[发明专利]锅炉主蒸汽温度多参量智能控制系统

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及火力发电锅炉主蒸汽温度控制技术领域，具体的说是一种锅炉主蒸汽温度多参量智能控制系统。

背景技术

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。