CN109708089A - 一种余热蒸汽发生器群控系统自动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种余热蒸汽发生器群控系统自动控制方法，本发明属于高温蒸汽供给与工业过程控制领域，具体包括：蒸汽发生器台数自动控制方法和蒸汽发生器机组目标压力自动控制方法；实现对余热蒸汽发生器机群系统的自动控制，达到降低分气缸压力波动和蒸汽发生器台数自动控制的目的，相较传统的基于压力上下限的蒸汽发生器台数启停方法，避免了蒸汽发生器不合理启停，实现了蒸汽发生器机群台数的精准控制，蒸汽发生器机组目标压力自动控制方法降低了主管网的压力波动，控制主管压力维持在较小的范围内，同时本方法实现了蒸汽发生器机组的时间均衡调节。

Description

一种余热蒸汽发生器群控系统自动控制方法

技术领域

本发明属于高温蒸汽供给与工业过程控制领域，具体涉及一种余热蒸汽发生器群控系统自动控制方法。

背景技术

余热蒸汽发生器利用工艺生产过程中产生的高温气体或液体所含的物理热来产生高温蒸汽。余热蒸汽发生器高温蒸汽供给系统包括气源设备余热蒸汽发生器、分气缸、传输管网以及管道末端用气单元。

目前的蒸汽余热发生器自动控制系统自动调节能力差，尤其涉及到余热发生器多机组机群控制时缺乏有效的自动控制方法。

发明内容

针对余热蒸汽发生器系统存在的问题，本发明提出余热蒸汽发生器群控系统及其自动控制方法，实现对余热蒸汽发生器机群系统的自动控制，达到降低分气缸压力波动和蒸汽发生器台数自动控制的目的。

本发明的技术路线是这样实现的：余热蒸汽发生器群控系统包括蒸汽发生器台数自动控制方法和蒸汽发生器机组目标压力自动控制方法，其中，所述的蒸汽发生器自动启停控制方法即为基于目标压力上下限的蒸汽发生器台数自动控制方法，包括以下步骤：

S11：设置初始参数，所述的初始参数包括：分气缸压力下限值P_low；分气缸压力上限值P_up；蒸汽发生器启动延时时间T_b；蒸汽发生器停机延时时间T_f。

S12：计算正在运行的蒸汽发生器机组所能提供的高温蒸汽运行总流量Q_c，公式为：

其中，n为蒸汽发生器机组台数，k_(i)为第i台蒸汽发生器机组的运行状态，Q_(i)为第i台蒸汽发生器机组的额定流量，k_(i)满足：

S13：采集分气缸后高温蒸汽总管流量值Q_d，取n个连续时间高温蒸汽总管流量值生成随机序列：

S_i ⁽⁰⁾(i＝1,2,…,n)

S14：对随机序列进行一次累加，构成累加序列S_i ⁽¹⁾(i＝1,2,…,n)，计算公式如下：

S15：累加序列S_i ⁽¹⁾构成指数增长规律模式，S_i ⁽¹⁾满足下列一阶线性微分方程：

S⁽¹⁾是时间t的函数，b,c参数待求解。记待定。经过离散化处理，得：Y_n＝CB,使用最小二乘方法求得B的近似解：

其中：

S16：计算累加序列S_i ⁽¹⁾的预测值，计算式如下：

S17：计算出高温蒸汽总管流量预测值Q_d'，计算公式如下：

S18：比较分气缸压力值P_m与分气缸压力下限值P_low，如果P_m<P_low，执行S19，否则执行S110。

S19：对调节运行时间最短的蒸汽发生器进行启动操作，调节运行时间指的是机组的入口烟气调节阀，使用电动三通调节阀实现，处于调节运行状态的累积时间，如果计时器时间超过设定的蒸汽发生器启动延时时间T_b，对停机中运行时间最短的蒸汽发生器进行启动操作，打开启动计时器；在计时期间如果不能满足启动条件，那么关闭启动计时器，停止启动操作，计时器设置为零，结束自动控制过程。

S110：比较Q_d'和Q_c，若Q_c>Q_d'+Q，即若蒸汽发生器运行的高温蒸汽供气量比预测的系统高温蒸汽需求量多一台机的供气量，Q为一台高温蒸汽机的供气量，对调节运行时间最长的蒸汽发生器机组进行停机操作，执行S111，否则执行S112.

