CN115639863A - 一种主蒸汽温度控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种主蒸汽温度控制装置及方法，属于生物质能热电领域。装置包括：过热系统和PID控制模块；过热系统包括四级过热器、三级减温器、三减调阀、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器；分别用于测量四级过热器的入口蒸汽实时温度、四级过热器的入口烟气温度、四级过热器的出口烟气温度以及四级过热器的出口蒸汽实时温度；PID控制模块用于检测并判断主蒸汽温度是否达到主蒸汽温度设定值，根据入口烟气温度和出口烟气温度调节三减调阀的开度，使入口蒸汽实时温度达到入口温度期望值，进而使主蒸汽温度达到主蒸汽温度设定值。本发明极大地提高了主蒸汽温度的控制精度和控制稳定性。

Description

一种主蒸汽温度控制装置及方法

技术领域

本发明涉及生物质能热电领域，特别是涉及一种主蒸汽温度控制装置及方法。

背景技术

以农林废弃物为主要燃料的生物质能热电联产项目，以其经济性、新农村建设示范性、清洁环保等诸多属性，近十年来在中国得到大力发展，但是相较于传统的燃煤发电机组，分布式生物质能热电联产项目又处在一个刚刚起步的阶段，如何连续稳定生产是每一个生物质能热电项目的首要任务。但是在十多年的发展过程中生物质能热电联产项目均以运行人员手动操作为主要控制方式，自动控制投入率极低，大多数情况投不上自动或自动控制效果极差，因此，存在主蒸汽温度自动控制不稳定、目标值和设定值偏差大、无法长期投入的问题。

随着控制技术的不断发展，新兴的控制策略也逐步得到实践，生物质能热电联产项目如何投自动运行，减少劳动强度、提高工作效率，实现提质、降本、增效，又一次的摆在了生物质能热电联产项目的面前。

发明内容

本发明的目的是提供一种主蒸汽温度控制装置及方法，以解决现有技术中的主蒸汽温度控制不稳定、偏差大的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种主蒸汽温度控制装置，包括：过热系统和PID控制模块；所述过热系统和所述PID控制模块连接；所述PID控制模块用于调节所述过热系统的入口蒸汽温度进而调节所述过热系统的主蒸汽温度；

所述过热系统包括四级过热器、三级减温器、三减调阀、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器；

所述三级减温器与所述四级过热器连接；所述三级减温器用于对三级过热器输出的过热蒸汽进行降温，降温后的过热蒸汽输入到所述四级过热器；所述三级减温器还与所述三减调阀的一端连接；所述三减调阀用于控制进入所述三级减温器的水量；所述三减调阀的另一端与高压给水母管连接；所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第三温度传感器和第四温度传感器均与所述四级过热器连接；所述第一温度传感器用于测量所述四级过热器的入口蒸汽实时温度；所述第二温度传感器用于测量所述四级过热器的入口烟气温度；所述第三温度传感器用于测量所述四级过热器的出口烟气温度；所述第四温度传感器用于测量所述四级过热器的出口蒸汽实时温度(即主蒸汽温度)；

所述PID控制模块分别与所述三减调阀、所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第三温度传感器和所述第四温度传感器连接；所述PID控制模块用于判断所述四级过热器的出口蒸汽实时温度是否达到主蒸汽温度设定值，若所述四级过热器的出口蒸汽实时温度未达到主蒸汽温度设定值，则根据所述入口烟气温度和所述出口烟气温度调节所述三减调阀的开度，使所述四级过热器的入口蒸汽实时温度达到入口温度期望值，进而使所述四级过热器的出口蒸汽实时温度达到主蒸汽温度设定值。

可选地，所述过热系统还包括一级过热器、二级过热器、三级过热器、一级减温器、二级减温器、一减调阀和二减调阀；

所述一级过热器通过所述一级减温器与所述二级过热器连接；所述一级减温器用于对所述一级过热器输出的蒸汽进行降温，进而达到控制二级过热器出口温度的目的；

所述二级过热器通过所述二级减温器与所述三级过热器连接；所述二级减温器用于对所述二级过热器输出的蒸汽进行降温，进而达到控制三级过热器出口温度的目的；

所述三级过热器通过所述三级减温器与所述四级过热器连接；

所述一级减温器还与所述一减调阀的一端连接；所述一减调阀用于控制进入所述一级减温器的水量；所述二级减温器还与所述二减调阀的一端连接；所述二减调阀用于控制进入所述二级减温器的水量；

