本發(fā)明屬于火力發(fā)電廠的自動(dòng)控制領(lǐng)域，具體涉及一種燃?xì)廨啓C(jī)組余熱鍋爐汽包的自動(dòng)控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、汽包是火力發(fā)電廠的一種核心的熱力設(shè)備，汽包水位的穩(wěn)定性直接影響蒸汽的品質(zhì)以及發(fā)電廠的機(jī)組安全。汽包的主要功能是為機(jī)組提供穩(wěn)定的可靠的蒸汽汽源，同時(shí)為機(jī)組負(fù)擔(dān)儲(chǔ)存部分工質(zhì)和熱能，水位過(guò)高會(huì)造成汽輪機(jī)進(jìn)水，水位過(guò)低會(huì)造成鍋爐干燒。無(wú)論過(guò)高還是過(guò)低都會(huì)對(duì)機(jī)組造成不可逆轉(zhuǎn)的巨大破壞。

2、圖1為火力發(fā)電廠典型的給水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

3、給水經(jīng)過(guò)給水泵5升壓后通過(guò)汽包上水調(diào)閥3和汽包上水旁路調(diào)閥4的流量管控，再經(jīng)過(guò)省煤器2換熱后到達(dá)汽包1。汽包入口給水流量計(jì)9用于測(cè)量進(jìn)入汽包的流量qw，汽包水位計(jì)10用于測(cè)量汽包的水位lw。汽包中部設(shè)置有汽包連續(xù)排污調(diào)閥7，汽包下部設(shè)置有汽包緊急放水快開(kāi)閥6。汽包連續(xù)排污調(diào)閥7和汽包緊急放水快開(kāi)閥6的控制都較為成熟，本專(zhuān)利主要解決汽包上水調(diào)閥3和汽包上水旁路調(diào)閥4的控制。

4、汽包水位通常以汽包上水調(diào)閥3或汽包上水旁路調(diào)閥4單獨(dú)控制，或汽包上水調(diào)閥3和汽包上水旁路調(diào)閥4接力控制。

5、單獨(dú)控制時(shí)，機(jī)組從啟動(dòng)到滿負(fù)荷運(yùn)行，給水流量跨度極大，單獨(dú)使用汽包上水旁路調(diào)閥4控制無(wú)法滿足機(jī)組流量需要。單獨(dú)使用汽包上水調(diào)閥3時(shí)初始流量過(guò)小，閥門(mén)開(kāi)度很小控制線性差、節(jié)流損失大，且閥門(mén)磨損嚴(yán)重。

6、汽包上水調(diào)閥3和汽包上水旁路調(diào)閥4接力控制時(shí)，通常啟動(dòng)過(guò)程先使用汽包上水旁路調(diào)閥4控制汽包水位。當(dāng)負(fù)荷到達(dá)切換點(diǎn)時(shí)，汽包上水調(diào)閥3開(kāi)始參與控制汽包水位，此時(shí)兩個(gè)閥門(mén)分別獨(dú)立控制汽包水位。待汽包上水調(diào)閥3到達(dá)一定開(kāi)度后，汽包上水旁路調(diào)閥4切除自動(dòng)，轉(zhuǎn)由運(yùn)行人員或者按照一定速率緩慢關(guān)閉，此時(shí)由汽包上水調(diào)閥4獨(dú)立控制汽包水位。此種控制策略控制過(guò)程復(fù)雜且汽包上水調(diào)閥3和汽包上水旁路調(diào)閥4在接力控制階段，汽包上水調(diào)閥3和汽包上水旁路調(diào)閥4耦合性強(qiáng)互相干擾，控制精準(zhǔn)度差。

7、汽包水位要做到精準(zhǔn)控制，必須以當(dāng)前的汽包水位為基準(zhǔn)作為主要控制手段，同時(shí)要平衡好流入的給水流量qw和流出的蒸汽流量qs，當(dāng)流入的給水流量qw和流出的蒸汽流量qs的差值δq正好彌補(bǔ)水位的不足或者對(duì)沖了多余的水位，此時(shí)汽包水位穩(wěn)定在零水位。實(shí)際在機(jī)組變負(fù)荷時(shí)，蒸汽流量qs變化頻繁且存在虛假水位現(xiàn)象，這就要求給水流量qw的控制必須及時(shí)且精準(zhǔn)，最大程度減少汽包上水調(diào)閥3和汽包上水旁路調(diào)閥4在控制水位時(shí)耦合作用互相影響。將兩個(gè)閥門(mén)聯(lián)合控制視為一個(gè)閥組，同時(shí)接收由自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)來(lái)的流量指令qsp,再按照優(yōu)化后的綜合閥門(mén)的流量特性曲線計(jì)算各自開(kāi)度，即可保證汽包流入的給水流量qw及時(shí)準(zhǔn)確的符合要求，繼而維持汽包水位正常。

