[发明专利]多目标蒸汽温度控制

说明书

一种用于控制具有汇聚到组合流流动路径的多个蒸汽流动路径的汽轮机发电厂的控制系统通过控制每个蒸汽流动路径中的一个或多个温度控制设备来控制输入到涡轮机中的蒸汽的最终蒸汽温度。所述控制系统包括多变量控制器，例如多输入多输出(MIMO)控制器，其产生控制分离蒸汽流流动路径中的一组下游控制阀中的每一个的两个控制信号。控制器接收测量或计算的过程变量形式的两个输入，包括最终蒸汽温度和在两个分离蒸汽路径中的每一个中产生的蒸汽之间的级间温度差，并且基于这些输入执行多目标控制。然而，当下游控制阀中的一个被置于手动模式时，控制器转移成为单目标控制器以控制系统的最终蒸汽温度，从而执行更好或更优的控制。

技术领域

本专利总体上涉及锅炉系统的控制，更具体而言，涉及使用多目标控制器来控制和优化蒸汽发生锅炉系统。

背景技术

各种工业以及非工业应用使用染料燃烧锅炉，其通常通过燃烧各种类型的燃料(例如煤、气体、油、废料等)中的一种而运行以将化学能转化为热能。染料燃烧锅炉的一个示例性用途是在火力发电机中，其中，燃料燃烧锅炉从通过锅炉内的多个管道和管路行进的水产生蒸汽，然后所产生的蒸汽用于操作一个或多个汽轮机发电。火力发电机的输出是锅炉中产生的热量的函数，其中，热量的量例如由每小时消耗(例如燃烧)的燃料量直接确定。

在许多情况下，发电系统包括具有燃烧或以其它方式使用燃料产生热量的燃烧炉的锅炉，热量又传递到流过锅炉各部分内的管道或管路的水中。典型的蒸汽发生系统包括具有过热器部分(具有一个或多个子部分)的锅炉，在过热器部分中产生蒸汽，然后提供给第一、通常为高压的汽轮机并在其中使用。虽然基于热力的发电机的效率在很大程度上取决于用于燃烧燃料并将热量传递到在过热器部分和锅炉的任何其他部分内流动的水的特定燃烧炉/锅炉组合的热传递效率，这个效率还取决于用于控制过热器部分和锅炉的任何其他部分中的蒸汽的温度的控制技术。

如将理解的，发电厂的汽轮机通常在不同时间以不同的操作水平运行，以基于能量或负荷需求产生不同电量。对于使用蒸汽锅炉的大多数发电厂，在锅炉的最终过热器出口处所期望的蒸汽温度设定点保持恒定，并且在所有负荷水平下，必须保持蒸汽温度接近设定点(例如，在窄范围内)。特别地，在公用事业(例如发电)锅炉的操作中，蒸汽温度的控制至关重要，因为重要的是离开锅炉并进入汽轮机的蒸汽的温度处于最佳期望的温度。如果蒸汽温度过高，蒸气可能会由于各种冶金原因对汽轮机的叶片造成损坏。另一方面，如果蒸汽温度过低，则蒸汽可能含有水颗粒，这又可能在汽轮机的长时间运行中对汽轮机的组件造成损坏，以及降低涡轮机的工作效率。此外，蒸汽温度的变化还导致金属材料疲劳，这是管路泄漏的主要原因。

通常，锅炉的每个部分(即，过热器部分和任何其他部分，例如再热器部分)包含级联的热交换器部分，其中，从一个热交换器部分排出的蒸汽进入随后的热交换器部分，蒸汽的温度在每个热交换器部分增加，直到理想情况下，蒸汽以所期望的蒸汽温度输出到涡轮机。例如，一些热交换器部分包括并联连接的单独初级过热器，它们可以依次与最终过热器串联连接。在这种并联连接或级联布置中，主要通过控制锅炉第一级输出处的水温度来控制蒸汽温度，这主要通过改变提供给燃烧炉的燃料/空气混合物或通过改变燃烧速率与提供给燃烧炉/锅炉组合的输入给水的比率来实现。在没有使用鼓筒的直流锅炉系统中，输入到系统的燃烧速率与给水比率可以主要用于调节涡轮机输入处的蒸汽温度。