CN107203225A - 汽包锅炉启动阶段汽包水位控制方法及控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种汽包锅炉启动阶段汽包水位控制方法及控制系统，属于汽包锅炉控制技术领域。所述汽包锅炉启动阶段汽包水位控制方法包括：检测所述汽包锅炉内的汽包压力；根据所述汽包压力计算所述汽包锅炉内的汽包水位理论值；检测所述汽包锅炉内的汽包水位实际值；确定所计算的所述汽包水位理论值和所述检测的所述汽包水位实际值的偏差；以及根据所计算的所述汽包水位理论值和所述检测的所述汽包水位实际值的偏差调节上水调节系统的输出水量，以调节所述汽包水位；本发明的汽包锅炉启动阶段汽包水位控制方法在锅炉启动阶段即投入汽包水位自动控制，无需人工介入，提高锅炉控制的自动化水平。
Description
技术领域
本发明涉及汽包锅炉控制技术领域，具体地涉及一种汽包锅炉启动阶段汽包水位控制方法及控制系统。
背景技术
现有的汽包锅炉在正常运行时，汽包上水调节系统采取三冲量控制，即调节根据蒸汽流量、汽包水位和给水量三个参数给出综合信号，输出给上水调节系统一个开度指令进行调节，但在锅炉启动阶段锅炉出口蒸发量流量低、变化快，汽包水位因汽包压力变化、汽水膨胀原因波动较大，无法投入自动调节。
鉴于以上原因在汽包锅炉启动阶段，现有的做法是操作员采取根据汽包水位实际值进行手动调节上水调节系统的输出水量的方法，此方法需要专门人员实时监视汽包水位实际值和上水调节系统的上水调门的开度，操作量较大，操作误差大，无法维持汽包水位的稳定。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种汽包锅炉启动阶段汽包水位控制方法及控制系统，该汽包锅炉启动阶段汽包水位控制方法在锅炉启动阶段即投入汽包水位自动控制，无需人工介入，提高控制精度，提高锅炉控制的自动化水平。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种汽包锅炉启动阶段汽包水位控制方法，该方法包括：检测所述汽包锅炉内的汽包压力；根据所述汽包压力计算所述汽包锅炉内的汽包水位理论值；检测所述汽包锅炉内的汽包水位实际值；确定所计算的所述汽包水位理论值和所述检测的所述汽包水位实际值的偏差；以及根据所计算的所述汽包水位理论值和所述检测的所述汽包水位实际值的偏差调节上水调节系统的输出水量，以调节所述汽包水位。
可选的，所述根据所述汽包压力计算所述汽包锅炉内的汽包水位理论值包括：根据如下公式计算所述汽包锅炉内的汽包水位理论值：
f(x)＝kx+b；
其中，f(x)为所述汽包锅炉内的汽包水位理论值；
k为比例系数；
x为所述汽包锅炉内的汽包压力；
b为初始水位值。
可选的，所述确定所计算的所述汽包水位理论值和所述检测的所述汽包水位实际值的偏差包括：根据如下公式计算所述汽包水位理论值和所述检测的所述汽包水位实际值的偏差：
δe＝f(x)-fc
其中，δe为所计算的所述汽包水位理论值和所述检测的所述汽包水位实际值的偏差；
fc为所检测的所述汽包锅炉内的汽包水位实际值。
可选的，根据所计算的所述汽包水位理论值和所述检测的所述汽包水位实际值的偏差调节上水调节系统的输出水量包括：根据如下公式计算上水调节系统的输出水量：
其中，g(x)为计算出的所需输出水量；
Kp为比例系数，按实际运行情况调整；
为积分时间，按实际运行情况调整；
Kd为微分系数，按实际运行情况调整；
为微分时间，按实际运行情况调整。
可选的，所述检测所述汽包锅炉内的汽包水位实际值包括：采集两个不同量程的检测装置的汽包水位测量值，当所述两个不同量程的检测装置的汽包水位测量值的差值超过设定值时，采用较大量程的检测装置所检测的汽包水位测量值作为所述汽包锅炉内的汽包水位实际值。
另一方面，本发明提供汽包锅炉启动阶段汽包水位控制系统，该系统包括：
检测装置Ⅰ，用于检测所述汽包锅炉内的汽包压力；
检测子系统，用于检测所述汽包锅炉内的汽包水位实际值；
处理器，该处理器被配置成：
根据所述检测装置Ⅰ检测的所述汽包压力计算所述汽包锅炉内的汽包水位理论值；