8、目前的常規(guī)控制系統(tǒng)及控制方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)此控制目標(biāo)。在汽包上水調(diào)閥和汽包上水旁路調(diào)閥控制權(quán)切換時(shí)，經(jīng)常需要運(yùn)行人員手動(dòng)干預(yù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于以上現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種燃?xì)廨啓C(jī)組余熱鍋爐汽包的自動(dòng)控制系統(tǒng)及方法，以實(shí)現(xiàn)汽包水位的及時(shí)精準(zhǔn)控制，避免單一閥門(mén)控制水位引起的閥門(mén)控制線性差節(jié)流損失嚴(yán)重，閥門(mén)磨損嚴(yán)重。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種燃?xì)廨啓C(jī)組余熱鍋爐汽包的自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括汽包上水調(diào)節(jié)控制模塊；

4、汽包上水調(diào)節(jié)控制模塊的輸入端連接有設(shè)置在汽包上的汽包水位計(jì)、汽包入口給水流量計(jì)和汽包出口的飽和蒸汽流量計(jì)，汽包上水調(diào)節(jié)控制模塊的輸出端連接有設(shè)置在與汽包連接的給水管道上的汽包上水調(diào)閥和汽包上水旁路調(diào)閥；汽包上水調(diào)閥和汽包上水旁路調(diào)閥的入口管道設(shè)置有給水泵，用于連接鍋爐給水系統(tǒng)。

5、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，汽包上設(shè)置有飽和蒸汽管道至鍋爐過(guò)熱器。

6、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，汽包中部設(shè)置有汽包連續(xù)排污調(diào)閥。

7、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，汽包下部設(shè)置汽包緊急放水快開(kāi)閥。

8、一種燃?xì)廨啓C(jī)組余熱鍋爐汽包的自動(dòng)控制方法，該方法基于所述的一種燃?xì)廨啓C(jī)組余熱鍋爐汽包的自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括：

9、關(guān)閉汽包上水調(diào)閥和汽包上水旁路調(diào)閥，保持給水泵輸出功率使給水泵出口母管壓力穩(wěn)定，按照設(shè)定階躍開(kāi)啟汽包上水旁路調(diào)閥，直至汽包上水旁路調(diào)閥全開(kāi)，記錄開(kāi)過(guò)程中閥門(mén)開(kāi)度和流量的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，繪制得到汽包上水旁路調(diào)閥的閥位開(kāi)度與流量特性曲線；

10、關(guān)閉汽包上水調(diào)閥和汽包上水旁路調(diào)閥，保持給水泵輸出功率使出口母管壓力穩(wěn)定，按照設(shè)定階躍開(kāi)啟汽包上水調(diào)閥，直至閥門(mén)全開(kāi)，記錄開(kāi)過(guò)程中閥門(mén)開(kāi)度和流量的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，繪制得到汽包上水調(diào)閥的閥位開(kāi)度與流量特性曲線；

11、根據(jù)汽包水位控制pid輸出的汽包入口給水流量指令，將汽包上水調(diào)閥的閥位開(kāi)度與流量特性曲線和汽包上水旁路調(diào)閥的閥位開(kāi)度與流量特性曲線合并優(yōu)化處理，得到一條由汽包入口給水流量指令與汽包上水調(diào)閥和汽包上水旁路調(diào)閥的綜合閥位的函數(shù)，繪制得到汽包入口給水流量指令與綜合閥位開(kāi)度特性曲線；

12、汽包上水調(diào)節(jié)控制模塊將接收到的汽包水位計(jì)的水位信號(hào)與設(shè)定的水位偏置信號(hào)進(jìn)行偏差運(yùn)算，再經(jīng)過(guò)汽包水位pid運(yùn)算后汽包入口給水流量指令；汽包上水調(diào)閥和汽包上水旁路調(diào)閥根據(jù)汽包入口給水流量指令與綜合閥位開(kāi)度特性曲線，分配開(kāi)度指令。

13、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，升負(fù)荷過(guò)程中，機(jī)組負(fù)荷小時(shí)采用汽包上水旁路調(diào)閥獨(dú)立給汽包供水；當(dāng)負(fù)荷上升至汽包上水旁路調(diào)閥后段閥位與流量特性曲線線性差部分，汽包上水調(diào)閥提前根據(jù)汽包的流量需求有了15％的閥位開(kāi)度；隨著負(fù)荷的持續(xù)上升，汽包上水調(diào)閥進(jìn)一步開(kāi)大至其閥門(mén)的線性最好區(qū)域，汽包上水旁路調(diào)閥根據(jù)汽包入口總流量指令的上升而緩慢關(guān)閉，直至全關(guān)。

