[發明專利]一種超臨界CFB機組儲水罐水位控制系統及其控制方法

在審

• 申請號: 202110292006.0
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN112947607A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 王琦;胡磊;趙靜;楊超杰;雷彥云
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: G05D9/12
• 分類號: G05D9/12
• 代理公司: 太原申立德知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14115
• 代理人: 郭海燕

本發明屬于直流鍋爐儲水罐水位控制系統領域，具體涉及一種超臨界CFB機組儲水罐水位控制系統及其控制方法。本發明改進原有儲水罐水位控制系統控制品質上的不足，設計帶有PID控制器的串級控制系統，包括主調節回路和副調節回路，其控制方法包括采集給水流量、儲水罐水位以及主蒸汽流量數據；按照經驗分別確定給水流量與儲水罐水位之間的傳遞函數G₁(s)、主蒸汽流量與儲水罐水位之間的傳遞函數G₂(s)和進水調節閥與給水流量的傳遞函數G₃(s)；對采集的數據進行數據預處理后，最終確定的各傳遞函數；設置前饋控制器的前饋補償系數，設置主回路測量變送器、副回路測量變送器系數；對系統PID控制器參數進行整定。

技術領域

本發明屬于直流鍋爐儲水罐水位控制系統領域，具體涉及一種超臨界CFB機組儲水罐水位控制系統及其控制方法。

背景技術

超臨界火電機組在能源利用、發電效率、環境污染和電網負荷調節等方面具備顯著優勢，因而已成為各個工業大國的關注熱點和研究方向。超臨界火電機組不同于亞臨界機組借助汽包來完成汽水分離，采用帶有旁路啟動系統的直流鍋爐。直流鍋爐在啟機期間，比較難以實現穩定控制，需要依賴于鍋爐旁路啟動系統來輔助運行。而在鍋爐啟動旁路系統的控制中，汽水分離器儲水罐水位的控制最為關鍵。

直流鍋爐啟動旁路系統包括給水泵、省煤器、汽水分離器、除氧器、分離器儲水罐、儲水罐水位調節閥(361閥)、暖管回路、凝汽器、低壓加熱器、高壓加熱器、水冷壁、凝結水泵以及各部分之間的連接管道等。直流鍋爐啟動旁路系統是為了保證給汽輪機輸送的是合格工質，因為啟動初期從水冷壁甚至過熱器輸送過來的汽水混合物不符合工質的安全標準，需要設置直流鍋爐啟動旁路系統，對工質進行篩選，將不合格的工質排出系統外，并通過旁路系統回收工質和熱量。同時，建立一定的啟動流量和啟動壓力，改善啟動初期的水動力特性，防止脈動、停滯現象的發生，保證啟動過程順利。

儲水罐作為直流鍋爐啟動旁路系統中關鍵的一個環節，其內部水位控制在鍋爐清洗流程中和低負荷運行時占據十分重要的地位。但儲水罐水位控制邏輯比較簡單，遇到一些擾動時立即切為手動控制，控制系統存在不足之處。因此，對儲水罐水位控制系統的研究和優化具有重要的意義，直接影響著鍋爐的安全啟動和低負荷運行。

發明內容

本發明目的在于提供一種超臨界CFB機組儲水罐水位控制系統及其控制方法。改進了原有儲水罐水位控制系統控制品質上的不足，針對性的設計了前饋串級復合控制系統，本發明表現出很強的抗擾性能和快速調節的能力，已經在控制品質上有了顯著的提高，具有不錯的動態品質。保證了鍋爐在安全啟動和低負荷運行時的安全與穩定，具有一定的實用價值和應用前景。

為了達到上述目的，本發明采用了下列技術方案：

一種超臨界CFB機組儲水罐水位控制系統，包括儲水罐、調節閥，所述儲水罐內設有水位報警器，所述調節閥與儲水罐連接，還包括主調節回路和副調節回路，所述主調節回路包括主回路測量變送器、主回路PID控制器，所述副調節回路包括副回路測量變送器、副回路PID控制器；

所述儲水罐的水位報警器與主回路測量變送器的輸入端連接，用于將儲水罐的水位信號輸送至主回路測量變送器，所述主回路測量變送器的輸出端與主回路PID控制器的輸入端連接，用于將輸出的儲水罐水位值與儲水罐水位設定值的差值輸入至主回路測量變送器，所述主回路PID控制器的輸出端與副回路PID控制器的輸入端連接，所述副回路PID控制器的輸出端與調節閥連接；

所述調節閥與儲水罐之間的給水流量擾動信號進入副回路測量變送器的輸入端，所述副回路測量變送器的輸出端與副回路PID控制器的輸入端連接。

進一步，所述系統還包括蒸汽流量擾動回路，所述蒸汽流量擾動回路為蒸汽擾動信號和儲水罐水位信號輸入前饋控制器的輸入端，所述前饋控制器的輸出端副與副回路PID控制器的輸入端連接。

更進一步，所述前饋控制器采用動態前饋。