超臨界循環流化床鍋爐機組的主汽溫控制方法和裝置的制造方法

超臨界循環流化床鍋爐機組的主汽溫控制方法和裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種超臨界循環流化床鍋爐機組的主汽溫控制方法和裝置。該方法包括：確定鍋爐第一位置的蒸汽的第一目標溫度，其中，鍋爐為超臨界循環流化床鍋爐，鍋爐第一位置為鍋爐的汽水分離器的位置；根據第一目標溫度對第一位置的蒸汽的溫度進行調節；確定鍋爐第二位置的蒸汽的第二目標溫度，其中，蒸汽先經過第一位置后經過第二位置；以及根據第二目標溫度調節減溫水的噴水量以使蒸汽的溫度達到第二目標溫度，通過本發明，解決了超臨界循環流化床鍋爐機組主汽溫波動大影響機組安全的問題。
【專利說明】
超臨界循環流化床鍋爐機組的主汽溫控制方法和裝置
技術領域
[0001]本發明涉及鍋爐領域，具體而言，涉及一種超臨界循環流化床鍋爐機組的主汽溫控制方法和裝置。
【背景技術】
[0002]循環流化床(Circulating Fluidszed Bed，簡稱為CFB)鍋爐在燃燒過程中能有效控制SO2和NOx的生成和排放，是一種相對清潔的燃燒方式。其優良的排放特性及污染成本控制是目前其他技術無法比擬的。容量大型化和蒸汽參數進一步提高是當前CFB鍋爐的主要發展方向。
[0003]超臨界機組是指過熱器出口主蒸汽壓力超過22.129MPa。目前運行的超臨界機組運行壓力均為24MPa-25MPa。由于超臨界直流鍋爐沒有汽包，啟停速度快，與一般亞臨界汽包爐相比，超臨界直流鍋爐啟動到滿負荷運行，變負荷速度可提高I倍左右。與同容量亞臨界火電機組的熱效率相比，在理論上采用超臨界參數可提高效率2 % -2.5 %。
[0004]過熱蒸汽溫度是超臨界CFB鍋爐運行質量的重要指標之一。過熱汽溫的控制任務是維持過熱器出口汽溫在允許范圍內。過熱蒸汽溫度過高或過低，都會影響機組安全、經濟運行，如果蒸汽溫度過高，容易燒壞電熱器，會引起汽輪機高壓部分過熱，嚴重影響機組安全運行，而蒸汽溫度過低會造成機組循環熱效率的下降，影響機組的經濟運行，根據計算，過熱器在超溫1 °C?20 °C下長期運行，壽命會縮短一半以上，而整齊溫度每降低1 °C，會使循環熱效率響應降低0.5%，大容量電站鍋爐的蒸汽溫度一般要求為:定壓運行時負荷在額定負荷范圍的60%?100%內，變壓運行時負荷在50%?100%內，對過熱、再熱蒸汽，與額定值的溫度偏差均需保持在+3°C?-5°C之間。因此要求鍋爐設置適當的調溫手段，以修正運行因素對汽溫波動的影響。而現有技術中，鍋爐的控溫方法對溫度的控制精確度差，安全性低。
[0005]針對相關技術中超臨界循環流化床鍋爐機組主汽溫波動大影響機組安全的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

【發明內容】

[0006]本發明的主要目的在于提供一種超臨界循環流化床鍋爐機組的主汽溫控制方法和裝置，以解決超臨界循環流化床鍋爐機組主汽溫波動大影響機組安全問題。
[0007]為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種超臨界循環流化床鍋爐機組的主汽溫控制方法，該方法包括:確定鍋爐第一位置的蒸汽的第一目標溫度，其中，鍋爐為超臨界循環流化床鍋爐，鍋爐第一位置為鍋爐的汽水分離器的位置;根據第一目標溫度對第一位置的蒸汽的溫度進行調節;確定鍋爐第二位置的蒸汽的第二目標溫度，其中，蒸汽先經過第一位置后經過第二位置；以及根據第二目標溫度調節減溫水的噴水量以使蒸汽的溫度達到第二目標溫度。
[0008]進一步地，根據第一目標溫度對第一位置的蒸汽的溫度進行調節包括:根據第一目標溫度調整鍋爐的水煤比，以使第一位置的蒸汽的溫度與第一目標溫度的差值小于預設差值，其中，水煤比為鍋爐的燃料量和給水量的比值。
[0009]進一步地，確定鍋爐第一位置的蒸汽的第一目標溫度包括:計算鍋爐中蒸汽的主汽流量;計算鍋爐的吸熱量和煙氣含氧量;對鍋爐中蒸汽的主汽流量、鍋爐的吸熱量和煙氣含氧量按照預設算法進行計算，得到第一目標溫度，根據第一目標溫度調整鍋爐的水煤比包括:根據第一目標溫度確定鍋爐的給水量;根據給水量生成給水指令對鍋爐供水。
[0010]進一步地，根據第二目標溫度調整減溫水的噴水量包括:調整第一級減溫水的噴水量為第一數值;調整第二級減溫水的噴水量為第二數值；以及調整第三級減溫水的噴水量為第三數值，以使經過三級減溫的蒸汽的溫度達到第二目標溫度。