所述一减调阀的另一端和所述二减调阀的另一端均与高压给水母管连接。

一种主蒸汽温度控制方法，所述方法应用于上述的主蒸汽温度控制装置，所述方法包括：

检测四级过热器的出口蒸汽实时温度，并判断所述四级过热器的出口蒸汽实时温度是否达到主蒸汽温度设定值；

若所述四级过热器的出口蒸汽实时温度未达到主蒸汽温度设定值，获取四级过热器的入口烟气温度和出口烟气温度；

根据所述入口烟气温度和所述出口烟气温度计算所述四级过热器的入口和出口的烟气温度变化对所述四级过热器内主蒸汽的影响强度；

根据所述影响强度，调节三减调阀的开度，使所述四级过热器的入口蒸汽实时温度达到入口温度期望值。

可选地，所述根据所述入口烟气温度和所述出口烟气温度计算所述四级过热器的入口和出口的烟气温度变化对所述四级过热器内主蒸汽的影响强度，具体包括：

利用公式

计算所述四级过热器的入口和出口的烟气温度变化对所述四级过热器内主蒸汽的影响强度；其中， K为调节系数；T′_0A(t)为四级过热器出口烟气温度的实时均值；T′₀(t)-T′_0A(t)为四级过热器出口烟气温度与实时均值的变化量；D为四级过热器出口烟气温度对主蒸汽影响因数；T′_1A(t)为四级过热器入口烟气温度的实时均值；T′₁(t)-T′_1A(t)为四级过热器入口烟气温度与实时均值的变化量；E为四级过热器入口烟气温度对主蒸汽影响因数。

可选地，所述入口温度期望值包括第一温度期望值和第二温度期望值；

当实时主蒸汽温度在点P_x2，x＝{1,3,5,7,...2n+1}时，根据所述影响强度，调节三减调阀的开度，使所述四级过热器的入口蒸汽实时温度达到所述第一温度期望值；所述第一温度期望值T_1SP＝T_1A+k(v)*(△T)+α_T'(t)；其中，T_1A为四级过热器的入口蒸汽实时温度的均值；△T为主蒸汽温度T_0PV和主蒸汽设定温度 T_0SP的偏差；k(v)为v的时变函数，v为主蒸汽温度在点P_x或点P_y的变化速率；

当实时主蒸汽温度在点P_y2，y＝{2,4,6,8,...2n}时，且当偏差△T<z时，根据所述影响强度，调节三减调阀的开度，使所述四级过热器的入口蒸汽实时温度达到所述第二温度期望值；所述第二温度期望值T_1SP＝T_1A+α_T'(t)；其中，z为期望控制偏差。

可选地，所述主蒸汽温度为四级过热器的出口蒸汽实时温度。

可选地，所述点P_x2、所述点P_x、所述点P_y和所述点P_y2为主蒸汽温度- 时间曲线上的点；其中，所述点P_x2和所述点P_x相邻；所述点P_y和所述点P_y2相邻。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明通过测量四级过热器的入口蒸汽实时温度和出口蒸汽实时温度，并确定四级过热器的入口温度期望值，PID控制模块根据所述入口温度期望值调节三减调阀的开度，使所述入口蒸汽实时温度达到入口温度期望值，进而使所述四级过热器的出口蒸汽实时温度达到主蒸汽温度设定值。主蒸汽温度被控制在一定范围内波动，设定值和实际值偏差较小，极大地提高了主蒸汽温度的控制精度和控制稳定性，对提高效率、增加效益、保障设备安全运行有极大的示范效应，具有较强的推广应用价值。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种主蒸汽温度控制装置的结构框图；

