锅炉主蒸汽温度控制系统的制作方法

本发明涉及火力发电锅炉主蒸汽温度控制技术领域，具体的说是一种锅炉主蒸汽温度控制系统。

背景技术：

锅炉作为火力发电过程中的三大重要设备(锅炉、汽轮机、发电机)之一，是最重要的生产设备，在电厂运行过程中，是为汽轮机提供动力的关键。

在发电过程中，锅炉过热器末级出口的主蒸汽(又称为过热蒸汽)温度是锅炉机组的重要控制参数，其控制品质的好坏直接影响整个机组的安全和经济运行。由于电厂锅炉过热器在运行过程中，其温度已接近过热器金属最高承受温度，蒸汽温度过高会使过热器管道强度降低，使用寿命减少，长期超温10～20℃运行，其寿命将缩短一半，长期处在超温下会造成过热器变形而爆管，影响其安全；蒸汽温度过低，整个机组循环热效率随之降低，通常蒸汽温度每降低5～10℃，其效率降低约1％。对汽轮机而言，过高的主蒸汽温度会造成汽轮机高压缸涡轮受到的热应力过大而损坏；过低的主蒸汽温度会使通过汽轮机最后几段叶片蒸汽的湿度增加，造成叶片磨损。此外，温度波动会导致锅炉和汽轮机的金属管道及零部件产生金属疲劳，也会导致涡轮缸和转子的胀差变化，甚至产生严重震动，危及机组的安全运行。因此过热器出口的最终主蒸汽温度必须严格地控制在规定的范围内。通常要求不超过额定值的-10～+5℃，长时间运行偏差波动范围不超过±5℃。主蒸汽的额定运行温度通常在500℃以上。

从图1可以看出，包含给水系统和主蒸汽系统，所述主蒸汽系统包括依次连接的锅炉汽包、一级过热器、一级减温器、屏式过热器、二级减温器、二级过热器和集汽联箱。两级减温器位于两级过热器之间，其目的是保证各级蒸汽温度在正常范围内，保证蒸汽管道不被损坏，并使最终的主蒸汽温度参数达到要求的值。从汽包出来的饱和蒸汽先经过一级过热器，再经过两级减温器减温，最终从二级过热器输出得到所需的主蒸汽。通过调节两级减温器的减温水流量实现对各减温器出口蒸汽温度的独立控制，两级减温器的减温水来自给水母管。由于锅炉汽包液位采用调节主给水阀的开度进行控制，锅炉给水泵在工频状态下定量供水，此方式下能保证给水母管水压波动较小，对减温水流量的干扰也小，两级减温器出口蒸汽温度能满足控制要求，并使最终的主蒸汽温度偏差不大，从而间接实现对主蒸汽温度的控制。但在这种工作方式下，因为锅炉产生的最大蒸汽量约为220t/h，每台锅炉给水泵功率约为1000kw，当主给水调节阀不全开时，会在阀前后产生较大压差，导致节流损失太大。

为响应国家节能降耗的要求，现在国内许多锅炉逐步在进行变频节能改造，即向给水泵增加变频器装置，然后将主给水调节阀全开，通过检测汽包液位，根据液位偏差通过变频器自动调节给水泵频率控制给水量从而控制汽包液位。但这种改造后的运行方式带来了新的问题，调节过程中，母管水压会随锅炉蒸汽量的变化而出现波动，减温水阀流量干扰也会随之变大，导致各减温器出口蒸汽温度控制精度变差。由于目前的这种控制方式并没有将所需的主蒸汽温度直接纳入控制系统中，这样各控制段蒸汽温度偏差累积最终会造成出口主蒸汽温度偏离所需温度值。

实际过程中，当主蒸汽温度偏离所需温度值范围时，通过人工观察最终主蒸汽温度的值，由人工手动分段设定各减温器出口蒸汽温度的控制值，来间接控制最终主蒸汽温度，因此对操作人员的要求很高，不仅需要丰富的相关专业知识，而且还必须具备熟练的操控水平，如果控制不及时，也很难在短时间内将主蒸汽温度稳定在所需的温度范围内，显然这种控制方式难以达到对主蒸汽温度的精确控制。通过查阅大量相关文献资料，目前国内的锅炉主蒸汽温度基本都是采用这种控制方式，即现在的控制方式不能满足精确自动控制的要求。

由于锅炉主蒸汽温度控制过程中还存在被控对象惯性和延迟性较大，以及蒸汽流量、烟气热量、减温水流量波动等各种干扰影响，这些因素共同作用更加降低了对主蒸汽温度的可控性指数。基于上述系统及缺陷，又不能对该系统的结构进行大的变动，无法对锅炉汽包和一级减温器、二级减温器进行独立供水，锅炉主蒸汽温度控制缺陷无法得到改变。

