CN113669719A - 一种过热蒸汽温度和压力自动调控系统及方法 - Google Patents

一种过热蒸汽温度和压力自动调控系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种过热蒸汽温度和压力自动调控系统及方法，锅炉中产生的过热蒸汽先经过减压组件减压，再进入冷却组件进行冷却后输出；温度采集模块实时采集过冷却组件输出端的过热蒸汽的温度数据，压力采集模块实时采集过热蒸汽的压力数据；运行控制模块基于压力数据、温度数据与预设压力阈值、预设温度阈值进行比较后控制减压组件和冷却组件对系统压力或温度进行调节；将过热蒸汽的温度调节和压力调节解耦，温度通过冷却组件调节，压力通过多级减压组件调节，降低了温度和压力同时调节的难度，温度和压力独立调节也提高调节精度，保证调节系统的可靠性。

Description

一种过热蒸汽温度和压力自动调控系统及方法
技术领域
本发明涉及自动调控技术领域，具体涉及一种过热蒸汽温度和压力自动调控系统及方法。
背景技术
在发电厂、化工厂以及相关试验研究领域，普遍会使用到过热水蒸汽作为工艺介质，并且在工业生产及试验运行过程中需要根据工艺过程或者流程的要求对过热蒸汽的温度和压力等参数进行实时调节。为满足过热蒸汽的使用要求，一般会设一个额定参数的供汽锅炉提供汽源，根据使用要求进行调节。过热蒸汽的温度调节一般通过汽水混合实现，其温度和压力变化对汽水混合比例比较敏感，通过人工手动调节时不仅对运行人员要求高而且效率很低，很难实现运行要求的参数控制精度和响应速度。
能够根据工艺流程或者试验要求而实现过热蒸汽温度和压力快速精确控制的自动运行系统能够很好地满足相关工业生产和试验运行的要求。
另外，现有的调控系统中温度和压力耦合调控，调控起来变量较多，实现调控稳定需要耗费较长时间。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有的调控系统中温度和压力耦合调控，调控起来变量较多，实现调控稳定需要耗费较长时间；且人工手动调节时不仅对运行人员要求高而且效率很低，很难实现运行要求的参数控制精度和响应速度，本发明目的在于提供一种过热蒸汽温度和压力自动调控系统及方法，以解决上述技术问题。
本发明通过下述技术方案实现：
本方案提供一种过热蒸汽温度和压力调控系统，包括：减压组件、冷却组件、运行控制模块、温度采集模块和压力采集模块；
锅炉中产生的过热蒸汽先经过减压组件减压，再进入冷却组件进行冷却后输出；
所述温度采集模块实时采集过冷却组件输出端的过热蒸汽的温度数据，并将温度数据发送给运行控制模块；
压力采集模块实时采集过热蒸汽的压力数据，并将压力数据发送给运行控制模块；
所述运行控制模块基于压力数据与预设压力阈值进行比较后控制减压组件对系统压力进行调节；
所述运行控制模块基于温度数据与预设温度阈值进行比较后控制冷却组件对系统温度进行调节。
本方案工作原理：现有的调控系统中温度和压力耦合调控，调控起来变量较多，实现调控稳定需要耗费较长时间；且人工手动调节时不仅对运行人员要求高而且效率很低，很难实现运行要求的参数控制精度和响应速度，本方案将过热蒸汽的温度和压力调节解耦，温度通过过冷水组件调节，压力通过过热蒸汽多级减压组件调节，降低了温度和压力同时调节难度，提高了调节精度和可靠性。本发明针对上述实际需求，设计一套能够实现过热蒸汽温度和压力自动化运行控制的软硬件系统，在硬件上设计减压组件和冷却组件进行压力和温度的调节。根据系统实时测量反馈的过热蒸汽温度和压力参数与系统设定的阈值进行对比和运算，将实时计算结果直接作用到减压组件和冷却组件上，实现温度压力参数的实时在线调控，减少对运行人员的工作要求而且有效提高调控效率。
进一步优化方案为，所述减压组件为多级减压结构串联构成，每一级减压结构设置固定的减压比，所述减压比为减压结构出口压力与入口压力的比值。
进一步优化方案为，所述过热蒸汽的压力数据包括每一级减压结构输出端的过热蒸汽压力数据，和冷却组件输出端的过热蒸汽温度数据。
多级减压结构具备宽压力范围的运行调节功能，根据采集的输出值与目标阈值的对比计算得到调节量，输出信号直接作用于多级减压结构和冷却组件，实现了计算机软件的自动化精确控制，替代人工调节，提高调节效率。
进一步优化方案为，所述冷却组件包括：储水箱、容积泵和汽水混合组件；