确定所计算的所述汽包水位理论值和所述检测子系统检测的所述汽包水位实际值的偏差；以及
根据所计算的所述汽包水位理论值和所检测的所述汽包水位实际值的偏差调节上水调节系统的输出水量，以调节所述汽包水位。
可选的，所述处理器根据所述汽包压力计算所述汽包锅炉内的汽包水位理论值包括：根据如下公式计算所述汽包锅炉内的汽包水位理论值：
f(x)＝kx+b；
其中，f(x)为所述汽包锅炉内的汽包水位理论值；
k为比例系数；
x为所述汽包锅炉内的汽包压力；
b为初始水位值。
可选的，所述处理器确定所计算的所述汽包水位理论值和所述检测的所述汽包水位实际值的偏差包括：根据如下公式计算所述汽包水位理论值和所述检测的所述汽包水位实际值的偏差：
δe＝f(x)-fc(x)
其中，δe为所计算的所述汽包水位理论值和所述检测的所述汽包水位实际值的偏差；
fc(x)所检测的所述汽包锅炉内的汽包水位实际值。
可选的，所述处理器根据所计算的所述汽包水位理论值和所述检测的所述汽包水位实际值的偏差调节上水调节系统的输出水量包括：根据如下公式计算上水调节系统的输出水量：
其中，g(x)为计算出的所需输出水量；
Kp为比例系数，按实际运行情况调整；
为积分时间，按实际运行情况调整；
Kd为微分系数，按实际运行情况调整；
为微分时间，按实际运行情况调整。
可选的，所述检测子系统包括：检测装置Ⅱ和检测装置Ⅲ，分别用于检测所述汽包锅炉内的汽包水位测量值；
所述处理器还被配置成：比较所述检测装置Ⅱ和所述检测装置Ⅲ的汽包水位测量值，当所述检测装置Ⅱ和所述检测装置Ⅲ的汽包水位测量值的差值超过设定值时，采用较大量程的检测装置所检测的汽包水位测量值作为所述汽包锅炉内的汽包水位实际值。
通过上述技术方案，检测所述汽包锅炉内的汽包压力；根据所述汽包压力计算所述汽包锅炉内的汽包水位理论值；检测所述汽包锅炉内的汽包水位实际值；确定所计算的所述汽包水位理论值和所述检测的所述汽包水位实际值的偏差；而后根据所计算的所述汽包水位理论值和所述检测的所述汽包水位实际值的偏差调节上水调节系统的输出水量，以调节所述汽包水位；利用汽包水位作为单冲量进行调节，由汽包压力设定汽包水位控制值即输出水量，汽包上水调节系统仅跟踪水位设定值/输出水量进行调节，在锅炉启动阶段即投入水位控制自动，无需人工介入，提高控制精度，提高锅炉控制的自动化水平。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1是本发明一种实施方式的汽包锅炉启动阶段汽包水位控制方法流程图；
图2A是本发明另一种实施方式的汽包锅炉启动阶段汽包水位控制方法流程图；
图2B是本发明一种实施方式的包锅炉启动阶段汽包水位控制方法逻辑图；
图2C是本发明一种实施方式的包锅炉启动阶段汽包水位理论值与汽包压力关系曲线；
图2D是本发明一种实施方式的包锅炉启动阶段汽包水位控制后燃机负荷、汽包压力及水位波动关系示意图；
图3是本发明一种实施方式的汽包锅炉启动阶段汽包水位控制系统结构示意图；
图4是本发明另一种实施方式的汽包锅炉启动阶段汽包水位控制系统结构示意图。
附图标记说明
10 检测装置Ⅰ 20 处理器
30 检测子系统 31 检测装置Ⅱ
32 检测装置Ⅲ
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
汽包锅炉在启动阶段汽包水位无法投入自动调节而由热工手动调节的主要原因是，启动阶段由于燃机负荷/热负荷不能均匀变化，汽包压力会出现波动，而且此种波动现象极其频繁，不管是引入蒸汽流量、汽包水位和上水流量三冲量的调节方法，还是选择只跟踪汽包水位单冲量调节方法均不能控制汽包水位稳定。为了控制汽包水位，在汽包锅炉启动阶段需安排专人手动调节汽包水位，而调节依据只是依靠汽包水位变化及时调整上水量。
根据多年工作经验发现，汽包锅炉启动阶段水位波动主要是汽包及相连的省煤器、蒸发器存水因吸热出现膨胀，热负荷不均匀变化导致汽水系统工质膨胀量变化大，而启动时汽包水位的膨胀情况主要由其汽包压力变化决定的，压力稳定则汽包水位稳定，上水调节系统跟踪汽包压力变化即能稳定汽包水位。