要想确保主蒸汽温度的控制达到安全稳定，对其进行自动化控制越来越重要。为此，如何实现蒸汽生产过程中主蒸汽温度的稳定，提高主蒸汽温度控制质量具有重要的现实意义和实用价值。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了一种锅炉主蒸汽温度控制系统，无需对现有锅炉供水系统进行改变，控制迅速，主蒸汽温度稳定，温度误差小，可靠性高。

为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：

一种锅炉主蒸汽温度控制系统，包括主蒸汽系统和给水系统，所述主蒸汽系统设置有锅炉汽包，以及锅炉汽包输出蒸汽气路上依次设置的一级过热器、一级减温器、屏式过热器、二级减温器、二级过热器和集汽联箱，在所述一级减温器的蒸汽输出口处设置有第一温度监测器，在所述二级减温器的蒸汽输出口处设置有第二温度监测器，所述二级过热器蒸汽输出口设置有第三温度监测器，所述给水系统包括水箱，所述水箱中的水经给水机泵输送到所述锅炉汽包，所述水箱中的水还经给水机泵、一级减温水流量阀输送到一级减温器，所述水箱中的水还经给水机泵、二级减温水流量阀输送到所述二级减温器，其关键在于：

所述主蒸汽系统还设置有主蒸汽控制系统，该主蒸汽控制系统包括主控制器、第一减温控制模块和第二减温控制模块；

所述主控制器获取第一差值信号δt，该第一差值信号δt为主蒸汽设定温度信号t与主蒸汽实际温度信号t0的差值，所述主控制器输出主蒸汽温度控制信号t4；

所述第一减温控制模块获取所述主蒸汽温度控制信号t4，并对所述一级减温器的减温过程进行控制，从而改变所述一级减温器输出蒸汽的第一减温温度值t1，所述第一减温控制模块还根据第一减温温度t1生成第一减温蒸汽温度信号t1；

所述第二减温控制模块获取所述第一减温蒸汽温度信号t1，并对所述二级减温器的减温过程进行控制，从而改变所述二级减温器输出蒸汽的第二减温温度值t2，进而改变所述二级过热器输出蒸汽的二级过热蒸汽温度值t3，所述二级过热器输出的二级过热蒸汽温度值t3影响所述主蒸汽实际温度信号t0。

通过上述设计，将对一级减温器、二级减温器的控制作为单独的控制系统进行控制，分别用来快速稳定两级减温器出口蒸汽温度，二级减温器的蒸汽温度设定值由一级减温器输出的蒸汽温度给定，一级减温器温度设定值由主控制器随动给定。累积误差小，控制可靠。

进一步的，所述主蒸汽实际温度信号t0还受第三干扰信号g的影响；所述主蒸汽系统还设置有第三干扰模块，所述第三干扰模块采集第三干扰驱动信号d0并输出所述第三干扰信号g，该第三干扰信号g与所述第三温度监测器采集的所述二级过热蒸汽温度值t3作差后得到所述主蒸汽实际温度信号t0。

采用上述方案，采用干扰信号对主蒸汽温度进行直接干扰控制，提高整个系统抗干扰性，提高温度控制精度和控制可靠性。

再进一步描述，在所述锅炉汽包输出口处安装有蒸汽流量传感器，所述蒸汽流量传感器输出蒸汽流量信号，该蒸汽流量信号作为所述第三干扰模块的第三干扰驱动信号d0。

通过外环主回路将主蒸汽温度直接纳入了控制系统中，减小了各控制段独立控制情况下的偏差累积。

再进一步描述，所述第一减温控制模块包括第一减温控制器、第一补偿模块和第一干扰模块，所述第一减温控制器获取第二差值信号并输出第一减温控制信号a给所述一级减温水流量阀，所述一级减温水流量阀根据第一减温控制信号a来改变阀门开度，从而改变一级减温水流量，进而改变所述第一温度监测器采集的所述第一减温温度值t1；所述第一干扰模块获取第一干扰驱动信号，并输出第一干扰信号d，所述第一蒸汽监测温度与所述第一干扰信号d作差后得到所述第一减温蒸汽温度信号t1；所述第一补偿模块获取第一补偿驱动信号，并输出第一补偿信号c，所述主蒸汽温度控制信号t4与所述第一减温蒸汽温度信号t1、第一补偿信号c依次作差后得到所述第二差值信号。

采用上述方案，当第一干扰信号d和第一补偿信号c对一级减温器作用时，第一减温控制器迅速作出反应，并且主控制器、第二减温控制器也作出对应的响应，使得两级减温器出口蒸汽温度快速稳定在同一温度。削弱了一级减温器减温过程对主蒸汽温度的影响。