所述储水箱用于存储过冷水，储水箱中的过冷水经过容积泵注入汽水混合组件对过热蒸汽进行冷却后输出。
进一步优化方案为，所述容积泵为变频容积泵，运行控制模块通改变变频容积泵的频率调节注入汽水混合组件的过冷水流量。
进一步优化方案为，所述运行控制模块包括手动控制模式和自动控制模式，过热蒸汽温度和压力调控系统的启动需在手动控制模式下进行，启动过程为：
启动冷却组件将过冷水通入到汽水混合组件；
启动减压组件，逐级缓慢开启各级减压结构的阀门，将来自锅炉的过热蒸汽经过减压后通入汽水混合组件，与过冷水混合以降低温度；
将经过冷却组件冷却后输出的过热蒸汽的温度和压力调节稳定后，切换到自动控制模式。
进一步优化方案为，自动控制模式下包括单点温度恒定控制、恒定控制压力恒定控制、温度随时间变化控制和压力随时间变化控制。
进一步优化方案为，所述减压组件对系统压力调节的调节比为pn～1，其中减压级数为n，减压比为p；
过热蒸汽压力通过对减压组件的调节实现，减压组件设计多级减压结构(记减压级数为n，一般可取2～3)，每一级减压结构设置固定的减压比(即减压结构出口压力与入口压力的比值，记减压比为p，一般可取0.6～0.8)，通过多级减压结构的组合可以实现宽范围的压力调节(总压力调节比pn～1)。
冷却组件对系统温度的调节范围为:最低压力饱和温度～供应过热蒸汽温度。
过热蒸汽的温度通过对冷却组件(过冷水组件)的调节实现，过冷水采用变频容积泵驱动，通过对变频容积泵运行频率的实时调节来实现过冷水进入汽水混合组件的流量调节，而过冷水输出压力跟随系统末端压力自动变化，调节方式非常简单。
基于上述过热蒸汽温度和压力调控系统，本方案还提供一种过热蒸汽温度和压力调控方法包括：
实时采集过冷却组件输出端的过热蒸汽的温度数据；
实时采集过热蒸汽的压力数据；
基于压力数据与预设压力阈值进行比较后通过控制减压组件对系统压力进行调节；
基于温度数据与预设温度阈值进行比较后通过控制冷却组件对系统温度进行调节。
进一步优化方案为，所述过热蒸汽的压力数据包括每一级减压结构输出端的过热蒸汽压力数据，和冷却组件输出端的过热蒸汽温度数据。
本发明在汽水混合组件后端同时设置有温度和压力测点，在每一级减压结构后端设置有压力测点，实时测量系统各点位的压力和温度，作为计算机自动运行控制调控的采集输入，以实际的实时运行量进行温度和压力在线调控，实现过热蒸汽最终温度的精确控制。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明提供的一种过热蒸汽温度和压力自动调控系统及方法，将过热蒸汽的温度调节和压力调节解耦，温度通过冷却组件调节，压力通过多级减压组件调节，降低了温度和压力同时调节的难度，温度和压力独立调节也提高调节精度，保证调节系统的可靠性；
2、本发明提供的一种过热蒸汽温度和压力自动调控系统及方法，根据系统实时测量反馈的温度和压力参数与系统设定的阈值进行对比和运算，根据运算结果实时对冷却组件和减压组件进行调节，实现温度压力参数的实时在线调控，缩短调控用时；
3、本发明提供的一种过热蒸汽温度和压力自动调控系统及方法，减压组件设置为多级串联模式，通过多级减压结构的组合以实现宽范围的压力调节，且提高压力调节的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。在附
图中：
图1为三级减压的过热蒸汽温度和压调控系统结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-锅炉，2-一级减压结构，3-二级减压结构，4-三级减压结构，5-汽水混合组件，6-运行控制模块，7-储水箱，8-容积泵。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1所示，锅炉1为汽源，为工业生产或试验运行提供温度和压力参数相对稳定的过热蒸汽。储水箱用于储存常温常压的过冷水。
本实施例提供一种过热蒸汽温度和压力调控系统，包括：减压组件、冷却组件、运行控制模块6、温度采集模块和压力采集模块；
锅炉中产生的过热蒸汽先经过减压组件减压，再进入冷却组件进行冷却后输出；
所述温度采集模块实时采集过冷却组件输出端的过热蒸汽的温度数据，并将温度数据发送给运行控制模块；
