CN108954284B - 一种基于主汽压力控制的主汽温度控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于主汽压力控制的主汽温度控制方法，包括：检测锅炉与机组当前的运行状态参数，并根据所述锅炉与所述机组的能量供需条件判断所述锅炉当前所处的能量状态；其中，所述能量状态包括高能态和低能态；当所述锅炉的当前能量状态处于高能态时，降低机组的主汽压力设定值，并使其自动跟随主汽压力当前值；当所述锅炉的当前能量状态处于低能态时，提高机组的主汽压力设定值，并使其自动跟随主汽压力当前值。本发明能够有效调节主汽温度，改善锅炉与机组的能量供需关系，保持锅炉能量与机组负荷的平衡，防止主汽温度超温或低温，提高能量利用率和发电效率。本发明还公开一种基于主汽压力控制的主汽温度控制系统，其有益效果如上所述。

Description

一种基于主汽压力控制的主汽温度控制方法及系统

技术领域

本发明涉及火力发电技术领域，特别涉及一种基于主汽压力控制的主汽温度控制方法。本发明还涉及一种基于主汽压力控制的主汽温度控制系统。

背景技术

随着中国电力技术的发展，越来越多的发电厂已投入使用。

火力发电是现代社会电力发展的主力军，在建设和谐社会、发展循环经济的大背景下，火电技术发展方向要着重考虑电力对环境的影响和对不可再生能源的影响。随着我国发电企业结构的变化，新能源发电企业在电网中的占比越来越大，这就要求火力发电厂更多地参与电网调峰及一次调频，对AGC性能的要求越来越高。然而随着AGC性能的提高，机组煤量的波动大幅增加，造成火力发电厂主汽温度的控制难度大幅增加：既要保证机组AGC调节速率、响应时间等性能要求，又要保证主汽压力控制稳定，还要确保主汽温度在额定温度附近。

在这种电网结构下，火力发电厂频繁、快速响应电网需求的同时，主汽温度因煤量、主汽压力的频繁变化变得越来越困难。目前，火电厂对主汽温度控制的手段主要有以下几种方法：①根据主汽温度的变化趋势控制减温水量来控制主汽温度；②通过控制摆动燃烧器的角度控制主汽温度；③控制烟气挡板开度控制主汽温度。以上三种控制手段，往往相互结合。而其中涉及的控制策略及运算方法主要有以下几种：①采样状态观测器和预估算法来控制摆动燃烧器角度、烟气挡板和减温水调流量来控制主汽温度；②通过传统PID控制策略，根据主汽温度控制趋势，调节摆动燃烧器角度、烟气挡板和减温水调流量来控制主汽温度；③通过主汽流量、主汽温度、机组负荷、煤量、煤质等参数进行理论算，始终控制总煤量与主汽温度、机组负荷相匹配。

然而，现有技术中对主汽温度的控制方法，一般只能针对锅炉能量与机组能量的供需关系完全匹配的情况，在机组负荷动态调整过程中，很容易在一定程度上出现锅炉与机组的能量不平衡的情况，此时必然造成机组的异常工况，最常见的情况就是机组的主汽温度超温或低温现象，另外往往还同时伴随着主汽压力的过调现象，上述现象将导致机组发电效率大幅下降，并伴随着大量能量的浪费和耗散。

因此，如何在锅炉与机组能量的供需关系不平衡的情况下，防止主汽温度超温或低温，提高能量利用率和发电效率，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于主汽压力控制的主汽温度控制方法，能够在锅炉与机组能量的供需关系不平衡的情况下，防止主汽温度超温或低温，提高能量利用率和发电效率。本发明的另一目的是提供一种基于主汽压力控制的主汽温度控制系统。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于主汽压力控制的主汽温度控制方法，包括：