[0011 ]進一步地，調整第一級減溫水的噴水量為第一數值包括:檢測鍋爐的中溫過熱器的出口蒸汽的溫度;根據預設算法和鍋爐的中溫過熱器的出口蒸汽的目標溫度計算中溫過熱器的入口蒸汽的目標溫度;根據中溫過熱器的入口蒸汽的目標溫度和入口蒸汽的溫度計算第一級減溫水的目標噴水量;以及調整第一級減溫水的噴水量為目標噴水量。
[0012]為了實現上述目的，根據本發明的另一方面，還提供了一種超臨界循環流化床鍋爐機組的主汽溫控制裝置，該裝置包括:第一確定單元，用于確定鍋爐第一位置的蒸汽的第一目標溫度，其中，鍋爐為超臨界循環流化床鍋爐，鍋爐第一位置為鍋爐的汽水分離器的位置;第一調節單元，用于根據第一目標溫度對第一位置的蒸汽的溫度進行調節;第二確定單元，用于確定鍋爐第二位置的蒸汽的第二目標溫度，其中，蒸汽先經過第一位置后經過第二位置；以及第二調節單元，用于根據第二目標溫度調節減溫水的噴水量以使蒸汽的溫度達到第二目標溫度。
[0013]進一步地，第一調節單元包括:第一調整模塊，用于根據第一目標溫度調整鍋爐的水煤比，以使第一位置的蒸汽的溫度與第一目標溫度的差值小于預設差值，其中，水煤比為鍋爐的燃料量和給水量的比值。
[0014]進一步地，第一確定單元包括:第一計算模塊，用于計算鍋爐中蒸汽的主汽流量；第二計算模塊，用于計算鍋爐的吸熱量和煙氣含氧量;第三計算模塊，用于對鍋爐中蒸汽的主汽流量、鍋爐的吸熱量和煙氣含氧量按照預設算法進行計算，得到第一目標溫度，第一調整模塊包括:確定子模塊，用于根據第一目標溫度確定鍋爐的給水量;生成子模塊，用于根據給水量生成給水指令對鍋爐供水。
[0015]進一步地，第二調節單元包括:第二調整模塊，用于調整第一級減溫水的噴水量為第一數值;第三調整模塊，用于調整第二級減溫水的噴水量為第二數值；以及第四調整模塊，用于調整第三級減溫水的噴水量為第三數值，以使經過三級減溫的蒸汽的溫度達到第二目標溫度。
[0016]進一步地，第二調整模塊包括:檢測子模塊，用于檢測鍋爐的中溫過熱器的出口蒸汽的溫度;第一計算子模塊，用于根據預設算法和鍋爐的中溫過熱器的出口蒸汽的目標溫度計算中溫過熱器的入口蒸汽的目標溫度;第二計算子模塊，用于根據中溫過熱器的入口蒸汽的目標溫度和入口蒸汽的溫度計算第一級減溫水的目標噴水量；以及調整子模塊，用于調整第一級減溫水的噴水量為目標噴水量。
[0017]本發明通過確定鍋爐第一位置的蒸汽的第一目標溫度，其中，鍋爐為超臨界循環流化床鍋爐，鍋爐第一位置為鍋爐的汽水分離器的位置;根據第一目標溫度對第一位置的蒸汽的溫度進行調節;確定鍋爐第二位置的蒸汽的第二目標溫度，其中，蒸汽先經過第一位置后經過第二位置；以及根據第二目標溫度調節減溫水的噴水量以使蒸汽的溫度達到第二目標溫度，解決了超臨界循環流化床鍋爐機組主汽溫波動大影響機組安全的問題，進而達到了提高超臨界循環流化床鍋爐機組的安全性的效果。
【附圖說明】
[0018]構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中:
[0019]圖1是根據本發明實施例的超臨界循環流化床鍋爐機組的溫度控制方法的流程圖；
[0020]圖2是根據本發明實施例的水煤比修正方法的流程圖；
[0021 ]圖3是根據本發明實施例的給水指令生成方法的流程圖；
[0022]圖4是根據本發明實施例的減溫水指令生成方法的流程圖；
[0023]圖5是根據本發明實施例的鍋爐汽水流程運行的示意圖；以及
[0024]圖6是根據本發明實施例的超臨界循環流化床鍋爐機組的溫度控制裝置的示意圖。
【具體實施方式】
[0025]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。
[0026]為了使本技術領域的人員更好地理解本申請方案，下面將結合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分的實施例，而不是全部的實施例。基于本申請中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本申請保護的范圍。
[0027]需要說明的是，本申請的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語“第一”、“第二”等是用于區別類似的對象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應該理解這樣使用的數據在適當情況下可以互換，以便這里描述的本申請的實施例。此外，術語“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統、產品或設備不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或對于這些過程、方法、產品或設備固有的其它步驟或單元。
