一种超临界锅炉屏式过热器超温控制系统及方法技术方案

一种超临界锅炉屏式过热器超温控制系统及方法，该系统包括安装于屏式过热器管壁上的壁温传感器、接收壁温传感器信号的就地测量装置、与就地测量装置进行通讯连接的电站分散控制系统DCS、与就地测量装置连接的对各壁温传感器进行监测的第一级监控回路和第二级监控回路、由电站分散控制系统DCS控制的与第一级监控回路连接的燃尽风挡板和与第二级监控回路连接的减温喷水调门；所述第一级监控回路包括一级限速模块、一级限幅模块、一级或运算模块、一级输出脉冲模块，第二级监控回路包括二级限速模块、二级限幅模块、二级或运算模块、二级输出脉冲模块；本发明专利技术还公开了该系统的控制方法；本发明专利技术系统和方法对提高火电厂的运行可靠性，延长关键设备寿命，降低维护维修成本都具有重要的意义。

Overtemperature control system and method for supercritical boiler platen superheater

System and method for controlling a temperature of Ultra Supercritical Boiler Superheater, the system includes installed in the screen type superheater tube wall temperature sensor, on the wall of in situ measuring device, and measuring device for communication connection power plant distributed control system DCS, and in situ measuring device connected to monitor the wall temperature sensor first control loop and the second level monitoring circuit, by the power plant distributed control system DCS control overfire air baffle and the first level monitoring circuit and connected with the second level control loop connected desuperheating spray adjustable door wall temperature sensor receives the signal; the first level monitoring circuit comprises a module, a speed limiting module a class or module, a pulse output module, second level monitoring circuit includes two modules, two level speed limiting module, operation module, level two or two level output Pulse module; the invention also discloses a control method of the system; the system of the invention and methods to improve the reliability of power plant, prolong the service life of equipment, reducing the maintenance cost has important significance.

