蒸汽温度的动态矩阵控制的动态整定制造技术

本发明专利技术描述了蒸汽温度的动态矩阵控制的动态整定。本发明专利技术涉及一种控制产生蒸汽的锅炉系统的方法，包括动态地整定干扰量(DV)的变化率以控制锅炉系统的一部分的操作，特别地，控制输出给涡轮的蒸汽的温度。基于在例如输出蒸汽温度的输出参数的实际水平和期望水平之间的误差或差的幅度，动态地整定干扰量的变化率。在一个实施例中，当误差的幅度增加时，根据函数f(x)增加干扰量的变化率。动态矩阵控制块采用经动态整定的干扰量变化率的、输出参数的当前水平、以及输出参数设定点作为输入，以生成用于控制现场设备的控制信号，所述现场设备至少部分地影响输出参数水平。

【技术实现步骤摘要】

本专利大体上涉及锅炉系统的控制，更具体地，涉及使用动态矩阵控制来控制和优化产生蒸汽的锅炉系统。
技术介绍
各种工业和非工业应用使用燃料燃烧锅炉，其通常通过燃烧各种燃料中的一种来运行，诸如煤、天然气、石油、废料等，以将化学能转化成热能。燃料燃烧锅炉的一个示例性使用是在火电发电厂中，其中燃料燃烧锅炉由通过锅炉内的多个管道和通道的水产生蒸汽，并且随后所产生的蒸汽被用于运行一个或多个蒸汽涡轮来产生电能。火电发电厂的输出是在锅炉中产生的热量的量的函数，其中例如由每小时消耗的燃料的量(例如，燃烧的) 直接确定热量的量。在许多情况下，发电系统包括锅炉，其具有熔炉，该熔炉燃烧或使用燃料来产生热量，其转而被传递至流过锅炉的各部分内的管道或通道的水。典型的产生蒸汽的系统包括具有过热器部分(具有一个或多个子部分)的锅炉，其中蒸汽被产生并且随后被提供至第一蒸汽涡轮，通常是高压蒸汽涡轮，并且在其中被使用。为了增加系统的效率，离开该第一蒸汽涡轮的蒸汽可以随后在锅炉的再热器部分中被再加热，该再热器部分可以包括一个或多个子部分，并且经再热的蒸汽随后被提供至第二蒸汽涡轮，通常是低压蒸汽涡轮。虽然热电厂的效率非常依赖于用于燃烧燃料并且将热量传递给在锅炉的各部分内流动的水的特别的熔炉/锅炉组合的传热效率，但是该效率还依赖于用于控制锅炉的各部分、诸如锅炉的过热器部分和锅炉的再热器部分中的蒸汽的温度的控制技术。然而，将会理解，发电站的蒸汽涡轮通常在不同的时间以不同的运行水平运行，以基于能量或负载需求来产生不同量的电能。对于大多数使用蒸汽锅炉的发电站而言，在锅炉的最后的过热器和再热器出口处的所期望的蒸汽温度设定点保持恒定，并且在所有的负载水平下维持蒸汽温度接近于设定点(例如，在较小的范围内)是必需的。特别地，在设施 (例如，发电厂)锅炉的运行中，蒸汽温度的控制是关键的，因为重要的是使离开锅炉和进入蒸汽涡轮的蒸汽的温度处于最优的所期望的温度。如果蒸汽温度过高，则蒸汽可以因为各种冶金原因而引起蒸汽涡轮的叶片的损坏。另一方面，如果蒸汽温度过低，则蒸汽可以包含水质点，其转而可以随着延长的蒸汽涡轮的运行而引起对蒸汽涡轮的部件的损坏以及降低涡轮的运行的效率。此外，蒸汽温度的变化还引起金属材料疲劳，其是管道泄漏的主要原因。典型地，锅炉的每个部分(即，过热器部分和再热器部分)包含级联的热交换器部分，其中离开一个热交换器部分的蒸汽进入紧接着的热交换器部分，蒸汽的温度在每个热交换器部分增加，直至理想地，蒸汽以所期望的蒸汽温度输出至涡轮。在这样的安排中，主要通过控制在锅炉的第一阶的输出处的水的温度来控制蒸汽温度，主要通过改变提供至熔炉的燃料/空气混合或通过改变提供至熔炉/锅炉组合的加热速度与输入给水比例来实现控制在锅炉的第一阶的输出处的水的温度。在不使用鼓轮的直流锅炉系统中，可以主要使用输入至系统的加热速度与给水比例来调节在涡轮的输入处的蒸汽温度。虽然改变燃料/空气比例和提供至熔炉/锅炉组合的加热速度与给水比例会较好地运行来实现长时间的蒸汽温度的所期望的控制，但是仅使用燃料/空气混合控制和加热速度与给水比例控制来控制在锅炉的各部分处的蒸汽温度中的短时起伏是困难的。替代地，为了施行蒸汽温度的短时(和辅助)控制，在位于紧接着涡轮的上游的最后的热交换器部分之前的点，将饱和水喷入蒸汽。该辅助蒸汽温度控制操作通常在锅炉的最后的过热器部分和/或锅炉的最后的再热器部分之前进行。为了实现该操作，沿着蒸汽流动路径和在热交换器部分之间提供温度传感器，来沿着流动路径在关键点处测量蒸汽温度，并且所测量的温度被用于调节出于蒸汽温度控制目的而被喷入蒸汽的饱和水的量。