CN108415486A - 一种高压电极锅炉功率的动态调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高压电极锅炉功率的动态调节方法，设备初始投运时，为保证高压电极锅炉能够快速达到负荷功率，伺服电机快速的按照设定的功率要求打开保护盾，从而使高压电极能够在设定的功率下工作，通过三通阀调整旁路的循环水流量，初始阶段，循环水管道旁路完全打开。随着循环水温度逐渐上升，电导率变大，则锅炉功率越大，温度随之快速上升，从而达到快速升温的目的。本发明方法采用斜坡函数分段阶梯式调节功率值，结合三通阀阶梯式调节旁路开度值，能够快速调节功率值，响应调峰命令，功率调节速度快，且不会引起系统震荡。

Description

一种高压电极锅炉功率的动态调节方法

技术领域

本发明涉及一种高压电极锅炉功率的动态调节方法，尤其涉及一种应用于电网调峰供热的高压电极直热锅炉功率的动态调节方法。

背景技术

目前供热机组灵活性改造主要技术路线主要有汽机抽汽蓄热改造技术和采用电蓄热锅炉调峰等技术。电蓄热锅炉调峰已有技术路线主要有蓄热式电锅炉和熔岩储热装置等。蓄热式电锅炉主要是采用固体蓄热的方式。其采用高压固体蓄热技术，由高压电发热体、高温蓄能体、高温热交换器、热输出控制器、耐高温保温外壳和自动控制系统等组成。固体蓄热式电锅炉需要配置大容量的蓄热系统，因此其占地面积极大且造价较高。固体蓄热式电锅炉的应用周期较短，其效率和可靠性仍有待进一步测算和观察。熔岩电储热装置也几乎存在同样的问题，且造价更高，可靠性更低。两者调峰特性由于自身的固有原因，存在经常无法满足电力调度部门的调峰品质需求的可能性，且存在系统长期运行后整体效率下降、固体蓄热材料不环保等不利问题。

高压电极式锅炉一般采用除盐水做为内部循环水，除盐水的导电率（25℃时）一般为＜0.3μs/cm，该水属于不导电体（此时水的电阻性接近于无限大），此时可以理解为电极之间不导通，因此电极锅炉处于不做功状态。为使锅炉正常做功加热电解水进行供热，锅炉内必须加入一定的电解质，使炉内循环水具有合理的电阻，才能使其导电。

高压电极式热水锅炉技术在国外主要应用于民用采暖供热。通过控制通过高压电极的电流将电能99%转化成热量。电压采用6-35kV。负荷调节范围是1~100%。由于是利用水的电阻性直接对水进行加热，高压电直接对做为电阻的锅炉内部电解质循环水进行加热，不存在能量转化损失，电能100%转化成热量，基本没有热损失。当锅炉缺水时，电极间相互独立，通过电解质水导通的电流通道被切断。不存在类似常规锅炉那样因缺水烧坏的现象。未有将高压电极式锅炉使用到电网调峰供热之中，如何在电网调峰供热系统中控制高压电极锅炉功率，使其能够在最短的时间内响应调峰命令达到设定目标，也关系到调峰运行的效率及效果。

发明内容

发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种高压电极锅炉功率的动态调节方法，能够快速、稳定地响应调控命令。

技术方案：本发明所述高压电极锅炉功率的动态调节方法，包括如下步骤：

（1）接收调峰系统的负荷功率指令后，设定锅炉的功率和出水温度目标值，根据设定的功率、出水温度目标值，系统自动计算并得出回水温度值和斜率切换温度值，控制三通调节阀旁路完全打开；

（2）当出水温度低于斜率切换温度值时，由功率PID控制调节，调整功率PID参数，使功率值在设定的速率及偏差范围内增加；

（3）当出水温度高于斜率切换温度值时，由出水温度PID控制调节，调整出水温度PID参数，使出水温度在设定的速率及偏差范围内增加；

（4）当回水温度达到系统计算得出的目标值时，由回水温度PID控制调节，使回水温度在设定的速率及偏差范围内增加；调整三通调节阀的开度，逐步减小旁路开度增大换热器通路开度；

（5）最终使出水温度稳定在设定的目标值，回水温度保持稳定，并且锅炉功率到达设定锅炉功率值后，系统进入稳态。

优选地，步骤（2）中，当出水温度低于斜率切换温度时，实时监测每一秒的功率增加值，当增加值偏离设定的速率偏差范围时，调整速率函数。

速率函数fn(x)=kx+b，k为功率上升斜率，x为功率上升的时间，b为常数；fn(x)按照该设定的函数增加，k值根据系统状态设定，在保证系统稳态不震荡的情况下k的取值越大越好。

优选地，锅炉的最大回水温度值低于出水温度值30～36℃，这样可以让锅炉能够以最大负荷调峰，并且功率增加或减少速度也会最快。

斜率切换温度值低于最大出水温度值4～8℃，这样能够保证功率上升速度快，接近目标值时改变速率，不会超调引起系统震荡。功率的变化是一个阶跃变化信号，这种信号由于斜率k理论上是∞，在控制时最大的问题就是会出现超调，严重时会出现震荡使系统无法达到稳态。另外由于高压电极锅炉的特殊性，从安全的角度出发在锅炉接近满负荷工作时由于超调量过大有可能会造成锅炉保护停机。这时会对电网造成很大的冲击。