【技术实现步骤摘要】
一种超临界锅炉屏式过热器超温控制系统及方法
本专利技术涉及火电站自动控制
，具体涉及一种超临界锅炉屏式过热器超温控制系统及方法。
技术介绍
自上世纪90年代起，我国先后从美国、俄罗斯、日本引进了一批超临界机组，并逐步成为我国大功率火电机组的主体，至2011年底，我国成为超超临界火电机组最多的国家，也标志着我国电力工业进入“超超临界时代”。然而，超(超)临界机组因其汽水参数高，更加接近材料的许用极限，极易在快速变工况等非稳态过程中引起锅炉燃烧不稳定或动态热流量的失衡，导致高温受热面的超温，引起大量锅炉受热面爆管等严重事故和问题，给电力生产安全性和稳定性带来重大影响，成为困扰发电行业的一大难题：首先，超临界锅炉屏式过热器内的工质温度和压力很高,且布置在炉膛出口烟温最高的区域，同时接受炉膛内的燃烧辐射换热和高温烟气对流换热,工作条件非常恶劣,受热面管壁温度逼近金属材料的极限使用温度，极易因系统扰动或工况变化造成金属管壁超温，威胁设备安全。第二，尽管常规运行条件下屏式过热器出口汽温通过汽温调节和交叉混合后保持平均出口汽温在额定水平,但由于炉膛烟温分布和受热面管内流动的分布不均，尤其在动态过程中，局部受热面的管内外参数存在偏差,在一定条件下极易造成受热面的局部过热超温，甚至引起加速氧化和爆管。第三，国内电力市场化条件下火电机组的运行环境造成我国火电机组普遍存在煤质的波动以及电网要求的频繁大幅度调频调峰，这些都加剧了超临界锅炉调节控制的难度，大量现场经验表明，壁温超温以动态过程的短期超温为主，除设计和安装条件外，上述因素是造成受热面金属壁温超温的最直接原因。第四，随着国内电厂对超临界锅炉壁温超温重视的提高，普遍增设大量的壁温监测测点，部分机组安装的壁温测点达到数千个，但基本仅能实现超温的事后报警，无法实现对如此大量壁温测点的有效分析和实时处理，实现超温预警和预防，尚无有效的自动控制手段可采用。目前相关技术现状如下：1.壁温监测技术现状目前，超(超)临界锅炉壁温监测主要有三种技术：(1)直接测量技术锅炉内部壁温测量存在很大的困难，一般将铠装热电偶或瓷套管热电偶电焊到受热面金属管壁的方法来测量壁温，但由于炉内含尘高温烟气冲刷、受热面摆动及受热面屏区烟气温度较高等原因，这些测点对接触效果的安装要求较高从而测量精度较低，同时恶劣的环境导致测点容易损坏。超(超)临界锅炉炉内壁温测量与亚临界锅炉相比由于其汽水参数更高，测量和维护难度更大。由于以上问题，直接在向火侧管壁重点或鳍片端部这些危险点安装测点并基于这些测点进行长期监测和控制可靠性较低，也因此，现有直接壁温测量仅供报警提示，再由运行人员进行相关判断和处置。(2)间接测量法锅炉壁温间接测量法在电厂应用较多的是管子内壁氧化层厚度法，这种方法具有定量精确、快速无损等优点，但是需要在停炉期间对管子内壁氧化层厚度进行精确测量，进而推算出锅炉壁温的平均水平和近似分布。这类方法的局限也是十分明显的，首先无法利用该方法进行在线的实时监测，对超(超)临界锅炉的在线预警及超温预防意义不大；其次，该方法严重依赖细致的管壁氧化层厚度测量，复杂度和费用都很高。(3)在线软测量方法所谓软测量就是根据预先确定的模型，通过其它参数，根据模型算法计算出被测参数目标的方法。随着计算机技术的发展，针对生产过程中不可测变量或难以准确测量变量的测量及其实施性问题，软测量技术体现出独特的优势。软测量的核心问题是其模型的建立，也即建立待估计变量与其它直接测量变量间的关联模型。软测量建模的方法多种多样，且各种方法互有交叉和融合，因此很难有妥当而全面的分类方法。目前，软测量建模方法一般包括：机理建模、回归分析、状态估计、模式识别、人工神经网络、模糊数学、支持向量机、过程层析、相关分析、非线性系统信息处理技术等。基于这些方法的软测量技术具有各自的优缺点和适用范围，部分方法在软测量领域已有许多成功的应用，但在锅炉壁温软测量方面除机理建模和回归分析等常规方法外，大部分仍不成熟。2.壁温预测预警技术现状目前超温主要采用安装于高温受热面上的大量测温探头进行监测和报警，壁温测量结果超过预设的报警上限，即给运行人员报警提示，由运行人员进行相关处置。但目前问题在于如此大量的壁温测点，难以依靠人工进行有效的分析和监测，只能做到超温后的报警处置，难以实现超温的预测和预警，尚无法有效利用大量壁温测点，实现壁温超温的有效缓解和预防。综上所述，基于电站锅炉屏式过热器壁温测点，开发其壁温超温控制系统及方法，对提高锅炉设备的安全性和高温受热部件寿命、减少超温甚至爆管等问题或事故的发生都具有重要的作用。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种超临界锅炉屏式过热器超温控制系统及方法，对提高火电厂的运行可靠性，延长关键设备寿命，降低维护维修成本都具有重要的意义。为达到以上目的，本专利技术采用如下技术方案：一种超临界锅炉屏式过热器超温控制系统，包括安装于屏式过热器1管壁上的壁温传感器2、接收壁温传感器2信号的就地测量装置3、与就地测量装置3进行通讯连接的电站分散控制系统DCS4、与就地测量装置3连接的对各壁温传感器2进行监测的第一级监控回路和第二级监控回路、由电站分散控制系统DCS4控制的与第一级监控回路连接的燃尽风挡板13和与第二级监控回路连接的减温喷水调门14；所述第一级监控回路包括一级限速模块5、一级限幅模块6、与一级限速模块5和一级限幅模块6连接的一级或运算模块7、与一级或运算模块7连接的一级输出脉冲模块8，第二级监控回路包括二级限速模块9、二级限幅模块10、与二级限速模块9和二级限幅模块10连接的二级或运算模块11、与二级或运算模块11连接的二级输出脉冲模块12。就地测量装置3检测安装于屏式过热器1各金属管壁的壁温传感器2的测温信号，一方面通过通讯方式将各壁温传感器2的温度发送给电站分散控制系统DCS4用于显示和超温出现后的报警；另一方面通过一级限速模块5、一级限幅模块6、二级限速模块9、二级限幅模块10对各壁温传感器2的输出进行检测。所述屏式过热器1位于超临界锅炉炉膛顶部，由若干根细长盘旋的金属管组成。屏式过热器1的金属管内流动的是过热蒸汽，管外接受高温烟气与燃尽风的混合对流换热以及炉膛内燃烧火焰的辐射换热，从而实现对过热蒸汽的加热。当超临界锅炉工况发生变化时，屏式过热器1接收的外部热量和内部过热蒸汽吸收的热量出现不平衡，导致屏式过热器1金属管壁温度的变化，直至达到新的平衡态后，屏式过热器1的金属管壁温度趋于新的平衡点。当该动态过程的工况波动、管外烟气温度与流动分布不均和(或)管内蒸汽流动不均匀产生了较大的不平衡后，屏式过热器1有可能出现个别或局部管壁温度超温，严重情况下可能出现大面积管壁超温。现有技术条件下，当安装于屏式过热器1管壁上的壁温传感器2所安装处管壁温度超过材料对应的超温报警值后，与就地测量装置3相连的DCS系统4会根据各壁温传感器信号与超温报警值进行比较后发出壁温超温报警提示，以提示运行人员处理。本专利技术一种超临界锅炉屏式过热器超温控制系统及方法自动对屏式过热器1安装的大量壁温传感器2的输出信号进行自动监控。监控回路共分两级，两级监控回路分别通过一级限速模块5和二级限速模块9及一级限幅模块6和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超临界锅炉屏式过热器超温控制系统，其特征在于：包括安装于屏式过热器(1)管壁上的壁温传感器(2)、接收壁温传感器(2)信号的就地测量装置(3)、与就地测量装置(3)进行通讯连接的电站分散控制系统DCS(4)、与就地测量装置(3)连接的对各壁温传感器(2)进行监测的第一级监控回路和第二级监控回路、由电站分散控制系统DCS(4)控制的与第一级监控回路连接的燃尽风挡板(13)和与第二级监控回路连接的减温喷水调门(14)；所述第一级监控回路包括一级限速模块(5)、一级限幅模块(6)、与一级限速模块(5)和一级限幅模块(6)连接的一级或运算模块(7)、与一级或运算模块(7)连接的一级输出脉冲模块(8)，第二级监控回路包括二级限速模块(9)、二级限幅模块(10)、与二级限速模块(9)和二级限幅模块(10)连接的二级或运算模块(11)、与二级或运算模块(11)连接的二级输出脉冲模块(12)。

