專利名稱：無爐水循環泵超臨界直流鍋爐給水的控制方法
技術領域：
本發明涉及無爐水循環泵超臨界直流鍋爐的控制方法。
背景技術：
目前許多大型火電機組超臨界直流鍋爐沒有配置爐水循環泵，所以鍋爐啟動階段的給水均由給水泵直接提供，汽水分離器的水又回到凝集器，這樣回到凝集器這部份水的能量不能回收。以鍋爐廠要求給水最低流量不低于25%最大連續出力的直流鍋爐為例進行說明。為了保證鍋爐安全運行鍋爐廠要求給水最低流量不低于25%鍋爐最大連續出力，所以啟動階段回流分離器的爐水量較大消耗了大量的能量。具體的來說，鍋爐的工質主要通過兩種方式吸收熱量爐膛內工質吸收輻射放熱為主，過熱器加熱蒸汽以吸收對流放熱為主。鍋爐給水通過給水泵送入爐膛內的水冷壁中加熱，加熱后的汽水混合物進入汽水分離器內，汽水分離器將蒸汽和水分離。蒸汽進入過熱器進一步吸收熱量產生滿足要求的過熱蒸汽，水通過汽水分離器調節閥返回凝汽器內。汽水分離器調節閥的作用為調節汽水分離器的液位，使水不能進入過熱器管道內。煤在鍋爐燃燒產生的總熱量Q分別被給水、蒸汽吸收 ，剩余熱量通過煙氣排入大氣Q = Q 輻射+Q 對流+Q 排; (I)0$_為煤燃燒在爐膛內輻射放熱加熱給水的熱量，使給水變為汽水混合物；Q5i 為煤燃燒后在過熱器內通過對流方式加熱汽水分離器出來的蒸汽的熱量，使飽和蒸汽成為符合要求的過熱蒸汽；Q_g為煤燃燒加熱工質后剩余的被煙氣帶走的熱量。通常情況下，鍋爐從點火至升溫到25%鍋爐最大連續出力的負荷過程中，煤的用量是分階段逐步增加的，鍋爐制造廠商的要求進入鍋爐內的給水量為不低于25%鍋爐最大連續出力的給水流量。在鍋爐的升溫、升壓階段過程中煤量逐步增加，但在每一個時段內進入鍋爐煤量相對穩定，所以煤燃燒產生的熱能Q保持相對不變，Qffit Q5i 和Q_j也相對穩定，按鍋爐廠設計進入鍋爐的給水量不小于25%鍋爐最大連續出力。但鍋爐啟動階段進入鍋爐25%鍋爐最大連續出力的給水量，在同樣的(^ 加熱進入鍋爐爐膛的給水量越大進入汽水分離器的蒸汽量越少、反之給水流量越少產生的蒸汽量越大，如果進入鍋爐的給水流量較大則通過汽水分離器調節閥回到凝汽器的水量也較大，Qai加熱給水回到凝汽器又被循環冷卻水帶走熱量越大。同時由于進入過熱器內的蒸汽流量較少，進入對流放熱受熱面部分相對穩定Q5i 的熱量因蒸汽流量減少導致過熱蒸汽溫度過高，需要增加減溫水量控制蒸汽溫度，增加減溫水導致給水泵耗能增加。
發明內容
本發明的目的是提供一種既能保證超臨界直流鍋爐安全運行又能在鍋爐啟動過程中節能降耗和容易實現的無爐水循環泵超臨界直流鍋爐給水的控制方法。本發明的技術解決方案如下
一種無爐水循環泵超臨界直流鍋爐給水的控制方法，提供包括給水流量調節閥和汽水分離器調節閥的無爐水循環泵超臨界直流鍋爐系統。給定直流鍋爐由啟動到轉干態直流運行時負荷的給定給水流量。根據所述汽水分離器調節閥的開度動態調整，并與所述給水流量調節閥配合，調整所述給定給水流量得到所述直流鍋爐啟動至到轉干態直流運行過程使用的實際給水流量。進一步的，所述實際給水流量=所述給定給水流量+給水修正值，所述給水修正值=/ (S-κ) dt其中下限值<流量修正值<上限值，S為汽水分離器調節閥的開度期望值，K為汽水分離器調節閥的開度。進一步的，所述給定給水流量的確定有以下步驟；采集機組負荷信號；通過特定函數關系將所述機組負荷信號轉換為即時給水流量給定信號；給定鍋爐最小流量；提供大選模塊，用于選擇即時給水流量給定信號或是鍋爐最小流量而得到所述給定給水流量。進一步的，所述給水修正值的確定有以下步驟；給定汽水分離器調節閥的開度的期望值；采集汽水分離器調節閥的實際開度信號；通過PID調節器對所述汽水分離器調節閥期望值與所述實際開度信號進行PID運算，得到所述給水修正值。本發明的優點是通過汽水分離器調節閥的開度修正進入鍋爐的給水流量，易于采用通用控制設備實現，汽水分離器調節閥開度大于期望值時通過在一定范圍內減少進入鍋爐給水流量使爐膛的Q輻射熱量產生的蒸汽增加，通過汽水分離器調節閥回流的爐水流量減少，這樣既能保證鍋爐的安全運行，又能減少回流爐水的熱損失，減少過熱蒸汽溫度控制的減溫水量。
