一种快速响应的蓄热器系统及其控制方法与流程

本发明涉及一种蓄热器，具体涉及一种快速响应的蓄热器系统及其控制方法，尤其是一种快速响应的变压式蒸汽蓄热器系统及其控制方法。

背景技术：

蓄热器又叫作蒸汽蓄热器，是一种以水为储热介质的蒸汽容器。它是提高蒸汽使用可靠性和经济性的一种高效节能减排设备。蒸汽蓄热器的用途广泛，可应用于钢铁、冶金、纺织印染、化纤、制浆造纸、酿酒、制药、食品加工、发电等行业。蓄热器系统的作用是用于缓解用汽量大幅波动对蒸汽供给系统(如锅炉)的影响，减少供汽管网压力的波动，确保用汽设备的正常工作，提高供汽系统运行效率。现有技术中的蓄热器系统通常都采用如附图1所示的变压式蒸汽蓄热器系统结构，蒸汽蓄热器连接于锅炉的蒸汽输出管路，锅炉压力控制阀v1设置于锅炉和蒸汽蓄热器之间，用汽压力控制阀v2置于蒸汽蓄热器和用汽设备之间，所述控制阀为基于蒸汽压力的自动调节阀门，当锅炉输出压力增大时锅炉压力控制阀v1开度增大，来自锅炉的多余的蒸汽进入蒸汽蓄热器1中储存，当用汽设备用汽量增大时用汽压力控制阀v2开度增大，来自蒸汽蓄热器的蒸汽进入用汽管路。

现有的这种蓄热器系统主要基于其中的自调节控制阀实现自适应控制，控制精度非常有限，尤其是当用汽设备负荷突然大幅增大、致使管网压力大幅下降时，需要迅速增加控制阀的开度，使蓄热器迅速向外放热满足设备用汽，而现有的这种蓄热器系统的自适应控制阀根本无法满足这种用汽量大幅波动所要求高响应速率，其控制阀的开度增加速率无法跟上用汽设备负荷突然增大带来的管路汽量变化。再者现有多数工况下，受各种因素的制约，用气量的变化速率之大使得单纯依靠控制阀的自适应动作速度难以跟上用汽负荷变化的速度，而且单纯依靠供气管路气压的波动来控制气路阀门的开度也难以跟上用汽负荷变化的速度，严重影响用汽设备的正常工作。

技术实现要素：

本发明基于上述现有技术问题，提出一种能够快速响应用汽变化的蓄热器系统及其控制方法，所述蓄热器系统同时基于控制阀所在管路的蒸汽压力值和蒸汽流量变化率来精确控制控制阀的开度，以适应各种工况下用汽负荷的快速变化，有效改善了蒸汽蓄热器的动态响应特性，在用汽负荷剧烈变化时仍能够保证系统运行的稳定性，有效地提高了蒸汽供应系统的负荷适应能力，是对现有蓄热器设备的重要改进。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

一种蓄热器系统，包括：蒸汽蓄热器1、控制器2、流量计3、锅炉压力控制阀v1、用汽压力控制阀v2、蒸汽输送管路和连接线；所述蒸汽输送管路的一端连接于锅炉，所述蒸汽输送管路的另一端连接于用汽设备，所述蒸汽蓄热器1连接于所述蒸汽输送管路上，所述流量计3、锅炉压力控制阀v1和用汽压力控制阀v2设置于所述蒸汽输送管路上，且所述锅炉压力控制阀v1处于所述锅炉和蒸汽蓄热器1之间，所述流量计3和用汽压力控制阀v2处于所述蒸汽蓄热器1和用汽设备之间，且所述用汽压力控制阀v2处于所述蒸汽蓄热器1和流量计3之间，所述控制器2通过连接线连接于所述流量计3、锅炉压力控制阀v1和用汽压力控制阀v2。

进一步的根据本发明所述的蓄热器系统，其中所述蒸汽输送管路分为锅炉蒸汽供应管路部分、蓄热调节控制管路部分和用汽设备连接管路部分，所述锅炉的蒸汽输出端连接于锅炉蒸汽供应管路部分，所述锅炉压力控制阀v1设置于锅炉蒸汽供应管路部分和蓄热调节控制管路部分之间，所述用汽压力控制阀v2设置于蓄热调节控制管路部分和用汽设备连接管路部分之间，所述流量计3设置于所述用汽设备连接管路部分上，所述用汽设备连接于用汽设备连接管路部分。