再进一步描述，所述第一干扰驱动信号或为相邻两个时刻所述一级减温器蒸汽输出口的蒸汽流量信号差值，或为相邻两个时刻流经所述一级减温水流量阀的水流量信号差值；

所述第一补偿驱动信号或为相邻两个时刻所述一级减温器蒸汽输出口的蒸汽流量信号差值，或为相邻两个时刻流经所述一级减温水流量阀的水流量信号差值。

采用上述方案，针对不同的实际情况，避免流经一级减温水流量阀的水流量信号差值或者一级减温器蒸汽输出口的蒸汽流量信号差值对减温过程造成的波动，当存在水流量差值或者蒸汽量差值时，对一级减温器的减温过程进行适当的补偿和干扰，增强一级减温器的减温控制稳定性。

再进一步描述，所述第二减温控制系统包括第二减温控制器、第二补偿模块和第二干扰模块，所述第二减温控制器获取第三差值信号并输出第二减温控制信号b，所述二级减温水流量阀根据所述第二减温控制信号b来控制阀门开度，从而改变二级减温水流量，进而改变二级减温器输出蒸汽的第二减温温度值t2，所述第二温度监测器采集的该第二减温温度值t2；所述第二干扰模块获取第二干扰驱动信号，并输出第二干扰信号f，所述第二蒸汽监测温度与所述第二干扰信号f作差后得到所述第二减温蒸汽温度信号t2；所述第二补偿模块获取第二补偿驱动信号，并输出第二补偿信号e，所述第一减温蒸汽温度信号t1与所述第二减温蒸汽温度信号t2、第二补偿信号e依次作差后得到所述第三差值信号。

采用上述方案，当第二干扰信号f和第二补偿信号e对二级减温器作用时，第二减温控制器迅速作出反应，并且主控制器、第一减温控制器也作出对应的响应，使得两级减温器出口蒸汽温度快速稳定在同一温度。削弱了二级减温器减温控制过程对主蒸汽温度的影响。

再进一步描述，所述第二干扰驱动信号或为相邻两个时刻所述二级减温器蒸汽输出口的蒸汽流量信号差值，或为相邻两个时刻流经所述二级减温水流量阀的水流量信号差值；所述第二补偿驱动信号或为相邻两个时刻所述二级减温器蒸汽输出口的蒸汽流量信号差值，或为相邻两个时刻流经所述二级减温水流量阀的水流量信号差值。

针对不同的实际情况，避免流经二级减温水流量阀的水流量信号差值或者二级减温器蒸汽输出口的蒸汽流量信号差值对减温过程造成的波动，当存在水流量差值或者蒸汽量差值时，对二级减温器的减温过程进行适当的补偿和干扰，增强二级减温器的减温控制稳定性。

主蒸汽温度控制系统两控制段均由单内环回路控制，能快速消除减温水流量波动等干扰因素引起的主蒸汽温度波动，使系统快速稳定。保证了两控制段喷水减温器有效配合。将一级减温器出口蒸汽温度作为二级减温器控制器的设定值，当发生干扰时，两控制段减温水调节阀会迅速动作，之后二级减温水调节阀继续动作来配合一级减温水调节阀消除扰动，使得两级喷水减温器的调节阀能工作在比较理想的位置，并能够将总的干扰负荷自动合理地分担到两级减温水调节阀上，平衡了其中任意一级喷水减温器由于干扰造成的调节阀负荷过大或过小的情况。

本发明的有益效果：采用两级控制，将对一级减温器、二级减温器的控制作为两单内环控制回路，分别用来快速稳定两级减温器出口蒸汽温度，二级减温器的蒸汽温度设定值由一级减温器出口蒸汽温度给定，一级减温器温度设定值由主控制器随动给定。能快速消除减温水流量波动等干扰因素引起的主蒸汽温度波动，使系统快速稳定。保证了两控制段喷水减温器有效配合。通过外环主回路将主蒸汽温度直接纳入了控制系统中，减小了各控制段独立控制情况下的偏差累积。

附图说明

图1是本发明的单座燃煤锅炉主蒸汽生产工艺示意图；

图2是本发明的主蒸汽生成工艺流程图；

图3是本发明的控制系统框图

图4是本发明的锅炉主蒸汽温度双单内环串级控制系统框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。

从图1可以看出，一种锅炉主蒸汽温度控制系统，包括主蒸汽系统和给水系统。

从图1和图2可以看出，所述主蒸汽系统设置有锅炉汽包，以及锅炉汽包输出蒸汽气路上依次设置的一级过热器、一级减温器、屏式过热器、二级减温器、二级过热器和集汽联箱，在所述一级减温器的蒸汽输出口处设置有第一温度监测器，在所述二级减温器的蒸汽输出口处设置有第二温度监测器，所述二级过热器蒸汽输出口设置有第三温度监测器，在所述锅炉汽包输出口处安装有蒸汽流量传感器。

