专利名称：无炉水循环泵超临界直流锅炉给水的控制方法
技术领域：
本发明涉及无炉水循环泵超临界直流锅炉的控制方法。
背景技术：
目前许多大型火电机组超临界直流锅炉没有配置炉水循环泵，所以锅炉启动阶段的给水均由给水泵直接提供，汽水分离器的水又回到凝集器，这样回到凝集器这部份水的能量不能回收。以锅炉厂要求给水最低流量不低于25%最大连续出力的直流锅炉为例进行说明。为了保证锅炉安全运行锅炉厂要求给水最低流量不低于25%锅炉最大连续出力，所以启动阶段回流分离器的炉水量较大消耗了大量的能量。具体的来说，锅炉的工质主要通过两种方式吸收热量炉膛内工质吸收辐射放热为主，过热器加热蒸汽以吸收对流放热为主。锅炉给水通过给水泵送入炉膛内的水冷壁中加热，加热后的汽水混合物进入汽水分离器内，汽水分离器将蒸汽和水分离。蒸汽进入过热器进一步吸收热量产生满足要求的过热蒸汽，水通过汽水分离器调节阀返回凝汽器内。汽水分离器调节阀的作用为调节汽水分离器的液位，使水不能进入过热器管道内。煤在锅炉燃烧产生的总热量Q分别被给水、蒸汽吸收 ，剩余热量通过烟气排入大气Q = Q 辐射+Q 对流+Q 排; (I)0$_为煤燃烧在炉膛内辐射放热加热给水的热量，使给水变为汽水混合物；Q5i 为煤燃烧后在过热器内通过对流方式加热汽水分离器出来的蒸汽的热量，使饱和蒸汽成为符合要求的过热蒸汽；Q_g为煤燃烧加热工质后剩余的被烟气带走的热量。通常情况下，锅炉从点火至升温到25%锅炉最大连续出力的负荷过程中，煤的用量是分阶段逐步增加的，锅炉制造厂商的要求进入锅炉内的给水量为不低于25%锅炉最大连续出力的给水流量。在锅炉的升温、升压阶段过程中煤量逐步增加，但在每一个时段内进入锅炉煤量相对稳定，所以煤燃烧产生的热能Q保持相对不变，Qffit Q5i 和Q_j也相对稳定，按锅炉厂设计进入锅炉的给水量不小于25%锅炉最大连续出力。但锅炉启动阶段进入锅炉25%锅炉最大连续出力的给水量，在同样的(^ 加热进入锅炉炉膛的给水量越大进入汽水分离器的蒸汽量越少、反之给水流量越少产生的蒸汽量越大，如果进入锅炉的给水流量较大则通过汽水分离器调节阀回到凝汽器的水量也较大，Qai加热给水回到凝汽器又被循环冷却水带走热量越大。同时由于进入过热器内的蒸汽流量较少，进入对流放热受热面部分相对稳定Q5i 的热量因蒸汽流量减少导致过热蒸汽温度过高，需要增加减温水量控制蒸汽温度，增加减温水导致给水泵耗能增加。
发明内容
本发明的目的是提供一种既能保证超临界直流锅炉安全运行又能在锅炉启动过程中节能降耗和容易实现的无炉水循环泵超临界直流锅炉给水的控制方法。本发明的技术解决方案如下
一种无炉水循环泵超临界直流锅炉给水的控制方法，提供包括给水流量调节阀和汽水分离器调节阀的无炉水循环泵超临界直流锅炉系统。给定直流锅炉由启动到转干态直流运行时负荷的给定给水流量。根据所述汽水分离器调节阀的开度动态调整，并与所述给水流量调节阀配合，调整所述给定给水流量得到所述直流锅炉启动至到转干态直流运行过程使用的实际给水流量。进一步的，所述实际给水流量=所述给定给水流量+给水修正值，所述给水修正值=/ (S-κ) dt其中下限值<流量修正值<上限值，S为汽水分离器调节阀的开度期望值，K为汽水分离器调节阀的开度。进一步的，所述给定给水流量的确定有以下步骤；采集机组负荷信号；通过特定函数关系将所述机组负荷信号转换为即时给水流量给定信号；给定锅炉最小流量；提供大选模块，用于选择即时给水流量给定信号或是锅炉最小流量而得到所述给定给水流量。进一步的，所述给水修正值的确定有以下步骤；给定汽水分离器调节阀的开度的期望值；采集汽水分离器调节阀的实际开度信号；通过PID调节器对所述汽水分离器调节阀期望值与所述实际开度信号进行PID运算，得到所述给水修正值。本发明的优点是通过汽水分离器调节阀的开度修正进入锅炉的给水流量，易于采用通用控制设备实现，汽水分离器调节阀开度大于期望值时通过在一定范围内减少进入锅炉给水流量使炉膛的Q辐射热量产生的蒸汽增加，通过汽水分离器调节阀回流的炉水流量减少，这样既能保证锅炉的安全运行，又能减少回流炉水的热损失，减少过热蒸汽温度控制的减温水量。
