CN115614675A - 一种基于母管制主蒸汽系统压力控制方法 - Google Patents

一种基于母管制主蒸汽系统压力控制方法 Download PDF

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赖艳云
杨勇
孙耀
王新时
柳绍山
钱海龙
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Abstract

本发明涉及一种压力控制方法，尤其是一种基于母管制主蒸汽系统压力控制方法，用于热电厂及工业园区或化工园区母管制蒸汽供给系统。台锅炉同时运行期间，通过统一调度统一协调，使用统一的主蒸汽母管压力控制器行成母管模式下的锅炉控制指令作用于各台锅炉，同时每台锅炉自身具备自身的出口压力调节系统，两套系统可以实现无扰切换，行成每台锅炉的最终指令作用于燃料控制器，控制燃料的增减，与锅炉燃烧以及产汽的压力相匹配，更加精准有效的控制主蒸汽母管压力。避免主蒸汽母管压力变化造成供热负荷用户的不稳定，满足热用户供热需求，并且安全性高，可靠性好，结构简单。

Description

一种基于母管制主蒸汽系统压力控制方法
技术领域
本发明涉及一种压力控制方法，尤其是一种基于母管制主蒸汽系统压力控制方法，用于热电厂及工业园区或化工园区母管制蒸汽供给系统。
背景技术
多台锅炉蒸汽出口通过母管联接，蒸汽流经母管对汽轮机或者热用户供汽。锅炉出口额定蒸汽压力9.8MPa，额定蒸汽温度540℃，锅炉额定蒸发量480t/h。由于蒸汽母管承担着对热用户供汽的任务，因此要求蒸汽母管蒸汽压力保持稳定，避免不必要的频繁波动。而每台锅炉都有自身的调节系统，每台锅炉燃烧工况都不尽相同，出口的蒸汽压力也不尽相同，出口压力的变化且对蒸汽母管压力有较大影响。蒸汽母管压力若是波动过大，势必会影响汽轮机的稳定运行和热负荷用户的运行安全。多台锅炉同时运行，母管压力的稳定，影响整个蒸汽供给系统安全、经济技术指标，因此，在于多台锅炉同时运行的工况下，母管制主蒸汽压力的控制方式与方法有着非常重要意义。
发明内容
本发明主要是解决现有技术中存在的不足，提供一种能通过对母管制主蒸汽系统压力、多台锅炉出口蒸汽压力进行监控，并根据供汽系统对母管压力的需求设置蒸汽母管压力目标值、与实际蒸汽母管压力进行比较后生成正汽母管压力控制指令作用于多台锅炉，使得多台锅炉同步协调调节各自出口压力与母管蒸汽压力相匹配，维持蒸汽供热系统安全稳定运行，安全性高，可靠性好的母管制主蒸汽系统压力控制方法。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种基于母管制主蒸汽系统压力控制方法，按以下步骤进行：
(一)、母管制主蒸汽压力控制系统组成：
包括多台锅炉、控制器、主蒸汽母管、汽轮机、控制阀和供热用户；
控制器用于控制给煤机进煤量，达到调节锅炉蒸汽压力的目的；
(二)、控制方法：
1号给煤机(C1)调节进入1号锅炉的燃料量，1号锅炉(G1)出口过热蒸汽流经1号管道(L1)、经1号阀门(V1)进入主蒸汽母管L4，2号给煤机(C2)调节进入1号锅炉的燃料量，2号锅炉(G2)出口过热蒸汽流经2号管道(L2)、经2号阀门(V2)进入主蒸汽母管L4，3号给煤机(C3)调节进入3号锅炉的燃料量，3号锅炉(G3)出口过热蒸汽流经3号管道(L3)、经3号阀门(V3)进入主蒸汽母管L4；