检测锅炉与机组当前的运行状态参数，并根据所述锅炉与所述机组的能量供需条件判断所述锅炉当前所处的能量状态；其中，所述能量状态包括高能态和低能态；

当所述锅炉的当前能量状态处于高能态时，降低机组的主汽压力设定值，并使其自动跟随主汽压力当前值；

当所述锅炉的当前能量状态处于低能态时，提高机组的主汽压力设定值，并使其自动跟随主汽压力当前值。

优选地，当所述锅炉的当前能量状态处于高能态时，同时降低锅炉主控指令；当所述锅炉的当前能量状态处于低能态时，同时提高锅炉主控指令。

优选地，当所述锅炉的当前能量状态退出高能态或低能态时，使机组的主汽压力设定值均跟随机组滑压曲线变化。

优选地，当所述锅炉的当前能量状态处于高能态时，同时对机组的主汽压力设定值的最大允许值进行闭锁增操作。

优选地，所述锅炉与所述机组的能量供需条件包括对应于高能态的高能判据，且所述高能判据包括：

机组实际负荷大于或等于负荷指令；和

主汽压力设定值高于主汽压力当前值；和

主汽温度当前值与主汽温度设定值的差值处于预设范围内，且主汽温度的增长率高于预设值；和

机组主控指令小于设定值。

优选地，所述锅炉与所述机组的能量供需条件还包括对应于低能态的低能判据，且所述低能判据包括：

机组实际负荷大于或等于负荷指令，且机组主控指令大于设定值；和

主汽压力设定值低于主汽压力当前值，且主汽压力的降低率大于预设值；和

主汽温度的降低率大于预设值。

优选地，所述锅炉与所述机组的能量供需条件包括对应于高能态的高能判据，且所述高能判据包括：

机组实际负荷小于负荷指令，且机组负荷的增长率大于预设值；和

主汽压力设定值高于主汽压力当前值；和

主汽温度当前值与主汽温度设定值的差值处于预设范围内，且主汽温度的增长率高于预设值；和

机组主控指令小于设定值。

优选地，所述锅炉与所述机组的能量供需条件还包括对应于低能态的低能判据，且所述低能判据包括：

机组实际负荷小于负荷指令，且机组负荷的降低率大于预设值；和

主汽压力设定值低于主汽压力当前值，且主汽压力降低率大于预设值；和

主汽温度的降低率大于预设值。

本发明还提供一种基于主汽压力控制的主汽温度控制系统，包括：

检测模块，用于检测锅炉与机组当前的运行状态参数；

判断模块，用于根据所述锅炉与所述机组的能量供需条件判断所述锅炉当前所处的能量状态；其中，所述能量状态包括高能态和低能态；

执行模块，用于当所述锅炉的当前能量状态处于高能态时，降低机组的主汽压力设定值，并使其自动跟随主汽压力当前值；以及用于当所述锅炉的当前能量状态处于低能态时，提高机组的主汽压力设定值，并使其自动跟随主汽压力当前值。

优选地，还包括：

切换模块，用于当所述锅炉的当前能量状态退出高能态或低能态时，使机组的主汽压力设定值均跟随机组滑压曲线变化。

本发明所提供的基于主汽压力控制的主汽温度控制方法，主要包括三个步骤，其中，第一步的主要内容为对锅炉与机组的检测，具体通过分别检测锅炉与机组当前的运行状态参数完成，该运行状态参数是锅炉与机组的固有属性。第二步的主要内容为对锅炉的能量状态的判定，具体需要根据第一步中所检测到的两者的运行状态参数判断两者的工况，并结合锅炉与机组的能量供需条件(一般为根据锅炉与机组的型号而定的预设参数)判断锅炉当前所处的能量状态，一般的，按照锅炉与机组的能量供需条件可将锅炉的能量状态至少划分为高能态和低能态(当然还可以包括能量供需平衡的平衡态)。第三步的主要内容为根据锅炉当前所处的能量状态执行对应的控制操作，具体的，当锅炉当前处于高能态时，降低机组的主汽压力设定值，并使该主汽压力设定值自动跟随主汽压力当前值而变化；当锅炉处于低能态时，提高机组的主汽压力设定值，并使该主汽压力设定值自动跟随主汽压力当前值而变化。如此，由于锅炉的能量状态与其总燃料量(或煤量)相关，而锅炉协调控制系统对总燃料量指令一般是根据主汽压力设定值与实际压力的偏差而对应形成，本发明即利用锅炉固有的上述控制原理对机组的主汽压力设定值进行调整，并对应锅炉的不同能量状态制定不同的主汽压力设定值，最终通过消除主汽压力设定值与实际压力值之间的偏差的方式来调节煤量指令，从而达到控制锅炉的总燃料量、能量状态及主汽温度的目的，并改善锅炉与机组的能量供需关系，保持锅炉能量与机组负荷的平衡，防止主汽温度超温或低温，提高能量利用率和发电效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种具体实施方式的流程图。

图2为本发明所提供的一种具体实施方式的模块图。

其中，图2中：

检测模块—1，判断模块—2，执行模块—3，切换模块—4。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。

