[發明專利]使用動態矩陣控制的蒸汽溫度控制

有效

• 申請號: 201110236731.2
• 申請日: 2011-08-15
• 公開（公告）號: CN102374518A
• 公開（公告）日: 2012-03-14
• 發明（設計）人: R·A·貝維里吉;R·J·小沃倫
• 申請（專利權）人: 愛默生過程管理電力和水解決方案公司
• 主分類號: F22B35/00
• 分類號: F22B35/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 鄭立柱

技術領域

本專利大體上涉及鍋爐系統的控制，更具體地，涉及使用動態矩陣控制來控制和優化產生蒸汽的鍋爐系統。

背景技術

各種工業和非工業應用使用燃料燃燒鍋爐，其通常通過燃燒各種燃料中的一種來運行，諸如煤、天然氣、石油、廢料等，以將化學能轉化成熱能。燃料燃燒鍋爐的一個示例性使用是在火電發電廠中，其中燃料燃燒鍋爐由通過鍋爐內的多個管道和通道的水產生蒸汽，并且隨后所產生的蒸汽被用于運行一個或多個蒸汽渦輪來產生電能。火電發電廠的輸出是在鍋爐中產生的熱量的量的函數，其中例如由每小時消耗的燃料的量(例如，燃燒的)直接確定熱量的量。

在許多情況下，發電系統包括鍋爐，其具有熔爐，該熔爐燃燒或使用燃料來產生熱量，其轉而被傳遞至流過鍋爐的各部分內的管道或通道的水。典型的產生蒸汽的系統包括具有過熱器部分(具有一個或多個子部分)的鍋爐，其中蒸汽被產生并且隨后被提供至第一蒸汽渦輪，通常是高壓蒸汽渦輪，并且在其中被使用。為了增加系統的效率，離開該第一蒸汽渦輪的蒸汽可以隨后在鍋爐的再熱器部分中被再加熱，該再熱器部分可以包括一個或多個子部分，并且經再熱的蒸汽隨后被提供至第二蒸汽渦輪，通常是低壓蒸汽渦輪。雖然熱電廠的效率非常依賴于用于燃燒燃料并且將熱量傳遞給在鍋爐的各部分內流動的水的特別的熔爐/鍋爐組合的傳熱效率，但是該效率還依賴于用于控制鍋爐的各部分、諸如鍋爐的過熱器部分和鍋爐的再熱器部分中的蒸汽的溫度的控制技術。

然而，將會理解，發電站的蒸汽渦輪通常在不同的時間以不同的運行水平運行，以基于能量或負載需求來產生不同量的電能。對于大多數使用蒸汽鍋爐的發電站而言，在鍋爐的最后的過熱器和再熱器出口處的所期望的蒸汽溫度設定點保持恒定，并且在所有的負載水平下維持蒸汽溫度接近于設定點(例如，在較小的范圍內)是必需的。特別地，在設施(例如，發電廠)鍋爐的運行中，蒸汽溫度的控制是關鍵的，因為重要的是使離開鍋爐和進入蒸汽渦輪的蒸汽的溫度處于最優的所期望的溫度。如果蒸汽溫度過高，則蒸汽可以因為各種冶金原因而引起蒸汽渦輪的葉片的損壞。另一方面，如果蒸汽溫度過低，則蒸汽可以包含水質點，其轉而可以隨著延長的蒸汽渦輪的運行而引起對蒸汽渦輪的部件的損壞以及降低渦輪的運行的效率。此外，蒸汽溫度的變化還引起金屬材料疲勞，其是管道泄漏的主要原因。

典型地，鍋爐的每個部分(即，過熱器部分和再熱器部分)包含級聯的熱交換器部分，其中離開一個熱交換器部分的蒸汽進入緊接著的熱交換器部分，蒸汽的溫度在每個熱交換器部分增加，直至理想地，蒸汽以所期望的蒸汽溫度輸出至渦輪。在這樣的安排中，主要通過控制在鍋爐的第一階的輸出處的水的溫度來控制蒸汽溫度，主要通過改變提供至熔爐的燃料/空氣混合或通過改變提供至熔爐/鍋爐組合的加熱速度與輸入給水比例來實現控制在鍋爐的第一階的輸出處的水的溫度。在不使用鼓輪的直流鍋爐系統中，可以主要使用輸入至系統的加熱速度與給水比例來調節在渦輪的輸入處的蒸汽溫度。

雖然改變燃料/空氣比例和提供至熔爐/鍋爐組合的加熱速度與給水比例會較好地運行來實現長時間的蒸汽溫度的所期望的控制，但是僅使用燃料/空氣混合控制和加熱速度與給水比例控制來控制在鍋爐的各部分處的蒸汽溫度中的短時起伏是困難的。替代地，為了施行蒸汽溫度的短時(和輔助)控制，在位于緊接著渦輪的上游的最后的熱交換器部分之前的點，將飽和水噴入蒸汽。該輔助蒸汽溫度控制操作通常在鍋爐的最后的過熱器部分和/或鍋爐的最后的再熱器部分之前進行。為了實現該操作，沿著蒸汽流動路徑和在熱交換器部分之間提供溫度傳感器，來沿著流動路徑在關鍵點處測量蒸汽溫度，并且所測量的溫度被用于調節出于蒸汽溫度控制目的而被噴入蒸汽的飽和水的量。

在許多情況下，需要非常依賴于噴霧技術，以將蒸汽溫度控制得如所需的那樣精確，來滿足上述的渦輪溫度約束。在一個例子中，直流渦輪系統提供通過鍋爐內的一組管道的連續水(蒸汽)流，并且不使用鼓輪來實質上平均離開第一鍋爐部分的蒸汽或水的溫度，直流渦輪系統可能經歷蒸汽溫度中的更大的起伏，并且因此通常需要大量地使用噴霧部分來控制在至渦輪的輸入處的蒸汽溫度。在這些系統中，通常結合過熱器噴霧流來使用加熱速度與供水比例以調節熔爐/鍋爐系統。在這些和其他鍋爐系統中，分布式控制系統(distributed?control?system，DCS)使用級聯的PID(Proportional?Integral?Derivation，比例積分微分)控制器來控制提供至熔爐的燃料/空氣混合以及施行在渦輪的上游的噴霧的量。