、用以接收来自所述蒸汽鼓的水和来自燃气涡轮的加热气体的蒸发器,以及所述蒸发器和所述蒸汽鼓之间的提升部,所述提升部用来将蒸汽从所述蒸发器引导到所述蒸汽鼓,其中所述蒸汽鼓具有由于其中的蒸汽以及水/蒸汽混合物中至少一个产生的压力;以及
控制器,其构造成基于设备特性来预计所述蒸汽鼓中的水位、水/蒸汽混合物或鼓压力中至少一个的瞬变,所述设备特性包括来自所述蒸汽鼓的蒸汽流、所述蒸汽鼓中的鼓压力,以及燃气涡轮负载和旁通阀的位置中的一者或两者,所述旁通阀构造成控制从所述蒸汽鼓到两个或更多个蒸汽流导管的所述蒸汽流,以及通过基于对所述蒸汽鼓中的所述瞬变的预计,产生滑动设定点,来控制所述蒸汽鼓中的水位;
其中所述控制器构造成使用设定点模型来产生第一设定点,所述设定点模型接收下者作为输入:所述蒸汽流、提供给所述蒸汽鼓的给水的给水温度、气体燃料温度和气体燃料流,所述控制器构造成基于所述蒸汽流和所述鼓压力来确定所述蒸汽鼓中的期望水位,以及构造成基于所述滑动设定点和所述第一设定点与所述期望水位的比较来选择所述滑动设定点和所述第一设定点中的一个,以控制所述蒸汽鼓中的所述水位。
7.根据权利要求6所述的系统,其特征在于,预计所述瞬变包括对转移函数提供所述设备特性和所述热回收蒸汽发生系统的历史数据,所述转移函数根据所述蒸汽鼓的流体的温度和压力中的一者或两者,将所述蒸汽鼓的收缩和膨胀考虑在内。
8.根据权利要求6所述的系统,其特征在于,基于由基于模型的初始状态估计器产生的估计初始状态来确定所述期望水位,所述基于模型的初始状态估计器基于来自燃气涡轮的排气的排气温度、所述鼓压力和所述蒸汽鼓中的水位来估计所述初始状态。
9.根据权利要求6所述的系统,其特征在于,选择所述滑动设定点和所述第一设定点中的一个来控制所述蒸汽鼓中的所述水位将下者考虑在内:燃气涡轮和包括所述蒸汽鼓的所述热回收蒸汽发生系统中的一者或两者的构件随时间的推移而退化。
10.根据权利要求6所述的系统,其特征在于,所述系统进一步包括:
计算进入到提升管中的热耗率,所述提升管加热通往所述蒸汽鼓的水,以产生蒸汽,基于所述鼓压力的变化速率、所述蒸汽流、所述旁通阀的位置和所述燃气涡轮负载,来计算进入到所述提升管中的所述热耗率。
11.一种热回收蒸汽发生器HRSG设备控制器,其包括:
存储器,其构造成存储设备特性和滑动设定点转移函数;以及
处理器,其构造成基于所述设备特性来预计所述HRSG设备的蒸汽鼓中的水位、水/蒸汽混合物或鼓压力中至少一个的瞬变,所述设备特性包括来自所述蒸汽鼓的蒸汽流、所述蒸汽鼓中的鼓压力,以及燃气涡轮负载和旁通阀的位置中的一者或两者,其中所述蒸汽鼓具有由于其中的蒸汽以及水/蒸汽混合物中至少一个产生的压力,所述旁通阀构造成控制从所述蒸汽鼓到两个或更多个蒸汽流导管的所述蒸汽流,以及所述控制器构造成基于预计所述瞬变产生滑动设定点,来控制所述蒸汽鼓中的水位;
其中所述存储器构造成存储设定点模型,并且所述处理器构造成使用所述设定点模型产生第一设定点,所述设定点模型接收下者作为输入:所述蒸汽流、提供给所述蒸汽鼓的给水的给水温度、气体燃料温度和气体燃料流;
所述处理器构造成基于所述蒸汽流和所述鼓压力,来确定所述蒸汽鼓中的期望水位;以及
所述处理器构造成基于所述滑动设定点和所述第一设定点与所述期望水位的比较来选择所述滑动设定点和所述第一设定点中的一个,以控制所述蒸汽鼓中的所述水位。
12.根据权利要求11所述的HRSG设备控制器,其特征在于,所述处理器构造成通过对所述滑动设定点转移函数提供所述设备特性和所述HRSG设备的历史数据,来预计所述瞬变,所述滑动设定点转移函数根据所述蒸汽鼓中的流体的温度和压力中的一者或两者,将所述蒸汽鼓的收缩和膨胀考虑在内。
13.根据权利要求11所述的HRSG设备控制器,其特征在于,所述存储器存储初始状态估计器模型,以及
所述处理器构造成基于由所述初始状态估计器模型产生的估计初始状态来确定所述期望水位,所述初始状态估计器模型基于来自燃气涡轮的排气的排气温度、所述鼓压力和所述蒸汽鼓中的水位,来估计所述初始状态。
14.根据权利要求11所述的HRSG设备控制器,其特征在于,所述处理器构造成选择所述滑动设定点和所述第一设定点中的一个,以通过考虑到下者来控制所述蒸汽鼓中的所述水位:燃气涡轮和包括所述蒸汽鼓的所述HRSG设备中的一者或两者的构件随时间的推移而退化。
15.根据权利要求11所述的HRSG设备控制器,其特征在于,所述处理器构造成计算进入到提升管中的热耗率,所述提升管加热通往所述蒸汽鼓的水,以产生蒸汽,基于所述鼓压力的变化速率、所述蒸汽流、所述旁通阀的位置和所述燃气涡轮负载来计算进入到所述提升管中的所述热耗率。
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