一种蒸汽锅炉表面排污的最优化节能控制方法技术

本发明专利技术公开了一种用于蒸汽锅炉表面排污的最优化节能控制方法，该控制方法提出先按蒸汽流量比例地控制排污流量，对锅水实施连续按需稀释；在此基础上，为克服给水含盐量波动、流量测量误差，以及锅炉底部定期排污等干扰，配置电导率闭环控制回路，两者通过加法运算器耦合，组成前馈-反馈复杂控制系统，能克服各种干扰，把锅水的盐浓度稳定地保持在期望的水平上，以最小的排污量，达到最佳的节能减排效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锅炉节能减排领域，用于蒸汽锅炉的表面排污控制。目标是以最少的 排污量，控制锅水含盐浓度接近而不超出允许限值，保证产出的蒸汽品质达标，锅炉安全、 经济运行。
技术介绍
蒸汽锅炉在运行中，随着蒸汽的产出，锅水被浓缩。当盐浓度升高到一定程度时， 锅水会产生泡沫，发生汽水共腾，蒸汽大量带水，并造成严重的虚假水位，使炉况控制不稳。 因此必须控制锅水的含盐浓度，确保蒸汽质量及锅炉运行安全。我国对工业锅炉水质有国家标准，例如在GB1576-2001中，对压力为1. 6 2. 5Mpa、带过热器的蒸汽锅炉，规定锅水的溶解固形物浓度(TDS)不得超过2500mg/L。其 中，溶解固形物可近似认为是锅水含盐量。控制锅水含盐量的主要方法是，在运行中随着蒸汽的产出，采用表面排污的办法， 在锅筒蒸发面的下侧排出一部分盐浓度高的锅水，并相应补充盐浓度低的补给水，实现对 锅水盐浓度的稀释。如果排污量不足，锅水的盐浓度会越来越高；反之，若排污量过大，则因 排出的是含有大量热能的锅水，会造成能量损失和软水资源的浪费。节能减排的最优方案 是以最小的排污量，控制锅炉水质达标，确保安全运行，提高热效率。国内大多数工业锅炉采用人工定时(每班一次或几次)以化学分析法测定锅水盐 浓度，然后人工打开或关闭排污阀。这种传统的排污方法不能连续检测水质变化，无法实现 排污量的按需控制。面对蒸汽流量的变化，为确保两次化验间隔内水质不超标，只能按最大 的可能蒸发量超量排放，造成能源浪费。即使如此，在负荷变化大时仍难保证锅水一定合 格。为实现按需连续排污，国内外都在研究自动控制方法。其中，含盐浓度的测量，多 用电导率计在线测量替代化学分析。实验表明，像锅水这类低浓度的溶液，其电导率与电解 质含量(溶解固形物TDS)大致呈比例关系。在25°C时，锅水电导率与TDS浓度之比约为 1 0.6，即lys/cm对应0.6mg/L。电导率受温度影响很大，要采取温度补偿，并用化学分 析结果进行标定。关于排污的自动控制方法，迄今未见真正的连续控制。近年虽有外商推销名为连 续排污的设备，但研究表明，无一例外都是两位式的断续控制都用电导率计监测锅水盐浓 度，当电导率达到高限时，自动打开排污阀，当电导率降到某一低限时，关闭排污阀。这种间 歇自动排污方法虽比人工定时排污有所改进，但含盐量始终在高、低限区间内上下波动，仍 有一定的过量排放，不是最优的排污控制方案。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种更节能的排污方法，采用连续控 制方式，实现按需、适时、适量、真正的连续排污，使锅水含盐量连续稳定在允许的上限值，可以最大限度地减少排污量，确保锅炉的安全运行，取得最佳的节能减排效果。从机理上来说，锅水含盐浓度的上升是由蒸汽蒸发造成的，因此可以通过蒸汽流 量D，按下式推算出维持锅水盐浓度平衡所需要的排污流量计算值(初始值)WW = D X Sg/(Sp-Sg)式中，Sp为锅炉运行所允许的锅水盐浓度、Sg为补给水的含盐浓度。从原理上说，可按上式根据蒸汽流量D连续改变排污阀的开度，使排污流量W跟随 蒸汽流量D自动变化，组成蒸汽流量与排污流量的比例控制系统，便可完美地维持锅水的 盐浓度，实现最经济的排污。组成这样的排污自动控制系统需要配置蒸汽流量计、排污流量 计、比例设定器和连续执行器(含执行机构与调节阀)。这里的连续执行器指的是调节阀开 度可按控制命令从0-100%连续可调的执行器，而不是目前断续排污控制系统中使用的只 有“全开”和“全关”两个稳定状态的开关阀。但现实的情况是，向锅炉补充的软化水盐浓度Sg是变化的，因此要保证锅水盐浓 度稳定，还需要在线测量补给水的盐浓度，随时修正比例系数Sg/(Sp-Sg)。此外，考虑到锅 炉运行中除表面排污外，还有一种针对底部沉积物的定期排污，由人工决定排污时间及排 污量，显然，这是对锅水盐浓度的干扰因素。由此可见，仅按上式构建开环比例控制系统不 可能保证锅水盐浓度恒定，还须在此基础上增加电导率闭环控制回路，以实时测量的锅水 电导率为控制目标，将它与期望的电导率进行比较，按偏差及其变化趋势，自动修改排污流 量，以抑制诸如补给水的盐浓度波动、定期排污及泄漏量变化、蒸汽及排污流量计测量误差 等各种干扰因素对盐浓度的影响。为达到这样的控制效果，本专利技术给出了一种前馈-反馈 复杂控制系统的结构。