进一步的根据本发明所述的蓄热器系统，其中还包括有第一蒸汽压力传感器和第二蒸汽压力传感器，所述第一蒸汽压力传感器设置于所述锅炉蒸汽供应管路部分上，所述控制器2通过传感信号线连接于所述第一蒸汽压力传感器，所述控制器2通过控制信号线连接于所述锅炉压力控制阀v1的开度控制端，所述控制器2基于锅炉蒸汽供应管路部分内的蒸汽压力控制所述锅炉压力控制阀v1的开度；所述第二蒸汽压力传感器设置于所述用汽设备连接管路部分上，所述控制器2通过传感信号线连接于所述第二蒸汽压力传感器，所述控制器2通过控制信号线连接于所述用汽压力控制阀v2的开度控制端，所述控制器2基于用汽设备连接管路部分内的蒸汽压力控制所述用汽压力控制阀v2的开度。

进一步的根据本发明所述的蓄热器系统，其中所述流量计3在所述用汽设备连接管路部分上处于所述第二蒸汽压力传感器和用汽设备之间。

进一步的根据本发明所述的蓄热器系统，其中所述控制器2基于第一蒸汽压力传感器检测的锅炉蒸汽供应管路部分内的蒸汽压力信号和所述流量计检测的用汽设备连接管路部分内的蒸汽流量信号控制所述锅炉压力控制阀v1的开度；所述控制器2基于第二蒸汽压力传感器检测的用汽设备连接管路部分内的蒸汽压力信号和所述流量计检测的用汽设备连接管路部分内的蒸汽流量信号控制所述用汽压力控制阀v2的开度。

进一步的根据本发明所述的蓄热器系统，其中当所述控制器2通过所述流量计检测到蒸汽流量变化速率小于预设标准值时，所述控制器2基于第一蒸汽压力传感器检测的锅炉蒸汽供应管路部分内的蒸汽压力信号控制所述锅炉压力控制阀v1的开度，并基于所述第二蒸汽压力传感器检测的用汽设备连接管路部分内的蒸汽压力信号控制所述用汽压力控制阀v2的开度；当所述控制器2通过所述流量计检测到蒸汽流量变化速率大于等于预设标准值时，所述控制器2生成正比于蒸汽流量变化量和变化速率的调节信号，并基于所述调节信号和第一蒸汽压力传感器检测的蒸汽压力信号的叠加信号来控制所述锅炉压力控制阀v1的开度，同时基于所述调节信号和第二蒸汽压力传感器检测的蒸汽压力信号的叠加信号来控制所述用汽压力控制阀v2的开度。

进一步的根据本发明所述的蓄热器系统，其中在所述控制器2通过所述流量计检测到蒸汽流量变化速率小于预设标准值的情况下，当所述控制器2通过所述第一蒸汽压力传感器检测到锅炉蒸汽供应管路部分内的蒸汽压力值大于预设值时，所述控制器控制锅炉压力控制阀v1的开度以正比于锅炉蒸汽供应管路部分内蒸汽压力值的方式增大，当所述控制器2通过所述第二蒸汽压力传感器检测到用汽设备连接管路部分内的蒸汽压力值小于预设值时，所述控制器控制用汽压力控制阀v2的开度以反比于用汽设备连接管路部分内蒸汽压力值的方式增大；在所述控制器2通过所述流量计检测到蒸汽流量变化速率大于等于预设标准值的情况下，所述控制器2生成正比于蒸汽流量变化量和变化速率的调节信号值，并当所述控制器2通过所述第一蒸汽压力传感器检测到锅炉蒸汽供应管路部分内的蒸汽压力值大于预设值时，所述控制器控制锅炉压力控制阀v1的开度以正比于锅炉蒸汽供应管路部分内蒸汽压力值和所述调节信号值的叠加值的方式增大，当所述控制器2通过所述第二蒸汽压力传感器检测到用汽设备连接管路部分内的蒸汽压力值小于预设值时，所述控制器控制用汽压力控制阀v2的开度以反比于用汽设备连接管路部分内蒸汽压力值和所述调节信号值的差值的方式增大。

进一步的根据本发明所述的蓄热器系统，其中所述蒸汽蓄热器1为变压式蒸汽蓄热器。

一种本发明所述蓄热器系统的快速响应控制方法，包括如下步骤：

步骤一、所述控制器2通过第一蒸汽压力传感器实时获取锅炉蒸汽供应管路部分内的蒸汽压力信号，通过第二蒸汽压力传感器实时获取用汽设备连接管路部分内的蒸汽压力信号，通过流量计实时获取用汽设备连接管路部分内的蒸汽流量信号；

