TW201625882A - 用於操作貫流式蒸氣產生器的控制方法 - Google Patents

用於操作貫流式蒸氣產生器的控制方法 Download PDF

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Abstract

本發明涉及用於操作具有一煙氣道之廢熱蒸氣產生器的控制方法，其中一設於煙氣通道內的蒸發器具有至少兩個在煙氣通道內前後排列的蒸發器加熱面(4’、4”)及至少一個位於蒸發器加熱面(4’、4”)之間的中間加熱面(Z)，其中對蒸發器加熱面(4’、4”)求出一個在蒸發器內的吸熱量的特徵值。對該至少一個中間加熱面(Z)求出一個中間加熱面(Z)之吸熱量的特徵值，並從在蒸發器內的吸熱量的特徵值將這個特徵值扣除。

Description

用於操作貫流式蒸氣產生器的控制方法
本發明涉及一種根據申請專利範圍第1項之特徵的操作貫流式蒸氣產生器的控制方法。
WO 2009/068446 A2及WO 2009/150055 A2均有提出相關之操作貫流式蒸氣產生器的控制方法，尤其是操作廢熱蒸氣產生器的控制方法。這兩個先前專利提出的控制方法應用於貫流式蒸氣產生器時，需為要調整的給水流量設定一個蒸氣加熱面的額定值。
為了使蒸氣產生器電路能夠達到熱力的最佳化，垂直式廢熱蒸氣產生器使用的蒸發器在煙氣通道中應被至少一個不屬於蒸發器的推入式中間加熱面分隔為兩個以上蒸發器加熱面。具體而言，煙氣在從蒸發器入口到蒸發器出口的路徑中必須經過額外的加熱面，而且煙氣在此額外的加熱面上同樣會被冷卻。因此在從蒸發器入口到出口的路徑中，除了經由蒸發加熱面將熱功率傳送到流動的液體會使煙氣溫度的下降外，經由中間加熱面傳送熱功率也會使煙氣溫度下降。但是WO 2009/068446 A2或WO 2009/150055 A2提出的控制這種帶有推入式中間加熱面的蒸氣產生器電路之給水流量的方法計算出的蒸發器熱吸收量會過大，因為煙氣也會將 熱能傳送到推入式加熱面，但是這個方法並未計算及考量到這些熱能。
因此計算出的給水流量的額定值會過大。
本發明的目的是提出一種能夠克服上述缺點的控制方法。
採用具有申請專利範圍第1項之特徵的操作貫流式蒸氣產生器的方法即可達到本發明的目的。
這種方法可以對至少一個推入式中間加熱面推出即時吸熱量，並自蒸發器之蒸發器加熱面的平衡的蒸發器熱輸入量將這個吸熱量扣除，這樣就可以得出控制給水流量及/或給水量所需之推入式中間加熱面之吸熱量的修正值。
根據本發明之控制方法的一種有利的實施方式，在煙氣通道內，在該至少一個推入式中間加熱面的入口及出口處另外有安裝其他的煙氣溫度測量裝置。因此在任何一個時間點都可以準確的測出該至少一個推入式中間加熱面的吸熱量，並在控制給水流量時將這個吸熱量考量進去。但是每另外安裝煙氣溫度測量裝置，會使花費跟著升高，這是因為裝置增加的關係，以及為了求得適當的平均值，需要在煙氣側多安裝幾個煙氣溫度測量裝置。而且為了優化熱力學設計，在蒸發器入口及蒸發器出口之間設置愈多個中間加熱面，增加的花費就愈高。
據本發明之控制方法的一種有利的實施方式，為了測出該至少一個推入式中間加熱面的吸熱量，應致力於水蒸氣側的平衡，這樣就能夠盡可能不必另外安裝相對而言費用較高的煙道溫度測量裝置。直接比較的結果顯示，在水蒸氣側進行測量不但比較容易，所需的設備費用也比較低。原則上另一種可能的方式是推入式中間加熱面本身就設有必要的水蒸氣側的測量裝置。
以下將配合圖式對本發明的內容做進一步的說明，其中：第1圖一種先前技術之控制方法的示意圖。
第2圖本發明之控制方法的示意圖。
第3圖本發明之控制方法的一種實施方式的示意圖。