图2为本发明提供的过热系统的结构示意图；

图3为本发明提供的PID控制模块的结构示意图；

图4为本发明提供的过热器在锅炉内的布置示意图；

图5为本发明提供的传统串级PID控制效果示意图；

图6为本发明提供的一种主蒸汽温度控制方法的流程图；

图7为本发明提供的实时主蒸汽温度和主蒸汽温度设定值的曲线图；

图8为本发明提供的四级过热器前后烟气温度变化引起四级过热器出口蒸汽温度的变化的示意图；

图9为本发明提供的一种基于仿生判别的主蒸汽温度控制方法的运行效果示意图。

符号说明：1、一级过热器；2、一级减温器；3、一减调阀；4、二级过热器；5、二级减温器；6、二减调阀；7、三级过热器；8、三级减温器；9、三减调阀；10、四级过热器。

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，所描述的实施例仅仅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。

本发明的目的是提供一种主蒸汽温度控制装置及方法，以解决现有技术中的主蒸汽温度控制不稳定的问题。

本发明以山西江河生物质能发电有限公司的主蒸汽温度自动控制调节优化为例，创新性的应用了一种基于人工智能判别+传统PID控制的主蒸汽温度控制策略与实现(主蒸汽温度控制装置及方法)，旨在推动智能控制、全机组级自动控制在生物质能热电联产项目的应用。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明提供的一种基于仿生判别的主蒸汽温度控制装置的结构框图；图2为本发明提供的过热系统的结构示意图；图3为本发明提供的PID 控制模块的结构示意图。如图1所示，一种基于仿生判别的主蒸汽温度控制装置，包括：过热系统和PID控制模块；所述过热系统和所述PID控制模块连接；所述PID控制模块用于调节所述过热系统的主蒸汽温度，进而调节所述过热系统的主蒸汽温度。

如图2所示，所述过热系统包括四级过热器10、三级减温器8、三减调阀 9、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器。第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器未在图中示出。

所述三级减温器8与所述四级过热器10连接；所述三级减温器8用于对三级过热器7输出的过热蒸汽进行降温，降温后的过热蒸汽输入到所述四级过热器10；所述三级减温器8还与所述三减调阀9的一端连接；所述三减调阀9 用于控制进入所述三级减温器8的水量；所述三减调阀9的另一端与高压给水母管连接；所述第一温度传感器、所述第二温度传感器和所述第三温度传感器均与所述四级过热器10连接；所述第一温度传感器用于测量所述四级过热器 10的入口蒸汽实时温度；所述第二温度传感器用于测量所述四级过热器10的入口烟气温度；所述第三温度传感器用于测量所述四级过热器10的出口烟气温度；所述第四温度传感器用于测量所述四级过热器10的出口蒸汽实时温度，即主蒸汽温度。

进一步地，所述过热系统还包括一级过热器1、二级过热器4、三级过热器7、一级减温器2、二级减温器5、一减调阀3和二减调阀6。

所述一级过热器1通过所述一级减温器2与所述二级过热器4连接；所述一级减温器2用于对所述一级过热器1输出的蒸汽进行降温，进而达到控制二级过热器出口温度的目的。

所述二级过热器4通过所述二级减温器5与所述三级过热器7连接；所述二级减温器5用于对所述二级过热器4输出的蒸汽进行降温，进而达到控制三级过热器出口温度的目的。

所述三级过热器7通过所述三级减温器8与所述四级过热器10连接。

所述一级减温器2还与所述一减调阀3的一端连接；所述一减调阀3用于控制进入所述一级减温器2的水量；所述二级减温器5还与所述二减调阀6 的一端连接；所述二减调阀6用于控制进入所述二级减温器5的水量。