S111：进行蒸汽发生器机组的停机操作，打开停机计时器，如果计时器时间超过设定的蒸汽发生器停机延时时间T_f，对运行中运行时间最长的蒸汽发生器进行停机操作。在计时期间如果不能满足停机条件，那么关闭停机计时器，计时器设置为零，停止停机操作，结束自动控制过程。

S112：判断Q_d'和Q_c，若Q_c＜Q_d'，执行S113，否则执行S114。

S113：对调节运行时间最短的蒸汽发生器进行启动操作，调节运行时间指的是机组的入口烟气调节阀处于调节运行状态的累积时间，如果计时器时间超过设定的蒸汽发生器启动延时时间T_b，对停机中运行时间最短的蒸汽发生器进行启动操作，打开启动计时器；计时期间如果不能满足启动条件，则关闭启动计时器，计时器归零，终止启动操作，结束自动控制过程。

S114：设定的系统目标压力值，按照蒸汽发生器机组目标压力自动控制方法进行蒸汽发生器自动控制，使分气缸压力值维持在系统目标压力值，具体包括以下步骤：

S21：设置初始参数，所述的初始参数包括：分气缸目标压力值P_tar，且P_tar<P_up，P_up为分气缸压力上限值，机组每次调节最小时间长度T_min；

S22：判断运行的蒸汽发生器是否有处于正在调节状态的蒸汽发生器，即通过调节阀调节汽包压力，如果没有处于正在调节状态的蒸汽发生器，执行S23确定调节的蒸汽发生器机组；如果有处于正在调节状态的蒸汽发生器，判断其单次调节时间是否超过每次调节最小时间长度T_min，如果超过每次调节最小时间长度T_min，将单次累积运行时间清零执行S23，如果没有超过每次调节最小时间长度T_min执行S24；

S23：采集各蒸汽发生器的机组调节运行时间，确定正在运行的蒸汽发生器机组中累积调节运行时间最小的蒸汽发生器N_MinRunning，将其汽包压力值设定为P_set＝P_tar，该台蒸汽发生器机组设置为调节状态，该台机组调节运行时间开始累积计时，该台机组单次运行时间开始累积计时。其他运行的蒸汽发生器汽包压力值设定为系统压力上限值P_set＝P_up，其他运行的蒸汽发生器机组设置为非调节状态并且其机组调节运行时间停止累积计时。

S24：采集分气缸总管运行压力值P_max。

S25：确定的各个正在运行的蒸汽发生器的烟气入口三通调节阀的调节增量△I，计算公式如下：

△I＝k₁(P_set-P_max),k₁为放大系数。

S26：读取各个正在运行的蒸汽发生器的烟气入口三通调节阀开度值I，确定烟气入口三通调节阀开度设定值I_next,计算式如下：

I_next＝I+△I

S27：更新各个正在运行的蒸汽发生器压力设定值为I_next',I_next'为对I_next进行限幅输出，有以下关系：

S28：结束自动控制过程。

有益技术效果：

在余热蒸汽发生器台数自动控制中，存在系统运行时不合理调度导致蒸汽发生器蒸汽供给与需求量不匹配、系统压力波动剧烈、系统运行品质差的问题，本发明提出基于流量预测的高温蒸汽需求量与蒸汽发生器台数相匹配的台数控制方法，相较传统的基于压力上下限的蒸汽发生器台数启停方法，避免了蒸汽发生器的不合理启停，实现了蒸汽发生器机群台数的精准控制，蒸汽发生器机组目标压力自动控制方法降低了主管网的压力波动，控制主管压力维持在较小的范围内，同时本方法实现了蒸汽发生器机组的时间均衡调节。

附图说明

图1为本发明实施例的一种余热蒸汽发生器站结构图；

图2为本发明实施例的一种余热蒸汽发生器群控系统结构图；

图3为本发明实施例的蒸汽发生器台数自动控制方法流程图；

图4为本发明实施例的蒸汽发生器机组目标压力自动控制方法流程图；

图5为本发明实施例的运行效果图；

图中：1-停机过早，2-启动不及时。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施实例对发明做进一步说明：本发明的一个实施方式给出一种燃烧发电机余热蒸汽发生器站结构如图1所示，其中余热蒸汽发生器机组数量至少包括两台余热蒸汽发生器机组。本发明的一个实施方式燃烧发电机余热蒸汽发生器系统结构为5台余热蒸汽发生器，每台余热蒸汽发生器的余热源为各自对应的燃烧发电机组烟气，每台余热蒸汽发生器通过烟气三通阀与燃烧发电机组烟气出口相连，每台余热蒸汽发生器都有本地控制器实现余热蒸汽发生器的启停联动操作以及汽包液位自动控制，每台烟气三通阀设有本地控制器控制烟气三通阀的开度，本地控制器可以通过总线与上位机进行通讯。本发明的一个实施方式余热蒸汽发生器与分气缸连接。本发明的一个实施方式分气缸后蒸气主管道安装有流量计和压力表。