压力采集模块实时采集过热蒸汽的压力数据，并将压力数据发送给运行控制模块；
运行控制模块基于压力数据与预设压力阈值进行比较后控制减压组件对系统压力进行调节；
运行控制模块基于温度数据与预设温度阈值进行比较后控制冷却组件对系统温度进行调节。
减压组件为多级减压结构串联构成，每一级减压结构设置固定的减压比，所述减压比为减压结构出口压力与入口压力的比值。本实施例供设置3级减压结构(一级减压结构2、二级减压结构3和三级减压结构4)串联构成减压组件，根据运行参数要求可以选择多级减压结构的不同组合设置，可以实现宽压力变化范围的连续调节。
过热蒸汽的压力数据包括每一级减压结构输出端的过热蒸汽压力数据，和冷却组件输出端的过热蒸汽温度数据。
本实施例中P1采集锅炉1后过热蒸汽的压力数据，P2采集一级减压结构2后过热蒸汽的压力数据，P3采集二级减压结构3后过热蒸汽的压力数据，P4采集三级减压结构4后过热蒸汽的压力数据，P5采集汽水混合组件5后过热蒸汽的压力数据，这些过热蒸汽的压力数据均作为压力采集输入数据至运行控制模块6。温度采集输入数据主要是汽水混合组件5后过热蒸汽的温度数据T1。
冷却组件包括：储水箱7、容积泵8和汽水混合组件5；
储水箱7用于存储过冷水，储水箱7中的过冷水经过容积泵8注入汽水混合组件5对过热蒸汽进行冷却后输出。
所述容积泵8为变频容积泵，运行控制模块6通改变变频容积泵的频率调节注入汽水混合组件的过冷水流量。
所述运行控制模块6包括手动控制模式和自动控制模式，过热蒸汽温度和压力调控系统的启动需在手动控制模式下进行，启动过程为：
启动冷却组件将过冷水通入到汽水混合组件；
启动减压组件，逐级缓慢开启各级减压结构的阀门，将来自锅炉的过热蒸汽经过减压后通入汽水混合组件，与过冷水混合以降低温度；
将经过冷却组件冷却后输出的过热蒸汽的温度和压力调节稳定后，切换到自动控制模式。
自动控制模式下包括单点温度恒定控制、恒定控制压力恒定控制、温度随时间变化控制和压力随时间变化控制。
示例减压组件实践已实现对系统压力调节的调节比可达到0.4～1；
示例冷却组件实践已实现对系统温度的调节范围可达到250℃～500℃。
在各级减压结构后端均设计压力测点，在汽水混合组件后端同时设计压力和温度测点，并将测量结果实时采集输入到运行控制系统与当前设定目标阈值对比，运行控制系统最终输出控制信号作用于相应的温度和压力调节系统，最终实现了温度和压力参数的计算机自动调控，提高了调节精度和效率。
通过上述方案设计可以实现过热蒸汽温度和压力参数宽范围动态变化的实时精确自动调控，目前基于该方案设计已经实现过热蒸汽压力调节比为0.4～1，温度变化范围为250℃～500℃的运行工况范围自动调节，压力调节精度达到±0.15MPa，温度调节精度达到±2℃，实施效果良好。
实施例2
一种过热蒸汽温度和压力调控方法，应用于上一实施例的过热蒸汽温度和压力调控系统，包括：实时采集过冷却组件输出端的过热蒸汽的温度数据；实时采集过热蒸汽的压力数据；基于压力数据与预设压力阈值进行比较后通过控制减压组件对系统压力进行调节；基于温度数据与预设温度阈值进行比较后通过控制冷却组件对系统温度进行调节。所述过热蒸汽的压力数据包括每一级减压结构输出端的过热蒸汽压力数据，和冷却组件输出端的过热蒸汽温度数据。
过热蒸汽温度和压力自动调控系统具体实施方式如下：
1)根据系统总体要求(过热蒸汽使用温度和压力变化范围、锅炉供汽参数等)，开展系统设计和计算分析，主要确定减压阀结构级数和过冷水调节组件的设计参数；
2)根据系统设计完成系统硬件集成安装和调试，完成温度和压力测点的安装和信号测试，完成运行控制系统控制软件编制和测试；
3)在正式投入运行时，首先根据运行要求，在运行控制系统中完成过热蒸汽输出要求的温度和压力参数值或者温度和压力随时间变化曲线设置；
4)将运行控制系统设定为手动控制模式，启动过冷水调节组件，将过冷水通入到汽水混合组件；启动过热蒸汽多级减压结构，逐级缓慢开启减压阀组的阀门，将来自锅炉的过热蒸汽经过减压后通入汽水混合组件，与过冷水混合以降低温度；
5)将出口温度和压力调节到适当值之后，切换运行控制系统到自动控制模式；