图1是本发明一种实施方式的汽包锅炉启动阶段汽包水位控制方法流程图。如图1所示的本发明一种实施方式的汽包锅炉启动阶段汽包水位控制方法包括：在步骤S110中，检测所述汽包锅炉内的汽包压力；在步骤S120中，根据所述汽包压力计算所述汽包锅炉内的汽包水位理论值；在步骤S130中，检测所述汽包锅炉内的汽包水位实际值；在步骤S140中，确定所计算的所述汽包水位理论值和所述检测的所述汽包水位实际值的偏差；以及在步骤S150中，根据所计算的所述汽包水位理论值和所述检测的所述汽包水位实际值的偏差调节上水调节系统的输出水量，以调节所述汽包水位。
上述方案中，检测所述汽包锅炉内的汽包压力；根据所述汽包压力计算所述汽包锅炉内的汽包水位理论值；同时，检测所述汽包锅炉内的汽包水位实际值；确定所计算的所述汽包水位理论值和所述检测的所述汽包水位实际值的偏差；而后根据所计算的所述汽包水位理论值和所述检测的所述汽包水位实际值的偏差调节上水调节系统的输出水量，以调节所述汽包水位；利用汽包水位作为单冲量进行调节，由汽包压力设定汽包水位控制值即输出水量，汽包上水调节系统仅跟踪水位设定值/输出水量进行调节，在锅炉启动阶段即投入水位控制自动，无需人工介入，提高控制精度，提高锅炉控制的自动化水平。
上述方案中，在步骤S120中，根据所述汽包压力计算所述汽包锅炉内的汽包水位理论值包括：根据如下公式计算所述汽包锅炉内的汽包水位理论值：
f(x)＝kx+b；
其中，f(x)为所述汽包锅炉内的汽包水位理论值；
k为比例系数；
x为所述汽包锅炉内的汽包压力；
b为初始水位值。
上述方案中，在步骤S140中，确定所计算的所述汽包水位理论值和所述检测的所述汽包水位实际值的偏差包括：根据如下公式计算所述汽包水位理论值和所述检测的所述汽包水位实际值的偏差：
δe＝f(x)-fc
其中，δe为所计算的所述汽包水位理论值和所述检测的所述汽包水位实际值的偏差；
fc为所检测的所述汽包锅炉内的汽包水位实际值。
上述方案中，在步骤S150中，根据所计算的所述汽包水位理论值和所述检测的所述汽包水位实际值的偏差调节上水调节系统的输出水量包括：根据如下公式计算上水调节系统的输出水量：
其中，g(x)为计算出的需求输出水量/上水量；
Kp为比例系数，按实际运行情况调整，目前取1.5；
为积分时间，按实际运行情况调整，目前取90；
Kd为微分系数，按实际运行情况调整，目前取0.8；
为微分时间，按实际运行情况调整，目前取30。
图2A是本发明另一种实施方式的汽包锅炉启动阶段汽包水位控制方法流程图。如图2A所示的本发明一种实施方式的汽包锅炉启动阶段汽包水位控制方法，在步骤S130中，所述检测所述汽包锅炉内的汽包水位实际值包括：在步骤S132中，采集两个不同量程的检测装置的汽包水位测量值，在步骤S134中，判断两个不同量程的检测装置的汽包水位测量值的差值是否超过设定值，当所述两个不同量程的检测装置的汽包水位测量值的差值超过设定值时，在步骤S136中，采用较大量程的检测装置所检测的汽包水位测量值作为所述汽包锅炉内的汽包水位实际值；当所述两个不同量程的检测装置的汽包水位测量值的差值没有超过设定值时，在步骤S138中，采用较小量程的检测装置所检测的汽包水位测量值作为所述汽包锅炉内的汽包水位实际值。
上述方案中，所述设定值例如可以为±50mm，例如可以通过采用差压式汽包水位计与磁致伸缩水位计测量汽包水位，擦汗呀是汽包水位计量程小，精度高，而磁致伸缩水位计量程大，精度低；当汽包水位变化较大，较小量程的磁致伸缩水位计无法测量造成两个水位计的测量结果差值较大，当超过±50mm时，使用较大量程的差压式汽包水位计的汽包水位测量值作为汽包水位实际值。
图2B是本发明一种实施方式的包锅炉启动阶段汽包水位控制方法逻辑图；如图2B所示，本发明一种实施方式的包锅炉启动阶段汽包水位控制方法逻辑为：汽包压力信号输出至计算模块f(x)，输出一个汽包水位理论值，差压式汽包水位计与磁致伸缩水位计(4号水位计)根据切换条件选择一个水位计作为汽包水位实际值输出，汽包水位理论值与汽包水位实际值产生偏差δe，水位偏差δe经过另一个计算模块g(x)后输出一个水位控制值/输出水量，作为上水调节系统的调节输出水量的动作依据。