[0028]本發明實施例提供了一種超臨界循環流化床鍋爐機組的主汽溫控制方法。
[0029]圖1是根據本發明實施例的超臨界循環流化床鍋爐機組的主汽溫控制方法的流程圖，如圖1所示，該方法包括以下步驟:
[0030]步驟S102:確定鍋爐第一位置的蒸汽的第一目標溫度。
[0031]鍋爐為超臨界循環流化床鍋爐，鍋爐第一位置為鍋爐的汽水分離器的位置，第一目標溫度為鍋爐的汽水分離器達到的目標溫度。目標溫度可以預先設定，也可以通過計算得到。由于在鍋爐實際運行中，汽水分離器的溫度可能偏高或者偏低，對汽水分離器的溫度進行調節之前，要確定鍋爐的汽水分離器的第一目標溫度。
[0032]步驟S104:根據第一目標溫度對第一位置的蒸汽的溫度進行調節。
[0033]第一位置為汽水分離器在鍋爐的管道中的位置，汽水分離器中的蒸汽的溫度可能偏高或者偏低，如果蒸汽溫度偏高，鍋爐長期運行在超溫10°C?20°C的狀態下，壽命會縮短一半以上，如果蒸汽溫度偏低，每降低10°C，會使循環熱效率相應降低0.5%，因此，需要控制鍋爐的汽水分離器處的蒸汽溫度與第一目標溫度的差值保持在預設的溫度范圍內，以保持鍋爐的安全高效運行。根據第一目標溫度對第一位置的蒸汽的溫度進行調節可以是粗調。
[0034]可選地，根據第一目標溫度對第一位置的蒸汽的溫度進行調節可以是:根據第一目標溫度調整鍋爐的水煤比，以使第一位置的蒸汽的溫度與第一目標溫度的差值小于預設差值，其中，水煤比為鍋爐的燃料量和給水量的比值。例如，可以調節汽水分離器的溫度與第一目標溫度的差值在5°C范圍內。根據第一目標溫度對第一位置的蒸汽的溫度進行調節可以是通過控制燃料量與給水量的比值對蒸汽溫度進行調節，例如，如果蒸汽的溫度偏低則增加燃料量，如果蒸汽溫度偏高則增加給水量。根據第一目標溫度對第一位置的蒸汽的溫度進行調節也可以是通過其他的控溫方式對蒸汽溫度進行調節，例如，設置加熱器或者冷卻器來調節蒸汽溫度。第一位置的溫度粗調結果越接近第一目標溫度，后續的溫度細調過程就會越容易。
[0035]步驟S106:確定鍋爐第二位置的蒸汽的第二目標溫度。
[0036]蒸汽先經過第一位置后經過第二位置，在經過第一位置的溫度粗調之后，還需要經過第二位置進行溫度細調。第二位置的溫度細調可以是一次細調，也可以是多次細調，例如，可以通過噴水降溫的方式對經過第二位置的蒸汽進行降溫，鍋爐的第二位置可以設置多級降溫，第二目標溫度可以是多級降溫之后的目標溫度值，也即，蒸汽最終達到的溫度，如果第二位置包括多次細調，每一次細調還可以包括一個目標溫度，以實現逐步控溫。確定鍋爐第二位置的第二目標溫度也可以通過預設的算法和實際檢測到的蒸汽的溫度計算得到鍋爐第二位置的蒸汽的第二目標溫度。
[0037]步驟S108:根據第二目標溫度調節減溫水的噴水量以使蒸汽的溫度達到第二目標溫度。
[0038]通過噴水降溫的方式對經過第二位置的蒸汽進行降溫，在確定鍋爐第二位置的蒸汽的第二目標溫度之后，根據第二目標溫度調節減溫水的噴水量以使蒸汽的溫度達到第二目標溫度，噴水降溫可以為一級，也可以為二級、三級或者多級降溫，在一個可選的實施方式中，在第二位置通過三級降溫的方式向管道噴灑減溫水對管道中的蒸汽進行降溫。
[0039]可選地，根據第二目標溫度調整減溫水的噴水量可以是:調整第一級減溫水的噴水量為第一數值;調整第二級減溫水的噴水量為第二數值；以及調整第三級減溫水的噴水量為第三數值，以使經過三級減溫的蒸汽的溫度達到第二目標溫度。其中，第一數值、第二數值和第三數值都可以是基于蒸汽當前的溫度和預設算法計算得到的，例如，檢測噴水降溫前蒸汽的溫度，計算與目標溫度的差值，然后根據計算得到的差值計算第一級、第二級和第三級減溫水的噴水量，通過三級減溫，以使蒸汽溫度達到第二目標溫度。
[0040]可選地，調整第一級減溫水的噴水量為第一數值可以通過以下步驟:檢測鍋爐的中溫過熱器的出口蒸汽的溫度;根據預設算法和鍋爐的中溫過熱器的出口蒸汽的目標溫度計算中溫過熱器的入口蒸汽的目標溫度;根據中溫過熱器的入口蒸汽的目標溫度和入口蒸汽的溫度計算第一級減溫水的目標噴水量；以及調整第一級減溫水的噴水量為目標噴水量。
[0041 ]該實施例采用確定鍋爐第一位置的蒸汽的第一目標溫度，其中，鍋爐為超臨界循環流化床鍋爐，鍋爐第一位置為鍋爐的汽水分離器的位置;根據第一目標溫度對第一位置的蒸汽的溫度進行調節;確定鍋爐第二位置的蒸汽的第二目標溫度，其中，蒸汽先經過第一位置后經過第二位置；以及根據第二目標溫度調節減溫水的噴水量以使蒸汽的溫度達到第二目標溫度，解決了超臨界循環流化床鍋爐機組主汽溫波動大影響機組安全的問題，進而達到了提高超臨界循環流化床鍋爐機組的安全性的效果。
