CN114608197A - 一种基于物联网的电极锅炉控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于物联网的电极锅炉控制系统及方法，其特征在于，包括：电极锅炉，电极锅炉相连的功率控制器，与电极锅炉相连的温度控制器，与功率控制器及温度控制器相连的主控制模块，电极锅炉包括内筒与循环泵；克服压力调节困难问题，提升系统运行压力的稳定性。同时设计功率、温度等参数控制系统以保证电极锅炉稳定运行。其中功率通过改变内筒液位实现快速无极调节；采用半浸没式电极热水锅炉构型，使功率无极调节范围大大提升，提升电极锅炉在消纳可再生电源以及富余电能时的灵活性。
Description
技术领域
本发明涉及电极锅炉控制领域，尤其涉及一种基于物联网的电极锅炉控制系统及方法。
背景技术
电极锅炉的应用在国外由来已久，世界上第一台电极锅炉于1905年诞生于欧洲。瑞典Z＆I公司发明了浸没式电极锅炉，控制精度大幅提高，采用高电压（6-15kV）直接供电，称为高压电极锅炉。20世纪90年代，喷射式电极锅炉通过美国西屋公司进入中国。根据水流与电极的接触方式不同，高压电极锅炉主要有以下两种结构形式：1、浸没式电极锅炉：是指连接高压电源的电极直接浸没在锅炉的炉水中进行加热。炉水与锅炉外壁采用绝缘隔离的方式，避免锅炉金属桶体带电。2、喷射式电极锅炉：是指炉水直接喷射到电极上进行加热，而不是直接浸没在炉水中。因此电极与金属筒体是“相对隔离”的，金属筒体不需要绝缘。目前来说，企业以研究开发大容量的高压浸没式电极热水锅炉为主导研发方向。
例如，一种在中国专利文献上公开的“控制高压电极热水锅炉运行压力的装置及方法”，其公告号：CN110411014B，公开了变频定压泵和膨胀罐之间设置相互联通的第一管道和第二管道，通过支管与第一管道和第二管道联通，通过在位于第一管道、第二管道和支管上设置多个控制元器件，与变频定压泵连接的控制元器件为两组，但是调节过程存在滞后性，无法做到无极调节。
发明内容
为此，本发明提供一种基于物联网的电极锅炉控制系统及方法，克服压力调节困难问题，提升系统运行压力的稳定性。同时设计功率、温度等参数控制系统以保证电极锅炉稳定运行。其中功率通过改变内筒液位实现快速无极调节。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于物联网的电极锅炉控制系统，包括：电极锅炉，电极锅炉相连的功率控制器，与电极锅炉相连的温度控制器，与功率控制器及温度控制器相连的主控制模块。采用半浸没式电极热水锅炉构型，使功率无极调节范围大大提升，提升电极锅炉在消纳可再生电源以及富余电能时的灵活性。电极锅炉包括内筒与循环泵。
作为优选的，功率控制器包括功率变送器，用于产生功率控制信号；液位检测器，用于检测液位并提供信号。功率控制是通过电功率变送器WT的信号检测与设定功率比对完成，功率控制信号对应内筒液位控制信号。该功率变送器WT有三相功率叠加构成，满量程的输出功率为8 MW；液位检测器包括水电阻，水电阻布置在内筒壁上，部分水电阻浸没在液体中，当液位变化时水电阻在水中的部分变化，从而改变线路中电流大小，从而改变输出信号；调节功率时，通过实时监控水电阻的电流大小来进行功率控制，为每次控制设定目标值区间，当电流在该区间内时不再发送信号停止调节功率。能够实现快速无极调节。
作为优选的，温度控制器包括气动三通阀，用于改变混合支路比例从而改变温度；与气动三通阀相连的温度检测器。温度控制器包括开口检测装置，能够检测阀门各支路开口度，将阀门各支路开口度转换为流量值，将流量值转换计算为温度变化率，若水温不符合预定水温能够通过调节阀门开口度来调节水温，调节阀门支路开口度是根据各阀门液体流量计算出来的温度变化率以及目标调整时间来确定的，目标调整时间由开始工作之前设定。
作为优选的，主控制模块包括处理器，能够接收电极锅炉状态数据并建立对应模型进行压力策略控制。主控制模块包括压力控制模块，压力控制模块设置位于锅炉外筒上半部，用于测定锅炉内压力并保障其承压不超过安全限制，同时不低于内筒热水温度对应饱和压力。压力控制模块包括排气电动阀。
一种基于物联网的电极锅炉控制方法，包括如下步骤：
S1、建立功率模型；提供功率参数控制；
S2、建立温度控制模型，提供温度参数控制；
S3、建立炉水电导率模型，用于炉水浓度反馈控制；