输出水量即汽包水位控制值由汽包压力生成，上水调节系统投入后自动跟踪当前汽包压力对应下的水位控制值/输出水量，既避免了水位波动，又能减少人工操作。
图2C是本发明一种实施方式的包锅炉启动阶段汽包水位理论值与汽包压力关系曲线；如图所示，在启动阶段，汽包水位理论值与汽包压力成正比，当启动结束，汽包压力达到7Mpa，汽包锅炉正常工作，引入三冲量调节后，汽包水位趋于稳定。
图2D是本发明一种实施方式的包锅炉启动阶段汽包水位控制后燃机负荷、汽包压力及水位波动关系示意图。如图2D所示，汽包压力随燃机负荷的升高而升高，在整个启动阶段汽包水位呈现平稳变化，且定值不断靠近正常水位控制值，当蒸汽流量达到一定值、汽包水位与0值偏差在允许范围后汽包水位调节由单冲量调节无扰切换为三冲量调节。
图3是本发明一种实施方式的汽包锅炉启动阶段汽包水位控制系统结构示意图。如图3所示的本发明一种实施方式的汽包锅炉启动阶段汽包水位控制系统包括：
检测装置Ⅰ10，用于检测所述汽包锅炉内的汽包压力；
检测子系统30，用于检测所述汽包锅炉内的汽包水位实际值；
处理器20，该处理器被配置成：
根据所述检测装置Ⅰ10检测的所述汽包压力计算所述汽包锅炉内的汽包水位理论值；
确定所计算的所述汽包水位理论值和所述检测子系统检测的所述汽包水位实际值的偏差；以及
根据所计算的所述汽包水位理论值和所检测的所述汽包水位实际值的偏差调节上水调节系统的输出水量，以调节所述汽包水位。
可选的，所述处理器20根据所述汽包压力计算所述汽包锅炉内的汽包水位理论值包括：根据如下公式计算所述汽包锅炉内的汽包水位理论值：
f(x)＝kx+b；
其中，f(x)为所述汽包锅炉内的汽包水位理论值；
k为比例系数；
x为所述汽包锅炉内的汽包压力；
b为初始水位值。
上述方案中，所述处理器20确定所计算的所述汽包水位理论值和所述检测的所述汽包水位实际值的偏差包括：根据如下公式计算所述汽包水位理论值和所述检测的所述汽包水位实际值的偏差：
δe＝f(x)-fc(x)
其中，δe为所计算的所述汽包水位理论值和所述检测的所述汽包水位实际值的偏差；
fc(x)所检测的所述汽包锅炉内的汽包水位实际值。
上述方案中，所述处理器20根据所计算的所述汽包水位理论值和所述检测的所述汽包水位实际值的偏差调节上水调节系统的输出水量包括：根据如下公式计算上水调节系统的输出水量：
其中，g(x)为计算出的需求上水量/输出水量；
Kp为比例系数，按实际运行情况调整，目前取1.5；
为积分时间，按实际运行情况调整，目前取90；
Kd为微分系数，按实际运行情况调整，目前取0.8；
为微分时间，按实际运行情况调整，目前取30。
图4是本发明一种实施方式的汽包锅炉启动阶段汽包水位控制系统结构示意图。如图4所示的本发明一种实施方式的汽包锅炉启动阶段汽包水位控制系统，所述检测子系统30包括：
检测装置Ⅱ31和检测装置Ⅲ32，分别用于检测所述汽包锅炉内的汽包水位测量值；
所述处理器还被配置成：
比较所述检测装置Ⅱ31和所述检测装置Ⅲ32的汽包水位测量值，当所述检测装置Ⅱ和所述检测装置Ⅲ的汽包水位测量值的差值超过设定值时，采用较大量程的检测装置所检测的汽包水位测量值作为所述汽包锅炉内的汽包水位实际值。
以上结合附图详细描述了本发明例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。
Claims (10)
1.一种汽包锅炉启动阶段汽包水位控制方法，该方法包括：
检测所述汽包锅炉内的汽包压力；
根据所述汽包压力计算所述汽包锅炉内的汽包水位理论值；
检测所述汽包锅炉内的汽包水位实际值；
确定所计算的所述汽包水位理论值和所述检测的所述汽包水位实际值的偏差；以及
根据所计算的所述汽包水位理论值和所述检测的所述汽包水位实际值的偏差调节上水调节系统的输出水量，以调节所述汽包水位。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述根据所述汽包压力计算所述汽包锅炉内的汽包水位理论值包括：根据如下公式计算所述汽包锅炉内的汽包水位理论值：