[0042]圖2是根據本發明實施例的水煤比修正方法的流程圖，如圖2所示，該方法包括以下步驟:
[0043]步驟S201:確定焓值設定點。
[0044]焓值是蒸汽的一個屬性，在同一溫度下，壓力相同的蒸汽的焓值相同，因此通過焓值表征鍋爐管道內蒸汽的狀態有時比通過溫度表征更有利于計算。焓值設定點也即目標焓值。
[0045]步驟S202:計算中間點焓值。
[0046]中間點也即鍋爐的汽水分離器出口的焓值，計算中間點焓值也即計算鍋爐的汽水分離器當前的焓值。
[0047]步驟S203:PID焓值調節。
[0048]根據當前鍋爐汽水分離器的焓值和目標焓值，對當前蒸汽進行比例積分微分(Proport1n Integrat1n Differentiat1n，簡稱為PID)恰值調節。通過PID恰值調節計算，得到計算結果。
[0049]步驟S204:煤水比修正。
[0050]根據計算結果對煤水比進行修正，基于修正結果對鍋爐的煤和水的投入比例進行修正，以使蒸汽的焓值達到設定的焓值。
[0051]圖3是根據本發明實施例的給水指令生成方法的流程圖，如圖3所示，該方法包括以下步驟:
[0052]步驟S301:主汽流量計算。
[0053]主汽流量可以通過檢測鍋爐主蒸汽管道內主蒸汽的相關參數進行計算，也可以根據實際的給水量計算。
[0054]步驟S302:鍋爐吸熱量修正。
[0055]鍋爐吸熱量修正可以是根據鍋爐吸收的蒸汽的熱量的變化對鍋爐的蒸汽溫度進行修正。
[0056]步驟S303:煙氣含氧量修正。
[0057]煙氣含氧量可以是鍋爐燃燒產生的煙氣的含氧量，通過煙氣的含氧量可以推算出燃料的燃燒效率，因此煙氣含氧量也作為蒸汽溫度控制的一個影響因素。
[0058]步驟S304:煤水比修正。
[0059]在計算出主汽流量之后，可以通過主汽流量計算煤水比，對煤水比進行第一次修正。對煤水比進行的第一次修正可以是焓值調節器的輸出值。
[0060]步驟S305:函數運算。
[0061]在計算出對蒸汽溫度影響的三個修正參數之后，通過預設的算法進行函數運算，得到給水量。
[0062]步驟S306:生成給水指令。
[0063]根據計算得到的給水量生成給水指令，調整給水量，以調整鍋爐的煤水比。
[0064]圖4是根據本發明實施例的減溫水指令生成方法的流程圖，如圖4所示，該方法包括以下步驟:
[0065]步驟S401:中溫過熱器入口汽溫Tin。
[0066]在鍋爐運行過程中，獲取中溫過熱器入口汽溫Tin，可以通過溫度傳感器檢測中溫過熱器入口汽溫。
[0067]步驟S402:中溫過熱器出口設定汽溫Tsp。
[0068]獲取中溫過熱器出口設定汽溫，設定汽溫可以根據具體的鍋爐運行情況設定也可以預先設定好存儲在數據庫中。
[0069]步驟S403:中溫過熱器出口汽溫Tout。
[0070]獲取中溫過熱器出口汽溫，獲取出口汽溫也可以通過溫度傳感器獲取。
[0071]步驟S404:函數K(Tsp-Tout)+PTnXTin。
[0072]在獲取中溫過熱器出口的設定溫度和實際溫度之后，通過函數K(Tsp-Tout)+PTnX Tin計算出對入口汽溫的目標值。
[0073]步驟S405:PID汽溫調節。
[0074]通過中溫過熱器入口汽溫的實際值和目標值通過PID調節對汽溫進行調節。
[0075]步驟S406: 一級噴水減溫閥控制指令。
[0076]根據PID氣溫調節參數生成一級噴水減溫閥控制指令，控制第一級噴水減溫閥的噴水量對蒸汽進行噴水減溫。
[0077]上述實施例是第一級噴水減溫的控制方法，在本發明實施例中，一共有三級噴水減溫，第二級和第三級的噴水減溫也采用相同的方法。
[0078]下面結合具體的實施方式對本發明技術方案進行解釋:
[0079]圖5是根據本發明實施例的鍋爐汽水流程運行的示意圖，如圖5所示，鍋爐為東方鍋爐廠自主開發型600MW超臨界直流鍋爐，采用雙布風板單爐膛、H型布置、平衡通風、一次中間再熱，循環流化床燃燒方式，采用外置式換熱器調節爐膛床溫及再熱蒸汽溫度，采用高溫冷卻式旋風分離器進行氣固分離。鍋爐整體呈左右對稱布置，支吊在鍋爐鋼架上。
[0080]鍋爐由三部分組成，第一部分布置有主循環回路，包括爐膛、高溫冷卻式旋風分離器、回料器以及外置式換熱器、冷渣器以及一、二次風系統等;第二部分布置尾部煙道，包括低溫過熱器、低溫再熱器和省煤器;第三部分為單獨布置的兩臺四分倉回轉式空氣預熱器。