S4、建立压力控制模型，通过外置压力调节及内部功率、温度参数协同控制。过设计外置压力调节系统，克服压力调节困难问题，提升系统运行压力的稳定性。同时设计功率、温度等参数控制系统以保证电极锅炉稳定运行。其中功率通过改变内筒液位实现快速无极调节。压力控制模型包括根据功率控制模型中的水电阻确定装置内压力，当液位变化导致水电阻电流变化时根据电流变化计算出筒内压力变化，并且当压力变化超过设定值时接通排气电动阀进行气压调节，使得调节过程线性高效。
作为优选的，功率模型包括根据内筒液位高度与功率控制信号进行调节液位。能够为控制系统的开发提供功率的控制逻辑。根据功率与设定值的偏差，作用于循环泵，如果实际功率低于设定值，则应提高内筒水位，反之，则应降低内筒水位。具体地，当锅炉功率低于设定值，应增加循环泵的频率；如果功率达到设定值，则降低循环泵频率，维持水位恒定并维持出水温度为设定值。
作为优选的，温度控制模型包括根据热功率改变用户端热水温度。
作为优选的，炉水导电模型包括加料监控和电导率测量，能够实时检测并调控电导率。能够在提高电导率时加入磷酸三钠浓液，加料监控包括加料速率与加料量。能够便于炉水浓度的控制和调节。
作为优选的，S4还包括对锅炉进行流体力学分析，对前述步骤中参数进行约束。对电极锅炉进行建模、网格划分，在关键位置，进行网格加密处理，关键位置包括循环泵接口处、水电阻处以及气动三通阀处。建立多套网格之后，进行网格无关性验证，确定最终网格数。根据进入各电极与零电极之间的加热区域的流量分配特性进行分析。便于对锅炉控制提供可靠性分析。当增加的流量变化与温度变化超过约束值则返回控制策略重新调节。
本发明的实施方式具有如下优点：
（1）克服压力调节困难问题，提升系统运行压力的稳定性。同时设计功率、温度等参数控制系统以保证电极锅炉稳定运行。其中功率通过改变内筒液位实现快速无极调节；（2）采用半浸没式电极热水锅炉构型，使功率无极调节范围大大提升，提升电极锅炉在消纳可再生电源以及富余电能时的灵活性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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示例性的，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引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达到的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
图1是本发明的结构示意图。
图中：
1-电极锅炉；2-功率控制器；3-温度控制器；4-主控制模块。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的认识可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例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。
如图 1所示，在一个较佳的实施例中，本发明公开了一种基于物联网的电极锅炉控制系统，包括：电极锅炉，电极锅炉相连的功率控制器，与电极锅炉相连的温度控制器，与功率控制器及温度控制器相连的主控制模块。电极锅炉包括内筒与循环泵。采用半浸没式电极热水锅炉构型，使功率无极调节范围大大提升，提升电极锅炉在消纳可再生电源以及富余电能时的灵活性。
功率控制器包括功率变送器，用于产生功率控制信号；液位检测器，用于检测液位并提供信号。功率控制是通过功率变送器WT的信号检测与设定功率比对完成，功率控制信号对应内筒液位控制信号。该功率变送器WT有三相功率叠加构成，满量程的输出功率为8MW；液位检测器包括水电阻，水电阻布置在内筒壁上，部分水电阻浸没在液体中，当液位变化时水电阻在水中的部分变化，从而改变线路中电流大小，从而改变输出信号；调节功率时，通过实时监控水电阻的电流大小来进行功率控制，为每次控制设定目标值区间，当电流在该区间内时不再发送信号停止调节功率。能够实现快速无极调节。
温度控制器包括气动三通阀，用于改变混合支路比例从而改变温度；与气动三通阀相连的温度检测器。温度控制器包括开口检测装置，能够检测阀门各支路开口度，将阀门各支路开口度转换为流量值，将流量值转换计算为温度变化率，若水温不符合预定水温能够通过调节阀门开口度来调节水温，调节阀门支路开口度是根据各阀门液体流量计算出来的温度变化率以及目标调整时间来确定的，目标调整时间由开始工作之前设定。