f(x)＝kx+b；
其中，f(x)为所述汽包锅炉内的汽包水位理论值；
k为比例系数；
x为所述汽包锅炉内的汽包压力；
b为初始水位值。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述确定所计算的所述汽包水位理论值和所述检测的所述汽包水位实际值的偏差包括：根据如下公式计算所述汽包水位理论值和所述检测的所述汽包水位实际值的偏差：
δe＝f(x)-fc
其中，δe为所计算的所述汽包水位理论值和所述检测的所述汽包水位实际值的偏差；
fc为所检测的所述汽包锅炉内的汽包水位实际值。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，根据所计算的所述汽包水位理论值和所述检测的所述汽包水位实际值的偏差调节上水调节系统的输出水量包括：根据如下公式计算上水调节系统的输出水量：
g(x)＝(δe*Kp)+(1/τι)∫δedt+(Kd*dδe/dt)τd
其中，g(x)为计算出的所需输出水量；
Kp为比例系数，按实际运行情况调整；
τι为积分时间，按实际运行情况调整；
Kd为微分系数，按实际运行情况调整；
τd为微分时间，按实际运行情况调整。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述检测所述汽包锅炉内的汽包水位实际值包括：采集两个不同量程的检测装置的汽包水位测量值，当所述两个不同量程的检测装置的汽包水位测量值的差值超过设定值时，采用较大量程的检测装置所检测的汽包水位测量值作为所述汽包锅炉内的汽包水位实际值。
6.一种汽包锅炉启动阶段汽包水位控制系统，该系统包括：
检测装置Ⅰ，用于检测所述汽包锅炉内的汽包压力；
检测子系统，用于检测所述汽包锅炉内的汽包水位实际值；
处理器，该处理器被配置成：
根据所述检测装置Ⅰ检测的所述汽包压力计算所述汽包锅炉内的汽包水位理论值；
确定所计算的所述汽包水位理论值和所述检测子系统检测的所述汽包水位实际值的偏差；以及
根据所计算的所述汽包水位理论值和所检测的所述汽包水位实际值的偏差调节上水调节系统的输出水量，以调节所述汽包水位。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述处理器根据所述汽包压力计算所述汽包锅炉内的汽包水位理论值包括：根据如下公式计算所述汽包锅炉内的汽包水位理论值：
f(x)＝kx+b；
其中，f(x)为所述汽包锅炉内的汽包水位理论值；
k为比例系数；
x为所述汽包锅炉内的汽包压力；
b为初始水位值。
8.根据权利要求7所述的系统，所述处理器确定所计算的所述汽包水位理论值和所述检测的所述汽包水位实际值的偏差包括：根据如下公式计算所述汽包水位理论值和所述检测的所述汽包水位实际值的偏差：
δe＝f(x)-fc(x)
其中，δe为所计算的所述汽包水位理论值和所述检测的所述汽包水位实际值的偏差；
fc(x)所检测的所述汽包锅炉内的汽包水位实际值。
9.根据权利要求7所述的系统，所述处理器根据所计算的所述汽包水位理论值和所述检测的所述汽包水位实际值的偏差调节上水调节系统的输出水量包括：根据如下公式计算上水调节系统的输出水量：
g(x)＝(δe*Kp)+(1/τι)∫δedt+(Kd*dδe/dt)τd
其中，g(x)为计算出的所需输出水量；
Kp为比例系数，按实际运行情况调整；
τι为积分时间，按实际运行情况调整；
Kd为微分系数，按实际运行情况调整；
τd为微分时间，按实际运行情况调整。
10.根据权利要求6所述的系统，其中，所述检测子系统包括：
检测装置Ⅱ和检测装置Ⅲ，分别用于检测所述汽包锅炉内的汽包水位测量值；
所述处理器还被配置成：
比较所述检测装置Ⅱ和所述检测装置Ⅲ的汽包水位测量值，当所述检测装置Ⅱ和所述检测装置Ⅲ的汽包水位测量值的差值超过设定值时，采用较大量程的检测装置所检测的汽包水位测量值作为所述汽包锅炉内的汽包水位实际值。
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