步骤二、当所述控制器2通过所述流量计检测到蒸汽流量变化速率小于预设标准值时，所述控制器2基于第一蒸汽压力传感器检测的锅炉蒸汽供应管路部分内的蒸汽压力信号控制所述锅炉压力控制阀v1的开度，并基于所述第二蒸汽压力传感器检测的用汽设备连接管路部分内的蒸汽压力信号控制所述用汽压力控制阀v2的开度；

步骤三、当所述控制器2通过所述流量计检测到蒸汽流量变化速率大于等于预设标准值时，所述控制器2生成正比于蒸汽流量变化量和变化速率的调节信号，并基于所述调节信号和第一蒸汽压力传感器检测的蒸汽压力信号的叠加信号来控制所述锅炉压力控制阀v1的开度，同时基于所述调节信号和第二蒸汽压力传感器检测的蒸汽压力信号的叠加信号来控制所述用汽压力控制阀v2的开度。

进一步的根据本发明所述的快速响应控制方法，其中步骤二中，当所述控制器2通过所述流量计检测到蒸汽流量变化速率小于预设标准值时，进一步的当所述控制器2通过所述第一蒸汽压力传感器检测到锅炉蒸汽供应管路部分内的蒸汽压力值大于预设值时，所述控制器控制锅炉压力控制阀v1的开度以正比于锅炉蒸汽供应管路部分内蒸汽压力值的方式增大，进一步的当所述控制器2通过所述第二蒸汽压力传感器检测到用汽设备连接管路部分内的蒸汽压力值小于预设值时，所述控制器控制用汽压力控制阀v2的开度以反比于用汽设备连接管路部分内蒸汽压力值的方式增大；其中步骤三中，当所述控制器2通过所述流量计检测到蒸汽流量变化速率大于等于预设标准值时，所述控制器2生成正比于蒸汽流量变化量和变化速率的调节信号值，并进一步的当所述控制器2通过所述第一蒸汽压力传感器检测到锅炉蒸汽供应管路部分内的蒸汽压力值大于预设值时，所述控制器控制锅炉压力控制阀v1的开度以正比于锅炉蒸汽供应管路部分内蒸汽压力值和所述调节信号值的叠加值的方式增大，进一步的当所述控制器2通过所述第二蒸汽压力传感器检测到用汽设备连接管路部分内的蒸汽压力值小于预设值时，所述控制器控制用汽压力控制阀v2的开度以反比于用汽设备连接管路部分内蒸汽压力值和所述调节信号值的差值的方式增大。

通过本发明的技术方案能够至少达到以下技术效果：

本发明对现有蓄热器设备进行了重要改进，所提出的蓄热器系统同时基于控制阀所在管路的蒸汽压力值和蒸汽流量变化率来精确控制控制阀的开度，以适应各种自工况下用汽负荷的快速变化，有效改善了蒸汽蓄热器的动态响应特性，在用汽负荷剧烈变化时仍能够保证系统运行的稳定性，有效地提高了蒸汽供应系统的负荷适应能力，属于一种全新的能够快速响应用汽变化的蓄热器系统，具有广阔的推广应用前景。

附图说明

附图1给出现有技术中的蓄热器系统的结构示意图；

附图2为本发明所述蓄热器系统的结构示意图；

图中各附图标记的含义如下：

1-蒸汽蓄热器，2-控制器，3-流量计，v1-锅炉压力控制阀，v2-用汽压力控制阀。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案进行详细的描述，以使本领域技术人员能够更加清楚的理解本发明，但并不因此限制本发明的保护范围。