所述一减调阀3的另一端和所述二减调阀6的另一端均与高压给水母管连接。

PID控制模块如图3所示，所述PID控制模块分别与所述三减调阀9、所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第三温度传感器和所述第四温度传感器连接；所述PID控制模块用于判断所述四级过热器的出口蒸汽实时温度是否达到主蒸汽温度设定值，若所述四级过热器的出口蒸汽实时温度未达到主蒸汽温度设定值，则根据所述入口烟气温度和所述出口烟气温度调节所述三减调阀9的开度，使所述四级过热器的入口蒸汽实时温度达到入口温度期望值，进而使所述四级过热器的出口蒸汽实时温度达到主蒸汽温度设定值。所述四级过热器出口温度还受四级过热器进出口烟气温度变化影响，当四级过热器进出口烟气温度变化较大时，四级过热器出口温度变化较大。图3中，T_1VP为四级过热器10的入口蒸汽温度实时值，T_1SP为四级过热器10的入口蒸汽温度的设定值，AO为三减调阀9的开度指令，入口烟气温度和出口烟气温度未在图中示出。

在实际应用中，山西江河生物质能发电有限公司使用的锅炉为太原锅炉厂生产的130t/h生物质循环流化床锅炉，通过燃料的燃烧而释放出的热量加热锅炉内的水而生产出饱和蒸汽，饱和蒸汽经过位于炉膛内部的过热器，再次经由烟气加热成过热蒸汽(主蒸汽)，配合减温器减温，使过热蒸汽达到设计要求的温度。

按照汽轮机本体和锅炉材质的要求，一般主蒸汽温度波动范围需要控制在 -10～+5℃。过热器在锅炉内布置如图4所示。

过热系统采用四级过热器加热、三级减温器喷水减温的控制方式，以期控制主蒸汽温度在主蒸汽温度设定值附近波动。

过热系统控制原理如图2所示，其中，一级过热器出口温度、二级过热器入口温度、二级过热器出口温度、三级过热器入口温度、三级过热器出口温度、四级过热器入口温度、四级过热器出口温度(即主蒸汽温度)均由温度元件(如温度传感器)直接测量得来并在DCS系统实时显示；一减调阀3、二减调阀6、三减调阀9根据其开度不同，分别控制喷入一级减温器2、二级减温器5、三级减温器8的减温水量，用以调节主蒸汽温度。

饱和蒸汽经过一级过热器1、二级过热器4、三级过热器7、四级过热器 10四次加热成为主蒸汽，一级减温器2、二级减温器5、三级减温器8是过热蒸汽和减温水进行混合的场所，目的是控制过热蒸汽的温度，减温水的多少分别由一减调阀3、二减调阀6、三减调阀9控制，在经过每一级过热器时过热蒸汽温度不能太高也不能太低，有一个温度范围。

过热系统工作过程简述如下：

汽包来饱和蒸汽经过一级过热器1加热后进入一级减温器2，通过手动或自动调节一减调阀3的开度控制进入一级减温器2的减温水量(高压给水母管来水)调节二级过热器4的入口温度，从而达到控制二级过热器出口温度的目的。

蒸汽经由二级过热器4加热后进入二级减温器5，通过手动或自动调节二减调阀6的开度控制进入二级减温器5的减温水量调节三级过热器7的入口温度，进而达到控制三级过热器出口温度的目的。

蒸汽再经由三级过热器7加热后进入三级减温器8，通过手动或自动调节三减调阀9的开度控制进入三级减温器8的减温水量调节四级过热器10的入口温度，进而达到控制四级过热器出口温度的目的，最终生成满足汽轮机需要的过热蒸汽，即主蒸汽。

基于火电机组传统的三级减温串级调节的方式，一减调阀3、二减调阀6、三减调阀9分别实施串级PID控制。同时为满足主蒸汽过热度的要求，一级减温器2、二级减温器5、三级减温器8的减温水量呈逐级递减的方式。

由于以农林废弃物为主的生物质燃料灰分、水分、热值和给料机下料量的不确定性和不均匀性，生物质锅炉不能像燃煤锅炉一样的稳定燃烧，生物质燃料品质的变化导致烟气温度呈波动变化的情况，主蒸汽温度也会随之呈现不规律的波动，正常运行情况下，主蒸汽温度变化范围±6℃左右，传统串级PID 控制效果如图5所示。