现在针对阶跃信号的缺陷我们对控制初始时为了保证功率上升的速度，斜率k会略大；但此时产生过大超调的可能性就会增加。所以在实测功率快要接近设定功率时斜率会减小，让频率增加幅度变缓，最终控制功率无超调达到预设功率，同时保证了功率上升的速度。

采用阶跃函数时温度控制会因为过大的超调量造成锅炉保护停机，而采用斜坡函数时这个问题就可以避免。由于温度的响应本身就有迟滞性，斜坡函数的响应速度完全可以满足温度控制的需求。

有益效果：本发明方法采用斜坡函数分段阶梯式调节功率值，结合三通阀阶梯式调节旁路开度值，能够快速调节功率值，响应调峰命令，功率调节速度快，且不会引起系统震荡。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1：如图1所示，一种用于电网调峰供热的高压电极直热锅炉系统，包括高压供电装置1、高压电极直热锅炉本体2、板式换热器3、热网系统4和控制器，所述高压供电装置1与所述高压电极直热锅炉本体2连接，通过所述高压电极直热锅炉本体2将电能转换为热能；所述高压电极直热锅炉本体2通过所述换热器3与所述热网系统4连接，并交换能量；以所述换热器3为分界线，所述高压电极直热锅炉本体2一侧为一次侧系统，所述热网系统4一侧为二次侧系统；所述一次侧系统为闭式循环，通过循环水泵5进行水循环；所述循环水泵5至少为两台并联设置，一用一备。在所述一次侧系统的所述高压电极直热锅炉本体2与所述换热器3之间设置有电动三通调节阀6及旁路7；所述一次侧系统的出水口及进水口分别设置有温度、压力、电导率和流量的监测仪表8，所述监测仪表8与所述控制器连接将监测数据传递到控制器；所述控制器与所述三通调节阀6连接，控制所述三通调节阀6的开度。所述控制器与调峰控制系统连接，接受调峰控制系统发出的负荷功率并控制所述高压电极直热锅炉本体2运行。所述高压电极直热锅炉本体2包括本体外壳、高压电极、保护盾和伺服电机；所述高压电极外接高压供电装置1用于锅炉内放电烧水；所述保护盾用于隔离各电极；所述伺服电机用于上下调节保护盾，根据所述控制器的命令调节保护盾的高度使电极裸露于电解质循环水中。所述一次侧系统设置有加药装置9和加水装置10，所述加药装置9和加水装置由所述控制器控制。

高压电极锅炉功率的动态调节方法，包括如下步骤：

（1）接收调峰系统的指令后，设定负荷功率P为 12MW，出水温度目标值T1为110℃，计算回水温度值T2，控制三通调节阀旁路完全打开。回水温度值T2计算公式如下：

T2=T1-P/((固定流速/3600)×水的实时密度×实际供水温度下水的比热值)

斜率切换温度T3=T1-5，斜率切换温度值105℃。

（2）当出水温度低于斜率切换温度值105℃时，由功率PID控制调节，调整功率PID参数，增益P=3.0，积分I=30s，功率上升速率9.0MW/min，使功率值在设定的速率及偏差范围内增加；

（3）当出水温度高于斜率切换温度值105℃时，由出水温度PID控制调节，调整出水温度PID参数，增益P=3.0，积分I=30s，微分D=30s，温度上升速率10.0℃/min，使出水温度在设定的速率及偏差范围内增加；

（4）当回水温度到系统计算得出的回水温度值时，由回水温度PID控制调节，调整回水温度PID参数，增益P=-2.1，积分I=30s，温度上升速率10.0℃/min调节三通调节阀的开度，逐步关闭旁路打开换热器通路；

（5）最终使出水温度恒定在设定值，锅炉功率到达设定锅炉功率值后，进入稳态。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (5)

1.一种高压电极锅炉功率的动态调节方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）接收调峰系统的负荷功率指令后，设定锅炉的功率和出水温度目标值，根据设定的功率、出水温度目标值，系统自动计算并得出回水温度值和斜率切换温度值，控制三通调节阀旁路完全打开；

（2）当出水温度低于斜率切换温度值时，由功率PID控制调节，调整功率PID参数，使功率值在设定的速率及偏差范围内增加；

（3）当出水温度高于斜率切换温度值时，由出水温度PID控制调节，调整出水温度PID参数，使出水温度在设定的速率及偏差范围内增加；

（4）当回水温度达到系统计算得出的回水温度值时，由回水温度PID控制调节，使回水温度在设定的速率及偏差范围内增加；调整三通调节阀的开度，逐步减小旁路开度增大换热器通路开度；

（5）最终使出水温度稳定在设定的目标值，回水温度保持稳定，并且锅炉功率到达设定锅炉功率值后，系统进入稳态。

2.根据权利要求1所述的高压电极锅炉功率的动态调节方法， 其特征在于：

步骤（2）中，当出水温度低于斜率切换温度时，实时监测每一秒的功率增加值，当增加值偏离设定的速率偏差范围时，调整速率函数。

3.根据权利要求2所述的高压电极锅炉功率的动态调节方法， 其特征在于：

步骤（2）中，速率函数fn(x)=kx+b，k为功率上升斜率，x为功率上升的时间，b为常数；fn(x)按照该设定的函数增加，k值根据系统状态设定，在保证系统稳态不震荡的情况下k的取值越大越好。

4.根据权利要求1所述的高压电极锅炉功率的动态调节方法， 其特征在于：锅炉的最大回水温度值低于出水温度值30～36℃。

5.根据权利要求1所述的高压电极锅炉功率的动态调节方法， 其特征在于：斜率切换温度值低于最大出水温度值4～8℃。