主蒸汽流经5号管道(L5)、经5号阀门(V5)进入1号汽轮机(T1)，维持汽轮机T1正常运行；主蒸汽流经6号管道(L6)、经6号阀门(V6)进入2号汽轮机(T2)，维持汽轮机T2正常运行；
主蒸汽流经主蒸汽母管L4,经4号阀门(V4)，输送至供热用户E1、E2、E3；锅炉G1、G2、G3、给煤机C1、C2、C3控制端分别与控制器连接；通过调节给煤量，控制每台锅炉出口的蒸汽压力，实现蒸汽母管蒸汽压力符合供热用户的要求。
作为优选，1号锅炉、1号给煤机、2号锅炉、2号给煤机、3号锅炉、3号给煤机控制端分别与控制器连接。
作为优选，3台以上的锅炉设计有1套统一的控制系统，控制对象为供汽母管压力，设定压力为供汽用户需求的压力值；蒸汽母管压力设定值经过四阶惯性环节与控制对象压力偏差经PID控制器运算后生成的锅炉供汽母管控制指令，该指令作为单元锅炉在母管压力控制模式下的负荷指令：
蒸汽母管压力偏差的行成如公式(1)所述：
DV＝SP*(1-e-t/5)*(1-e-t/10)(1-e-t/15)(1-e-t/20)-PV (1)
公式中DV为母管蒸汽压力偏差，SP为母管压力设定值，PV为母管压力实际值，t为时间；
母管压力控制指令如公式(2)所述：
BM＝DV*(Kp+Ki+Kd) (2)
BM为母管压力控制模式下统一作用于各台锅炉的母管蒸汽压力控制器输出指令，KP\KI\KD分别为比例、积分、微分控制作用。
控制方法还包括3台(或更多台)运行锅炉蒸汽流量的平均值作为母管压力控制器的前馈信号输出。
前馈信号FF与锅炉平均蒸汽流量Q0有如下关系：平均蒸汽流量、锅炉负荷、前馈输出值关系表
锅炉负荷L(％) 平均蒸汽流量Q<sub>0</sub>(t/h) 前馈输出值(％)
30 5.8 3
40 7.5 3.8
50 9.43 5.1
60 11.18 6.2
70 12.52 6.9
80 13.56 7.6
90 16.8 8.5
95 17.64 9.1
100 18.73 9.5
作为优选，控制方法还包括每台锅炉各自的压力控制系统，控制对象为每台锅炉过热器出口蒸汽压力，设定压力为手动设定，二者偏差经PID运算生成锅炉主控指令，称之为单元锅炉控制指令；
该指令与母管压力控制模式下的负荷指令通过压力控制负荷偏置进行母管模式与单元模式的无扰切换；
单台锅炉主蒸汽偏差的行成如公式(3)所述：
DVn＝SPn*(1-e-t/5)*(1-e-t/10)(1-e-t/15)(1-e-t/20)-PVn (3)
公式中DVn为第n台锅炉的锅炉出口主蒸汽压力偏差，SPn为第n台锅炉出口蒸汽压力设定值，PVn为第n台锅炉出口蒸汽压力实际值，t为时间；
第n台锅炉单元蒸汽出口压力控制指令如公式(4)所述：
BPn＝DVn*(Kp+Ki+Kd) (4)
BPn为第n台锅炉，单元控制模式下锅炉压力控制器输出指令，KP\KI\KD分别为比例、积分、微分控制作用；
不同控制模式下，第n台锅炉主控最终控制指令与母管模式下、单元模式下的锅炉输出指令有如下关系：
Bn＝BPn-BM (5)
MODE＝1时，BDn＝BM+Bn (6)
MODE＝0时，BDn＝BPn (7)
MODE＝1时为锅炉单元控制模式，MODE＝1时为母管压力控制模式；BDn为第n台锅炉主控最终指令输出；Bn为第n台锅炉主蒸汽母管压力控制负荷偏置，非母管压力模式下，Bn跟踪第n台锅炉单元模式下控制指令与母管模式下制指令的偏差；母管模式下，Bn可以手动设定，BPn跟踪BM与Bn的和；