四级过热器10的入口蒸汽温度和三级过热器7的出口蒸汽温度也存在大幅度变化的情况，整体上波动频繁且波动幅度大，不利于机组稳定经济运行。

从图5可以看出，主蒸汽温度在燃料质量变化的影响下出现不规则的波动，变化幅度较大，传统PID调节属于反馈型调节器，在大惯性和大时延系统控制效果并不是特别理想。

主蒸汽温度控制的精度主要取决于三减调阀9的开度控制，一减调阀3、二减调阀6协助三减调阀9做整体控制，因此在此着重讲述对三减调阀9的控制。一减调阀3、二减调阀6的控制参考《农林生物质水冷振动炉排锅炉减温水联合调控策略及方法》。

通过试验得知，三减调阀9对四级过热器10的入口蒸汽温度响应比较及时，控制效果较好。经与现场运行人员深入沟通交流，了解手动控制方式下的操作习惯与操作理念，分析过热器入口与出口温度变化趋势，结合人工智能控制技术的发展，提出了一种基于仿生判别的主蒸汽温度控制方法，如图6所示，更能有效的克服由燃烧状态的变化引起对四级过热器10的出口蒸汽温度的影响。

所述方法应用于上述的基于仿生判别的主蒸汽温度控制装置，所述方法包括：

步骤601：检测四级过热器的出口蒸汽实时温度，并判断所述四级过热器的出口蒸汽实时温度是否达到主蒸汽温度设定值。

步骤602：若所述四级过热器的出口蒸汽实时温度未达到主蒸汽温度设定值，获取四级过热器的入口烟气温度和出口烟气温度。

步骤603：根据所述入口烟气温度和所述出口烟气温度计算所述四级过热器的入口和出口的烟气温度变化对所述四级过热器内主蒸汽的影响强度。

进一步地，所述步骤603，具体包括：

利用公式

计算所述四级过热器的入口和出口的烟气温度变化对所述四级过热器内主蒸汽的影响强度；其中， K为调节系数；T′_0A(t)为四级过热器出口烟气温度的实时均值；T′₀(t)-T′_0A(t)为四级过热器出口烟气温度与实时均值的变化量；D为四级过热器出口烟气温度对主蒸汽影响因数；T′_1A(t)为四级过热器入口烟气温度的实时均值；T′₁(t)-T′_1A(t)为四级过热器入口烟气温度与实时均值的变化量；E为四级过热器入口烟气温度对主蒸汽影响因数。

步骤604：根据所述影响强度，调节三减调阀的开度，使所述四级过热器的入口蒸汽实时温度达到入口温度期望值。

具体地，所述入口温度期望值包括第一温度期望值和第二温度期望值。

当实时主蒸汽温度在点P_x2，x＝{1,3,5,7,...2n+1}时，根据所述影响强度，调节三减调阀的开度，使所述四级过热器的入口蒸汽实时温度达到所述第一温度期望值；所述第一温度期望值T_1SP＝T_1A+k(v)*(△T)+α_T'(t)；其中，T_1A为四级过热器的入口蒸汽实时温度的均值；△T为主蒸汽温度T_0PV和主蒸汽设定温度 T_0SP的偏差；k(v)为v的时变函数，v为主蒸汽温度在点P_x的变化速率。

当实时主蒸汽温度在点P_y2，y＝{2,4,6,8,...2n}时，且当偏差△T<z时，根据所述影响强度，调节三减调阀的开度，使所述四级过热器的入口蒸汽实时温度达到所述第二温度期望值；所述第二温度期望值T_1SP＝T_1A+α_T'(t)；其中，z为期望控制偏差。所述点P_x2、所述点P_x、点P_y和所述点P_y2为主蒸汽温度-时间曲线上的点；其中，所述点P_x2和所述点P_x相邻；所述点P_y和所述点P_y2相邻。

在实际应用中，所述主蒸汽温度为四级过热器的出口蒸汽实时温度。在本发明中，将所述四级过热器的入口蒸汽实时温度调节到入口温度期望值，即能够使所述四级过热器的出口蒸汽实时温度达到设定值(主蒸汽温度设定值)。每一级过热器的温升在短时间内可认为是个定值，长时间运行后由于积灰、结垢等影响温升会有较大的变化，本发明的方法也有效的避免了过热器温升变化对控制效果的影响。