圖I為本發明實施例的工藝流程圖；圖2為本發明實施例的實現邏輯原理圖；附圖標記說明I、汽水分離器,2、加熱盤管,3、給水流量閥,4、給水泵,5、汽水分離器調節閥,6、過熱器，7、汽輪機，8、發電機，9、凝汽器，10、凝結水泵，11、除氧加熱器，12、煙囪，13、負荷檢測模塊，14、負荷給水轉換模塊，15、大選比較器，16、加法器，17、PID調節器，18、汽水分離器調節閥開度設定值，19、汽水分離器調節閥開度信號，20、鍋爐最小流量給定信號。
具體實施例方式以下結合附圖對本技術方案進行詳細說明。參閱圖1，一種無爐水循環泵超臨界直流鍋爐裝置的原理結構示意圖，其中煤在爐膛內燃燒，鍋爐內設有水冷壁2和過熱器6，被吸收熱量后的煙氣從煙囪12排出。給水經過除氧加熱器11除氧加熱后，通過給水泵4送入水冷壁2內加熱，通過給水流量閥3控制進入水冷壁2內的給水量，經過爐膛內水冷壁2加熱后的汽水混合物進入汽水分離器I內分離，飽和蒸汽進入過熱器6內繼續加熱，過熱蒸汽送入汽輪機7內做功，驅動發電機8工作； 汽水分離器I內的爐水通過汽水分離器調節閥5排入凝汽器9內，通過汽水分離器調節閥5 控制汽水分離器I的液位，汽輪機7的排汽也進入凝汽器9內，經過循環冷卻水降溫后，作、為給水來源通過凝結水泵10送入除氧加熱器11內，經過除氧器處理后的水回到給凝結水泵10。煤燃燒產生的總熱量Q在爐膛內分別通過輻射放熱方式將QffiIi主要加熱給水，通過對流加熱方式將Q5i 加熱飽和蒸汽，剩余的熱量通過煙囪將剩余的熱量Q_排向大氣。凝汽器9將進入凝集器的凝結水內熱量Qiw傳遞給循環冷卻水。請一并參閱圖I及圖2，無爐水循環泵超臨界直流鍋爐的控制方法為，給定直流鍋爐由啟動到轉干態直流運行的最低負荷運行的給定給水流量，根據所述汽水分離器調節閥的開度動態調整，并與所述給水流量調節閥配合，在所述給定給水流量的基礎上調整得到所述直流鍋爐啟動至到轉干態直流運行過程使用的實際給水流量。所述實際給水流量=所述給定給水流量+給水修正值，所述給水修正值=/ (S-K) dt其中下限值<流量修正值<上限值，S為汽水分離器調節閥的開度期望值，K為汽水分離器調節閥的開度。其中，所述給定給水流量根據不同的機組為不同的數值，一般情況下為20% 30%鍋爐最大連續出力，當然也不局限于此數值范圍，具體的依機組而定。 汽水分離器調節閥的開度期望值的也是依據不同的機組數值發生變化。在本實施例中，給定給水流量為25%最大連續出力，汽水分離器調節閥的開度期望值為25%。-100噸/小時 <流量修正值< 100噸/小時。需要說明的是，本技術方案中所指超臨界狀態包括超臨界狀態、超超臨界狀態。 首先，給定給水流量的確定由回路鍋爐負荷檢測模塊13、負荷給水轉換模塊14、 大選比較器15、最小流量設定信號20。負荷檢測模塊13用于采集機組負荷信號，經過負荷給水轉換模塊14的特定函數關系f(x)轉換為即時給水流量設定信號，負荷給水轉換模塊 14和最小流量設定信號20的信號經大選比較器15進行選擇輸出給定給水流量為不低于 25%鍋爐最大連續出力的給水流量。其次，給水修正值由PID調節器17、汽水分離器調節閥開度設定值18、汽水分離器調節閥開度信號19確定。汽水分離器調節閥開度設定值18為汽水分離器調節閥開度的期望值，在本實施例中，汽水分離器調節閥開度設定值為25%、汽水分離器調節閥開度信號 19時時監測汽水分離器調節閥的開度。PID調節器17為PID(比例、積分、微分)調節器， 汽水分離器調節閥開度設定值18、汽水分離器調節閥開度信號19信號由在PID調節器17 接收并進行PID運算。當汽水分離器調節閥的開度大于設定值時，PID調節器17產生逐步減少的流量修正值其下限為-100噸/小時，使進入鍋爐的給水流量降低，在鍋爐內相同的Q
