CN111486441A - 一种锅炉过热蒸汽温度的超驰回路控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种锅炉过热蒸汽温度的超驰回路控制方法，属于锅炉技术领域，该控制方法采用一种超驰回路控制系统，控制系统包括主控制器、前馈控制器、超驰控制模块、操作器、温度感应器以及温度控制装置，温度控制装置包括阀门，操作器作用在阀门上。前馈控制器将温度感应器测得的实时过热蒸汽温度作为前馈信号，并把信号反馈到主控制器中，主控制器接受信息，超驰模块快速启动，控制温度控制装置阀门的开度增减，以使过热蒸汽温度维持在设定值附近。该控制方法能够自动地、快速地、准确地控制锅炉的过热蒸汽温度，降低运行人员的劳动强度，减少过热蒸汽温度的波动。

Description

一种锅炉过热蒸汽温度的超驰回路控制方法

技术领域

本发明涉及锅炉技术领域，更具体的，涉及一种锅炉过热蒸汽温度的超驰回路控制方法。

背景技术

锅炉作为一种能量转换设备，在当今社会中被广泛使用。锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为工业生产和人民生活提供所需热能，其中发电厂通常采用锅炉为生产、生活供能。在锅炉的使用过程中，为提高锅炉热效率，通常使用过热器加热锅炉产生的饱和蒸汽，使之成为过热蒸汽。过热蒸汽不但能提高锅炉的循环热效率，还能减少汽轮机排汽中的含水率，延长汽轮机的使用寿命。过热蒸汽温度是锅炉运行的重要指标之一，维持过热蒸汽温度在规定的范围内是电厂安全经济运行的重要保证，维持过热蒸汽温度在允许的范围内、保证整个过热器不要超温是过热蒸汽温度控制装置的重要任务。过热蒸汽温度过高可能造成过热器、蒸汽管道和汽轮机的高压部分金属材料损坏，降低使用寿命；过低又会降低电厂的循环热效率，影响汽轮机的安全经济运行。而汽温变化过大，将导致锅炉和汽轮机金属管材及部件的疲劳，危及机组的安全。

目前，发电厂中火电机组过热蒸汽温度控制装置存在以下缺陷：

1)常用的控制策略依赖准确的对象模型，随着时间推移，对象模型发生改变，控制器的调节效果大大降低，导致过热蒸汽温度大幅波动或长期偏离设定值。

2)国内的大型火电机组基本上都需要参与电网调峰，在深度调峰中，使得机组的负荷变化非常频繁，在加上锅炉燃用的煤质多变，以及频繁的制粉系统启/停等操作，使得过热蒸汽温度大幅波动，这种情况下，需要运行人员不停的手动干预，劳动强度极大。

3)不同运行人员操作水平参差不齐，在频繁的操作过程中，随着精力下降容易出现误操作，造成过热蒸汽温度过低或过高，长此以往会造成管壁金属热疲劳爆管，危及机组正常运行。

因此，发明一种稳定的、有良好监控能力而且全自动的过热蒸汽控制系统对电厂的安全高效运行具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种锅炉过热蒸汽温度的超驰回路控制方法，能够自动地、快速地、准确地控制锅炉的过热蒸汽温度，降低运行人员的劳动强度，减少过热蒸汽温度的波动。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种锅炉过热蒸汽温度的超驰回路控制方法，所述控制方法采用一种超驰回路控制系统，所述控制系统包括主控制器、前馈控制器、超驰控制模块、操作器、温度感应器以及温度控制装置，所述温度感应器与所述前馈控制器电联接，所述前馈控制器、所述超驰控制模块、所述操作器均与所述主控制器电联接，所述操作器与所述温度控制装置电联接，所述温度控制装置包括阀门，所述操作器作用在所述阀门上；