如附图2所示，本发明所述的快速响应的蓄热器系统包括：蒸汽蓄热器1、控制器2、流量计3、锅炉压力控制阀v1、用汽压力控制阀v2、蒸汽输送管路和连接线。所述蒸汽输送管路优选的可划分为三个依次连接的部分即：锅炉蒸汽供应管路部分、蓄热调节控制管路部分和用汽设备连接管路部分，三个管路部分为蒸汽输送管路整体按照功能作用划分的不同部分。所述锅炉蒸汽供应管路部分的自由端连接于锅炉的蒸汽输出端，所述锅炉压力控制阀v1设置于锅炉蒸汽供应管路部分和蓄热调节控制管路部分之间，所述用汽压力控制阀v2设置于蓄热调节控制管路部分和用汽设备连接管路部分之间，所述用汽设备连接管路部分的自由端连接于用汽设备。来自锅炉的热蒸汽通过蒸汽输送管路输送至用户端的用汽设备，所述蒸汽蓄热器1设置于蒸汽输送管路的蓄热调节控制管路部分上，用于蓄热储存并缓解用汽量大幅波动对锅炉的影响，所述流量计3设置于蒸汽输送管路的用汽设备连接管路部分上，用于对蒸汽蓄热器出汽端的蒸汽流量进行实时检测。所述控制器2通过信号线连接于所述流量计3，用于实时获取流量计提供的用汽设备连接管路部分内的蒸汽流量信息。所述控制器2通过信号线连接于所述锅炉压力控制阀v1和用汽压力控制阀v2，用于控制调节两个控制阀。具体的在锅炉压力控制阀v1上游进气端(靠近锅炉的一端)的锅炉蒸汽供应管路部分上设置有第一蒸汽压力传感器，用于实时检测锅炉压力控制阀v1与锅炉之间的蒸汽输送管路内的蒸汽压力，所述第一蒸汽压力传感器通过传感信号线连接于所述控制器2，所述锅炉压力控制阀v1的开度控制端通过控制信号线连接于所述控制器2，这样所述控制器2基于第一蒸汽压力传感器提供的锅炉蒸汽供应管路部分内的蒸汽压力控制锅炉压力控制阀v1的开度，以将锅炉输出的蒸汽压力保持的预设范围；在用汽压力控制阀v2下游出气端(靠近用汽设备的一端)的用汽设备连接管路部分上设置有第二蒸汽压力传感器，用于实时检测用汽压力控制阀v2和用汽设备之间的蒸汽输送管路内的蒸汽压力，所述第二蒸汽压力传感器通过传感信号线连接于所述控制器2，所述用汽压力控制阀v2的开度控制端通过控制信号线连接于所述控制器2，这样所述控制器2基于第二蒸汽压力传感器提供的用汽设备连接管路部分内的蒸汽压力控制用汽压力控制阀v2的开度，以将用汽设备连接管路部分提供给用汽设备的蒸汽压力保持的预设范围。

这样本发明所述蓄热器系统工作运行时，能够基于蒸汽输送管路不同管路部分内的蒸汽压力和提供给用户端的蒸汽流量值来控制相应阀门的开度，从而在确保蓄热器系统稳定的前堤下实现快速响应。具体的当第一蒸汽压力传感器检测到锅炉蒸汽供应管路部分内的蒸汽压力大于等于预设值时，控制器判定此时锅炉输出压力增大(锅炉蒸发量大于用汽设备用汽量)，控制器控制锅炉压力控制阀v1的开度以正比于蒸汽压力值的方式增大，也就是此时蒸汽压力值越大控制阀v1的开度越大，以将来自锅炉的多余蒸汽送入蒸汽蓄热器内加热其中的储水(饱和水)，蒸汽本身也凝结于其中，蒸汽蓄热器中的压力随之上升；当第二蒸汽压力传感器检测到用汽设备连接管路部分内的蒸汽压力小于预设值时，控制器判定此时用汽设备用汽量增大(用汽设备的用汽量大于锅炉的蒸发量)，控制器控制用汽压力控制阀v2的开度以反比于蒸汽压力值的方式增大，也就是说此时蒸汽压力值越小控制阀v2的开度越大，来自蒸汽蓄热器的蒸汽进入用汽管路，蒸汽蓄热器中的储水(饱和水)因降压而沸腾，提供蒸汽以保持锅炉负荷不变；这样通过检测蒸汽压力精确控制各控制阀门的开度能够很好的保持锅炉压力稳定不变和用汽压力稳定不变，并将蒸汽蓄热器压力稳定维持在预设范围之内。进一步的所述控制器还基于流量计的流量信号对各控制阀的开度控制信号进行更精准的调控，具体的系统运行时流量计实时检测蒸汽流量值，送入控制器，在用汽设备用汽流量较为平稳时，其中流量计检测的流量信号变化较小(可设置一预设对比值)，控制器的控制主要依据蒸汽压力传感器传来的蒸汽压力来控制阀门开度，当用汽负荷快速变化时，流量计检测的流量信号变化较大，流量计实时给出流量变化信号送入控制器，经控制器内的控制程序给出正比于流量变化量和变化速率的信号，与来自蒸汽压力传感器的压力控制信号相叠加，提供能够确保系统稳定运行且能够快速响应压力变化的阀门开度控制信号，稳定系统运行。