通过以上方式实现单元模式与母管模式的无扰切换。
5、根据权利要求3所述的一种基于母管制主蒸汽系统压力控制方法，其特征在于：控制方法还包括单元锅炉指令与母管压力控制模式下的负荷指令经模式选择后，作用于燃料控制模块，经过锅炉负荷与燃料对应的函数折算出单台锅炉所需的燃料量。
第n台锅炉输出最终指令BDn与对应的燃料量TFn有如下关系：
Figure BDA0003800643650000041
Figure BDA0003800643650000051
上述燃料设定值与实测燃料的比较偏差进燃料主控PID控制模块运算，经运算输出指令直接控制锅炉进煤量，控制锅炉燃烧与设置的蒸汽压力相对应，维持机组安全稳定运行。
本发明能够达到如下效果：
本发明在多台锅炉同时运行期间，通过统一调度统一协调，使用统一的主蒸汽母管压力控制器行成母管模式下的锅炉控制指令作用于各台锅炉，同时每台锅炉自身具备自身的出口压力调节系统，两套系统可以实现无扰切换，行成每台锅炉的最终指令作用于燃料控制器，控制燃料的增减，与锅炉燃烧以及产汽的压力相匹配，更加精准有效的控制主蒸汽母管压力。避免主蒸汽母管压力变化造成供热负荷用户的不稳定，满足热用户供热需求，并且安全性高，可靠性好，结构简单。
附图说明
图1是本发明的连接结构示意图；
图2是本发明中母管控制模式锅炉负荷指令生成的一种逻辑流程示意图；
图3是本发明中锅炉单元模式下锅炉控制指令生成的一种逻辑流程示意图；
图4是本发明中锅炉单元模式下锅炉控制指令与母管模式下负荷指令的切换示意图；
图5是本发明中图1-图4中符号含义的描述图；
图6是本发明的电路原理连接结构示意框图。
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1：如图所示，一种基于母管制主蒸汽系统压力控制方法，按以下步骤进行：
(一)、母管制主蒸汽压力控制系统组成：
包括多台锅炉、控制器、主蒸汽母管、汽轮机、控制阀和供热用户；
控制器用于控制给煤机进煤量，达到调节锅炉蒸汽压力的目的；
(二)、控制方法：
1号给煤机(C1)调节进入1号锅炉的燃料量，1号锅炉(G1)出口过热蒸汽流经1号管道(L1)、经1号阀门(V1)进入主蒸汽母管L4，2号给煤机(C2)调节进入1号锅炉的燃料量，2号锅炉(G2)出口过热蒸汽流经2号管道(L2)、经2号阀门(V2)进入主蒸汽母管L4，3号给煤机(C3)调节进入3号锅炉的燃料量，3号锅炉(G3)出口过热蒸汽流经3号管道(L3)、经3号阀门(V3)进入主蒸汽母管L4；
主蒸汽流经5号管道(L5)、经5号阀门(V5)进入1号汽轮机(T1)，维持汽轮机T1正常运行；主蒸汽流经6号管道(L6)、经6号阀门(V6)进入2号汽轮机(T2)，维持汽轮机T2正常运行；
主蒸汽流经主蒸汽母管L4,经4号阀门(V4)，输送至供热用户E1、E2、E3；锅炉G1、G2、G3、给煤机C1、C2、C3控制端分别与控制器连接；通过调节给煤量，控制每台锅炉出口的蒸汽压力，实现蒸汽母管蒸汽压力符合供热用户的要求。
1号锅炉、1号给煤机、2号锅炉、2号给煤机、3号锅炉、3号给煤机控制端分别与控制器连接。
3台以上的锅炉设计有1套统一的控制系统，控制对象为供汽母管压力，设定压力为供汽用户需求的压力值；蒸汽母管压力设定值经过四阶惯性环节与控制对象压力偏差经PID控制器运算后生成的锅炉供汽母管控制指令，该指令作为单元锅炉在母管压力控制模式下的负荷指令：