所述方法具体步骤如下：

(1)将所述温度感应器安装在锅炉的过热器中，设置过热蒸汽温度的设定值，并设定过热蒸汽温度的阈值t₁、t₂、t₃、t₄，将t₁、t₂、t₃、t₄导入前馈控制器；

(2)设定过热蒸汽温度变化率的阈值v₁、v₂、v₃、v₄，将v₁、v₂、v₃、v₄导入前馈控制器；

(3)设定前馈信号F₁、F₂，将前馈信号F₁、F₂导入主控制器，连接所述超驰控制模块与所述主控制器；

(4)所述控制系统投入自动运行，对过热蒸汽温度进行监测，并根据所述温度感应器反馈的信息，执行以下动作，维持过热蒸汽温度在设定值附近：

实时过热蒸汽温度高于设定过热蒸汽温度时：

①当T_测＞T_设+t₁且v_测>v₁时，超驰回路快速动作，前馈量由0变为F₁，所述阀门的开度比原来额外增加F₁；

②当T_测＜T_设+t₂或v_测＜v₂时，超驰回路快速复位，前馈量由F₁变为0，所述阀门的额外开度由F₁恢复为0；

实时过热蒸汽温度低于设定过热蒸汽温度时：

①当T_测＜T_设+t₃且v_测＜v₃时，超驰回路快速动作，前馈量由0变为F₂，所述阀门开度比原来额外减少F₂；

②当T_测＞T_设+t₄或v_测>v₄时，超驰回路快速复位，前馈量由F₂变为0，所述阀门的额外开度由F₂恢复为0；

其中，T_测为所述温度感应装置测得的实时过热蒸汽温度；T_设为设定的过热蒸汽温度；t₁、t₂、t₃、t₄均为测得的实时过热蒸汽温度与设定过热蒸汽温度间的差值，其中t₁、t₂均大于零且t₁＞t₂，t₃、t₄小于零且t₃<t₄；前馈信号F₁、F₂均为超驰回路作用后所述阀门与原有开度相比的额外开度；v_测为测得的过热蒸汽温度的实时变化率，v₁、v₂为超温时的测得的过热蒸汽温度的实时变化率，v₃、v₄为低温时的测得的过热蒸汽温度的实时变化率。

在本发明较佳的技术方案中，所述温度控制装置为水冷控制系统，所述阀门为水冷控制系统的出水阀门。

在本发明较佳的技术方案中，所述前馈控制器为PID控制器。

本发明的有益效果为：

本发明提供的一种锅炉过热蒸汽温度的超驰回路控制方法，首先，该方法是一种无模型控制方案，无需知道对象的数学模型，即可对过热蒸汽温度进行控制，因此，不会随着时间推移、对象模型的改变而降低调节效果；其次，本方法是一种近似于人工智能的控制方案，该方案借鉴了大量运行人员的操作经验，超驰控制系统能够自动地、快速地、准确地应对各种工况，控制锅炉的过热蒸汽温度，降低运行人员的劳动强度；最后，由于本方法能减少锅炉的过热蒸汽温度的波动，使过热蒸汽温度维持在设定范围附近，因此能有效减少管壁金属热疲劳、防止爆管，延长管壁寿命。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

其中：

图1是本发明提供的一种锅炉过热蒸汽温度的超驰回路控制方法的结构框图；

图2是实时超驰贿赂控制方法的逻辑示意图。

附图标记：

1、过热蒸汽温度设定值；2、温度感应器；3、前馈信号；4、前馈控制器；5、主控制器；6、操作器；7、温度控制装置。

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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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作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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

如图1-图2所示，一种锅炉过热蒸汽温度的超驰回路控制方法，所述控制方法采用一种超驰回路控制系统，所述控制系统包括主控制器5、前馈控制器4、超驰控制模块、操作器6、温度感应器2以及温度控制装置7，所述温度感应器2与所述前馈控制器4电联接，所述前馈控制器4、所述超驰控制模块、所述操作器6均与所述主控制器5电联接，所述操作器6与所述温度控制装置7电联接，所述温度控制装置7包括阀门，所述操作器6作用在所述阀门上；

参见图2，所述方法具体步骤如下：

(1)将所述温度感应器2安装在锅炉的过热器中，设置过热蒸汽温度的设定值，并设定过热蒸汽温度的阈值t₁、t₂、t₃、t₄，将t₁、t₂、t₃、t₄导入前馈控制器4；