在本发明所提供的一种具体实施方式中，基于主汽压力控制的主汽温度控制方法主要包括三个步骤，具体包括：

S1、检测锅炉与机组当前的运行状态参数；

S2、根据所述锅炉与所述机组的能量供需条件判断所述锅炉当前所处的能量状态；其中，所述能量状态包括高能态和低能态；

S3、当所述锅炉的当前能量状态处于高能态时，降低机组的主汽压力设定值，并使其自动跟随主汽压力当前值；当所述锅炉的当前能量状态处于低能态时，提高机组的主汽压力设定值，并使其自动跟随主汽压力当前值。

其中，第一步的主要内容为对锅炉与机组的检测，具体通过分别检测锅炉与机组当前的运行状态参数完成，该运行状态参数是锅炉与机组的固有属性，跟锅炉和机组的工况息息相关，一般包括锅炉的总燃料量、煤质、产热效率、主控指令等，以及机组的主汽流量、主汽温度、主汽压力、负荷、主控指令等，另外还包括总风量、锅炉壁温、排烟温度等。

第二步的主要内容为对锅炉的能量状态的判定，具体的，需要根据第一步中所检测到的两者的运行状态参数判断两者的工况，并结合锅炉与机组的能量供需条件(一般为根据锅炉与机组的型号而定的预设参数)判断锅炉当前所处的能量状态。一般的，按照锅炉与机组的能量供需条件可将锅炉的能量状态至少划分为高能态和低能态(当然还可以包括能量供需平衡的平衡态)。其中，高能态一般指锅炉与机组的能量供需关系不平衡时，锅炉的能量超过平衡值一定范围(比如20％以上)，低能态一般值锅炉与机组的能量供需关系不平衡时，锅炉的能量低于平衡值一定范围(比如20％以上)。

第三步的主要内容为根据锅炉当前所处的能量状态执行对应的控制操作，具体的，当锅炉当前处于高能态时，降低机组的主汽压力设定值，并使该主汽压力设定值自动跟随主汽压力当前值而变化；当锅炉处于低能态时，提高机组的主汽压力设定值，并使该主汽压力设定值自动跟随主汽压力当前值而变化。

如此，由于锅炉的能量状态与其总燃料量(或煤量)相关，而火电厂协调控制系统对总燃料量指令的形成一般有两部分，一部分是由锅炉负荷指令配合煤质校正算法生成的煤量控制指令(与本实施例不相关，此处不细说)，另一部分则是根据主汽压力设定值与实际压力的偏差形成的煤量控制指令。其中，第一个煤量控制指令与负荷有关，第二个煤量控制指令与压力有关。而本实施例就是利用火电厂协调控制系统对总燃料量的第二个煤量控制指令，对机组的主汽压力设定值进行调整，并对应锅炉的不同能量状态制定不同的主汽压力设定值，最终通过消除主汽压力设定值与实际压力值之间的偏差的方式来调节煤量指令，从而达到控制锅炉的总燃料量、能量状态及主汽温度的目的，并改善锅炉与机组的能量供需关系，保持锅炉能量与机组负荷的平衡，防止主汽温度超温或低温，提高能量利用率和发电效率。

另外，对于目前的大部分火电厂而言，其协调控制系统一般由外挂黑匣子方式实现，因此，本实施例利用锅炉固有的控制原理对机组的主汽压力设定值进行调整，能够在不修改黑匣子内部逻辑的情况下实现对主汽温度(及压力)的控制。

为进一步提高对主汽温度的调节幅度，当锅炉的当前能量状态处于高能态时，本实施例中同时降低锅炉主控指令；反之，当锅炉的当前能量状态处于低能态时，本实施例中同时提高锅炉主控指令。具体的，该锅炉主控指令是一种回力发电厂的协调控制系统中，发送给锅炉控制子系统的指令，一般为针对某个相关参数的百分比或具体设定值，该指令主要用于对总燃料量进行调节。如此，借助锅炉主控指令的作用，能够在通过消除主汽压力设定值与实际压力值之间的偏差方式的基础上，进一步调节煤量指令。

