[發明專利]使用基于模型的溫度平衡的蒸汽溫度控制

有效

• 申請號: 201410589944.7
• 申請日: 2014-10-28
• 公開（公告）號: CN104791755B
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發明（設計）人: R·A·貝維里吉
• 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: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 曹雯

本發明公開了一種使用基于模型的溫度平衡的蒸汽溫度控制。一種用于控制具有多個過熱器部分的蒸汽生成鍋爐系統的技術包括：確定多個控制信號以控制到渦輪的輸出蒸汽的溫度。該技術使用第一控制塊以基于多個輸入溫度確定偏移值以及使用動態矩陣控制(DMC)塊以基于輸出溫度和輸出溫度設置點確定輸入蒸汽控制信號。該技術基于該偏移值修改其中一個輸入蒸汽控制信號。已修改的輸入蒸汽控制信號和未修改的輸入蒸汽控制信號被提供給相應的現場設備以控制輸入溫度并且因此控制輸出溫度。

技術領域

本專利整體涉及鍋爐系統的控制并且在一個具體實例中涉及使用基于模型的溫度平衡進行用于生成鍋爐系統的蒸汽的控制和優化。

背景技術

各種工業以及非工業應用使用燃料燃燒鍋爐，其中，燃料燃燒鍋爐一般進行操作以通過燃燒各種類型的燃料如煤、煤氣、石油、廢料等等中的一種來將化學能轉換為熱能。燃料燃燒鍋爐的示例性的使用是在熱力發電機中，其中，燃料燃燒鍋爐從經過鍋爐中的大量管子和管道傳遞的水生成蒸汽，并且生成的蒸汽然后用于操作一個或多個蒸汽渦輪以產生電。熱力發電機的輸出基于鍋爐中生成的熱量的數量，其中，熱量的數量直接由例如每小時消耗(例如燃燒)的燃料的數量確定。

在許多情況中，發電系統包括鍋爐，鍋爐具有用于燃燒或以其他方式使用燃料來生成熱量的爐子，熱量又被傳遞給流經鍋爐的各個部分中的管子或管道的水。典型的蒸汽生成系統包括具有過熱器部分(其具有一個或多個子部分)的鍋爐，其中，在該過熱器部分中產生蒸汽并且蒸汽被提供給通常高壓的第一蒸汽渦輪并且在第一蒸汽渦輪中使用。雖然基于熱力的發電機的效率嚴重依賴于用于燃燒燃料并且傳遞熱量給在鍋爐的過熱器部分或任意額外部分中流動的水的特定爐子/鍋爐組合的熱傳遞效率，但是該效率還依賴于用于控制鍋爐的過熱器部分或任意額外部分中的蒸汽的溫度的控制技術。

然而，如我們將理解的，發電廠的蒸汽渦輪一般在不同的時間運行在不同的操作等級上，以基于能量或負載需求產生不同數量的電流。對于大部分使用蒸汽鍋爐的發電廠，在鍋爐的最終過熱器出口處的期望蒸汽溫度設置點是保持恒定的，并且在全部負載等級上必需保持蒸汽溫度接近該設置點(例如在窄的范圍之內)。具體地，在使用(例如發電)鍋爐的操作中，蒸汽溫度的控制是關鍵的，因為從鍋爐流出的和進入蒸汽渦輪的蒸汽的溫度處于最優期望溫度是重要的。如果蒸汽溫度過高，則蒸汽可能由于各種冶金學的原因導致蒸汽渦輪的葉片損壞。另一方面，如果蒸汽溫度過低，則蒸汽可能包括水顆粒，這又可能在蒸汽渦輪的長時期操作后損壞蒸汽渦輪的組件以及降低渦輪的操作效率。此外，蒸汽溫度的變化還導致金屬材料疲勞，其導致管道泄漏。

一般，鍋爐的每個部分(即過熱器部分和任意附加部分如再熱器部分)包括級聯的熱交換器部分，其中，從一個熱交換器部分流出的蒸汽進入接下來的熱交換器部分，使得在每個熱交換器部分處蒸汽的溫度增加直到蒸汽理想地以期望的蒸汽溫度輸出給渦輪為止。一些熱交換器部分包括例如單獨的主過熱器，這些主過熱器并行連接并且又可以串行連接到最終的過熱器。在該級聯配置中，主要通過控制在鍋爐的第一級的輸出處的水的溫度(這主要通過改變提供給爐子的燃料/空氣混合物或者通過改變提供給爐子/鍋爐組合的燃燒速率對輸入給水的比率來實現)來控制蒸汽溫度。在不具有鍋筒的直流式鍋爐系統中，可以主要使用輸入到系統的燃燒速率對給水比率來調節在渦輪的輸入處的蒸汽溫度。

雖然改變提供給爐子/鍋爐組合的燃料/空氣比率和燃燒速率對給水比率操作良好地隨著時間實現蒸汽溫度的期望控制，但是僅使用燃料/空氣混合物控制和燃燒速率對給水比率控制難以控制在鍋爐的各種部分處的蒸汽溫度的短期波動。反之，為了執行短期(以及次級)蒸汽溫度控制，在位于緊靠渦輪的上游、最終熱交換器部分之前處將飽和水噴霧到蒸汽中。該次級蒸汽溫度控制操作一般發生在每個主過熱器的輸出處并且在鍋爐的最終熱交換器部分之前。為了實現該操作，沿蒸汽流動路徑并且在熱交換器部分之間設置溫度傳感器以測量在沿流動路徑的關鍵點處的蒸汽溫度，并且為了蒸汽溫度控制目的而將測量的溫度用于調節向蒸汽中噴霧的飽和水的量。