在实际应用中，在锅炉实际运行中，实时主蒸汽温度在设定值上下波动，其变化趋势参考图7，分析如下：

图7中，SP为主蒸汽温度设定值(即期望主蒸汽温度)，PV为实时主蒸汽温度，PV曲线表示主蒸汽温度随时间变化的曲线(主蒸汽温度-时间曲线)，其为无规则、时变连续曲线。

PV曲线上的P₁、P₂、P₃...P₈点为温度变化具有表征意义的代表点，其各点处温度分别以T_P1、T_P2、T_P3...T_P8表示。

PV曲线上的P₁₂点为P₁的紧邻点、P₂₂点为P₂的紧邻点、P₃₂点为P₃的紧邻点、......、P₈₂点为P₈的紧邻点，其各点处温度以T_P12、T_P22、T_P32...T_P82表示，其物理意义表征主蒸汽温度由T_Px向T_Px2变化。

对于PV曲线上各温度点表征的实际物理意义，描述如下：

1)对P₁点，PV的变化速率：

对与其紧邻的P₁₂点，PV的变化速率：v₁₂>0且T_P12>SP，表征实时主蒸汽温度大于设定值且还在升高，其增长速率为v₁₂，其物理意义表述为：温度开始快速增长，当前减温水量不足，需加大减温水量。

2)对P₂点，PV的变化速率：

对与其紧邻的P₂₂点，PV的变化速率：v₂₂<0且T_P22>SP，表征实时主蒸汽温度大于设定值但已开始降低。其物理意义表述为：当前减温水量已经加多了，温度开始下降，此时减温水量需要提前减少。

3)对P₃点，PV的变化速率：

对与其紧邻的P₃₂点，PV的变化速率：v₃₂<0且T_P32<SP，表征实时主蒸汽温度小于设定值且还在降低，其降低速率为v₃₂。其物理意义表述为：温度开始快速降低，当前减温水量已过量，需减少当前减温水量。

4)对P₄点，PV的变化速率：

对与其紧邻的点P42点，PV的变化速率：v₄₂>0且T_P42<SP，表征实时主蒸汽温度小于设定值但已开始升高。其物理意义表述为：当前减温水量已经减过了，温度已开始上升，此时减温水量需要提前适量多加。

5)P₅与P₁相同，P₆与P₂相同，不再赘述。

6)对P₇点，PV的变化速率：

对与其紧邻的P₇₂点，PV的变化速率：v₇₂<0且T_P72>SP，表征实时主蒸汽温度在下降的过程中还未降到设定值又开始上升。其物理意义表述为：当前减温水量减的太多温度未能降下来又开始上升，需要再多加减温水。

7)控制关键点：

①对于P₂₂点，减温水量已经加多的情况，减温水量要控制到哪个程度或者是哪个量才能不多或者不会太少又引起主蒸汽温度再次上升。

②对于P₄₂点，减温水量已经太少了的情况，减温水量要控制到哪个量才能不少或者不不引起主蒸汽温度再次降低。

8)假设四级过热器温升δT为定值，四级过热器出口蒸汽温度设定值： T_0SP＝535℃，则入口温度：T_1PV＝535-δT℃，也为一固定值。基于此考虑对四级过热器入口蒸汽温度求实时均值：T_1A，求均值时长为1小时，从1小时实时均值看，四级过热器入口蒸汽温度近乎为一条直线；同理，对四级过热器出口蒸汽温度(即主蒸汽温度)取小时实时均值：T_0A，可以发现四级过热器出口蒸汽温度同样近乎一条直线。

基于该假设，如果四级过热器入口蒸汽温度为理想值，则四级过热器出口蒸汽温度也应为理想值。

9)当锅炉燃烧工况发生变化时，四级过热器前后烟气温度变化进而引起四级过热器出口蒸汽温度的变化，如图8所示。因此根据烟温变化适时调节三减调阀开度，控制喷入三级减温器的减温水量，进而调整四过入口温度T₁，即可达到调节主蒸汽温度T₀的目的；