(2)设定过热蒸汽温度变化率的阈值v₁、v₂、v₃、v₄，将v₁、v₂、v₃、v₄导入前馈控制器4；

(3)设定前馈信号F₁、F₂，将前馈信号F₁、F₂导入主控制器5，连接所述超驰控制模块与所述主控制器5；

(4)所述控制系统投入自动运行，对过热蒸汽温度进行监测，并根据所述温度感应器2反馈的信息，执行以下动作，维持过热蒸汽温度在设定值附近：

①当T_测＞T_设+t₁且v_测>v₁时，超驰回路快速动作，前馈量由0变为F₁，所述阀门的开度比原来额外增加F₁；

②当T_测＜T_设+t₂或v_测＜v₂时，超驰回路快速复位，前馈量由F₁变为0，所述阀门的额外开度由F₁恢复为0；

实时过热蒸汽温度低于设定过热蒸汽温度时：

①当T_测＜T_设+t₃且v_测＜v₃时，超驰回路快速动作，前馈量由0变为F₂，所述阀门开度比原来额外减少F₂；

②当T_测＞T_设+t₄或v_测>v₄时，超驰回路快速复位，前馈量由F₂变为0，所述阀门的额外开度由F₂恢复为0；

其中，T_测为所述温度感应装置测得的实时过热蒸汽温度；T_设为设定的过热蒸汽温度；t₁、t₂、t₃、t₄均为测得的实时过热蒸汽温度与设定过热蒸汽温度间的差值，其中t₁、t₂均大于零且t₁＞t₂，t₃、t₄小于零且t₃<t₄；前馈信号F₁、F₂均为超驰回路作用后所述阀门与原有开度相比的额外开度；v_测为测得的过热蒸汽温度的实时变化率，v₁、v₂为超温时的测得的过热蒸汽温度的实时变化率，v₃、v₄为低温时的测得的过热蒸汽温度的实时变化率。

需要说明的是，v₁、v₂、v₃、v₄均表征温度变化的快慢，数值越大，表示温度在单位时间内变化的越快。此处，v₁表示超温时(实时过热蒸汽温度高于设定过热蒸汽温度)实时过热蒸汽温度在上升过程中的变化快慢，v₂是阀门的额外开度增加以后对应的温度变化率的参数，温度变化率经历一个由正转负的过程，因此v₂是表示超温时温度在下降过程中变化的快慢。v₃表示低温时(实时过热蒸汽温度低于设定过热蒸汽温度)实时过热蒸汽温度在下降过程中的变化快慢，v₄是阀门的额外开度减少以后对应的温度变化率的参数，温度变化率经历一个由负转正的过程，因此v₄是表示低温时温度在上升过程中变化的快慢。

在本发明中，利用所述温度感应器2测得过热蒸汽的实时温度，所述温度感应器2将测得的过热蒸汽的实时温度反馈到所述前馈控制器4，所述前馈控制器4对数据进行处理，并将处理得到的结果作为前馈量接入控制系统，传递到所述主控制器5处。此处的前馈控制是基于扰动的前馈补偿，以测得的实时过热蒸汽温度与设定值间的差值，以及温度的变化率作为前馈控制通路的给定，再将计算的得到补偿值叠加到系统给定中去。在本发明中，过热蒸汽温度的阈值t₁、t₂、t₃、t₄以及过热蒸汽温度变化率的阈值v₁、v₂、v₃、v₄，根据实际应用场合，根据采集应用锅炉相关运行数据后设定。该系统利用超驰控制模块的超驰逻辑实现超驰功能，超驰控制具有越权处理系统内部算法、外部设备性能异变的能力，以自动调节系统正常运行时“发现异常、即时转换、保持稳定”为原则来设计检测结果，当过热蒸汽温度出现异常时，控制系统及时采取超驰控制，保证自动调节系统的安全。

所述前馈控制器4和所述主控制器5均为可编码控制器，可以通过手动在两个控制器中录入过热蒸汽温度的阈值t₁、t₂、t₃、t₄以及过热蒸汽温度变化率的阈值v₁、v₂、v₃、v₄。而作为另外一种更优的实施方式，该控制系统还可以通过物联网，在锅炉的中央控制计算机导入过热蒸汽温度的阈值t₁、t₂、t₃、t₄以及过热蒸汽温度变化率的阈值v₁、v₂、v₃、v₄。