本发明实施例中的余热蒸汽发生器群控系统结构如图2所示，其中工控机运行余热蒸汽发生器群控系统软件，群控系统软件基于监控组态软件WINCC开发，分气缸后蒸汽主管道安装的流量计和压力表选择智能涡轮流量计，实时将蒸汽流量值、蒸汽压力值通过串口总线与工控机进行通信。工控机通过串口总线板卡与各个蒸汽发生器和烟气三通阀的本地控制器建立硬件连接。串口总线板卡选用研华PCI-1622CU板卡，工控机型号选用研华工控机IPC-610L。各个蒸汽发生器和烟气三通阀通过本地控制器将设备的运行状态实时发送给工控机上运行的余热蒸汽发生器群控系统软件；工控机上运行的余热蒸汽发生器群控系统软件通过实时计算对各个蒸汽发生器本地控制器发送启停信号，对各个烟气三通阀本地控制器发送调节阀开度设定值信号。

实施例：

如图3所示，余热蒸汽发生器群控系统蒸汽发生器台数自动控制方法包含以下部分：

S11、设置初始参数，所述的初始参数包括：分气缸压力下限值P_low；分气缸压力上限值P_up；蒸汽发生器启动延时时间T_b；蒸汽发生器停机延时时间T_f。

S12、计算正在运行的蒸汽发生器机组所能提供的高温蒸汽运行总流量Q_c，公式为：

其中n为蒸汽发生器机组台数，k_(i)为第i台蒸汽发生器机组的运行状态，Q_(i)为第i台蒸汽发生器机组的额定流量，k_(i)满足：

S13、采集分气缸后高温蒸汽总管流量值Q_d，取10个连续时间高温蒸汽总管流量值生成随机序列：

S_i ⁽⁰⁾(i＝1,2,…,10)

S14、对随机序列进行一次累加，构成累加序列S_i ⁽¹⁾(i＝1,2,…,10)计算公式如下：

S15、累加序列S_i ⁽¹⁾构成指数增长规律模式，S_i ⁽¹⁾满足下列一阶线性微分方程：

S⁽¹⁾是时间t的函数，b,c参数待求解。记待定。经过离散化处理，得：Y_n＝CB,使用最小二乘方法求得B的近似解：其中：

S16：计算累加序列S_i ⁽¹⁾的预测值，计算式如下：

S17：计算出高温蒸汽总管流量预测值Q_d'，计算公式如下：

S18、采集分气缸压力值P_m，比较分气缸压力值P_m与分气缸压力下限值P_low，如果P_m<P_low，执行S19，否则执行S110。

S19、对调节运行时间最短的蒸汽发生器进行启动操作，调节运行时间指的是机组的入口烟气三通调节阀，使用电动三通调节阀实现，处于调节运行状态的累积时间，打开启动计时器，如果计时器时间超过设定的蒸汽发生器启动延时时间T_b，对停机中运行时间最短的蒸汽发生器进行启动操作。在计时期间如果不能满足启动条件，那么关闭启动计时器，计时器设置为零，停止启动操作。结束自动控制过程。

S110、比较Q_d'和Q_c，若Q_c>Q_d'+Q，即蒸汽发生器运行的高温蒸汽供气量比预测的系统高温蒸汽需求量多一台机的供气量，Q为一台高温蒸汽机的供气量，对调节运行时间最长的蒸汽发生器机组进行停机操作，执行S111，否则执行S112.

