锅炉主蒸汽温度多参量智能控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种锅炉主蒸汽温度多参量智能控制系统，包括给水系统和主蒸汽系统，所述主蒸汽系统设置有锅炉汽包，以及锅炉汽包输出蒸汽气路上依次设置的一级过热器、一级减温器、屏式过热器、二级减温器、二级过热器和集汽联箱，通过内模控制器、减温控制系统、第三干扰模块、内部模型模块和自适应PID修正模块相互影响和配合，实现对主蒸汽温度的控制，稳定主蒸汽温度，降低主蒸汽温度的累积偏差。有益效果：主蒸汽温度稳定，对干扰信号反应迅速，减小了干扰对主蒸汽的影响，主蒸汽累积误差小。

【技术实现步骤摘要】
锅炉主蒸汽温度多参量智能控制系统
本专利技术涉及火力发电锅炉主蒸汽温度控制
，具体的说是一种锅炉主蒸汽温度多参量智能控制系统。
技术介绍
锅炉作为火力发电过程中的三大重要设备(锅炉、汽轮机、发电机)之一，是最重要的生产设备，在电厂运行过程中，是为汽轮机提供动力的关键。在发电过程中，锅炉过热器末级出口的主蒸汽(又称为过热蒸汽)温度是锅炉机组的重要控制参数，其控制品质的好坏直接影响整个机组的安全和经济运行。由于电厂锅炉过热器在运行过程中，其温度已接近过热器金属最高承受温度，蒸汽温度过高会使过热器管道强度降低，使用寿命减少，长期超温10～20℃运行，其寿命将缩短一半，长期处在超温下会造成过热器变形而爆管，影响其安全；蒸汽温度过低，整个机组循环热效率随之降低，通常蒸汽温度每降低5～10℃，其效率降低约1％。对汽轮机而言，过高的主蒸汽温度会造成汽轮机高压缸涡轮受到的热应力过大而损坏；过低的主蒸汽温度会使通过汽轮机最后几段叶片蒸汽的湿度增加，造成叶片磨损。此外，温度波动会导致锅炉和汽轮机的金属管道及零部件产生金属疲劳，也会导致涡轮缸和转子的胀差变化，甚至产生严重震动，危及机组的安全运行。因此过热器出口的最终主蒸汽温度必须严格地控制在规定的范围内。通常要求不超过额定值的-10～+5℃，长时间运行偏差波动范围不超过±5℃。主蒸汽的额定运行温度通常在500℃以上。从图1可以看出，包含给水系统和主蒸汽系统，所述主蒸汽系统包括依次连接的锅炉汽包、一级过热器、一级减温器、屏式过热器、二级减温器、二级过热器和集汽联箱。两级减温器位于两级过热器之间，其目的是保证各级蒸汽温度在正常范围内，保证蒸汽管道不被损坏，并使最终的主蒸汽温度参数达到要求的值。从汽包出来的饱和蒸汽先经过一级过热器，再经过两级减温器减温，最终从二级过热器输出得到所需的主蒸汽。通过调节两级减温器的减温水流量实现对各减温器出口蒸汽温度的独立控制，两级减温器的减温水来自给水母管。由于锅炉汽包液位采用调节主给水阀的开度进行控制，锅炉给水泵在工频状态下定量供水，此方式下能保证给水母管水压波动较小，对减温水流量的干扰也小，两级减温器出口蒸汽温度能满足控制要求，并使最终的主蒸汽温度偏差不大，从而间接实现对主蒸汽温度的控制。但在这种工作方式下，因为锅炉产生的最大蒸汽量约为220t/h，每台锅炉给水泵功率约为1000kW，当主给水调节阀不全开时，会在阀前后产生较大压差，导致节流损失太大。为响应国家节能降耗的要求，现在国内许多锅炉逐步在进行变频节能改造，即向给水泵增加变频器装置，然后将主给水调节阀全开，通过检测汽包液位，根据液位偏差通过变频器自动调节给水泵频率控制给水量从而控制汽包液位。但这种改造后的运行方式带来了新的问题，调节过程中，母管水压会随锅炉蒸汽量的变化而出现波动，减温水阀流量干扰也会随之变大，导致各减温器出口蒸汽温度控制精度变差。由于目前的这种控制方式并没有将所需的主蒸汽温度直接纳入控制系统中，这样各控制段蒸汽温度偏差累积最终会造成出口主蒸汽温度偏离所需温度值。实际过程中，各控制段采用的是简单的常规PID控制，当主蒸汽温度偏离所需温度值范围时，通过人工观察最终主蒸汽温度的值，由人工手动分段设定各减温器出口蒸汽温度的控制值，来间接控制最终主蒸汽温度，因此对操作人员的要求很高，不仅需要丰富的相关专业知识，而且还必须具备熟练的操控水平，如果控制不及时，也很难在短时间内将主蒸汽温度稳定在所需的温度范围内，显然这种控制方式难以达到对主蒸汽温度的精确控制。