在该系统中，电导率控制器的输出信号通过加法运算器，自动修改排 污流量值，把锅水盐浓度始终控制在期望的数值上。为降低投资，本专利技术还给出了一种控制 系统的简化结构，与原系统不同的特征在于，省去了排污流量计及流量控制器B。这种系统 中，当蒸汽流量变化时，排污阀仍能作出快速响应，只是排污流量的暂态误差会有所增加， 不过因为有电导率闭环控制回路的存在，该动态误差可依靠电导率控制器A慢慢消除。为 减小蒸汽流量快速变化时的动态误差，这里的排污调节阀要求具有较好的工作流量特性， 即要求排污流量与阀位控制信号间具有较好的线性关系。需要指出，排污阀的工况比较特殊，它将锅水由高压直接排入低压系统，阀两端压 差大、温度高，很容易出现拉丝腐蚀现象，要选用内部多级减压的专用阀门。附图说明图1为本专利技术的表面排污优化节能控制系统原理图；图2为本专利技术的经济型表面排污节能控制系统原理具体实施例方式具体实施例方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述本专利技术提出的表面排污优化节能控制系统的组成如图1所示。安装在锅炉蒸汽管 道上的流量计测得的蒸汽流量信号，在比例设定器内按公式(1)乘以比例系数后，得到理 论计算的排污流量初始值，此初始值经加法运算器(暂先假定另一输入信号为0)输出排污流量的命令信号，该命令信号与排污流量计测得的实际流量进行比较，如有差异，则由控制 器B推动执行机构，改变排污阀的开度，对排污流量进行修正，使其符合公式(1)的要求。这 种比例控制的动作速度很快，除了阀门动作需要稍许时间外，流量调节对象的滞后几乎为零。在上面的
技术实现思路
中已经说明，对补给水电导率变化及锅底定期排污等干扰，上 述的开环控制方法无力克服，需要另加电导率闭环控制回路。图1中，由锅筒引出的表层水 进入电导率测量筒，接受测量电极的检测，测得的电导率信号由电导率计送出，它与锅炉要 求的电导率设定值比较后，按偏差的比例、积分、微分控制算法，由控制器A输出控制信号， 进入加法运算器，对另一输入信号(排污流量初始值)进行增减补充。若锅水电导率等于要 求的设定值，则控制器输出为0，即不进行修正；若锅水电导率高于要求的设定值，则控制 器A输出> 0，经加法器后使排污量加大；反之，则控制器A输出< 0，经加法器后使排污量 减小。依靠控制器A对初始排污量的调整，可使锅水电导率最终稳定于要求的设定值。这 样的系统结构可面对各种干扰，自动将锅水电导率稳定在要求的控制目标上。图2给出的是一种经济型表面排污节能控制系统的结构图，与图1不同的是，图2 中取消了排污流量计和控制器B，因而可降低投资费用。图2系统的工作原理与图1中对应 部分相同，当系统中蒸汽流量变化时，排污阀仍能快速作出响应，但排污流量的暂态误差会 有所增加，这需要依靠电导率控制器A通过加法运算器修正，使锅水电导率稳定在期望的 水平上。如果蒸汽负荷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蒸汽锅炉表面排污的最优化节能控制方法，其特征在于：（１）在锅炉蒸汽管道上安装流量计测量蒸汽流量，该流量信号在比例设定器内按照下面的公式乘以比例系数，得到排污流量的初始设定值Ｗ＝Ｄ×Ｓｇ／（Ｓｐ－Ｓｇ）－－－－－－－－－－－－公式（１）式中，Ｄ为蒸汽流量，Ｓｐ为锅炉运行所允许的锅水盐浓度，Ｓｇ为补给水的盐浓度，Ｗ为维持锅水盐浓度平衡所需要的排污流量；（２）在锅炉排污管路上设置电导率测量筒，使锅筒引出的表层水进入电导率测量筒，通过电导率计测量表层水的电导率；在控制器Ａ内，将测得的电导率与锅水允许的电导率进行比较，并对偏差进行ＰＩＤ运算，其输出信号作为排污流量的修正量，该修正量进入加法运算器对步骤（１）所得的初始排污流量设定值进行增减修正；（３）在排污管道上设置调节阀和排污流量计；该调节阀用电动或气动执行机构驱动，执行机构接受控制器Ｂ的控制，使调节阀的开度能按控制Ｂ的命令从０－１００％连续可调；（４）加法运算器的输出作为排污流量的控制信号，送到控制器Ｂ，控制器Ｂ还同时接受排污流量计的测量信号；控制器Ｂ对命令信号与反馈信号进行比较后，按偏差值进行ＰＩＤ运算，再通过执行机构的动作，改变排污调节阀的开度，组成排污流量跟随系统，使实际排污流量符合命令信号要求的数值；（５）上述由蒸汽流量计和比例设定器组成的前馈控制通道，与由电导率计、控制器Ａ、以及排污流量跟随系统组成的电导率闭环控制回路，通过加法运算器组合起来，组成前馈－反馈复杂控制系统；在这样的系统中，前馈通道可以对锅炉蒸发量的变化给出快速反应，及时改变排污量；而闭环控制回路通过控制器Ａ，向加法器输出流量修正，克服干扰，使锅水含盐量稳定在期望的水平上。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：施仁，张竤斌，张志建，李梅，施乐平，张卫，
申请(专利权)人：西安交大思源科技股份有限公司，红云红河烟草集团有限责任公司，施仁，
类型：发明
国别省市：87