產生的汽水混合物中蒸汽量增加、水量減少這樣維持汽水分離器液位的汽水分離器調節閥開度減少逐步回到期望值。相反當汽水分離器調節閥開度小于設定值時流量設定值經模塊17運算后輸出逐步增加其上限為100噸/小時.最后，加法器16將PID調節器17輸出加上大選比較器15輸出產生實際給水流量。本實例中，實際給水流量為(25%鍋爐最大連續出力-100) (25%鍋爐最大連續出力 +100)。通過監視汽水分離器調節閥的開度調整鍋爐給水流量，通過給水流量的調整使進入汽水分離器的蒸汽量和爐水量在一個合理的水平，汽水分離器調節閥的開度穩定在25% 左右能維持分離器水位為正常水位，使通過汽水分離器調節閥回流的爐水流量穩定在一個合理的范圍內，既能保證鍋爐的安全運行，又能減少回流爐水的熱損失，同時減少過熱蒸汽溫度控制的減溫水量。S的開度根據不同種類鍋爐在轉干態時穩定運行而設定。如在東方鍋爐廠出廠的 600MW機組超臨界直流鍋爐中要求鍋爐啟動的給水流量不低于25%鍋爐最大連續出力，汽水分離器調節閥的任務是維持汽水分離器的水位的，在實際應用中采用本技術根據汽水分離器調節閥的開度動態調整給水流量，如果汽水分離器調節閥開度大于25%則進入爐膛加熱的給水產生的蒸汽量小、爐水量大，逐步減少給水量在吸收同樣的Q輻射情況下蒸汽增力口、爐水減少，汽水分離器的水位降低汽水分離器調節閥為了維持水位自動關小汽水分離器調節閥的開度，當汽水分離器調節閥開度小于25%時給水流量逐步增加，通過給水流量的逐步調整使汽水分離器調節閥保持在25%左右又能維持汽水分離器的水位。隨著鍋爐負荷增加即進入爐膛的燃料增加，給水流量達到25% -30%鍋爐最大連續出力后維持穩定， Q輻射在不斷增加所以蒸汽逐步增加以滿足汽輪機用汽的需要同時爐水逐步減少汽水分離器調節閥為維持水位逐步關小，當汽水分離器調節閥全關時說明給水在進入分離器前水已經全部轉換為蒸汽即鍋爐進入干態。通過給水流量的控制將汽水分離器調節閥的開度控制在的范圍內，使通過汽水分離器調節閥回流到凝集器的流量在一個合理的范圍內既保證鍋爐的安全運行又減少給水回流熱損失、減少過熱汽溫控制的減溫水用量、利于在鍋爐轉干態過程控制。上列詳細說明是針對本發明之一可行實施例的具體說明，該實施例并非用以限制本發明的專利范圍 ，凡未脫離本發明所為的等效實施或變更，均應包含于本案的專利范圍中。
權利要求
1.一種無爐水循環泵超臨界直流鍋爐給水的控制方法，其特征在于，包括以下步驟， 提供包括給水流量調節閥和汽水分離器調節閥的無爐水循環泵超臨界直流鍋爐系統； 設定直流鍋爐由啟動到轉干態直流運行時負荷的給定給水流量； 根據所述汽水分離器調節閥的開度動態調整，并與所述給水流量調節閥配合，在所述給定給水流量的基礎上調整得到所述直流鍋爐啟動至到轉干態直流運行過程使用的實際給水流量。
2.如權利要求I所述的無爐水循環泵超臨界直流鍋爐給水的控制方法，其特征在于，所述實際給水流量=所述給定給水流量+給水修正值， 所述給水修正值=/ (S-K) dt 其中下限值<流量修正值<上限值，S為汽水分離器調節閥的開度期望值，K為汽水分離器調節閥的開度。
3.如權利要求2所述的無爐水循環泵超臨界直流鍋爐給水的控制方法，其特征在于，所述給定給水流量的確定有以下步驟； 采集機組負荷信號； 通過特定函數關系將所述機組負荷信號轉換為即時給水流量給定信號；給定鍋爐最小流量； 提供大選模塊，用于選擇所述即時給水流量給定信號或是所述鍋爐最小流量而得到所述給定給水流量。
4.如權利要求2或3所述的無爐水循環泵超臨界直流鍋爐給水的控制方法，其特征在于，所述給水修正值的確定有以下步驟； 給定汽水分離器調節閥的開度期望值； 采集汽水分離器調節閥的實際開度信號； 通過PID調節器對所述汽水分離器調節閥開度期望值與所述實際開度信號進行PID運算，得到所述給水修正值。
全文摘要
一種無爐水循環泵超臨界直流鍋爐給水的控制方法，提供包括給水流量調節閥和汽水分離器調節閥的無爐水循環泵超臨界直流鍋爐系統。給定直流鍋爐由啟動到轉干態直流運行時負荷的給定給水流量。根據所述汽水分離器調節閥的開度動態調整，調整所述給定給水流量得到所述直流鍋爐啟動至到轉干態直流運行過程使用的實際給水流量。通過汽水分離器調節閥的開度修正進入鍋爐的給水流量，上述控制方法易于采用通用控制設備實現。
文檔編號F22D5/34GK102705811SQ201210087609
公開日2012年10月3日 申請日期2012年3月28日 優先權日2012年3月28日
發明者葉向前, 張曦, 李鋒 申請人:廣東電網公司電力科學研究院