蒸汽母管压力偏差的行成如公式(1)所述：
DV＝SP*(1-e-t/5)*(1-e-t/10)(1-e-t/15)(1-e-t/20)-PV (1)
公式中DV为母管蒸汽压力偏差，SP为母管压力设定值，PV为母管压力实际值，t为时间；
母管压力控制指令如公式(2)所述：
BM＝DV*(Kp+Ki+Kd) (2)
BM为母管压力控制模式下统一作用于各台锅炉的母管蒸汽压力控制器输出指令，KP\KI\KD分别为比例、积分、微分控制作用。
控制方法还包括每台锅炉各自的压力控制系统，控制对象为每台锅炉过热器出口蒸汽压力，设定压力为手动设定，二者偏差经PID运算生成锅炉主控指令，称之为单元锅炉控制指令；
该指令与母管压力控制模式下的负荷指令通过压力控制负荷偏置进行母管模式与单元模式的无扰切换；
单台锅炉主蒸汽偏差的行成如公式(3)所述：
DVn＝SPn*(1-e-t/5)*(1-e-t/10)(1-e-t/15)(1-e-t/20)-PVn (3)
公式中DVn为第n台锅炉的锅炉出口主蒸汽压力偏差，SPn为第n台锅炉出口蒸汽压力设定值，PVn为第n台锅炉出口蒸汽压力实际值，t为时间；
第n台锅炉单元蒸汽出口压力控制指令如公式(4)所述：
BPn＝DVn*(Kp+Ki+Kd) (4)
BPn为第n台锅炉，单元控制模式下锅炉压力控制器输出指令，KP\KI\KD分别为比例、积分、微分控制作用；
不同控制模式下，第n台锅炉主控最终控制指令与母管模式下、单元模式下的锅炉输出指令有如下关系：
Bn＝BPn-BM (5)
MODE＝1时，BDn＝BM+Bn (6)
MODE＝0时，BDn＝BPn (7)
MODE＝1时为锅炉单元控制模式，MODE＝1时为母管压力控制模式；BDn为第n台锅炉主控最终指令输出；Bn为第n台锅炉主蒸汽母管压力控制负荷偏置，非母管压力模式下，Bn跟踪第n台锅炉单元模式下控制指令与母管模式下制指令的偏差；母管模式下，Bn可以手动设定，BPn跟踪BM与Bn的和；
通过以上方式实现单元模式与母管模式的无扰切换。
控制方法还包括单元锅炉指令与母管压力控制模式下的负荷指令经模式选择后，作用于燃料控制模块，经过锅炉负荷与燃料对应的函数折算出单台锅炉所需的燃料量。

Claims (5)

1.一种基于母管制主蒸汽系统压力控制方法，其特征在于按以下步骤进行：
(一)、母管制主蒸汽压力控制系统组成：
包括多台锅炉、控制器、主蒸汽母管、汽轮机、控制阀和供热用户；
控制器用于控制给煤机进煤量，达到调节锅炉蒸汽压力的目的；
(二)、控制方法：
1号给煤机(C1)调节进入1号锅炉的燃料量，1号锅炉(G1)出口过热蒸汽流经1号管道(L1)、经1号阀门(V1)进入主蒸汽母管L4，2号给煤机(C2)调节进入1号锅炉的燃料量，2号锅炉(G2)出口过热蒸汽流经2号管道(L2)、经2号阀门(V2)进入主蒸汽母管L4，3号给煤机(C3)调节进入3号锅炉的燃料量，3号锅炉(G3)出口过热蒸汽流经3号管道(L3)、经3号阀门(V3)进入主蒸汽母管L4；
主蒸汽流经5号管道(L5)、经5号阀门(V5)进入1号汽轮机(T1)，维持汽轮机T1正常运行；主蒸汽流经6号管道(L6)、经6号阀门(V6)进入2号汽轮机(T2)，维持汽轮机T2正常运行；