下面具体给出本发明所述蓄热器系统的快速响应控制过程，包括如下步骤：

步骤一、所述控制器通过第一蒸汽压力传感器实时获取锅炉蒸汽供应管路部分内的蒸汽压力，通过第二蒸汽压力传感器实时获取用汽设备连接管路部分内的蒸汽压力，通过所述流量计实时获取用汽设备连接管路部分内的蒸汽流量。

步骤二、当所述控制器通过所述流量计检测到蒸汽流量变化速率小于预设标准值时，此时控制器判定用户设备的用汽量处于正常工况状态下，这种情况下控制器基于第一蒸汽压力传感器检测的锅炉蒸汽供应管路部分内的蒸汽压力信号控制所述锅炉压力控制阀v1的开度，并基于所述第二蒸汽压力传感器检测的用汽设备连接管路部分内的蒸汽压力信号控制所述用汽压力控制阀v2的开度，进一步优选的可以如下方式进行控制：当控制器通过第一蒸汽压力传感器检测到锅炉蒸汽供应管路部分内的蒸汽压力大于预设值时，所述控制器控制锅炉压力控制阀v1的开度以正比于锅炉蒸汽供应管路部分内蒸汽压力值的方式增大，蒸汽压力值越大开度越大，当控制器2通过所述第二蒸汽压力传感器检测到用汽设备连接管路部分内的蒸汽压力小于预设值时，所述控制器控制用汽压力控制阀v2的开度以反比于用汽设备连接管路部分内蒸汽压力值的方式增大，即用汽设备连接管路部分内蒸汽压力越小用汽压力控制阀v2的开度控制的越大。

步骤三、当所述控制器2通过所述流量计检测到蒸汽流量变化速率大于等于预设标准值时，所述控制器2生成正比于蒸汽流量变化量和变化速率的调节信号(反映了流量变化情况)，这种情况下基于所述调节信号和第一蒸汽压力传感器检测的蒸汽压力信号的叠加信号来控制所述锅炉压力控制阀v1的开度，同时基于所述调节信号和第二蒸汽压力传感器检测的蒸汽压力信号的叠加信号来控制所述用汽压力控制阀v2的开度，进一步优选的采用如下控制方式：当所述控制器2通过所述第一蒸汽压力传感器检测到锅炉蒸汽供应管路部分内的蒸汽压力值大于预设值时，所述控制器控制锅炉压力控制阀v1的开度以正比于锅炉蒸汽供应管路部分内蒸汽压力值和所述调节信号的叠加值的方式增大，这样因为开度控制正比信号中增加了调节信号值，使得锅炉压力控制阀v1的开度被控制的更大，适应了蒸汽用量迅速增加的使用工况，同时当控制器2通过所述第二蒸汽压力传感器检测到用汽设备连接管路部分内的蒸汽压力小于预设值时，所述控制器控制用汽压力控制阀v2的开度以反比于用汽设备连接管路部分内蒸汽压力值和所述调节信号的差值的方式增大，同理因为开度控制反比信号中进一步减去了调节信号值，使得用汽压力控制阀v2开度控制的反比值变得更小，从而用汽压力控制阀v2的开度被控制的更大，适应了蒸汽用量迅速增加的使用工况。

本发明所述蓄热器系统中的蒸汽蓄热器可以为各种型号的蓄热器，所述的流量计可以为适应于蒸汽测量的各种类型的流量计，所述控制器可以采用具有编程功能的控制单元，能够基于检测信号与预设标准生成对应的控制输出信号。

因此本发明是对现有蓄热器设备的重要改进，所提出的蓄热器系统同时基于控制阀所在管路的蒸汽压力值和蒸汽流量变化率来精确控制控制阀的开度，利用供汽的瞬时流量的变化情况来加快系统控制阀的动作，以适应各种自工况下用汽负荷的快速变化，有效改善了蒸汽蓄热器的动态响应特性，在用汽负荷剧烈变化时仍能够保证系统运行的稳定性，有效地提高了蒸汽供应系统的负荷适应能力，属于一种全新的能够快速响应用汽变化的蓄热器系统，具有广阔的推广应用前景。

以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明的主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本发明所要保护的技术范畴，本发明具体的保护范围以权利要求书的记载为准。