[0081]外置床里布置有受熱面，靠爐前的兩個外置床中布置的是高溫再熱器，中間的兩個外置床布置的是中溫過熱器2，靠爐后布置的是中溫過熱器I。尾部煙道內從上至下依次布置有低溫過熱器、低溫再熱器和省煤器。高溫過熱器(屏式過熱器)布置在爐膛上部左右兩側。
[0082]過熱蒸汽流程為:旋風分離器入口煙道—旋風分離器—后豎井包墻—吊掛管—低溫過熱器然后通過蒸汽連接管引入布置在外置床中的中溫過熱器I和中溫過熱器2，最后由連接管引入布置在爐膛中的高溫過熱器，合格的過熱蒸汽由高過出口集箱引出至汽輪機。
[0083]鍋爐啟動處于濕態運行方式時，經兩個汽水分離器分離后的飽和蒸汽進入汽水分離器出口集箱，疏水則進入兩個汽水分離器下部共用的儲水罐。在負荷多30%鍋爐最大連續出力(Boiler Maximum Continuous Rating，簡稱為BMCR)后，直流運行，一次上升，啟動分離器入口具有一定的過熱度。當鍋爐進入直流運行方式后，微過熱蒸汽經兩個汽水分離器后全部進入汽水分離器出口集箱。
[0084]超臨界直流爐主汽溫的調節通常采用分段調節法，一般分為兩段:第一段是用燃料流量和給水流量的比值來調節汽水流程中中間點的溫度，實現過熱汽溫的粗調;第二段采用噴水減溫裝置，用以保證鍋爐過熱汽溫在要求的范圍內。
[0085]本超臨界CFB鍋爐過熱蒸汽溫度采用由水/煤比和三級減溫水控制策略方案。水/煤比的控制溫度取自分離器出口溫度(水冷壁出口混合集箱溫度1、2、3)和高溫過熱器(屏式過熱器)上的溫度、壓力為主參數，減溫水流量偏差(過熱器總減溫水流量與設計減溫水量之差)、主汽溫偏差(主汽溫給定修正值與實際值之差)作為修正進行控制。即選取分離器出口溫度作為中間點溫度，控制中間點溫度來調節燃水比，粗調主汽溫。過熱器噴水減溫采用單回路控制，細調主汽溫。過熱蒸汽噴水減溫器共布置有三級六點:
[0086]第一級布置在低溫過熱器(LTS)和一級中溫過熱器(ITSl)的連接管上，用于控制ITSl出口汽溫；第二級布置在一級中溫過熱器(ITS1)和二級中溫過熱器(ITS2)的連接管上，用于控制ITS2出口溫度;第三級布置在二級中溫過熱器(ITS2)和高溫過熱器(HTS)的連接管上，用于控制HTS出口溫度。過熱器系統噴水減溫水源取自省煤器出口。
[0087]針對本超臨界CFB鍋爐，主汽溫控制策略的特點如下:
[0088]過熱蒸汽溫度是由煤水比和三級噴水減溫來控制。調整鍋爐水煤比是控制主蒸汽溫度的主要和粗調手段，通過煤量和給水量的平衡調整最終實現主汽溫度的有效控制。由于中間點溫度(焓)的變化既能快速反應水煤比變化，又能超前反應主汽溫度的變化趨勢，因此用給水流量控制中間點溫度，通過控制中間點溫度(焓)的變化來快速控制水煤比變化，維持該點溫度穩定來保證主蒸汽溫度的穩定。一、二、三級減溫水作為主汽溫度調節的輔助和細調手段，在工況變化時維持主汽溫度穩定。
[0089]本控制方案具有以下優點:
[0090]第一，給水調節采用先進的焓值計算、焓值調節等控制方法。給水指令調節跟蹤主汽流量信號，并采用中間點的焓值進行校正，中間點取汽水分離器出口，該點微過熱蒸汽溫度信號對煤水比擾動的響應較為快速，近似為一階慣性環節。采用鍋爐吸熱量及煙氣含氧量對給水指令信號進行修正。使用焓值調節，可以快速克服煤水比擾動，快速的穩定中間點溫度。
[0091]第二，超臨界壓力鍋爐的中間點選在汽水分離器出口，原因是:能快速反應燃料量的變化。當燃料量增加時，水冷壁最先吸收燃燒時放出的輻射熱量，分離器溫度的變化比依靠對流熱量的過熱器要快得多。選在三級減溫器之前，基本不受減溫水流量變化的影響，即使減溫水量大幅度變化，按鍋爐給水量=給水栗入口流量-減溫水量，中間點溫度送出的調節信號仍保證正確的調節方向。
[0092]在鍋爐負荷在30%_100%MCR范圍內，汽水分離器出口始終處于過熱狀態，溫度測量準確、靈敏。汽水分離器出口溫度能更早、更迅速、不受其他因素影響而反映出主蒸汽溫度變化趨勢。控制住能較快速而又精確反映燃水比變化的參量一汽水分離器入口微過熱蒸汽焓，進而達到控制給水量到合適值的目的，保證整個系統的平衡穩定。
[0093]當汽水分離器濕態運行，鍋爐的控制方式為汽水分離器液位計最小流量控制。當汽水分離器干態運行，鍋爐的控制方式轉為主蒸汽溫度控制及給水流量控制。
[0094]第三，用給水流量控制中間點溫度的原因:中間點溫度或焓值可用燃料量控制也可用給水流量控制，而超臨界鍋爐，用燃料量控制中間點溫度或焓值比用給水流量控制延遲大。而從減少鍋爐熱應力及鍋爐壽命考慮，動態溫度控制應優先于壓力控制，因此超臨界機組以給水流量控制中間點溫度或焓值為主要方案。