10)基于9)的分析，四级过热器前后烟气温度变化对四级过热器内过热蒸汽的影响强度：

α_T'(t)作为前馈作用于三减调阀控制该调阀开度，用于抵消四级过热器烟气温度变化对过热蒸汽温度的影响，达到提前调节的目的。

基于以上分析，三减调阀使用单PID调节，如下图3所示，PID的输出 AO为三减调阀的开度指令，四级过热器入口温度调节精度通常在±1℃。

三减调阀控制规则如下：

1)初始时，四级过热器入口蒸汽温度设定值：T_1SP＝T_1A，其中，T_1A为四级过热器入口温度实时均值，暂定取均值时长为1小时。

PID的过程量：T_1PV为入口蒸汽温度实时值。

PID的输出AO为三减调阀的开度指令，四级过热器入口蒸汽温度调节精度通常在±1℃。

2)当实时主蒸汽温度在点P_x2，x＝{1,3,5,7,...2n+1}时，主蒸汽实时温度 T_0PV和主蒸汽温度设定值T_0SP的偏差：△T＝T_0PV-T_0SP。

此时四级过热器入口蒸汽温度设定值：

T_1SP＝T_1A+k(v)*(△T)+α_T'(t)，旨在根据实时主蒸汽温度和设定值的偏差，动态调整偏差系数，加快PID调节速度和强度。

3)在点P_y2，y＝{2,4,6,8,...2n}时，当偏差△T<z(期望控制偏差)时，

此时四级过热器入口蒸汽温度设定值：

T_1SP＝T_1A+α_T'(t)，旨在控制入口蒸汽温度快速回到小时均值。

基于以上分析，基于仿生判别的主蒸汽温度控制方法的运行效果如图9 所示，主蒸汽温度被控制在设定值±2℃范围波动，极大提高了主蒸汽温度的控制精度和控制稳定性。

本发明有效的利用了传统PID在单PID调节的稳定性和高效性，同时又吸取了人工控制的经验和理念，做到了让工业控制具有人类的思维方式。

本发明的成果应用极大的提高了主蒸汽温度的控制精度和控制稳定性，对提高效率、增加效益、保障设备安全运行有极大的示范效应，具有较强的推广应用价值。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种主蒸汽温度控制装置，其特征在于，包括：过热系统和PID控制模块；所述过热系统和所述PID控制模块连接；所述PID控制模块用于调节所述过热系统的主蒸汽温度，进而调节所述过热系统的主蒸汽温度；

所述过热系统包括四级过热器、三级减温器、三减调阀、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器；

所述三级减温器与所述四级过热器连接；所述三级减温器用于对三级过热器输出的过热蒸汽进行降温，降温后的过热蒸汽输入到所述四级过热器；所述三级减温器还与所述三减调阀的一端连接；所述三减调阀用于控制进入所述三级减温器的水量；所述三减调阀的另一端与高压给水母管连接；所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第三温度传感器和所述第四温度传感器均与所述四级过热器连接；所述第一温度传感器用于测量所述四级过热器的入口蒸汽实时温度；所述第二温度传感器用于测量所述四级过热器的入口烟气温度；所述第三温度传感器用于测量所述四级过热器的出口烟气温度；所述第四温度传感器用于测量所述四级过热器的出口蒸汽实时温度；

所述PID控制模块分别与所述三减调阀、所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第三温度传感器和所述第四温度传感器连接；所述PID控制模块用于判断所述四级过热器的出口蒸汽实时温度是否达到主蒸汽温度设定值，若所述四级过热器的出口蒸汽实时温度未达到主蒸汽温度设定值，则根据所述入口烟气温度和所述出口烟气温度调节所述三减调阀的开度，使所述四级过热器的入口蒸汽实时温度达到入口温度期望值，进而使所述四级过热器的出口蒸汽实时温度达到主蒸汽温度设定值。

