一种用于超临界机组主汽温智能控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型一种用于超临界机组主汽温智能控制系统，包括现场设备层、过程控制层和分析控制层，利用本系统，在常规的给水、各级减温水闭环控制基础上，通过计算机工作站中智能控制算法将汽温各控制环节协调统一起来，将主汽温控制对象扩展到从水冷壁至末级过热器整个汽水流程上，控制目标不再单一维持末级汽温稳定，而要始终确保整个锅炉热量流程中各点温度全局稳定，有效控制了锅炉过热汽温及其受热面超温现象。不但有效提高了超临界机组末级汽温调节精度和稳定性，而且维持着整个汽水热量流程中各点温度稳定，确保了超临界锅炉汽温全局稳定，有效控制了锅炉局部管壁或蒸汽超温现象。
【专利说明】一种用于超临界机组主汽温智能控制系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于工业过程控制【技术领域】，尤其涉及一种用于超临界机组主汽温智能控制系统。
【背景技术】
[0002]大型超临界机组具有容量大、参数高、能耗低、环境友好等优点，现已成为我国电网主力发电机组，但由于超临界锅炉的耦合性、非线性以及主汽温与其减温水间的正强化关系，在机组运行过程中，易发生过热汽温超温或低汽温现象。而过热汽温及锅炉受热面超温时间过长，易引起锅炉“爆管”，直接威胁机组的安全运行；主汽温偏低，将降低机组运行经济性，这必将影响发电企业的经营效益。
[0003]当前，基于DCS平台的常规控制方案是将汽水分离器入口温度作为中间点温度，燃水比调节用来控制分离器出口蒸汽过热度(或焓值)，过热减温喷水采用常规前馈式串级PID调节，这些常规控制方案抗扰动能力差，尤其在AGC大幅随机变负荷工况下汽温控制性能亟待提高。因此，有必要通过超临界直流锅炉汽水流程和汽温特性分析，开发汽温智能控制平台，利用先进的智能控制算法(例如预测控制、专家控制)，并根据汽温模型特性设计出高效汽温优化控制方案，实时调整锅炉给水量、各级减温水量，维持锅炉过热汽温长期稳定，有效防止超温或低汽温现象，提高机组运行稳定性和经济性。
【发明内容】
[0004]本实用新型提供了一种用于超临界机组主汽温智能控制系统技术方案。
[0005]为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是:一种用于超临界机组主汽温智能控制系统，包括现场设备层、过程控制层和分析控制层，所述现场设备层包括汽轮机组的给水泵以及给水泵出水口之后顺序连接的水冷壁、汽水分离器、低温过热器、一级减温器、屏式过热器、二级减温器、高温过热器，水经低温过热器、屏式过热器、高温过热器加热变为高压蒸汽至汽轮机，一级减温器和二级减温器是温度调节热交换器；其特征在于:在所述给水泵出水口同时分别连接一级减温器和二级减温器的冷却水进口，在所述给水泵出水口与一级减温器和二级减温器冷却水进口之间分别设置有减温水调节阀；所述过程控制层是含有DCS系统的计算机控制器，所述分析控制层是带有分析程序的计算机工作站；在所述汽水分离器、低温过热器、一级减温器、屏式过热器、二级减温器和高温过热器的出口分别设置有温度采集传感器，所述温度采集传感器信号分别连接至含有DCS系统的计算机控制器信号输入电路，含有DCS系统的计算机控制器将采集模拟温度信号转换为数字信号后传递至计算机工作站，所述计算机工作站经分析后将控制数字信号传递至含有DCS系统的计算机控制器，含有DCS系统的计算机控制器将数字信号转换为模拟信号后通过输出控制电路分别连接给水泵的转速调节器和减温水调节阀。
[0006]方案进一步是:所述给水泵为通过辅助汽轮机驱动的汽动给水泵，在辅助汽轮机上设置电液控制器，所述输出控制电路连接电液控制器，电液控制器控制辅助汽轮机调门开度调节给水泵的转速进而调节给水流量。
[0007]方案进一步是:所述给水泵为通过交流电机驱动的电动给水泵，交流电机与电源之间设置变频控制器，所述输出控制电路连接变频控制器，变频控制器控制给水泵的转速调节给水流量。
[0008]方案进一步是:所述含有DCS系统的计算机控制器与计算机工作站之间通过modbus通讯相互连接。
[0009]方案进一步是:所述计算机工作站采用GE PACSystem RX3i系列PLC，PLC中采用“双冗余电源+CPU模块+modbus通讯模块”的硬件配置。