从图1和2还可以看出，所述给水系统包括水箱，所述水箱中的水经给水机泵输送到所述锅炉汽包，所述水箱中的水还经给水机泵、一级减温水流量阀输送到一级减温器，一级减温水流量阀设置在一级减温水管道上，在所述一级减温水管道内设置有一级减温水流量传感器。一级减温水管道的出水口正对所述一级减温器，对通过一级减温器的蒸汽进行减温控制。所述水箱中的水还经给水机泵、二级减温水流量阀输送到所述二级减温器，所述二级减温水流量阀设置在二级减温水管道上，在所述二级减温水管道内设置有二级减温水流量传感器。二级减温水管道的出水口正对所述二级减温器，对经过二级减温器的蒸汽进行减温控制。

从图3和4可以看出，所述主蒸汽系统还设置有主蒸汽控制系统，该主蒸汽控制系统包括主控制器、第一减温控制模块和第二减温控制模块。

所述主控制器获取第一差值信号δt，该第一差值信号δt为主蒸汽设定温度信号t与主蒸汽实际温度信号t0的差值，所述主控制器输出主蒸汽温度控制信号t4；

其中，从图4还可以看出，所述第一减温控制模块包括第一减温控制器、第一补偿模块和第一干扰模块，所述第一减温控制器获取第二差值信号并输出第一减温控制信号a给所述一级减温水流量阀，所述一级减温水流量阀根据第一减温控制信号a来改变阀门开度，从而改变一级减温水流量，进而改变所述第一温度监测器采集的所述第一减温温度值t1；所述第一干扰模块获取第一干扰驱动信号，并输出第一干扰信号d，所述第一蒸汽监测温度与所述第一干扰信号d作差后得到所述第一减温蒸汽温度信号t1；所述第一补偿模块获取第一补偿驱动信号，并输出第一补偿信号c，所述主蒸汽温度控制信号t4与所述第一减温蒸汽温度信号t1、第一补偿信号c依次作差后得到所述第二差值信号。其中主蒸汽温度控制信号t4作为被减数，第一减温蒸汽温度信号t1、第一补偿信号c作为减数。

从图4还可以看出，所述第二减温控制系统包括第二减温控制器、第二补偿模块和第二干扰模块，所述第二减温控制器获取第三差值信号并输出第二减温控制信号b，所述二级减温水流量阀根据所述第二减温控制信号b来控制阀门开度，从而改变二级减温水流量，进而改变二级减温器输出蒸汽的第二减温温度值t2，所述第二温度监测器采集的该第二减温温度值t2；所述第二干扰模块获取第二干扰驱动信号，并输出第二干扰信号f，所述第二蒸汽监测温度与所述第二干扰信号f作差后得到所述第二减温蒸汽温度信号t2；所述第二补偿模块获取第二补偿驱动信号，并输出第二补偿信号e，所述第一减温蒸汽温度信号t1与所述第二减温蒸汽温度信号t2、第二补偿信号e依次作差后得到所述第三差值信号。其中，第一减温蒸汽温度信号t1作为被减数，第二减温蒸汽温度信号t2、第二补偿信号e作为减数。

从图4还可以看出，二级减温器输出的蒸汽温度信号为第二减温蒸汽温度信号t2，该蒸汽输送到二级过热器，蒸汽经二级过热器处理后，从二级过热器输出口输出，此时输出的蒸汽温度值为：二级过热蒸汽温度值t3。

所述主蒸汽系统还设置有第三干扰模块，所述第三干扰模块采集第三干扰驱动信号d0并输出第三干扰信号g，该第三干扰信号g与所述第三温度监测器采集的所述二级过热蒸汽温度值t3作差后得到所述主蒸汽实际温度信号t0。

在本实施例中，在所述锅炉汽包输出口处安装有蒸汽流量传感器，所述蒸汽流量传感器输出蒸汽流量信号，该蒸汽流量信号作为所述第三干扰模块的第三干扰驱动信号d0。

在本实施例中，所述第一干扰驱动信号和所述第一补偿驱动信号均为一级减温器蒸汽输出口的蒸汽流量信号差值δd1，该一级减温器蒸汽输出口的蒸汽流量信号差值δd1＝d1i-d1(i-1)，其中d1i为时刻ti的一级减温器蒸汽输出口的蒸汽流量信号，d1(i-1)为时刻ti-1的一级减温器蒸汽输出口的蒸汽流量信号。

在本实施例中，所述第二干扰驱动信号和所述第二补偿驱动信号均相邻两个时刻所述二级减温器蒸汽输出口的蒸汽流量信号差值δd2，该相邻两个时刻所述二级减温器蒸汽输出口的蒸汽流量信号差值δd2＝d2i-d2(i-1)，其中d2i为时刻ti的一级减温器蒸汽输出口的蒸汽流量信号，d2(i-1)为时刻ti-1的一级减温器蒸汽输出口的蒸汽流量信号。

应当指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改性、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。