14、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，降負(fù)荷過(guò)程中，機(jī)組負(fù)荷大時(shí)采用汽包上水調(diào)閥獨(dú)立給汽包供水；當(dāng)負(fù)荷下降至汽包上水調(diào)閥最優(yōu)線性控制前，汽包上水旁路調(diào)閥提前根據(jù)汽包的流量需求具有27％的閥位開(kāi)度；隨著負(fù)荷的持續(xù)下降，汽包上水調(diào)閥進(jìn)一步關(guān)小，直至全關(guān)；汽包上水旁路調(diào)閥根據(jù)汽包入口總流量指令的下降而先緩慢開(kāi)大繼而在緩慢關(guān)閉，無(wú)論機(jī)組負(fù)荷如何變化，聯(lián)合閥組始終保持汽包給水流量的線性穩(wěn)定輸出。

15、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，當(dāng)汽包上水調(diào)閥和汽包上水旁路調(diào)閥都在自動(dòng)，且升負(fù)荷過(guò)程中，汽包上水旁路調(diào)閥開(kāi)度大于75％，閥門(mén)開(kāi)度對(duì)應(yīng)的流量特性曲線線性變差，汽包上水旁路調(diào)閥調(diào)節(jié)能力下降；此時(shí)開(kāi)啟汽包上水調(diào)閥，彌補(bǔ)汽包上水旁路調(diào)閥調(diào)節(jié)能力不足的部分。

16、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，當(dāng)汽包上水調(diào)閥和汽包上水旁路調(diào)閥都在自動(dòng)，且降負(fù)荷過(guò)程中，當(dāng)汽包上水調(diào)閥開(kāi)度小于90％，汽包上水旁路調(diào)閥開(kāi)啟，直至汽包上水調(diào)閥開(kāi)度在15％時(shí)調(diào)節(jié)線性變差，此時(shí)汽包上水調(diào)閥全關(guān)，由汽包上水旁路調(diào)閥獨(dú)立調(diào)節(jié)。

17、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，當(dāng)汽包上水調(diào)閥和汽包上水旁路調(diào)閥任一在自動(dòng)時(shí)，根據(jù)當(dāng)前在手動(dòng)的閥門(mén)開(kāi)度計(jì)算出當(dāng)前閥門(mén)的流量輸出q，在自動(dòng)的調(diào)閥的流量指令為汽包水位控制pid輸出的汽包入口給水流量指令qsp減去當(dāng)前在手動(dòng)的閥門(mén)開(kāi)度計(jì)算出當(dāng)前閥門(mén)的流量輸出q，再根據(jù)在自動(dòng)的閥門(mén)流量特性曲線，計(jì)算出閥門(mén)開(kāi)度。

18、本發(fā)明至少具有以下有益的技術(shù)效果：

19、本發(fā)明提供的一種燃?xì)廨啓C(jī)組余熱鍋爐汽包的自動(dòng)控制系統(tǒng)，現(xiàn)有技術(shù)中，在汽包入口流量到達(dá)閥門(mén)設(shè)計(jì)臨界流量時(shí)，往往汽包上水調(diào)閥和汽包上水旁路調(diào)閥都有了一定開(kāi)度，常規(guī)控制往往需要將其中一個(gè)閥門(mén)切至手動(dòng)，無(wú)法做到機(jī)組運(yùn)行全周期自動(dòng)運(yùn)行；或兩個(gè)閥門(mén)都在自動(dòng)時(shí)互相干擾，導(dǎo)致汽包入口流量不穩(wěn)或閥門(mén)頻繁動(dòng)作，造成機(jī)組安全隱患和閥門(mén)過(guò)快磨損。本發(fā)明通過(guò)汽包上水調(diào)節(jié)控制模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽包上水調(diào)閥和汽包上水旁路調(diào)閥的開(kāi)度調(diào)節(jié)，并且響應(yīng)快速。

20、本發(fā)明提供的一種燃?xì)廨啓C(jī)組余熱鍋爐汽包的自動(dòng)控制方法，采用聯(lián)合閥組控制方法，將汽包上水調(diào)閥和汽包上水旁路調(diào)閥的控制視為一個(gè)整體，以汽包入口給水流量指令為基準(zhǔn)，充分考慮閥門(mén)在整個(gè)調(diào)節(jié)行程中的線性變化和死區(qū)范圍，顯著減少單個(gè)閥門(mén)調(diào)節(jié)時(shí)固有的流量閥位特性關(guān)系影響以及調(diào)節(jié)過(guò)程中的空行程和過(guò)度調(diào)節(jié)。同時(shí)，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了汽包水位調(diào)節(jié)響應(yīng)快，閥門(mén)磨損小，汽包入口給水流量穩(wěn)定線性供應(yīng)。