第1圖顯示WO 2009/068446 A2已知的設置。於此處未繪出的煙氣通道內，廢熱蒸氣產生器設有一個預加熱器2(亦稱為燃料節省器)，其作用是將作為流動介質的給水加熱。在流動介質側，預加熱器2的前面連接一個給水幫浦3，同時在預加熱器的後面連接一個蒸發器加熱面4。在出口側，蒸發器加熱面4經由流動介質側的一個儲水器6(較佳是製作成冷凝罐或冷凝瓶)與若干位於其後的過熱器加熱面8、10、12連接，為了適應蒸氣溫度，這些過熱器加熱面可以配備噴射冷卻器14、16。廢熱蒸氣產生器是用於一供給量受控制的給水。 因此給水幫浦3的後面連接一個受伺服馬達20控制的節流閥22，因此透過適當的控制節流閥22可以調整及控制給水幫浦3朝預加熱器2的方向輸送的給水量及/或給水流量。為了求出輸入之給水流量的即時特徵值，節流閥22的後面連接測量裝置24，其作用是測量通過給水管的給水流量。透過控制元件28控制伺服馬達20，其中控制元件28的輸入側收到經由數據線30輸入的給水流量額定值信號，以及收到經由測量裝置24測得的給水流量的即時實際值信號。透過這兩個信號之間的差異會向控制器28發出一個跟蹤需求，也就是在實際值與額定值不同時，就會經由控制伺服馬達20對節流器22進行相應的跟蹤。
為了求得特別符合需求的給水流量的額定值，以作為按照事前、未來、或目前之需求調整給水流量的依據，數據線30在入口側與規定給水流量額定值之給水量控制器32連接。給水量控制器32的作用是根據蒸發器加熱面4內的熱流平衡求出給水流量額定值，其中給水量控制器是根據蒸發器加熱面4內目前從熱氣傳送到流動介質的熱流及為獲得所需要之新鮮蒸氣狀態規定的蒸發器加熱面4內流動介質的額定焓增量的比例求出給水流量額定值。為了利用這種以廢熱蒸氣產生器的熱平衡為基礎以求出給水流量額定值的方法，這個例子是考量描述蒸發器入口處熱氣目前之溫度的溫度特徵值，以及描述熱氣目前之流量的流量特徵值，以求出從熱氣傳送到流動介質的熱流。
給水量控制器32具有一個除法器34，其中被輸入除法器34的是一個描述蒸發器加熱面4內目前從熱氣傳送到流動介質的熱流的特徵值(作為分子)，以及一個描述為獲得所需要之新鮮蒸氣狀態規定的蒸發器加熱面4內流動介質的額定焓增量的特徵值(作為分母)。除法器34的入口側(分母那一邊)與一個功能模組36連接，其作用是根據一個輸入的描述蒸發器入口處熱氣目前之溫度的溫度特徵值，以及輸出一個描述熱氣在蒸發器入口處的焓作為輸出值。這個例子是輸入一個描述蒸發器入口處熱氣目前之溫度的測量值作為溫度特徵值。描述熱氣在蒸發器入口處的焓的特徵值被輸出到減法器38，並由減法器38從這個特徵值將功能模組40提供的描述熱氣在蒸發氣出口處的焓的特徵值扣除。
為了求出熱氣在蒸發器出口處的焓，需在功能模組40的入口側由一個加法器42將兩個溫度值相加。一方面將經由功能元件44根據流動介質在蒸發器入口處的壓力求出的流動介質飽和溫度考慮進去，其中功能元件在入口側與壓力傳感器46連接。另一方面經由功能元件48將從熱氣流求得的蒸發器出口處的熱氣溫度減掉蒸發器入口處之流動介質的沸騰溫度所得的溫度差考慮進去，其中功能元件48的入口側經由另一個功能元件50輸入一個描述目前之熱氣流的氣流特徵值。功能模組40可以從這兩個被加法器42相加的溫度值求出(必要時可參考適當的表格、圖形或其他類似資料)熱氣在蒸發器出口處的焓。這樣減法器38就可以在出口側輸出焓差 或焓平衡，也就是蒸發器入口處的熱氣焓及蒸發器出口處的熱氣焓的差。
這個焓差被傳送到一個乘法器52，另外流量特徵值(也就是目前能夠得到的測量值)也會被傳送到乘法器52。因此乘法器52的輸出側會提供一個描述從煙氣傳送到蒸發器加熱面4的熱功率的特徵值。
為了能夠根據熱氣釋出的熱功率出實際上傳送到流動介質的熱流，首先必須對進入蒸發器加熱面4之元件(尤其是金屬部分)的熱能儲存效應及/或熱能轉儲存效應進行修正。為此首先需將前面提及的熱氣釋出的熱功率的特徵值傳送到減法器54，並在該處將這個特徵值扣除一個進入蒸發器元件之熱能儲存或熱能轉儲存的修正值。這個修正平是由功能元件56提供。以該蒸發加熱器4的金屬部分之平均溫度來決定該功能元件56的入口側輸入另外一個功能元件58的初始值。另外一個功能元件58的入口側與一個設置在儲水器6中的壓力源60連接，因此另外一個功能元件58可以根據儲水器6內的流動介質的壓力求出金屬部分的平均溫度，例如透過使平均溫度與屬於這個壓力的沸騰溫度相等的方式求出平均溫度。
減法器54在出口側輸出熱氣釋出的熱功率(扣除儲存到蒸發器加熱面4之金屬部分的熱功率)，以及一個描述在蒸發器4內需傳送到流動介質的熱功率的特徵值。