[0010]方案进一步是:所述温度采集传感器包括一个热电偶和与之连接的温度变送器，热电偶安装在所述汽水分离器、低温过热器、一级减温器、屏式过热器、二级减温器和高温过热器出口的管壁上，温度变送器将各点温度转换为4?20mA模拟量信号，并通过连接线连接至含有DCS系统的计算机控制器的信号输入电路。
[0011]本实用新型的效果是:利用本系统，在常规的给水、各级减温水闭环控制基础上，通过计算机工作站中智能控制算法将汽温各控制环节协调统一起来，将主汽温控制对象扩展到从水冷壁至末级过热器整个汽水流程上，控制目标不再单一维持末级汽温稳定，而要始终确保整个锅炉热量流程中各点温度全局稳定，有效控制了锅炉过热汽温及其受热面超温现象。不但有效提高了超临界机组末级汽温调节精度和稳定性，而且维持着整个汽水热量流程中各点温度稳定，确保了超临界锅炉汽温全局稳定，有效控制了锅炉局部管壁或蒸汽超温现象。
[0012]下面结合附图和实施例对本实用新型作一详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为超临界锅炉汽温协同控制系统结构图。
【具体实施方式】
[0014]一种用于超临界机组主汽温智能控制系统，包括现场设备层、过程控制层和分析控制层，所述现场设备层包括汽轮机组的给水泵I以及给水泵出水口之后顺序连接的水冷壁2、汽水分离器3、低温过热器4、一级减温器5、屏式过热器6、二级减温器7、高温过热器8，水经低温过热器、屏式过热器、高温过热器加热变为高压蒸汽至汽轮机，一级减温器和二级减温器是温度调节热交换器；在所述给水泵出水口同时分别连接一级减温器和二级减温器的冷却水进口，在所述给水泵出水口与一级减温器和二级减温器冷却水进口之间分别设置有减温水调节阀9和10 ;所述过程控制层是含有DCS系统的计算机控制器11，所述分析控制层是带有分析程序的计算机工作站12 ;在所述汽水分离器、低温过热器、一级减温器、屏式过热器、二级减温器和高温过热器的出口分别设置有温度采集传感器13、14、15、16、17、18，所述温度采集传感器信号分别连接至含有DCS系统的计算机控制器的信号输入电路，含有DCS系统的计算机控制器将采集模拟温度信号转换为数字信号后传递至计算机工作站，所述计算机工作站经分析后将控制数字信号传递至可编程工业控制器，可编程工业控制器将数字信号转换为模拟信号后通过输出控制电路分别连接给水泵的转速调节器19和减温水调节阀9、10。其中的减温水调节阀是流量调节阀，通过控制流经一级减温器和二级减温器换热器的冷却水流量，调节屏式过热器和高温过热器的出口温度。
[0015]实施例中，所述的给水泵为通过辅助汽轮机驱动的汽动给水泵，在辅助汽轮机上有控制汽轮机转速的电液控制器，所述输出控制电路连接电液控制器，电液控制器控制辅助汽轮机调门开度调节给水泵的转速进而调节给水流量。其中，所述的辅助汽轮机又称小汽轮机的电液控制器MEH (Micro Electro-Hydraulic Control System)是基于计算机控制及液压伺服机构的小汽轮机自动控制装置，其主要任务是接收DCS指令信号，经计算机运算后，输出调门开度指令信号，进而控制小汽轮机转速来达到调节给水流量目的。
[0016]实施例中:所述给水泵也可以为通过交流电机驱动的电动给水泵，交流电机与电源之间设置变频控制器，所述输出控制电路连接变频控制器，变频控制器控制给水泵的转速调节给水流量。
[0017]实施例中:所述含有DCS系统的计算机控制器与计算机工作站之间通过modbus通讯相互连接。
[0018]实施例中:所述计算机工作站采用GE PACSystem RX3i系列PLC，PLC中采用“双冗余电源+CPU模块+modbus通讯模块”的硬件配置。
[0019]实施例中:所述温度采集传感器包括一个热电偶和与之连接的温度变送器，热电偶安装在所述汽水分离器、低温过热器、一级减温器、屏式过热器、二级减温器和高温过热器出口的管壁上，温度变送器将各点温度转换为4?20mA模拟量信号，并通过连接线连接至含有DCS系统的计算机控制器的信号输入电路。