[0095]過熱器出口汽溫的改變量是通過過熱器進口汽溫，也即噴水減溫器出口汽溫的改變量實現的，在不同負荷或壓力下，同樣出口汽溫的改變量需要不同的進口汽溫的改變量，這兩處汽溫改變量間存在定量關系，可通過過熱器進口和出口蒸汽的比熱容確定。例如某負荷下，過熱器進口蒸汽參數為18.5MPa/470 V，其比熱容為3.456，過熱器出口蒸汽參數為18MPa/540°C，其比熱容為2.907。因此，進口蒸汽焓值增加3.456kJ/kg將提高進口汽溫1°C，出口汽溫提高TC則需出口蒸汽焓值增加2.907kJ/kg，在出口蒸汽焓值同樣增加3.456kJ/kg情況下，出口蒸汽溫度將增加3.456/2.907 = 1.19( °C )，反之，如果要求出口汽溫改變I0C，則進口汽溫需要改變2.907/3.456 = 0.84(°C )，這一出口與進口蒸汽比熱容的比值為出口汽溫對進口汽溫要求的調整系數。比熱容及調整系數隨壓力而變化，壓力增加，同樣的出口汽溫改變量要求較大的進口汽溫的變化。一些中間段的壓力沒有測點，則需通過附近的壓力測點，以設計計算書為依據實時推算相應點的壓力，建立相應點比熱容與臨近測量壓力間的關系。
[0096]第五，過熱器進口汽溫(噴水減溫器出口汽溫)的變化以過熱器的動態特性影響過熱器出口汽溫的動態變化。出口汽溫與其設定值的偏差(Tsp-Tout)與調整系數相乘轉換為對進口汽溫的調整要求。出口汽溫偏差產生后，PID控制器即按轉換后對進口汽溫的調整要求進行調節，改變減溫噴水量，改變進口汽溫Tin。進口汽溫改變后，將通過過熱器改變出口汽溫Tout。同時，進口汽溫通過模擬的過熱器特性PTn(多容環節)形成的PTn.Tin，在PID調節器的設定值回路與經調整因子相乘的實際出口汽溫Tout相互抵消。PID調節器的入口偏差為〔K(Tsp-Tout)+PTn.Tin〕_Tin，K為調整系數f(x)在某壓力下的值。如果模擬的過熱器特性PTn與實際過熱器特性充分接近，則在整個動態調整過程中設定值回路〔K(Tsp-Tout) +PTn.Tin〕基本維持恒定，系統調節性能十分穩定。
[0097]第六，該系統從以下兩方面改善了汽溫調節的性能:
[0098]a.調節對象成為快速響應對象而不再是大慣性對象，參數整定十分容易。
[0099]b.變常規的汽溫串級調節為單回路調節，消除了主、副調節器之間的相互干擾，使汽溫調節品質不佳的可能性大大降低。
[0100]過熱器的特性PTn隨負荷的變動會發生改變，可通過負荷與多容環節時間常數的關系曲線實現不同負荷下的過熱器的特性。過熱器特性PTn和調整系數并不總是很準確，但PTn.Tin最終能穩定到Tin，所以Tout總能調整穩定到其設定點。這一系統可以滿足超臨界機組負荷調峰時的需要。
[0101]在一種可選的實施方式中，
[0102]1、過熱蒸汽溫度是由煤水比和三級噴水減溫來控制。調整鍋爐水煤比是控制主蒸汽溫度的主要和粗調手段，通過煤量和給水量的平衡調整最終實現主汽溫度的有效控制。中間點溫度(焓)的變化既能快速反應水煤比變化，又能超前反應主汽溫度的變化趨勢。維持該點溫度穩定才能保證主蒸汽溫度的穩定。一、二、三級減溫水作為主汽溫度調節的輔助和細調手段，在工況變化時維持主汽溫度穩定。
[0103]2、用給水流量控制中間點溫度:中間點溫度或焓值可用燃料量控制也可用給水流量控制，而超臨界鍋爐，用燃料量控制中間點溫度或焓值比用給水流量控制延遲大。而從減少鍋爐熱應力及鍋爐壽命考慮，動態溫度控制應優先于壓力控制，因此超臨界機組以給水流量控制中間點溫度或焓值為主要方案。
[0104]3、過熱器出口汽溫的改變量是通過過熱器進口汽溫(噴水減溫器出口汽溫)的改變量實現的，在不同負荷或壓力下，同樣出口汽溫的改變量需要不同的進口汽溫的改變量，這兩處汽溫改變量間存在定量關系，可通過過熱器進口和出口蒸汽的比熱容確定。
[0105]4、過熱器進口汽溫(噴水減溫器出口汽溫)的變化以過熱器的動態特性影響過熱器出口汽溫的動態變化。出口汽溫與其設定值的偏差(Tsp-Tout)與調整系數相乘轉換為對進口汽溫的調整要求。出口汽溫偏差產生后，PID控制器即按轉換后對進口汽溫的調整要求進行調節，改變減溫噴水量，改變進口汽溫Tin。進口汽溫改變后，將通過過熱器改變出口汽溫Tout ο
[0106]要實現以上超臨界循環流化床鍋爐主汽溫控制方案，可選的實施方式還有:
[0107]給水指令生成，調整煤水比修正功能塊的位置，雖然其具體邏輯擺放順序有所不同，但其基本思路不變。