主蒸汽流经主蒸汽母管L4,经4号阀门(V4)，输送至供热用户E1、E2、E3；锅炉G1、G2、G3、给煤机C1、C2、C3控制端分别与控制器连接；通过调节给煤量，控制每台锅炉出口的蒸汽压力，实现蒸汽母管蒸汽压力符合供热用户的要求。
2.根据权利要求1所述的一种基于母管制主蒸汽系统压力控制方法，其特征在于：1号锅炉、1号给煤机、2号锅炉、2号给煤机、3号锅炉、3号给煤机控制端分别与控制器连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于母管制主蒸汽系统压力控制方法，其特征在于：3台以上的锅炉设计有1套统一的控制系统，控制对象为供汽母管压力，设定压力为供汽用户需求的压力值；蒸汽母管压力设定值经过四阶惯性环节与控制对象压力偏差经PID控制器运算后生成的锅炉供汽母管控制指令，该指令作为单元锅炉在母管压力控制模式下的负荷指令：
蒸汽母管压力偏差的行成如公式(1)所述：
DV＝SP*(1-e-t/5)*(1-e-t/10)(1-e-t/15)(1-e-t/20)-PV (1)
公式中DV为母管蒸汽压力偏差，SP为母管压力设定值，PV为母管压力实际值，t为时间；
母管压力控制指令如公式(2)所述：
BM＝DV*(Kp+Ki+Kd) (2)
BM为母管压力控制模式下统一作用于各台锅炉的母管蒸汽压力控制器输出指令，KP\KI\KD分别为比例、积分、微分控制作用。
4.根据权利要求3所述的一种基于母管制主蒸汽系统压力控制方法，其特征在于：控制方法还包括每台锅炉各自的压力控制系统，控制对象为每台锅炉过热器出口蒸汽压力，设定压力为手动设定，二者偏差经PID运算生成锅炉主控指令，称之为单元锅炉控制指令；
该指令与母管压力控制模式下的负荷指令通过压力控制负荷偏置进行母管模式与单元模式的无扰切换；
单台锅炉主蒸汽偏差的行成如公式(3)所述：
DVn＝SPn*(1-e-t/5)*(1-e-t/10)(1-e-t/15)(1-e-t/20)-PVn (3)
公式中DVn为第n台锅炉的锅炉出口主蒸汽压力偏差，SPn为第n台锅炉出口蒸汽压力设定值，PVn为第n台锅炉出口蒸汽压力实际值，t为时间；
第n台锅炉单元蒸汽出口压力控制指令如公式(4)所述：
BPn＝DVn*(Kp+Ki+Kd) (4)
BPn为第n台锅炉，单元控制模式下锅炉压力控制器输出指令，KP\KI\KD分别为比例、积分、微分控制作用；
不同控制模式下，第n台锅炉主控最终控制指令与母管模式下、单元模式下的锅炉输出指令有如下关系：
Bn＝BPn-BM (5)
MODE＝1时，BDn＝BM+Bn (6)
MODE＝0时，BDn＝BPn (7)
MODE＝1时为锅炉单元控制模式，MODE＝1时为母管压力控制模式；BDn为第n台锅炉主控最终指令输出；Bn为第n台锅炉主蒸汽母管压力控制负荷偏置，非母管压力模式下，Bn跟踪第n台锅炉单元模式下控制指令与母管模式下制指令的偏差；母管模式下，Bn可以手动设定，BPn跟踪BM与Bn的和；
通过以上方式实现单元模式与母管模式的无扰切换。
5.根据权利要求3所述的一种基于母管制主蒸汽系统压力控制方法，其特征在于：控制方法还包括单元锅炉指令与母管压力控制模式下的负荷指令经模式选择后，作用于燃料控制模块，经过锅炉负荷与燃料对应的函数折算出单台锅炉所需的燃料量。
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