进一步的，考虑到当锅炉的当前能量状态处于高能态时，即使在前述实施例中将机组的主汽压力设定值降低至当前值，但锅炉和机组此时仍持续不断运行，主汽压力设定值有可能会跟随主汽压力当前值而继续升高，进而破坏主汽温度控制目的效果。针对此，本实施例在降低机组的主汽压力设定值并使其跟随主汽压力当前值的基础上，同时对机组的主汽压力设定值的最大允许值进行了闭锁增操作。该闭锁增操作的主要内容为对主汽压力设定值的最大允许值进行锁定，也就是说，主汽压力设定值在跟随主汽压力当前值变化的过程中，无论主汽压力当前值如何变化，主汽压力设定值的最大值总是小于或等于该最大允许值，从而防止主汽压力设定值又重复增高。一般的，该主汽压力设定值的最大允许值一般与主汽压力当前值相等，或者为主汽压力当前值的95％～99％，也就是主汽压力设定值总是低于主汽压力当前值。

另外，当锅炉的当前能量状态得到改善并从高能态或低能态中退出时，为继续保持锅炉与机组的能量供需平衡关系，本实施例在此时使机组的主汽压力设定值跟随机组滑压曲线进行变化。该滑压运行曲线是压力与机组负荷对应关系的曲线，在负荷指令变化后，机组自动调节机前压力至曲线对应值，即滑压运行，

此外，为提高对锅炉的当前能量状态的判断精确性，本发明在一种具体实施方式中对锅炉与机组的能量供需条件设置了两条状态判据，即高能判据和低能判据，该高能判据和低能判据均包括对机组负荷、主汽压力、主汽温度和机组主控指令的判断。

其中，高能判据具体包括四个条件，分别为：当机组实际负荷大于或等于负荷指令时、当主汽压力设定值高于主汽压力当前值时、当主汽温度当前值与主汽温度设定值的差值处于预设范围内(比如-20％～20％)，且主汽温度的增长率高于预设值时、当机组主控指令小于设定值时。一般的，上述四个条件需要同时满足时，才可以认为锅炉的当前能量状态完全符合高能判据，即属于高能态。

相应的，低能判据具体包括三个条件，分别为：当机组实际负荷大于或等于负荷指令，且机组主控指令大于设定值是、当主汽压力设定值低于主汽压力当前值，且主汽压力的降低率大于预设值时、当主汽温度降低率大于预设值时。一般的，上述三个条件需要同时满足时，才可以认为锅炉的当前能量状态完全符合低能判据，即属于低能态。

而在本发明的另一种具体实施方式中，同样对锅炉与机组的能量供需条件设置了两条状态判据，但该两条状态判据的具体条件与上述不同。

其中，高能判据具体包括四个条件，分别为：当机组实际负荷小于负荷指令，且机组负荷的增长率大于预设值时、当主汽压力设定值高于主汽压力当前值时、当主汽温度当前值与主汽温度设定值的差值处于预设范围内(比如-20％～20％)，且主汽温度的增长率高于预设值时、当机组主控指令小于设定值时。一般的，上述四个条件需要同时满足时，可以认为锅炉的当前能量状态完全符合高能判据，即属于高能态。

相应的，低能判据具体包括三个条件，分别为：当机组实际负荷低于负荷指令，且机组负荷的降低率大于预设值时、当主汽压力设定值低于主汽压力当前值，且主汽压力的降低率大于预设值时、当主汽温度的降低率大于预设值时。一般的，上述三个条件需要同时满足时，可以认为锅炉的当前能量状态完全符合低能判据，即属于低能态。

需要说明的是，上述高能判据和低能判据中涉及到各个条件中的各种设定值和预设值，其具体的数值是不固定的，由于不同机组、不同电网对机组性能的要求不同，其具体数值均会产生差异，并且该值还与锅炉和机组的类型相关，具体应用时可再根据行业标准进行确定。

本实施例还提供一种基于主汽压力控制的主汽温度控制系统，主要包括检测模块1、判断模块2和执行模块3。

其中，检测模块1主要用于检测锅炉与机组当前的运行状态参数。判断模块2主要用于根据所述锅炉与所述机组的能量供需条件判断所述锅炉当前所处的能量状态。执行模块3与判断模块2信号连接，主要用于当所述锅炉的当前能量状态处于高能态时，降低机组的主汽压力设定值，并使其自动跟随主汽压力当前值；以及用于当所述锅炉的当前能量状态处于低能态时，提高机组的主汽压力设定值，并使其自动跟随主汽压力当前值。

另外，本实施例中还增设了切换模块4，主要用于当锅炉的当前能量状态退出高能态或低能态时，使机组的主汽压力设定值均跟随机组滑压曲线变化。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于主汽压力控制的主汽温度控制方法，其特征在于，包括：