這個特徵值在除法器34中被作為分子用，這個分子在除法器中被除以一個分母，這個分母相當於描述為獲得所需要之主要蒸氣狀態規定的蒸發器加熱面4內流動介質的額定焓增量的特徵值，因此能夠從這個除式或比例計算出給水量的額定值。為了得出分母，也就是在水-蒸氣側或流動介質側所需的額定焓增量的特徵值，除法器34的入口側與一個減法器70連接。減法器70的入口側輸入一個由功能元件72提供的蒸發器出口處流動介質的焓所需的額定值的特徵值。此外，減法器70的入口側輸入一個由功能模組74提供的蒸發器入口處流動介質目前的焓的特徵值或實際值，其中這個特徵值或實際值在減法器70內從前面提及的蒸發器出口處的額定值中被扣除。功能模組74在入口側與壓力傳感器46及溫度傳感器76連接，以求出前面提及的蒸發器入口處的實際的焓的特徵值。透過減法器70得出的差值，可以計算出根據進入流動介質所需要的新鮮蒸氣狀態，應輸入蒸發器加熱面4的焓增量，這個焓增量可以在除法器34中作為分母使用。
根據第1圖的構造方式，除法器34能夠根據前面提及的除式在出口側輸出一個給水流量額定值，這個額定值是根據前面提及的熱平衡求得的。接著這個額定值在後面的加法器80中必須經過一個修正值的修正，在這個例子中，這個修正值反映的是經由給水流入要在儲水器6中達到的水位的改變。此外，需利用液位傳感器82測量儲水器6中的水位。這個液位的實際值在減法器84中會從事先設定或以其他方式給定的儲水器6 中的液位額定值中扣除。接著在後面的調節元件86會根據儲水器6中的實際液位與額定值的差異，求出有效給水流量修正值，這個修正值是用於對儲水器6作適當的液位修正。這個修正值在加法器80中與根據熱流平衡求得的給水量額定值相加，並將相加後的和輸出作為給水量額定值。
第2圖本發明對於第1圖顯示之WO 2009/068446 A2提出之配置及控制方式的改良。根據本發明，第1圖中的加熱面4被一個加熱面組合所取代，這個加熱面組合是由一個第一蒸發器加熱面4’及一個第二蒸發器加熱面4”所組成，且兩個加熱面的流動介質側經由一條連接線4'''彼此連接。根據本實施例，在煙氣通道內，這兩個蒸發器加熱面4’及4”之間設有唯一一個中間加熱面Z，同時流動介質亦流過這個中間加熱面Z。中間加熱面Z可以是一個額外的節能加熱面，和燃料節省器2一樣，給水(流動介質)也會流過中間加熱面Z。位於中間加熱面Z之輸入管ZE及輸出管ZA之區域並帶有額外的測量裝置(未在第2圖中詳細繪出)的另外一個控制單元32’會測量這個區域的溫度及/或壓力值，以測定中間加熱面Z的熱平衡。接著控制單元32’的輸出信號SZ會在適當的位置被傳送到給水量控制器32。在本實施例中，這個傳送工作是經由一個位於減法器54及除法器34之間的額外的減法器D進行。這個描述中間加熱面Z之吸熱量的特徵值的輸出信號會先在這個額外的減法器D扣除描述減法器54的輸出信號(描述在蒸發器4內傳 送到流動介質的熱功率的特徵值)，然後再作為輸入信號被傳送到除法器34。因此推入式中間加熱面Z的吸熱量可以降低蒸發器的蒸發器加熱面4’、4”的平衡的吸熱量，這樣就可以定出與具體的加熱面配置適配的給水流量額定值。
第3圖顯示在第2圖中描述之另外一個控制單元32’的具體構造，其作用是使額外的中間加熱面Z達到流動介質側的平衡。為此需計算出在推入式加熱面4’、4”的入口處及出口處的流動介質側的焓。這個計算工作較佳是對壓力傳感器110、210及溫度傳感器120、220在這些位置測得的壓力及溫度的進行換算來完成。這樣無論在任何狀況下，推入式中間加熱面Z都是作為額外的節能加熱面，因此流過中間加熱面Z的流動介質變成一種單相液體。這樣功能模組100及200就可以根據各個參數求出中間加熱面Z的相應的輸入焓及輸出焓。接著在乘法器400中將經由減法器300計算出的焓差(輸出焓及輸入焓的差)與測得的流動介質的流量600相乘，這樣就可以得知流動介質在推入式中間加熱面Z內的吸熱量。這個吸熱量相當於在推入式中間加熱面Z上的煙氣冷卻，因此無法再提供給蒸發器的蒸發器加熱面4’及4”使用，也就是說必須從平衡的蒸發器輸入熱能中扣除。
