一种火力发电厂混合式乏汽回收器的控制系统及方法与流程

1.本发明属于火力发电厂乏汽及余热回收领域，涉及一种火力发电厂混合式乏汽回收器的控制系统及方法。


背景技术：

2.火力发电厂定期排污扩容器主要收纳汽包紧急放水、除氧器紧急放水、连排污扩容器排水、吹灰器疏水及其他锅炉排污水等，排水进入容器后立即扩容闪蒸，排污水经下部排水口排出，闪蒸蒸汽由定期排污扩容器上方乏汽排空管排出。闪蒸乏汽通过定期排污扩容器上方的排空管对空无序排放，闪蒸蒸汽无序排放造成凝结水损失，增加了电厂补水成本，同时也造成了低品位蒸汽热能浪费，对周边环境的造成了热污染和视觉污染。冬季还会因乏汽排空后冷凝在附近地面形成冰层，严重影响生产人员的人身安全。
3.混合式乏汽回收系统采用低温凝结水通过低温凝结水管进入混合式乏汽回收器喷淋与来自定期排污扩容器排空管道引接而来的乏汽混合，乏汽冷凝成凝结水，低温凝结水温度升高，混合后的凝结水从混合式乏汽回收器自流进入混合式乏汽回收器下部水箱中。回收后的凝结水储存在水箱中，由加压泵送去锅炉给水系统。但是由于定期排污扩容器闪蒸乏汽量非常不稳定，造成回收器混合后的水温波动大，不能满足回收后水温恒定的要求。闪蒸乏汽量变化会造成回收器出口水温变化，当闪蒸乏汽量减少时，出口水温会变低，此时需要减少混合式乏汽回收系统入口低温水流量。当闪蒸乏汽量增加时，出口水温会升高，此时需要增加混合式乏汽回收系统入口低温水流量。闪蒸乏汽量不断变化，为了维持回收系统出口水温恒定的需求，需要不断调整混合式乏汽回收系统入口低温凝结水流量，系统运行的自动控制存在一定困难。同时，当混合式乏汽回收系统出口水温达到饱和温度时，闪蒸乏汽流量继续增加，系统出口水温也会保持恒定，造成控制系统错误认为已达到稳定控制系统出水温度的目标，从而导致系统控制会失效。
4.目前采用的混合式乏汽回收技术的系统，多采用调节回收系统入口低温凝结水流量的方式进行控制。当回收系统出口水温低时，减少低温凝结水的流量。当回收系统出口水温高时，增加低温凝结水的流量。但是由于定期排污扩容器闪蒸乏汽量实时变化，造成回收系统入口低温凝结水电动调节门动作后，回收器出口水温大幅波动，影响系统连续稳定运行。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种火力发电厂混合式乏汽回收器的控制系统及方法，该系统及方法实现乏汽的稳定回收及回收水水温的准确控制，提高混合式乏汽回收系统运行稳定性，安全性。
6.为达到上述目的，本发明所述的火力发电厂混合式乏汽回收器的控制方法包括混合式乏汽回收器低温凝结水流量调门控制及混合器出口输送泵控制；
7.其中，混合式乏汽回收器低温凝结水流量调门控制的具体过程为：
8.1)获取混合式乏汽回收系统出口实测水温t2及混合式乏汽回收系统出口水温设定值t
2sp
，当t2大于等于t
2sp
，则转至步骤2)，否则，转至步骤3)；
9.2)调节混合式乏汽回收器低温凝结水流量调门，使得t2小于t
2sp
，再转至步骤3)；
10.3)将混合式乏汽回收系统出口实测水温t2与混合式乏汽回收系统出口水温设定值t
2sp
的偏差作为pid运算的输入进行pid运算，将pid运算的输出作为混合式乏汽回收器出口水温加权值t
2sp
′
；
11.4)根据混合式乏汽回收器入口低温凝结水温度t0及混合式乏汽回收器入口低温凝结水压力p0计算混合式乏汽回收器入口低温凝结水焓值h0，根据混合式乏汽回收器乏汽入口温度t1及混合式乏汽回收器乏汽入口压力p1计算乏汽焓值h1，根据混合式乏汽回收器出口水温加权值t
2sp
′
及混合式乏汽回收器出口水温压力p2计算混合式乏汽回收器出口处的水焓值h2；
12.5)根据h0、h1、h2以及混合器水箱出口水流量实测值g2计算混合式乏汽回收器吸收乏汽所需的低温凝结水流量计算值g
0j
；
13.6)将混合式乏汽回收器低温凝结水流量g1与混合式乏汽回收器吸收乏汽所需的低温凝结水流量计算值g
0j
的偏差作为pid运算的输入进行pid运算，根据pid运算的输出生成混合式乏汽回收器低温凝结水流量调门开度指令，再以此控制混合式乏汽回收器低温凝结水流量调门的开度；
14.混合器出口输送泵控制的具体过程为：将混合式乏汽回收器水箱液位实测液位lh0与混合式乏汽回收器水箱设定液位lh
sp
的偏差作为pid运算的输入进行pid运算，根据pid运算的输出生成混合式乏汽回收器出口输送泵流量指令，再以此控制混合器出口输送泵的流量。