【技术特征摘要】
1.一种超临界锅炉屏式过热器超温控制系统，其特征在于：包括安装于屏式过热器(1)管壁上的壁温传感器(2)、接收壁温传感器(2)信号的就地测量装置(3)、与就地测量装置(3)进行通讯连接的电站分散控制系统DCS(4)、与就地测量装置(3)连接的对各壁温传感器(2)进行监测的第一级监控回路和第二级监控回路、由电站分散控制系统DCS(4)控制的与第一级监控回路连接的燃尽风挡板(13)和与第二级监控回路连接的减温喷水调门(14)；所述第一级监控回路包括一级限速模块(5)、一级限幅模块(6)、与一级限速模块(5)和一级限幅模块(6)连接的一级或运算模块(7)、与一级或运算模块(7)连接的一级输出脉冲模块(8)，第二级监控回路包括二级限速模块(9)、二级限幅模块(10)、与二级限速模块(9)和二级限幅模块(10)连接的二级或运算模块(11)、与二级或运算模块(11)连接的二级输出脉冲模块(12)。2.根据权利要求1所述的一种超临界锅炉屏式过热器超温控制系统，其特征在于：所述就地测量装置(3)检测安装于屏式过热器(1)各金属管壁的壁温传感器(2)的测温信号，一方面通过通讯方式将各壁温传感器(2)的温度发送给电站分散控制系统DCS(4)用于显示和超温出现后的报警；另一方面通过一级限速模块(5)、一级限幅模块(6)、二级限速模块(9)、二级限幅模块(10)对各壁温传感器(2)的输出进行检测。3.根据权利要求1所述的一种超临界锅炉屏式过热器超温控制系统，其特征在于：所述屏式过热器(1)位于超临界锅炉炉膛顶部，由若干根细长盘旋的金属管组成。4.权利要求1至3任一项所述的一种超临界锅炉屏式过热器超温控制系统的控制方法，其特征在于：自动对屏式过热器(1)安装的大量壁温传感器(2)的输出信号进行自动监控，监控回路共分两级为第一级监控回路和第二级监控回路，两级监控回路分别通过一级限速模块(5)和二级限速模块(9)及一级限幅模块(6)和二级限幅模块(10)捕获大量壁温传感器(2)中的最高温度和最快升温速度，当任一壁温传感器(2)的输出温度或升温速度超过各级设置的限幅即由一级或运算模块(7)和二级或运算模块(11)输出至一级级脉冲输出模块(8)和二级脉冲输出模块(12)生成控制指令信号增量，进行降温控制；其中由于燃尽风量对...

【专利技术属性】
技术研发人员：高林，周俊波，高海东，李晓博，
申请(专利权)人：西安西热控制技术有限公司，西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61