主控制模块包括处理器，能够接收电极锅炉状态数据并建立对应模型进行压力策略控制。主控制模块包括压力控制模块，压力控制模块设置位于锅炉外筒上半部，用于测定锅炉内压力并保障其承压不超过安全限制，同时不低于内筒热水温度对应饱和压力。压力控制模块包括排气电动阀。
一种基于物联网的电极锅炉控制方法，包括如下步骤：
S1、建立功率模型；提供功率参数控制；
S2、建立温度控制模型，提供温度参数控制；
S3、建立炉水电导率模型，用于炉水浓度反馈控制；
S4、建立压力控制模型，通过外置压力调节及内部功率、温度参数协同控制。过设计外置压力调节系统，克服压力调节困难问题，提升系统运行压力的稳定性。同时设计功率、温度等参数控制系统以保证电极锅炉稳定运行。其中功率通过改变内筒液位实现快速无极调节。压力控制模型包括根据功率控制模型中的水电阻确定装置内压力，当液位变化导致水电阻电流变化时根据电流变化计算出筒内压力变化，并且当压力变化超过设定值时接通排气电动阀进行气压调节，使得调节过程线性高效。
功率模型包括根据内筒液位高度与功率控制信号进行调节液位。能够为控制系统的开发提供功率的控制逻辑。根据功率与设定值的偏差，作用于循环泵，如果实际功率低于设定值，则应提高内筒水位，反之，则应降低内筒水位。具体地，当锅炉功率低于设定值，应增加循环泵的频率；如果功率达到设定值，则降低循环泵频率，维持水位恒定并维持出水温度为设定值。
温度控制模型包括根据热功率改变用户端热水温度。
炉水导电模型包括加料监控和电导率测量，能够实时检测并调控电导率。能够在提高电导率时加入磷酸三钠浓液，加料监控包括加料速率与加料量。能够便于炉水浓度的控制和调节。
S4还包括对锅炉进行流体力学分析，对前述步骤中参数进行约束。对电极锅炉进行建模、网格划分，在关键位置，进行网格加密处理，关键位置包括循环泵接口处、水电阻处以及气动三通阀处。建立多套网格之后，进行网格无关性验证，确定最终网格数。根据进入各电极与零电极之间的加热区域的流量分配特性进行分析。便于对锅炉控制提供可靠性分析。当增加的流量变化与温度变化超过约束值则返回控制策略重新调节。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种基于物联网的电极锅炉控制系统，其特征在于，包括：电极锅炉，电极锅炉相连的功率控制器，与电极锅炉相连的温度控制器，与功率控制器及温度控制器相连的主控制模块；电极锅炉包括内筒与循环泵。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的电极锅炉控制系统，其特征在于，所述功率控制器包括功率变送器，用于产生功率控制信号；液位检测器，用于检测液位并提供信号。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于物联网的电极锅炉控制系统，其特征在于，所述温度控制器包括气动三通阀，用于改变混合支路比例从而改变温度；与气动三通阀相连的温度检测器。
4.根据权利要求3所述的一种基于物联网的电极锅炉控制系统，其特征在于，所述主控制模块包括处理器，能够接收电极锅炉状态数据并建立对应模型进行压力策略控制，主控制模块包括压力控制模块，压力控制模块包括排气电动阀。
5.一种基于物联网的电极锅炉控制方法，适用于如权利要求1至4所述一种基于物联网的电极锅炉控制系统，其特征在于，包括如下步骤：
S1、建立功率模型；提供功率参数控制；
S2、建立温度控制模型，提供温度参数控制；
S3、建立炉水电导率模型，用于炉水浓度反馈控制；
S4、建立压力控制模型，通过外置压力调节及内部功率、温度参数协同控制。
6.根据权利要求5所述的一种基于物联网的电极锅炉控制方法，其特征在于，所述功率模型包括根据内筒液位高度与功率控制信号进行调节液位。
7.根据权利要求5或6所述的一种基于物联网的电极锅炉控制方法，其特征在于，所述温度控制模型包括根据热功率改变用户端热水温度。
8.根据权利要求7所述的一种基于物联网的电极锅炉控制方法，其特征在于，所述炉水导电模型包括加料监控和电导率测量，能够实时检测并调控电导率。
9.根据权利要求5或7所述的一种基于物联网的电极锅炉控制方法，其特征在于，所述S4还包括对锅炉进行流体力学分析，对前述步骤中参数进行约束。
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