[0108]一級減溫水指令生成(二、三級減溫水指令原理相同)，過熱器出口汽溫的改變量是通過過熱器進口汽溫(噴水減溫器出口汽溫)的改變量實現的，出口汽溫與其設定值的偏差(Tsp-Tout)與調整系數相乘轉換為對進口汽溫的調整要求。出口汽溫偏差產生后，PID控制器即按轉換后對進口汽溫的調整要求進行調節，改變減溫噴水量，改變進口汽溫Tin。進口汽溫改變后，將通過過熱器改變出口汽溫Tout。其他按此原理進行的變常規的汽溫串級調節為單回路調節，不論其功能塊的順序及參數變化，其核心原理相同。
[0109]需要說明的是，在附圖的流程圖示出的步驟可以在諸如一組計算機可執行指令的計算機系統中執行，并且，雖然在流程圖中示出了邏輯順序，但是在某些情況下，可以以不同于此處的順序執行所示出或描述的步驟。
[0110]本發明實施例提供了一種超臨界循環流化床鍋爐機組的主汽溫控制裝置，該超臨界循環流化床鍋爐機組的主汽溫控制裝置可以用于執行本發明實施例的超臨界循環流化床鍋爐機組的主汽溫控制方法。
[0111]圖6是根據本發明實施例的超臨界循環流化床鍋爐機組的主汽溫控制裝置的示意圖，如圖6所示，該裝置包括:
[0112]第一確定單元10，用于確定鍋爐第一位置的蒸汽的第一目標溫度，其中，鍋爐為超臨界循環流化床鍋爐，鍋爐第一位置為鍋爐的汽水分離器的位置。
[0113]第一調節單元20，用于根據第一目標溫度對第一位置的蒸汽的溫度進行調節。
[0114]第二確定單元30，用于確定鍋爐第二位置的蒸汽的第二目標溫度，其中，蒸汽先經過第一位置后經過第二位置。
[0115]第二調節單元40，用于根據第二目標溫度調節減溫水的噴水量以使蒸汽的溫度達到第二目標溫度。
[0116]可選地，第一調節單元20包括:第一調整模塊，用于根據第一目標溫度調整鍋爐的水煤比，以使第一位置的蒸汽的溫度與第一目標溫度的差值小于預設差值，其中，水煤比為鍋爐的燃料量和給水量的比值。
[0117]可選地，第一確定單元10包括:第一計算模塊，用于計算鍋爐中蒸汽的主汽流量；第二計算模塊，用于計算鍋爐的吸熱量和煙氣含氧量;第三計算模塊，用于對鍋爐中蒸汽的主汽流量、鍋爐的吸熱量和煙氣含氧量按照預設算法進行計算，得到第一目標溫度，第一調整模塊包括:確定子模塊，用于根據第一目標溫度確定鍋爐的給水量;生成子模塊，用于根據給水量生成給水指令對鍋爐供水。
[0118]可選地，第二調節單元40包括:第二調整模塊，用于調整第一級減溫水的噴水量為第一數值;第三調整模塊，用于調整第二級減溫水的噴水量為第二數值；以及第四調整模塊，用于調整第三級減溫水的噴水量為第三數值，以使經過三級減溫的蒸汽的溫度達到第二目標溫度。
[0119]可選地，第二調整模塊包括:檢測子模塊，用于檢測鍋爐的中溫過熱器的出口蒸汽的溫度;第一計算子模塊，用于根據預設算法和鍋爐的中溫過熱器的出口蒸汽的目標溫度計算中溫過熱器的入口蒸汽的目標溫度;第二計算子模塊，用于根據中溫過熱器的入口蒸汽的目標溫度和入口蒸汽的溫度計算第一級減溫水的目標噴水量；以及調整子模塊，用于調整第一級減溫水的噴水量為目標噴水量。
[0120]該實施例采用第一確定單元10，用于確定鍋爐第一位置的蒸汽的第一目標溫度，其中，鍋爐為超臨界循環流化床鍋爐，鍋爐第一位置為鍋爐的汽水分離器的位置;第一調節單元20，用于根據第一目標溫度對第一位置的蒸汽的溫度進行調節;第二確定單元30，用于確定鍋爐第二位置的蒸汽的第二目標溫度，其中，蒸汽先經過第一位置后經過第二位置；以及第二調節單元40，用于根據第二目標溫度調節減溫水的噴水量以使蒸汽的溫度達到第二目標溫度，從而解決了超臨界循環流化床鍋爐機組主汽溫波動大影響機組安全的問題，進而達到了提高超臨界循環流化床鍋爐機組的安全性的效果。
[0121]顯然，本領域的技術人員應該明白，上述的本發明的各模塊或各步驟可以用通用的計算裝置來實現，它們可以集中在單個的計算裝置上，或者分布在多個計算裝置所組成的網絡上，可選地，它們可以用計算裝置可執行的程序代碼來實現，從而，可以將它們存儲在存儲裝置中由計算裝置來執行，或者將它們分別制作成各個集成電路模塊，或者將它們中的多個模塊或步驟制作成單個集成電路模塊來實現。這樣，本發明不限制于任何特定的硬件和軟件結合。