图I为本发明实施例的工艺流程图；图2为本发明实施例的实现逻辑原理图；附图标记说明I、汽水分离器,2、加热盘管,3、给水流量阀,4、给水泵,5、汽水分离器调节阀,6、过热器，7、汽轮机，8、发电机，9、凝汽器，10、凝结水泵，11、除氧加热器，12、烟囱，13、负荷检测模块，14、负荷给水转换模块，15、大选比较器，16、加法器，17、PID调节器，18、汽水分离器调节阀开度设定值，19、汽水分离器调节阀开度信号，20、锅炉最小流量给定信号。
具体实施例方式以下结合附图对本技术方案进行详细说明。参阅图1，一种无炉水循环泵超临界直流锅炉装置的原理结构示意图，其中煤在炉膛内燃烧，锅炉内设有水冷壁2和过热器6，被吸收热量后的烟气从烟囱12排出。给水经过除氧加热器11除氧加热后，通过给水泵4送入水冷壁2内加热，通过给水流量阀3控制进入水冷壁2内的给水量，经过炉膛内水冷壁2加热后的汽水混合物进入汽水分离器I内分离，饱和蒸汽进入过热器6内继续加热，过热蒸汽送入汽轮机7内做功，驱动发电机8工作； 汽水分离器I内的炉水通过汽水分离器调节阀5排入凝汽器9内，通过汽水分离器调节阀5 控制汽水分离器I的液位，汽轮机7的排汽也进入凝汽器9内，经过循环冷却水降温后，作、为给水来源通过凝结水泵10送入除氧加热器11内，经过除氧器处理后的水回到给凝结水泵10。煤燃烧产生的总热量Q在炉膛内分别通过辐射放热方式将QffiIi主要加热给水，通过对流加热方式将Q5i 加热饱和蒸汽，剩余的热量通过烟囱将剩余的热量Q_排向大气。凝汽器9将进入凝集器的凝结水内热量Qiw传递给循环冷却水。请一并参阅图I及图2，无炉水循环泵超临界直流锅炉的控制方法为，给定直流锅炉由启动到转干态直流运行的最低负荷运行的给定给水流量，根据所述汽水分离器调节阀的开度动态调整，并与所述给水流量调节阀配合，在所述给定给水流量的基础上调整得到所述直流锅炉启动至到转干态直流运行过程使用的实际给水流量。所述实际给水流量=所述给定给水流量+给水修正值，所述给水修正值=/ (S-K) dt其中下限值<流量修正值<上限值，S为汽水分离器调节阀的开度期望值，K为汽水分离器调节阀的开度。其中，所述给定给水流量根据不同的机组为不同的数值，一般情况下为20% 30%锅炉最大连续出力，当然也不局限于此数值范围，具体的依机组而定。 汽水分离器调节阀的开度期望值的也是依据不同的机组数值发生变化。在本实施例中，给定给水流量为25%最大连续出力，汽水分离器调节阀的开度期望值为25%。-100吨/小时 <流量修正值< 100吨/小时。需要说明的是，本技术方案中所指超临界状态包括超临界状态、超超临界状态。 首先，给定给水流量的确定由回路锅炉负荷检测模块13、负荷给水转换模块14、 大选比较器15、最小流量设定信号20。负荷检测模块13用于采集机组负荷信号，经过负荷给水转换模块14的特定函数关系f(x)转换为即时给水流量设定信号，负荷给水转换模块 14和最小流量设定信号20的信号经大选比较器15进行选择输出给定给水流量为不低于 25%锅炉最大连续出力的给水流量。其次，给水修正值由PID调节器17、汽水分离器调节阀开度设定值18、汽水分离器调节阀开度信号19确定。汽水分离器调节阀开度设定值18为汽水分离器调节阀开度的期望值，在本实施例中，汽水分离器调节阀开度设定值为25%、汽水分离器调节阀开度信号 19时时监测汽水分离器调节阀的开度。PID调节器17为PID(比例、积分、微分)调节器， 汽水分离器调节阀开度设定值18、汽水分离器调节阀开度信号19信号由在PID调节器17 接收并进行PID运算。当汽水分离器调节阀的开度大于设定值时，PID调节器17产生逐步减少的流量修正值其下限为-100吨/小时，使进入锅炉的给水流量降低，在锅炉内相同的Q