通过查阅大量相关文献资料，目前国内的锅炉主蒸汽温度基本都是采用这种控制方式，即现在的控制方式不能满足精确自动控制的要求。由于锅炉主蒸汽温度控制过程中还存在被控对象惯性和延迟性较大，以及蒸汽流量、烟气热量、减温水流量波动等各种干扰影响，这些因素共同作用更加降低了对主蒸汽温度的可控性指数。基于上述系统及缺陷，又不能对该系统的结构进行大的变动，无法对锅炉汽包和一级减温器、二级减温器进行独立供水，锅炉主蒸汽温度控制缺陷无法得到改变。要想确保主蒸汽温度的控制达到安全稳定，对其进行自动化控制越来越重要。为此，如何实现蒸汽生产过程中主蒸汽温度的稳定，提高主蒸汽温度控制质量具有重要的现实意义和实用价值。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种锅炉主蒸汽温度多参量智能控制系统，控制迅速，主蒸汽温度稳定，温度误差小，可靠性高。为达到上述目的，本专利技术采用的具体技术方案如下：一种锅炉主蒸汽温度多参量智能控制系统，包括给水系统和主蒸汽系统，所述主蒸汽系统设置有锅炉汽包，以及锅炉汽包输出蒸汽气路上依次设置的一级过热器、一级减温器、屏式过热器、二级减温器、二级过热器和集汽联箱，在所述一级减温器的蒸汽输出口处设置有第一温度监测器，在所述二级减温器的蒸汽输出口处设置有第二温度监测器，所述二级过热器蒸汽输出口设置有第三温度监测器，所述给水系统包括水箱，所述水箱中的水经给水机泵输送到所述锅炉汽包，所述水箱中的水还经给水机泵、一级减温水流量阀输送到一级减温器，所述水箱中的水还经给水机泵、二级减温水流量阀输送到所述二级减温器，其关键在于：所述主蒸汽系统还设置有主蒸汽控制系统，所述主蒸汽控制系统包括内模控制器、减温控制模块、第三干扰模块和内部模型模块；所述内模控制器获取第一差值信号ΔT1并输出主蒸汽温度控制信号T1；所述减温控制模块根据所述主蒸汽温度控制信号T1逐级对所述一级减温器、二级减温器的减温过程进行控制，从而改变所述二级过热器输出蒸汽的二级过热蒸汽温度值t3；所述第三干扰模块采集第三干扰驱动信号D0并输出第三干扰信号g，该第三干扰信号g与所述二级过热蒸汽温度值t3作差后得到所述主蒸汽实际温度信号T0；所述内部模型模块获取所述主蒸汽温度控制信号T1并输出跟踪温度信号T0’；所述主蒸汽实际温度信号T0和所述跟踪温度信号T0’作差后得到第二差值信号ΔT2，该第二差值信号ΔT2与主蒸汽设定温度信号T作差后得到所述第一差值信号ΔT1。通过上述设计，为了实现对最终主蒸汽温度的直接控制，通过拟合计算得到其内部模型，根据内模控制原理减小由于主蒸汽温度传输过程中形成的纯滞后对控制效果的影响，使温度调节响应更及时。减小控制过程中时滞的影响，上述方案在主回路中采用内模控制方式将最终主蒸汽温度纳入控制系统中，对主蒸汽温度进行稳定。并对主蒸汽温度进行干扰控制，提高主蒸汽温度稳定性。累积误差小，控制可靠，鲁棒性强。进一步地，所述第三干扰驱动信号D0为流经所述锅炉汽包输出的蒸汽流量信号。采用上述方案，利用外环主回路将主蒸汽温度直接纳入了控制系统中，减小了各控制段独立控制情况下的偏差累积。通过外环主回路对主蒸汽温度进行直接控制。再进一步描述，所述减温控制模块包括第一减温控制模块和第二减温控制模块，所述第一减温控制模块获取所述主蒸汽温度控制信号T1，并对所述一级减温器的减温过程进行控制，从而改变所述一级减温器输出蒸汽的第一减温温度值t1，所述第一减温控制模块还根据第一减温温度值t1生成第一减温蒸汽温度信号T3；所述第二减温控制模块获取所述第一减温蒸汽温度信号T3，并对所述二级减温器的减温过程进行控制，从而改变所述二级减温器输出蒸汽的第二减温温度值t2，进而改变所述二级过热蒸汽温度值本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锅炉主蒸汽温度多参量智能控制系统，包括给水系统和主蒸汽系统，所述主蒸汽系统设置有锅炉汽包，以及锅炉汽包输出蒸汽气路上依次设置的一级过热器、一级减温器、屏式过热器、二