需要说明的是，此处表征实时过热蒸汽温度与设定过热蒸汽温度间的差值的t₁、t₂、t₃、t₄；表征过热蒸汽温度变化率v₁、v₂、v₃、v₄；以及表征所述阀门额外开度的前馈信号F₁、F₂不是一个固定的值，而是根据锅炉系统的不同、应用场景设的不同，经过实验和试运行取得的。

上述的一种锅炉过热蒸汽温度的超驰回路控制方法，首先，该方法是一种无模型控制方案，无需知道对象的数学模型，即可对过热蒸汽温度进行控制，因此，不会随着时间推移、对象模型的改变而降低调节效果；其次，本方法是一种近似于人工智能的控制方案，该方案借鉴了大量运行人员的操作经验，能够自动地、快速地、准确地应对各种工况，控制锅炉的过热蒸汽温度，降低运行人员的劳动强度；最后，由于本方法能减少锅炉的过热蒸汽温度的波动，使过热蒸汽温度维持在设定范围附近，因此能有效减少管壁金属热疲劳、防止爆管，延长管壁寿命。

进一步地，所述温度控制装置7为水冷控制系统或喷水减温控制，所述阀门为水冷控制系统的出水阀门。水冷控制系统对过热器的过热蒸汽温度进行控制，当测得的过热蒸汽温度过高时，出水阀门的开度变大，喷出的冷水量变大，用以降低过热蒸汽温度；当测得的过热蒸汽温度过低时，出水阀门的开度变小，喷出的冷水量变小，过热蒸汽温度逐步提高。即上述的前馈信号F₁、F₂作用在出水阀门上。

进一步地，所述前馈控制器4为PID控制器。PID控制器即比例-积分-微分控制器，主要适用于基本线性和动态特性不随时间变化的系统。由于过热蒸汽温度的变化基本上线性的，而PID控制器使用广泛，控制方法经典，可靠成熟，资源丰富，相比于两位式控制，控制精度大大提高，有利于该系统的稳定运行。

以下结合某电厂的发电机组，对本发明的一种锅炉过热蒸汽温度的超驰回路控制方法作详细描述：

某电厂的330MW机组，过热蒸汽温度控制装置采用喷水减温控制，过热蒸汽温度的设定值为540℃。采用本专利所记载的技术方案，对过热蒸汽温度实施控制，根据该机组的具体运行状况，设定：

过热蒸汽温度阈值t₁为5℃，温度变化率阈值v₁为3℃/min，过热蒸汽温度阈值t₂为3℃,温度变化率的阈值v₂为-0.1℃/min，前馈信号F₁为12％，即超驰回路作用后所述阀门的额外开度增大12％；

过热蒸汽温度的阈值t₃为-4℃，温度变化率的阈值v₃为-2℃/min，温度阈值t₄为-3℃,温度变化率的阈值v₄为0.1℃/min，前馈信号F₂为-12％，即超驰回路作用后所述阀门的额外开度减小12％。

所述过热蒸汽温度控制装置动作如下：

(1)超温过程:

①机组在某一次运行过程中，过热蒸汽温度升高到545℃(T_设+t₁＝545℃)且温度增加速率大于3℃/min(即温度变化率的阈值为v₁)时，即将超温，此时超驰控制回路快速动作，所述阀门在1s内多开12％，进入过热器的低温水流量变大，改变过热蒸汽温度的温度变化率，并使过热器内的过热蒸汽温度逐渐下降；

②40s后，过热蒸汽温度最高达到546℃，由于所述阀门的开度增大，虽然温度仍有上升，但温度变化率逐渐由正转负，当温度变化率下降为-0.1℃/min(温度变化率阈值为v₂)时，超驰控制回路复位，所述阀门在1s内快速关小12％。此处由于系统影响，温度变化率有可能暂时不会降到-0.1℃/min，即未触发超驰回路的动作。过热蒸汽温度继续下降，60s后，过热蒸汽温度下降到543℃(T_设+t₂＝543℃),超驰控制回路复位，所述阀门在1s内快速关小12％。

③之后的5min内，超驰回路不再动作，过热蒸汽温度通过PID控制器调节到设定值540℃附近，过热蒸汽控制系统恢复正常控制状态。

(2)低温过程:

①机组在某一次运行过程中，过热蒸汽温度下降到536℃(T_设+t₃＝543℃)且温度变化速率小于-2℃/min(即温度变化率的阈值为v₃)时，即将引发低温，此时超驰控制回路快速动作，所述阀门在1s内关小12％，进入过热器的低温水流量变小，改变过热蒸汽温度的温度变化率。

②50s后，过热蒸汽温度最低达到532℃，虽然温度继续降低，但温度变化率逐渐由负转正，当温度变化率变为0.1℃/min(即温度变化率的阈值为v₄)时，超驰控制回路复位，所述阀门在1s内快速增大12％。此处由于系统影响，温度变化率有可能暂时达不到0.1℃/min，即未触发超驰回路的动作。过热蒸汽温度继续上升，65s后,过热蒸汽温度回复至到537℃(T_设+t₄＝537℃),超驰控制回路复位，减温水阀门在1s内快速增大12％。

③之后的5min内，超驰回路不再动作，过热蒸汽温度通过PID控制器调节到设定值540℃附近，过热蒸汽控制系统恢复正常控制状态。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (3)

1.一种锅炉过热蒸汽温度的超驰回路控制方法，其特征在于：所述控制方法采用一种超驰回路控制系统，所述控制系统包括主控制器、前馈控制器、超驰控制模块、操作器、温度感应器以及温度控制装置，所述温度感应器与所述前馈控制器电联接，所述前馈控制器、所述超驰控制模块、所述操作器均与所述主控制器电联接，所述操作器与所述温度控制装置电联接，所述温度控制装置包括阀门，所述操作器作用在所述阀门上；

所述方法具体步骤如下：

(1)将所述温度感应器安装在锅炉的过热器中，设置过热蒸汽温度的设定值，并设定过热蒸汽温度的阈值t₁、t₂、t₃、t₄，将t₁、t₂、t₃、t₄导入前馈控制器；

(2)设定过热蒸汽温度变化率的阈值v₁、v₂、v₃、v₄，将v₁、v₂、v₃、v₄导入前馈控制器；

(3)设定前馈信号F₁、F₂，将前馈信号F₁、F₂导入主控制器，连接所述超驰控制模块与所述主控制器；

(4)所述控制系统投入自动运行，对过热蒸汽温度进行监测，并根据所述温度感应器反馈的信息，执行以下动作，维持过热蒸汽温度在设定值附近：

超温，即实时过热蒸汽温度高于设定过热蒸汽温度时：

①当T_测＞T_设+t₁且v_测>v₁时，超驰回路快速动作，前馈量由0变为F₁，所述阀门的开度比原来额外增加F₁；

②当T_测＜T_设+t₂或v_测＜v₂时，超驰回路快速复位，前馈量由F₁变为0，所述阀门的额外开度由F₁恢复为0；

低温，即实时过热蒸汽温度低于设定过热蒸汽温度时：

①当T_测＜T_设+t₃且v_测＜v₃时，超驰回路快速动作，前馈量由0变为F₂，所述阀门开度比原来额外减少F₂；

②当T_测＞T_设+t₄或v_测>v₄时，超驰回路快速复位，前馈量由F₂变为0，所述阀门的额外开度由F₂恢复为0；

其中，T_测为所述温度感应装置测得的实时过热蒸汽温度；T_设为设定的过热蒸汽温度；t₁、t₂、t₃、t₄均为测得的实时过热蒸汽温度与设定过热蒸汽温度间的差值，其中t₁、t₂均大于零且t₁＞t₂，t₃、t₄小于零且t₃<t₄；前馈信号F₁、F₂均为超驰回路作用后所述阀门与原有开度相比的额外开度；v_测为测得的过热蒸汽温度的实时变化率，v₁、v₂为超温时的测得的过热蒸汽温度的实时变化率，v₃、v₄为低温时的测得的过热蒸汽温度的实时变化率。

2.根据权利要求1所述的锅炉过热蒸汽温度的超驰回路控制方法，其特征在于：

所述温度控制装置为水冷控制系统，所述阀门为水冷控制系统的出水阀门。

3.根据权利要求1所述的锅炉过热蒸汽温度的超驰回路控制方法，其特征在于：

所述前馈控制器为PID控制器。

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