产生的汽水混合物中蒸汽量增加、水量减少这样维持汽水分离器液位的汽水分离器调节阀开度减少逐步回到期望值。相反当汽水分离器调节阀开度小于设定值时流量设定值经模块17运算后输出逐步增加其上限为100吨/小时.最后，加法器16将PID调节器17输出加上大选比较器15输出产生实际给水流量。本实例中，实际给水流量为(25%锅炉最大连续出力-100) (25%锅炉最大连续出力 +100)。通过监视汽水分离器调节阀的开度调整锅炉给水流量，通过给水流量的调整使进入汽水分离器的蒸汽量和炉水量在一个合理的水平，汽水分离器调节阀的开度稳定在25% 左右能维持分离器水位为正常水位，使通过汽水分离器调节阀回流的炉水流量稳定在一个合理的范围内，既能保证锅炉的安全运行，又能减少回流炉水的热损失，同时减少过热蒸汽温度控制的减温水量。S的开度根据不同种类锅炉在转干态时稳定运行而设定。如在东方锅炉厂出厂的 600MW机组超临界直流锅炉中要求锅炉启动的给水流量不低于25%锅炉最大连续出力，汽水分离器调节阀的任务是维持汽水分离器的水位的，在实际应用中采用本技术根据汽水分离器调节阀的开度动态调整给水流量，如果汽水分离器调节阀开度大于25%则进入炉膛加热的给水产生的蒸汽量小、炉水量大，逐步减少给水量在吸收同样的Q辐射情况下蒸汽增力口、炉水减少，汽水分离器的水位降低汽水分离器调节阀为了维持水位自动关小汽水分离器调节阀的开度，当汽水分离器调节阀开度小于25%时给水流量逐步增加，通过给水流量的逐步调整使汽水分离器调节阀保持在25%左右又能维持汽水分离器的水位。随着锅炉负荷增加即进入炉膛的燃料增加，给水流量达到25% -30%锅炉最大连续出力后维持稳定， Q辐射在不断增加所以蒸汽逐步增加以满足汽轮机用汽的需要同时炉水逐步减少汽水分离器调节阀为维持水位逐步关小，当汽水分离器调节阀全关时说明给水在进入分离器前水已经全部转换为蒸汽即锅炉进入干态。通过给水流量的控制将汽水分离器调节阀的开度控制在的范围内，使通过汽水分离器调节阀回流到凝集器的流量在一个合理的范围内既保证锅炉的安全运行又减少给水回流热损失、减少过热汽温控制的减温水用量、利于在锅炉转干态过程控制。上列详细说明是针对本发明之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围 ，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。
权利要求
1.一种无炉水循环泵超临界直流锅炉给水的控制方法，其特征在于，包括以下步骤， 提供包括给水流量调节阀和汽水分离器调节阀的无炉水循环泵超临界直流锅炉系统； 设定直流锅炉由启动到转干态直流运行时负荷的给定给水流量； 根据所述汽水分离器调节阀的开度动态调整，并与所述给水流量调节阀配合，在所述给定给水流量的基础上调整得到所述直流锅炉启动至到转干态直流运行过程使用的实际给水流量。
2.如权利要求I所述的无炉水循环泵超临界直流锅炉给水的控制方法，其特征在于，所述实际给水流量=所述给定给水流量+给水修正值， 所述给水修正值=/ (S-K) dt 其中下限值<流量修正值<上限值，S为汽水分离器调节阀的开度期望值，K为汽水分离器调节阀的开度。
3.如权利要求2所述的无炉水循环泵超临界直流锅炉给水的控制方法，其特征在于，所述给定给水流量的确定有以下步骤； 采集机组负荷信号； 通过特定函数关系将所述机组负荷信号转换为即时给水流量给定信号；给定锅炉最小流量； 提供大选模块，用于选择所述即时给水流量给定信号或是所述锅炉最小流量而得到所述给定给水流量。
4.如权利要求2或3所述的无炉水循环泵超临界直流锅炉给水的控制方法，其特征在于，所述给水修正值的确定有以下步骤； 给定汽水分离器调节阀的开度期望值； 采集汽水分离器调节阀的实际开度信号； 通过PID调节器对所述汽水分离器调节阀开度期望值与所述实际开度信号进行PID运算，得到所述给水修正值。
全文摘要
一种无炉水循环泵超临界直流锅炉给水的控制方法，提供包括给水流量调节阀和汽水分离器调节阀的无炉水循环泵超临界直流锅炉系统。给定直流锅炉由启动到转干态直流运行时负荷的给定给水流量。根据所述汽水分离器调节阀的开度动态调整，调整所述给定给水流量得到所述直流锅炉启动至到转干态直流运行过程使用的实际给水流量。通过汽水分离器调节阀的开度修正进入锅炉的给水流量，上述控制方法易于采用通用控制设备实现。
文档编号F22D5/34GK102705811SQ201210087609
公开日2012年10月3日 申请日期2012年3月28日 优先权日2012年3月28日
发明者叶向前, 张曦, 李锋 申请人:广东电网公司电力科学研究院