[0122]以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種超臨界循環流化床鍋爐機組的主汽溫控制方法，其特征在于，包括: 確定鍋爐第一位置的蒸汽的第一目標溫度，其中，所述鍋爐為超臨界循環流化床鍋爐，所述鍋爐第一位置為所述鍋爐的汽水分離器的位置； 根據所述第一目標溫度對所述第一位置的蒸汽的溫度進行調節； 確定所述鍋爐第二位置的蒸汽的第二目標溫度，其中，所述蒸汽先經過所述第一位置后經過所述第二位置；以及 根據所述第二目標溫度調節減溫水的噴水量以使所述蒸汽的溫度達到所述第二目標溫度。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，根據所述第一目標溫度對所述第一位置的蒸汽的溫度進行調節包括: 根據所述第一目標溫度調整所述鍋爐的水煤比，以使所述第一位置的蒸汽的溫度與所述第一目標溫度的差值小于預設差值，其中，所述水煤比為所述鍋爐的燃料量和給水量的比值。3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于， 確定所述鍋爐第一位置的蒸汽的第一目標溫度包括:計算所述鍋爐中蒸汽的主汽流量;計算所述鍋爐的吸熱量和煙氣含氧量;對所述鍋爐中蒸汽的主汽流量、所述鍋爐的吸熱量和煙氣含氧量按照預設算法進行計算，得到所述第一目標溫度，根據所述第一目標溫度調整所述鍋爐的水煤比包括:根據所述第一目標溫度確定所述鍋爐的給水量;根據所述給水量生成給水指令對所述鍋爐供水。4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，根據所述第二目標溫度調整所述減溫水的噴水量包括: 調整第一級減溫水的噴水量為第一數值； 調整第二級減溫水的噴水量為第二數值；以及 調整第三級減溫水的噴水量為第三數值，以使經過三級減溫的所述蒸汽的溫度達到所述第二目標溫度。5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，調整所述第一級減溫水的噴水量為所述第一數值包括: 檢測所述鍋爐的中溫過熱器的出口蒸汽的溫度； 根據預設算法和所述鍋爐的中溫過熱器的所述出口蒸汽的目標溫度計算所述中溫過熱器的入口蒸汽的目標溫度； 根據所述中溫過熱器的入口蒸汽的目標溫度和所述入口蒸汽的溫度計算所述第一級減溫水的目標噴水量；以及 調整所述第一級減溫水的噴水量為所述目標噴水量。6.—種超臨界循環流化床鍋爐機組的主汽溫控制裝置，其特征在于，包括: 第一確定單元，用于確定鍋爐第一位置的蒸汽的第一目標溫度，其中，所述鍋爐為超臨界循環流化床鍋爐，所述鍋爐第一位置為所述鍋爐的汽水分離器的位置； 第一調節單元，用于根據所述第一目標溫度對所述第一位置的蒸汽的溫度進行調節； 第二確定單元，用于確定所述鍋爐第二位置的蒸汽的第二目標溫度，其中， 所述蒸汽先經過所述第一位置后經過所述第二位置；以及 第二調節單元，用于根據所述第二目標溫度調節減溫水的噴水量以使所述蒸汽的溫度達到所述第二目標溫度。7.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述第一調節單元包括: 第一調整模塊，用于根據所述第一目標溫度調整所述鍋爐的水煤比，以使所述第一位置的蒸汽的溫度與所述第一目標溫度的差值小于預設差值，其中，所述水煤比為所述鍋爐的燃料量和給水量的比值。8.根據權利要求7所述的裝置，其特征在于， 所述第一確定單元包括:第一計算模塊，用于計算所述鍋爐中蒸汽的主汽流量;第二計算模塊，用于計算所述鍋爐的吸熱量和煙氣含氧量;第三計算模塊，用于對所述鍋爐中蒸汽的主汽流量、所述鍋爐的吸熱量和煙氣含氧量按照預設算法進行計算，得到所述第一目標溫度， 所述第一調整模塊包括:確定子模塊，用于根據所述第一目標溫度確定所述鍋爐的給水量;生成子模塊，用于根據所述給水量生成給水指令對所述鍋爐供水。9.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述第二調節單元包括: 第二調整模塊，用于調整第一級減溫水的噴水量為第一數值； 第三調整模塊，用于調整第二級減溫水的噴水量為第二數值；以及 第四調整模塊，用于調整第三級減溫水的噴水量為第三數值，以使經過三級減溫的所述蒸汽的溫度達到所述第二目標溫度。10.根據權利要求9所述的裝置，其特征在于，所述第二調整模塊包括: 檢測子模塊，用于檢測所述鍋爐的中溫過熱器的出口蒸汽的溫度； 第一計算子模塊，用于根據預設算法和所述鍋爐的中溫過熱器的所述出口蒸汽的目標溫度計算所述中溫過熱器的入口蒸汽的目標溫度； 第二計算子模塊，用于根據所述中溫過熱器的入口蒸汽的目標溫度和所述入口蒸汽的溫度計算所述第一級減溫水的目標噴水量;以及 調整子模塊，用于調整所述第一級減溫水的噴水量為所述目標噴水量。
【文檔編號】F22B35/00GK106016229SQ201610344782
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月23日
【發明人】張奎, 吳玉平, 張明勝, 莫紅軍
【申請人】神華集團有限責任公司, 神華國能集團有限公司, 四川白馬循環流化床示范電站有限責任公司