[0020]所述机组通过控制层(即含有DCS系统的计算机控制器)将采集到的超临界机组汽水流程中蒸汽温度信号通过modbus通讯传送至智能控制工作站(即计算机工作站)。在智能控制工作站，将采集到的各点汽温信号进行有效整合后，利用广义预测控制和专家控制等先进智能控制技术实时计算出给水流量指令12-1、一级减温水调门(流量控制调节阀)开度指令12-2、二级减温水调门(流量控制调节阀)开度指令12-3信号，又通过modbus通讯回送至DCS系统中，然后经过DCS系统逻辑运算后形成最终的汽动给水泵调门指令11-1、一级减温水调门开度指令11-2、二级减温水调门开度指令11-3信号，并通过硬接线控制现场设备层的执行机构快速、准确动作，最终实现超临界机组水煤比、给水与减温水的动态合理匹配。
[0021]所述机组DCS系统适用于目前国内外各种分散控制系统，例如艾默生OVAT1N系统、ABB Symphony系统、西门子T3000系统等。
[0022]所述执行机构包括汽动给水泵、一级减温水调门、二级减温水调门。
[0023]所述智能控制工作站硬件平台选用GE PACSystem RX3i系列PLC，PLC中采用“双冗余电源+CPU模块+modbus通讯模块”的硬件配置。软件采用C语言软件包开发所需的高级算法模块，并通过面向对象的封装技术，建立类似DCS系统的组态高级模块库，然后以类似DCS组态的方式完成超临界机组主汽温智能控制功能。
【权利要求】
1.一种用于超临界机组主汽温智能控制系统，包括现场设备层、过程控制层和分析控制层，所述现场设备层包括汽轮机组的给水泵以及给水泵出水口之后顺序连接的水冷壁、汽水分离器、低温过热器、一级减温器、屏式过热器、二级减温器、高温过热器，水经低温过热器、屏式过热器、高温过热器加热变为高压蒸汽至汽轮机，一级减温器和二级减温器是温度调节热交换器；其特征在于:在所述给水泵出水口同时分别连接一级减温器和二级减温器的冷却水进口，在所述给水泵出水口与一级减温器和二级减温器冷却水进口之间分别设置有减温水调节阀；所述过程控制层是含有DCS系统的计算机控制器，所述分析控制层是带有分析程序的计算机工作站；在所述汽水分离器、低温过热器、一级减温器、屏式过热器、二级减温器和高温过热器的出口分别设置有温度采集传感器，所述温度采集传感器信号分别连接至含有DCS系统的计算机控制器信号输入电路，含有DCS系统的计算机控制器将采集模拟温度信号转换为数字信号后传递至计算机工作站，所述计算机工作站经分析后将控制数字信号传递至含有DCS系统的计算机控制器，含有DCS系统的计算机控制器将数字信号转换为模拟信号后通过输出控制电路分别连接给水泵的转速调节器和减温水调节阀。
2.根据权利要求1所述的一种用于超临界机组主汽温智能控制系统，其特征在于，所述给水泵为通过辅助汽轮机驱动的汽动给水泵，在辅助汽轮机上设置电液控制器，所述输出控制电路连接电液控制器，电液控制器控制辅助汽轮机调门开度调节给水泵的转速进而调节给水流量。
3.根据权利要求1所述的一种用于超临界机组主汽温智能控制系统，其特征在于，所述给水泵为通过交流电机驱动的电动给水泵，交流电机与电源之间设置变频控制器，所述输出控制电路连接变频控制器，变频控制器控制给水泵的转速调节给水流量。
4.根据权利要求1所述的一种用于超临界机组主汽温智能控制系统，其特征在于，所述含有DCS系统的计算机控制器与计算机工作站之间通过modbus通讯相互连接。
5.根据权利要求1所述的一种用于超临界机组主汽温智能控制系统，其特征在于，所述计算机工作站采用GE PACSystem RX3i系列PLC，PLC中采用“双冗余电源加CPU模块加modbus通讯模块”的硬件配置。
6.根据权利要求1所述的一种用于超临界机组主汽温智能控制系统，其特征在于，所述温度采集传感器包括一个热电偶和与之连接的温度变送器，热电偶安装在所述汽水分离器、低温过热器、一级减温器、屏式过热器、二级减温器和高温过热器出口的管壁上，温度变送器将各点温度转换为4?20mA模拟量信号，并通过连接线连接至含有DCS系统的计算机控制器的信号输入电路。
【文档编号】F22B35/12GK203949150SQ201420318684
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年6月16日 优先权日:2014年6月16日
【发明者】施壮, 田万军, 陈胜利, 蔡兵 申请人:国家电网公司, 国网安徽省电力公司电力科学研究院