另外需要考注意的是，在推入式加熱面的材料溫度發生改變時，需將管壁的熱能儲存效應及熱能轉儲存效應納入考量。例如，如果管壁溫度隨著時間而升 高，則煙氣釋出到中間加熱面的一部分熱能不是進入流動介質，而是進到管壁，因而使管壁的溫度升高。從流動介質側的平衡計算出的推入式加熱面的熱量來看，煙氣釋出的熱量大從這個熱量，但是並不再提供給蒸發器加熱面使用。如果推入式加熱面的管子材料的溫度下降，則情況剛好相反。因此為了計算分解的煙氣熱能(不再供蒸發器加熱面使用)，需要將因熱能儲存效應進入或離開管壁的熱量考慮進去。因此為了計算儲存及轉儲存的熱量，較佳是先求出一個以推入式中間加熱面Z的適當的溫度特徵值的改變為基礎的修正值。為簡化起見，這個工作通常是經由第一級微分器540進行。一般而言，可以透過其他的測量值、以入口處及出口處現有溫度的平均值為基礎、或是以其他的資料(例如熱動力學計算等)為基礎，求出這個微分器的輸入信號。
第3圖是計算兩個測得的溫度特徵值120及220的算術平均值，求出該微分器540的輸入信號。也就是將兩個溫度特徵值120及220在加法器510中相加，然後送到除法器530中除以常數c(由常數器520提供)。應用這個算術平均值的前提是，沿著進入中間加熱面的管子的流動路徑的溫度變化是一個線性溫度輪廓，因此可以假設所產生的溫度特徵值能夠精確的掌握在動態過程中，中間加熱面的材料溫度的變化。然後參照儲存及轉儲存的熱能經由該微分器540評估這些變化，這表示必須使該微分器540具有適當的時間常數，以及必須強化微分器的參數化。
前面配合第1圖至第3圖及一種實施方式描述的本發明提出之改良的控制方法亦可應用於WO 2009/068446 A2及WO 2009/150055 A2的其他的實施方式。因此其揭示之內容亦應屬於本發明的範圍(「援引加入」)。
10‧‧‧過熱器加熱面
12‧‧‧過熱器加熱面
14‧‧‧噴射冷卻器
16‧‧‧噴射冷卻器
2‧‧‧預加熱器/燃料節省器
20‧‧‧伺服馬達
22‧‧‧節流閥
24‧‧‧測量裝置
3‧‧‧給水幫浦
30‧‧‧數據線
32‧‧‧給水量控制器
32’‧‧‧控制單元
34‧‧‧除法器
36‧‧‧功能模組
4’‧‧‧蒸發器加熱面
4”‧‧‧蒸發器加熱面
4'''‧‧‧連接線
40‧‧‧功能模組
42‧‧‧加法器
44‧‧‧功能元件
46‧‧‧壓力傳感器
48‧‧‧功能元件
50‧‧‧功能元件
52‧‧‧乘法器
54‧‧‧減法器
56‧‧‧功能元件
58‧‧‧功能元件
6‧‧‧儲水器
60‧‧‧壓力源
70‧‧‧減法器
72‧‧‧功能元件
74‧‧‧功能模組
76‧‧‧溫度傳感器
8‧‧‧過熱器加熱面
80‧‧‧加法器
82‧‧‧液位傳感器
86‧‧‧調節元件
D‧‧‧減法器
Z‧‧‧中間加熱面
ZA‧‧‧輸出管
ZE‧‧‧輸入管

Claims (3)

  1. 用於操作具有一煙氣道之廢熱蒸氣產生器的控制方法，其中一設於煙氣通道內的蒸發器具有至少兩個在煙氣通道內前後排列的蒸發器加熱面(4’、4”)及至少一個位於該等蒸發器加熱面(4’、4”)之間的中間加熱面(Z)，其中對蒸發器加熱面(4’、4”)求出一個在蒸發器內的吸熱量的特徵值，其特徵為：對該至少一個中間加熱面(Z)求出一個中間加熱面(Z)之吸熱量的特徵值，並從在該蒸發器內的該吸熱量的該特徵值將這個特徵值扣除。
  2. 如申請專利範圍第1項的控制方法，其中：根據中間加熱面(Z)在輸入管(ZE)及輸出管(ZA)之區域的煙氣的參數求得該至少一個中間加熱面(Z)的吸熱量。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項的控制方法，其中：根據中間加熱面(Z)在輸入管(ZE)及輸出管(ZA)之區域流過中間加熱面(Z)的流動介質的參數求得該至少一個中間加熱面(Z)的吸熱量。
TW104133800A 2014-11-06 2015-10-15 用於操作貫流式蒸氣產生器的控制方法 TW201625882A (zh)

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