6)在自动控制模式下，温度压力测量组件自动测量各点位的温度和压力参数，并通过压力和温度采集输入运行控制系统，运行控制系统对比分析当前系统实测输出过热蒸汽温度和压力参数与设定目标值之间的偏差，如果系统实测输出参数与设定目标值在允许偏差范围内，则保持当前状态不做调整，如果系统实测输出参数与设定目标值超过偏差允许范围，则根据偏差的大小和系统响应特性进行运算分析，得到调节量并通过温度和压力控制输出单元将调控信号作用于温度和压力调节设备，使得系统输出的蒸汽参数与设定目标值达到规定的偏差范围内，从而实现过热蒸汽参数的实时自动精确调节。
本实施例基于温度和压力调节解耦实现过热蒸汽温度和压力精确调节的设计方案。过冷水采用变频容积泵驱动，流量通过变频精确控制，系统压力与末端压力可自动匹配，最终实现过热蒸汽温度调节。灵活且可调整的多级减压组件设置，可以实现宽范围的压力调节设计。在系统多个关键点位设计温度和压力测点，并将测量信号实时反馈到运行控制系统和设定目标值进行运算分析，最终输出调控信号作用于温度压力调节单元的实时在线自动控制方案。该控制系统具备手动控制模式和自动控制模式功能，在自动控制模式下具备单点温度压力恒定控制和温度压力随时间变化控制的能力。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种过热蒸汽温度和压力调控系统，其特征在于，包括：减压组件、冷却组件、运行控制模块、温度采集模块和压力采集模块；
锅炉中产生的过热蒸汽先经过减压组件减压，再进入冷却组件进行冷却后输出；
所述温度采集模块实时采集过冷却组件输出端的过热蒸汽的温度数据，并将温度数据发送给运行控制模块；
压力采集模块实时采集过热蒸汽的压力数据，并将压力数据发送给运行控制模块；
所述运行控制模块基于压力数据与预设压力阈值进行比较后控制减压组件对系统压力进行调节；
所述运行控制模块基于温度数据与预设温度阈值进行比较后控制冷却组件对系统温度进行调节。
2.根据权利要求1所述的一种过热蒸汽温度和压力调控系统，其特征在于，所述减压组件为多级减压结构串联构成，每一级减压结构设置固定的减压比，所述减压比为减压结构出口压力与入口压力的比值。
3.根据权利要求1所述的一种过热蒸汽温度和压力调控系统，其特征在于，所述过热蒸汽的压力数据包括每一级减压结构输出端的过热蒸汽压力数据，和冷却组件输出端的过热蒸汽温度数据。
4.根据权利要求3所述的一种过热蒸汽温度和压力调控系统，其特征在于，所述冷却组件包括：储水箱、容积泵和汽水混合组件；
所述储水箱用于存储过冷水，储水箱中的过冷水经过容积泵注入汽水混合组件对过热蒸汽进行冷却后输出。
5.根据权利要求4所述的一种过热蒸汽温度和压力调控系统，其特征在于，所述容积泵为变频容积泵，运行控制模块通改变变频容积泵的频率调节注入汽水混合组件的过冷水流量。
6.根据权利要求4所述的一种过热蒸汽温度和压力调控系统，其特征在于，所述运行控制模块包括手动控制模式和自动控制模式，过热蒸汽温度和压力调控系统的启动需在手动控制模式下进行，启动过程为：
启动冷却组件将过冷水通入到汽水混合组件；
启动减压组件，逐级缓慢开启各级减压结构的阀门，将来自锅炉的过热蒸汽经过减压后通入汽水混合组件，与过冷水混合以降低温度；
将经过冷却组件冷却后输出的过热蒸汽的温度和压力调节稳定后，切换到自动控制模式。
7.根据权利要求6所述的一种过热蒸汽温度和压力调控系统，其特征在于，自动控制模式下包括单点温度恒定控制、恒定控制压力恒定控制、温度随时间变化控制和压力随时间变化控制。
8.根据权利要求2所述的一种过热蒸汽温度和压力调控系统，其特征在于，所述减压组件对系统压力调节的调节比为pn～1，其中减压级数为n，减压比为p；
冷却组件对系统温度的调节范围为：最低压力饱和温度～供应过热蒸汽温度。
9.一种过热蒸汽温度和压力调控方法，应用于权利要求1-8所述的任意一种过热蒸汽温度和压力调控系统，其特征在于，包括：
实时采集过冷却组件输出端的过热蒸汽的温度数据；
实时采集过热蒸汽的压力数据；
基于压力数据与预设压力阈值进行比较后通过控制减压组件对系统压力进行调节；
基于温度数据与预设温度阈值进行比较后通过控制冷却组件对系统温度进行调节。
10.根据权利要求1所述的一种过热蒸汽温度和压力调控方法，其特征在于，所述过热蒸汽的压力数据包括每一级减压结构输出端的过热蒸汽压力数据，和冷却组件输出端的过热蒸汽温度数据。
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