15.根据混合式乏汽回收器入口低温凝结水温度t0及混合式乏汽回收器入口低温凝结水压力p0利用iapws-if97公式计算混合式乏汽回收器入口低温凝结水焓值h0。
16.步骤1)的具体操作为：
17.11)将混合式乏汽回收器水箱出口实测水温t2及混合式乏汽回收器水箱出口水温设定值t
2sp
的偏差作为pid运算的输入进行pid运算，得pid运算的输出结果；
18.12)当步骤11)所得pid运算的输出结果小于0，则进入步骤2)，否则，则进入步骤3)。
19.步骤3)的具体操作为：
20.31)将混合式乏汽回收器水箱出口实测水温t2及混合式乏汽回收器水箱出口水温设定值t
2sp
的偏差作为pid运算的输入进行pid运算，得pid运算的输出结果；
21.32)将混合式乏汽回收器水箱出口水温设定值t
2sp
与步骤31)得到的pid运算的输出结果进行求和，再将求和结果作为混合式乏汽回收器水箱出口水温加权值t
2sp
′
。
22.步骤5)中混合器吸收乏汽所需的低温凝结水流量计算值g
0j
为：
23.g
0j
＝g2(h1·
η
h-h2)/(h1·
η
h-h0·
ηh)
24.其中，ηh为混合式换热器效率，g2为混合式乏汽回收器水箱出口水流量实测值。
25.本发明所述的火力发电厂混合式乏汽回收器的控制系统包括第一减法模块、第一pid运算模块、第一函数模块、第二函数模块、第三函数模块、第四函数模块、第二减法模块、第二pid运算模块、第一控制模块、第三减法模块、第三pid运算模块及第二控制模块；
26.混合式乏汽回收系统出口实测水温t2输入端及混合式乏汽回收系统出口水温设定值t
2sp
输入端与第一减法模块的输入端相连接，第一减法模块的输出端与第一pid运算模块的输入端相连接，第一pid运算模块的第一输出端与第一控制模块的输入端相连接，第二pid运算模块的第二输出端及混合式乏汽回收器出口水压力p2输入端与第一函数模块的输入端相连接；
27.混合式乏汽回收器乏汽入口温度t1输入端及混合式乏汽回收器乏汽入口压力p1输入端与第二函数模块的输入端相连接；
28.混合式乏汽回收器入口低温凝结水温度t0输入端及混合式乏汽回收器入口低温凝结水压力p0输入端与第三函数模块的输入端相连接；
29.混合器水箱出口水流量实测值g2输入端、第一函数模块的输出端、第二函数模块的输出端及第三函数模块的输出端与第四函数模块的输入端相连接，第四函数模块的输出端及混合式乏汽回收器低温凝结水流量g1输入端与第二减法模块的输入端相连接，第二减法模块的输出端与第二pid运算模块的输入端相连接，第二pid运算模块的输出端与第一控制模块的输入端相连接，第一控制模块的输出端与混合式乏汽回收器低温凝结水流量调门的控制端相连接；
30.混合式乏汽回收器水箱液位实测液位lh0输入端及混合式乏汽回收器水箱设定液位lh
sp
输入端与第三减法模块的输入端相连接，第三减法模块的输出端与第三pid运算模块的输入端相连接，第三pid运算模块的输出端与第二控制模块的输入端相连接，第二控制模块的输出端与混合器出口输送泵的控制端相连接。
31.本发明具有以下有益效果：
32.本发明所述的火力发电厂混合式乏汽回收器的控制系统及方法在具体操作时，利用闭环串级pid控制原理对混合式乏汽回收器出口水温进行自动调节，并根据闪蒸乏汽流量实时调整混合式换热器低温凝结水流量，保证闪蒸乏汽稳定吸收的同时，保持混合式乏汽回收器出口水温维持在设定值，从而保证在系统闪蒸乏汽量变化的工况下，保证乏汽充分回收，又避免因混合式乏汽回收器低温凝结水入口流量及闪蒸乏汽量同时变化造成回收器出口水温剧烈波动，同时保证在闪蒸乏汽量变化、系统流量变化时保持系统液位稳定，从而保证火力发电厂混合式乏汽回收器系统的安全、稳定运行。另外，本发明采用三次pid运算，通过第一次pid运算判断混合式乏汽回收器入口低温冷凝水流量是否满足闪蒸乏汽回收量需求，同时计算混合式乏汽回收器出口水温加权值，第二次pid运算输出混合式回收器低温凝结水流量调门开度指令，从而避免系统惯性及工况变化带来的不利影响，对目标设定值的偏差进行快速的响应，第三次pid运算输出混合式乏汽回收系统输送泵流量调节指令，以确保系统水箱水位独立控制，避免系统其他扰动的影响。
附图说明
33.图1为本发明的结构图；
34.图2为本发明的系统图。
35.其中，1为第一减法模块、2为第一pid运算模块、3为第一函数模块、4为第二函数模块、5为第三函数模块、6为第四函数模块、7为第二减法模块、8为第二pid运算模块、9为第一控制模块、10为第三减法模块、11为第三pid运算模块、12为第二控制模块。
具体实施方式