级减温器、二级过热器和集汽联箱，在所述一级减温器的蒸汽输出口处设置有第一温度监测器，在所述二级减温器的蒸汽输出口处设置有第二温度监测器，所述二级过热器蒸汽输出口设置有第三温度监测器，所述给水系统包括水箱，所述水箱中的水经给水机泵输送到所述锅炉汽包，所述水箱中的水还经给水机泵、一级减温水流量阀输送到一级减温器，所述水箱中的水还经给水机泵、二级减温水流量阀输送到所述二级减温器，其特征在于：所述主蒸汽系统还设置有主蒸汽控制系统，所述主蒸汽控制系统包括内模控制器、减温控制模块、第三干扰模块和内部模型模块；所述内模控制器获取第一差值信号ΔT1并输出主蒸汽温度控制信号T1；所述减温控制模块根据所述主蒸汽温度控制信号T1逐级对所述一级减温器、二级减温器的减温过程进行控制，从而改变所述二级过热器输出蒸汽的二级过热蒸汽温度值t3；所述第三干扰模块采集第三干扰驱动信号D0并输出第三干扰信号g，该第三干扰信号g与所述二级过热蒸汽温度值t3作差后得到所述主蒸汽实际温度信号T0；所述内部模型模块获取所述主蒸汽温度控制信号T1并输出跟踪温度信号T0’；所述主蒸汽实际温度信号T0和所述跟踪温度信号T0’作差后得到第二差值信号ΔT2，该第二差值信号ΔT2与主蒸汽设定温度信号T作差后得到所述第一差值信号ΔT1。...

【技术特征摘要】
1.一种锅炉主蒸汽温度多参量智能控制系统，包括给水系统和主蒸汽系统，所述主蒸汽系统设置有锅炉汽包，以及锅炉汽包输出蒸汽气路上依次设置的一级过热器、一级减温器、屏式过热器、二级减温器、二级过热器和集汽联箱，在所述一级减温器的蒸汽输出口处设置有第一温度监测器，在所述二级减温器的蒸汽输出口处设置有第二温度监测器，所述二级过热器蒸汽输出口设置有第三温度监测器，所述给水系统包括水箱，所述水箱中的水经给水机泵输送到所述锅炉汽包，所述水箱中的水还经给水机泵、一级减温水流量阀输送到一级减温器，所述水箱中的水还经给水机泵、二级减温水流量阀输送到所述二级减温器，其特征在于：所述主蒸汽系统还设置有主蒸汽控制系统，所述主蒸汽控制系统包括内模控制器、减温控制模块、第三干扰模块和内部模型模块；所述内模控制器获取第一差值信号ΔT1并输出主蒸汽温度控制信号T1；所述减温控制模块根据所述主蒸汽温度控制信号T1逐级对所述一级减温器、二级减温器的减温过程进行控制，从而改变所述二级过热器输出蒸汽的二级过热蒸汽温度值t3；所述第三干扰模块采集第三干扰驱动信号D0并输出第三干扰信号g，该第三干扰信号g与所述二级过热蒸汽温度值t3作差后得到所述主蒸汽实际温度信号T0；所述内部模型模块获取所述主蒸汽温度控制信号T1并输出跟踪温度信号T0’；所述主蒸汽实际温度信号T0和所述跟踪温度信号T0’作差后得到第二差值信号ΔT2，该第二差值信号ΔT2与主蒸汽设定温度信号T作差后得到所述第一差值信号ΔT1。2.根据权利要求1所述的锅炉主蒸汽温度多参量智能控制系统，其特征在于：所述第三干扰驱动信号D0为流经所述锅炉汽包输出的蒸汽流量信号。3.根据权利要求1或2所述的锅炉主蒸汽温度多参量智能控制系统，其特征在于：所述减温控制模块包括第一减温控制模块和第二减温控制模块，所述第一减温控制模块获取所述主蒸汽温度控制信号T1，并对所述一级减温器的减温过程进行控制，从而改变所述一级减温器输出蒸汽的第一减温温度值t1，所述第一减温控制模块还根据第一减温温度值t1生成第一减温蒸汽温度信号T3；所述第二减温控制模块获取所述第一减温蒸汽温度信号T3，并对所述二级减温器的减温过程进行控制，从而改变所述二级减温器输出蒸汽的第二减温温度值t2，进而改变所述二级过热蒸汽温度值t3，所述第二减温控制模块还根据所述二级过热蒸汽温度值t3生成所述主蒸汽实际温度信号T0。4.根据权利要求3所述的锅炉主蒸汽温度多参量智能控制系统，其特征在于：所述第一减温控制模块包括第一减温控制器、第一补偿模块和第一干扰模块，所述第一减温控制器获取第三差...

【专利技术属性】
技术研发人员：左为恒，祝维靖，李昌春，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50