在许多情况下，需要非常依赖于喷雾技术，以将蒸汽温度控制得如所需的那样精确，来满足上述的涡轮温度约束。在一个例子中，直流涡轮系统提供通过锅炉内的一组管道的连续水(蒸汽)流，并且不使用鼓轮来实质上平均离开第一锅炉部分的蒸汽或水的温度，直流涡轮系统可能经历蒸汽温度中的更大的起伏，并且因此通常需要大量地使用喷雾部分来控制在至涡轮的输入处的蒸汽温度。在这些系统中，通常结合过热器喷雾流来使用加热速度与供水比例以调节熔炉/锅炉系统。在这些和其他锅炉系统中，分布式控 MM^t (distributed control system, DCS)K W PID(Proportional Integral Derivation,比例积分微分)控制器来控制提供至熔炉的燃料/空气混合以及施行在涡轮的上游的喷雾的量。然而，级联的PID控制器通常以保守(reactionary)的方式对待控制的、应变的过程变量，诸如将被输送至涡轮的蒸汽的温度，在设定点和实际值或水平之间的差或误差作出响应。即，控制响应发生在应变的过程变量已经偏离其设定点之后。例如，仅在被输送至涡轮的蒸汽的温度已经偏离其所期望的目标之后，控制是涡轮的上游的喷雾阀，来重新调节其喷雾流。不必说，与变化的锅炉运行条件有关的该的控制响应能够导致较大的温度偏差，其引起在锅炉系统上的应力，并且缩短了管道、喷雾控制阀和系统的其他部件的寿命。
技术实现思路
产生蒸汽的锅炉系统的动态整定控制的方法的一个实施例包括确定相应于输出蒸汽温度的误差的存在，其中输出蒸汽由所述产生蒸汽的锅炉系统产生以用于输送至涡轮。该方法还包括基于所述误差调整指示所述产生蒸汽的锅炉系统中使用的干扰量的变化率的信号，以及由动态矩阵控制器基于经调整的指示所述干扰量的变化率的信号生成控制信号。该方法还进一步包括基于所述控制信号控制所述输出蒸汽的温度。用于产生蒸汽的锅炉系统的动态整定控制器单元的一个实施例包括动态整定控制器单元，其通信地耦合至现场设备和产生蒸汽的锅炉系统的锅炉。所述动态整定控制器单元包括动态矩阵控制器(DMC)，其包括第一 DMC输入，用于接收指示所述产生蒸汽的锅炉系统的干扰量变化率的信号；第二 DMC输入，用于接收相应于误差的信号，所述误差相应于由所述产生蒸汽的锅炉系统产生的输出蒸汽的温度；以及动态矩阵控制例程。所述动态矩阵控制例程被设置为，当被执行时，基于所述相应于所述误差的信号调整所述指示干扰量变化率的信号，并且用经调整的指示干扰量变化率的信号确定控制信号。DMC还进一步包括DMC输出，以将所述控制信号提供至现场设备，以控制所述输出蒸汽温度。产生蒸汽的锅炉系统的一个实施例包括锅炉、现场设备、控制器，其被通信地耦合至所述锅炉和所述现场设备，以及动态整定控制系统。该动态整定控制系统被通信地连接至所述控制器以接收指示干扰量变化率的信号。所述动态整定控制系统包括例程，该例程当被执行时，基于在所述锅炉的输出参数的设定点和水平之间的差的幅度更改所述指示干扰量变化率的信号；基于所述经更改的指示干扰量变化率的信号来产生控制信号；并将所述控制信号提供至所述现场设备来控制所述锅炉的输出参数的水平。附图说明图1示出了用于典型的一组蒸汽驱动的涡轮的典型的锅炉蒸汽循环的框图，该锅炉蒸汽循环具有过热器部分和再热器部分；图2示出了控制用于诸如图1的蒸汽驱动的涡轮的锅炉蒸汽循环的过热器部分的现有技术方式的示意图；图3示出了控制用于诸如图1的蒸汽驱动的涡轮的锅炉蒸汽循环的再热器部分的现有技术方式的示意图；图4示出了以有助于优化系统的效率的方式来控制图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种产生蒸汽的锅炉系统的动态整定控制的方法，包括：确定相应于输出蒸汽温度的误差的存在，其中所述输出蒸汽由所述产生蒸汽的锅炉系统产生以用于输送至涡轮；基于所述误差，调整指示所述产生蒸汽的锅炉系统中使用的干扰量的变化率的信号；由动态矩阵控制器基于所述经调整的指示所述干扰量的所述变化率的信号生成控制信号；以及基于所述控制信号，控制所述输出蒸汽的所述温度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：R·A·贝维里吉，R·J·小沃伦，
申请(专利权)人：爱默生过程管理电力和水解决方案公司，
类型：发明
国别省市：US