S111、进行蒸汽发生器机组的停机操作，打开停机计时器，如果计时器时间超过设定的蒸汽发生器停机延时时间T_f，对运行中运行时间最长的蒸汽发生器进行停机操作。在计时期间如果不能满足停机条件，那么关闭停机计时器，计时器设置为零，停止停机操作，结束自动控制过程。

S112、判断Q_d'和Q_c，若Q_c＜Q_d'，执行S1012，否则执行S1013。

S113、对调节运行时间最短的蒸汽发生器进行启动操作，调节运行时间指的是机组的入口烟气三通调节阀处于调节运行状态的累积时间，打开启动计时器，如果计时器时间超过设定的蒸汽发生器启动延时时间T_b，对停机中运行时间最短的蒸汽发生器进行启动操作。计时期间如果不能满足启动条件，则关闭启动计时器，计时器归零，终止启动操作，结束自动控制过程。

S114、设定的系统目标压力值，按照蒸汽发生器机组目标压力自动控制方法进行蒸汽发生器自动控制，使分气缸压力值维持在系统目标压力值，如图4所示，蒸汽发生器机组目标压力自动控制方法包括如下步骤：

S21：设置初始参数，所述的初始参数包括：系统目标压力值P_tar，且P_tar<P_up，P_up为分气缸压力上限值，机组每次调节最小时间长度T_min；

S22：判断运行的蒸汽发生器是否有处于正在调节状态的蒸汽发生器，即通过调节阀调节汽包压力，如果没有处于正在调节状态的蒸汽发生器，执行S23确定调节的蒸汽发生器机组，如果有处于正在调节状态的蒸汽发生器，判断处于正在调节状态蒸汽发生器单次调节时间是否超过每次调节最小时间长度T_min，如果超过每次调节最小时间长度T_min，将单次累积运行时间清零执行S23，如果没有超过每次调节最小时间长度T_min执行S24；

S23：采集各蒸汽发生器的机组调节运行时间，确定正在运行的蒸汽发生器机组中累积调节运行时间最小的蒸汽发生器N_MinRunning；N_MinRunning号蒸汽发生器的汽包压力值设定为P_set＝P_tar，该台蒸汽发生器机组设置为调节状态，该台机组调节运行时间开始累积计时，该台机组单次运行时间开始累积计时。其他运行的蒸汽发生器汽包压力值设定为系统压力上限值P_set＝P_up，其他运行的蒸汽发生器机组设置为非调节状态并且其机组调节运行时间停止累积计时。

S24：采集分气缸总管运行压力值P_max。

S25：确定的各个正在运行的蒸汽发生器的烟气入口三通调节阀的调节增量△I，计算公式如下：

△I＝k₁(P_set-P_max),k₁为放大系数。

S26：读取各个正在运行的蒸汽发生器的烟气入口三通调节阀开度值I，确定烟气入口三通调节阀开度设定值I_next,计算式如下：

I_next＝I+△I

S27：更新各个正在运行的蒸汽发生器压力设定值为I_next'，对I_next进行限幅得到I_next'，有以下关系：

S28：结束自动控制过程。

运行效果：

运行效果如图5所示，1为停机过早，2启动不及时，方法上线前蒸汽总管压力波动剧烈，本申请方法上线后可以有效解决蒸汽发生器过早停机和不及时启动造成的压力剧烈波动，同时在设备正常运行时也极大降低了蒸汽总管压力的波动，极大提高了蒸汽供给的品质保证。

Claims (1)

1.一种余热蒸汽发生器群控系统自动控制方法，其特征在于，包括蒸汽发生器台数自动控制方法和蒸汽发生器机组目标压力自动控制方法，其中，蒸汽发生器台数自动控制方法流程如步骤S11～步骤S114：

S11：设置初始参数，所述的初始参数包括：分气缸压力下限值P_low；分气缸压力上限值P_up；蒸汽发生器启动延时时间T_b；蒸汽发生器停机延时时间T_f；

S12：计算正在运行的蒸汽发生器机组所能提供的高温蒸汽运行总流量Q_c，公式为：

其中，n为蒸汽发生器机组台数，k_(i)为第i台蒸汽发生器机组的运行状态，Q_(i)为第i台蒸汽发生器机组的额定流量，k_(i)满足：

S13：采集分气缸后高温蒸汽总管流量值Q_d，取n个连续时间高温蒸汽总管流量值生成随机序列：

S_i ⁽⁰⁾(i＝1,2,…,n)