检测锅炉与机组当前的运行状态参数，并根据所述锅炉与所述机组的能量供需条件判断所述锅炉当前所处的能量状态；其中，当所述锅炉与所述机组的能量供需关系不平衡且所述锅炉的能量超过平衡值时，所述能量状态为高能态，当所述锅炉与所述机组的能量供需关系不平衡且所述锅炉的能量低于平衡值时，所述能量状态为低能态；

当所述锅炉的当前能量状态处于高能态时，降低机组的主汽压力设定值，并使其自动跟随主汽压力当前值；

当所述锅炉的当前能量状态处于低能态时，提高机组的主汽压力设定值，并使其自动跟随主汽压力当前值。

2.根据权利要求1所述的基于主汽压力控制的主汽温度控制方法，其特征在于，当所述锅炉的当前能量状态处于高能态时，同时降低锅炉主控指令；当所述锅炉的当前能量状态处于低能态时，同时提高锅炉主控指令。

3.根据权利要求2所述的基于主汽压力控制的主汽温度控制方法，其特征在于，当所述锅炉的当前能量状态退出高能态或低能态时，使机组的主汽压力设定值均跟随机组滑压曲线变化。

4.根据权利要求3所述的基于主汽压力控制的主汽温度控制方法，其特征在于，当所述锅炉的当前能量状态处于高能态时，同时对机组的主汽压力设定值的最大允许值进行锁定。

5.根据权利要求1-4任一项所述的基于主汽压力控制的主汽温度控制方法，其特征在于，所述锅炉与所述机组的能量供需条件包括对应于高能态的高能判据，且所述高能判据包括：

机组实际负荷大于或等于负荷指令；和

主汽压力设定值高于主汽压力当前值；和

主汽温度当前值与主汽温度设定值的差值处于预设范围内，且主汽温度的增长率高于预设值；和

机组主控指令小于设定值。

6.根据权利要求5所述的基于主汽压力控制的主汽温度控制方法，其特征在于，所述锅炉与所述机组的能量供需条件还包括对应于低能态的低能判据，且所述低能判据包括：

机组实际负荷大于或等于负荷指令，且机组主控指令大于设定值；和

主汽压力设定值低于主汽压力当前值，且主汽压力的降低率大于预设值；和

主汽温度的降低率大于预设值。

7.根据权利要求1-4任一项所述的基于主汽压力控制的主汽温度控制方法，其特征在于，所述锅炉与所述机组的能量供需条件包括对应于高能态的高能判据，且所述高能判据包括：

机组实际负荷小于负荷指令，且机组负荷的增长率大于预设值；和

主汽压力设定值高于主汽压力当前值；和

主汽温度当前值与主汽温度设定值的差值处于预设范围内，且主汽温度的增长率高于预设值；和

机组主控指令小于设定值。

8.根据权利要求7所述的基于主汽压力控制的主汽温度控制方法，其特征在于，所述锅炉与所述机组的能量供需条件还包括对应于低能态的低能判据，且所述低能判据包括：

机组实际负荷小于负荷指令，且机组负荷的降低率大于预设值；和

主汽压力设定值低于主汽压力当前值，且主汽压力的降低率大于预设值；和

主汽温度的降低率大于预设值。

9.一种基于主汽压力控制的主汽温度控制系统，其特征在于，包括：

检测模块，用于检测锅炉与机组当前的运行状态参数；

判断模块，用于根据所述锅炉与所述机组的能量供需条件判断所述锅炉当前所处的能量状态；其中，当所述锅炉与所述机组的能量供需关系不平衡且所述锅炉的能量超过平衡值时，所述能量状态为高能态，当所述锅炉与所述机组的能量供需关系不平衡且所述锅炉的能量低于平衡值时，所述能量状态为低能态；

执行模块，用于当所述锅炉的当前能量状态处于高能态时，降低机组的主汽压力设定值，并使其自动跟随主汽压力当前值；以及用于当所述锅炉的当前能量状态处于低能态时，提高机组的主汽压力设定值，并使其自动跟随主汽压力当前值。

10.根据权利要求9所述的基于主汽压力控制的主汽温度控制系统，其特征在于，还包括：

切换模块，用于当所述锅炉的当前能量状态退出高能态或低能态时，使机组的主汽压力设定值均跟随机组滑压曲线变化。