2.根据权利要求1所述的主蒸汽温度控制装置，其特征在于，所述过热系统还包括一级过热器、二级过热器、三级过热器、一级减温器、二级减温器、一减调阀和二减调阀；

所述一级过热器通过所述一级减温器与所述二级过热器连接；所述一级减温器用于对所述一级过热器输出的蒸汽进行降温，进而达到控制二级过热器出口温度的目的；

所述二级过热器通过所述二级减温器与所述三级过热器连接；所述二级减温器用于对所述二级过热器输出的蒸汽进行降温，进而达到控制三级过热器出口温度的目的；

所述三级过热器通过所述三级减温器与所述四级过热器连接；

所述一级减温器还与所述一减调阀的一端连接；所述一减调阀用于控制进入所述一级减温器的水量；所述二级减温器还与所述二减调阀的一端连接；所述二减调阀用于控制进入所述二级减温器的水量；

所述一减调阀的另一端和所述二减调阀的另一端均与高压给水母管连接。

3.一种主蒸汽温度控制方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-2任一项所述的主蒸汽温度控制装置，所述方法包括：

检测四级过热器的出口蒸汽实时温度，并判断所述四级过热器的出口蒸汽实时温度是否达到主蒸汽温度设定值；

若所述四级过热器的出口蒸汽实时温度未达到主蒸汽温度设定值，获取四级过热器的入口烟气温度和出口烟气温度；

根据所述入口烟气温度和所述出口烟气温度计算所述四级过热器的入口和出口的烟气温度变化对所述四级过热器内主蒸汽的影响强度；

根据所述影响强度，调节三减调阀的开度，使所述四级过热器的入口蒸汽实时温度达到入口温度期望值。

4.根据权利要求3所述的主蒸汽温度控制方法，其特征在于，所述根据所述入口烟气温度和所述出口烟气温度计算所述四级过热器的入口和出口的烟气温度变化对所述四级过热器内主蒸汽的影响强度，具体包括：

利用公式

计算所述四级过热器的入口和出口的烟气温度变化对所述四级过热器内主蒸汽的影响强度；其中，K表示调节系数；T₀'_A(t)为四级过热器出口烟气温度的实时均值；T₀'(t)-T₀'_A(t)为四级过热器出口烟气温度与实时均值的变化量；D为四级过热器出口烟气温度对主蒸汽影响因数；T₁'_A(t)为四级过热器入口烟气温度的实时均值；T₁'(t)-T₁'_A(t)为四级过热器入口烟气温度与实时均值的变化量；E为四级过热器入口烟气温度对主蒸汽影响因数。

5.根据权利要求4所述的主蒸汽温度控制方法，其特征在于，所述入口温度期望值包括第一温度期望值和第二温度期望值；

当实时主蒸汽温度在点P_x2，x＝{1,3,5,7,...2n+1}时，根据所述影响强度，调节三减调阀的开度，使所述四级过热器的入口蒸汽实时温度达到所述第一温度期望值；所述第一温度期望值T_1SP＝T_1A+k(v)*(△T)+α_T'(t)；其中，T_1A为四级过热器的入口蒸汽实时温度的均值；△T为主蒸汽温度T_0PV和主蒸汽设定温度T_0SP的偏差；k(v)为v的时变函数，v为主蒸汽温度在点P_x或点P_y的变化速率；

当实时主蒸汽温度在点P_y2，y＝{2,4,6,8,...2n}时，且当偏差△T<z时，根据所述影响强度，调节三减调阀的开度，使所述四级过热器的入口蒸汽实时温度达到所述第二温度期望值；所述第二温度期望值T_1SP＝T_1A+α_T'(t)；其中，z为期望控制偏差。

6.根据权利要求5所述的主蒸汽温度控制方法，其特征在于，所述实时主蒸汽温度为四级过热器的出口蒸汽实时温度。

7.根据权利要求5所述的主蒸汽温度控制方法，其特征在于，所述点P_x2、所述点P_x、所述点P_y和所述点P_y2为主蒸汽温度-时间曲线上的点；其中，所述点P_x2和所述点P_x相邻；所述点P_y和所述点P_y2相邻。

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