S14：对随机序列进行一次累加，构成累加序列S_i ⁽¹⁾(i＝1,2,…,n)，计算公式如下：

S15：累加序列S_i ⁽¹⁾构成指数增长规律模式，S_i ⁽¹⁾满足下列一阶线性微分方程：

S⁽¹⁾是时间t的函数，b,c参数待求解，记待定，经过离散化处理，得：Y_n＝CB,使用最小二乘方法求得B的近似解：

其中：

S16：计算累加序列S_i ⁽¹⁾的预测值，计算式如下：

S17：计算出高温蒸汽总管流量预测值Q_d'，计算公式如下：

S18：比较分气缸压力值P_m与分气缸压力下限值P_low，如果P_m<P_low，执行S19，否则执行S110；

S19：对调节运行时间最短的蒸汽发生器进行启动操作，调节运行时间指的是机组的入口烟气调节阀，使用电动三通调节阀实现，处于调节运行状态的累积时间，如果计时器时间超过设定的蒸汽发生器启动延时时间T_b，对停机中运行时间最短的蒸汽发生器进行启动操作，打开启动计时器；在计时期间如果不能满足启动条件，那么关闭启动计时器，停止启动操作，计时器设置为零，结束自动控制过程；

S110：比较Q_d'和Q_c，若Q_c>Q_d'+Q，即若蒸汽发生器运行的高温蒸汽供气量比预测的系统高温蒸汽需求量多一台机的供气量，Q为一台高温蒸汽机的供气量，对调节运行时间最长的蒸汽发生器机组进行停机操作，执行S111，否则执行S112.

S111：进行蒸汽发生器机组的停机操作，打开停机计时器，如果计时器时间超过设定的蒸汽发生器停机延时时间T_f，对运行中运行时间最长的蒸汽发生器进行停机操作；在计时期间如果不能满足停机条件，那么关闭停机计时器，计时器设置为零，停止停机操作，结束自动控制过程；

S112：判断Q_d'和Q_c，若Q_c＜Q_d'，执行S113，否则执行S114；

S113：对调节运行时间最短的蒸汽发生器进行启动操作，调节运行时间指的是机组的入口烟气调节阀处于调节运行状态的累积时间，如果计时器时间超过设定的蒸汽发生器启动延时时间T_b，对停机中运行时间最短的蒸汽发生器进行启动操作，打开启动计时器；计时期间如果不能满足启动条件，则关闭启动计时器，计时器归零，终止启动操作，结束自动控制过程；

S114：设定的系统目标压力值，按照蒸汽发生器机组目标压力自动控制方法进行蒸汽发生器自动控制，使分气缸压力值维持在系统目标压力值，具体包括步骤S21～S28：

S21：设置初始参数，所述的初始参数包括：分气缸目标压力值P_tar，且P_tar<P_up，P_up为分气缸压力上限值，机组每次调节最小时间长度T_min；

S22：判断运行的蒸汽发生器是否有处于正在调节状态的蒸汽发生器，即通过调节阀调节汽包压力，如果没有处于正在调节状态的蒸汽发生器，执行S23确定调节的蒸汽发生器机组；如果有处于正在调节状态的蒸汽发生器，判断其单次调节时间是否超过每次调节最小时间长度T_min，如果超过每次调节最小时间长度T_min，将单次累积运行时间清零执行S23，如果没有超过每次调节最小时间长度T_min执行S24；

S23：采集各蒸汽发生器的机组调节运行时间，确定正在运行的蒸汽发生器机组中累积调节运行时间最小的蒸汽发生器N_MinRunning，将其汽包压力值设定为P_set＝P_tar，该台蒸汽发生器机组设置为调节状态，该台机组调节运行时间开始累积计时，该台机组单次运行时间开始累积计时，其他运行的蒸汽发生器汽包压力值设定为系统压力上限值P_set＝P_up，其他运行的蒸汽发生器机组设置为非调节状态并且其机组调节运行时间停止累积计时；

S24：采集分气缸总管运行压力值P_max；

S25：确定的各个正在运行的蒸汽发生器的烟气入口三通调节阀的调节增量△I，计算公式如下：

△I＝k₁(P_set-P_max)

其中，k₁为放大系数；

S26：读取各个正在运行的蒸汽发生器的烟气入口三通调节阀开度值I，确定烟气入口三通调节阀开度设定值I_next,计算式如下：

I_next＝I+△I

S27：更新各个正在运行的蒸汽发生器压力设定值为I_next',I_next'为对I_next进行限幅输出，有以下关系：

S28：结束自动控制过程。