36.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
37.在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
38.参考图1，本发明所述的火力发电厂混合式乏汽回收器的控制方法包括以下步骤：
39.1)获取混合式乏汽回收系统出口实测水温t2及混合式乏汽回收系统出口水温设定值t
2sp
，当t2大于等于t
2sp
，则转至步骤2)，否则，转至步骤3)。
40.2)根据设定的混合式乏汽回收器入口低温凝结水流量递增值δg0作为混合式乏汽回收系统入口处低温凝结水流量调门开度增大指令，根据混合式乏汽回收器入口处低温凝结水流量调门开度指令控制混合式乏汽回收器低温凝结水流量调门的开度，直至t2小于t
2sp
，则进入步骤3)。
41.3)将混合式乏汽回收系统出口实测水温t2及混合式乏汽回收系统出口水温设定值t
2sp
的偏差作为pid运算的输入进行pid运算，将pid运算的输出作为混合式乏汽回收器出口水温加权值t
2sp
′
。
42.4)根据混合式乏汽回收器入口低温凝结水温度t0及混合式乏汽回收器入口低温凝结水压力p0利用iapws-if97公式计算混合式乏汽回收器入口低温凝结水焓值h0，根据混合式乏汽回收器乏汽入口温度t1及混合式乏汽回收器乏汽入口压力p1计算乏汽焓值h1，根据混合式乏汽回收器出口水温加权值t
2sp
′
及混合式乏汽回收器出口水温压力p2计算混合式乏汽回收器出口处的水焓值h2。
43.5)根据h0、h1、h2以及混合器水箱出口水流量实测值g2计算混合式乏汽回收器吸收乏汽所需的低温凝结水流量计算值g
0j
；
44.6)将混合式乏汽回收器低温凝结水流量g1与混合式乏汽回收器吸收乏汽所需的低温凝结水流量计算值g
0j
的偏差作为pid运算的输入进行pid运算，根据pid运算的输出生成混合式乏汽回收器低温凝结水流量调门开度指令，再以此控制混合式乏汽回收器低温凝结水流量调门的开度；
45.7)将混合式乏汽回收器水箱液位实测液位lh0与混合式乏汽回收器水箱设定液位lh
sp
的偏差作为pid运算的输入进行pid运算，根据pid运算的输出生成混合式乏汽回收器出口输送泵流量指令，再以此控制混合器出口输送泵的流量，完成对混合式乏汽回收系统的液位稳定控制。
46.步骤1)的具体操作为：
47.11)将混合式乏汽回收器水箱出口实测水温t2及混合式乏汽回收器水箱出口水温
设定值t
2sp
的偏差作为pid运算的输入进行pid运算，得pid运算的输出结果；
48.12)当步骤11)所得pid运算的输出结果小于0，则进入步骤2)，否则，则进入步骤3)。
49.步骤3)的具体操作为：
50.31)将混合式乏汽回收器水箱出口实测水温t2及混合式乏汽回收器水箱出口水温设定值t
2sp
的偏差作为pid运算的输入进行pid运算，得pid运算的输出结果；
51.32)将混合式乏汽回收器水箱出口水温设定值t
2sp
与步骤31)得到的pid运算的输出结果进行求和，再将求和结果作为混合式乏汽回收器水箱出口水温加权值t
2sp
′
。
52.步骤5)中混合器吸收乏汽所需的低温凝结水流量计算值g
0j
为：
53.g
0j
＝g2(h1·
η
h-h2)/(h1·
η
h-h0·
ηh)
54.其中，ηh为混合式换热器效率，g2为混合式乏汽回收器水箱出口水流量实测值。
55.参考图2，本发明所述的火力发电厂混合式乏汽回收器的控制系统包括第一减法模块1、第一pid运算模块2、第一函数模块3、第二函数模块4、第三函数模块5、第四函数模块6、第二减法模块7、第二pid运算模块8、第一控制模块9、第三减法模块10、第三pid运算模块11及第二控制模块12；
56.混合式乏汽回收系统出口实测水温t2输入端及混合式乏汽回收系统出口水温设定值t
2sp
输入端与第一减法模块1的输入端相连接，第一减法模块1的输出端与第一pid运算模块2的输入端相连接，第一pid运算模块2的第一输出端与第一控制模块9的输入端相连接，第二pid运算模块8的第二输出端及混合式乏汽回收器出口水压力p2输入端与第一函数模块3的输入端相连接；
57.混合式乏汽回收器乏汽入口温度t1输入端及混合式乏汽回收器乏汽入口压力p1输入端与第二函数模块4的输入端相连接；
58.混合式乏汽回收器入口低温凝结水温度t0输入端及混合式乏汽回收器入口低温凝结水压力p0输入端与第三函数模块5的输入端相连接；
59.混合器水箱出口水流量实测值g2输入端、第一函数模块3的输出端、第二函数模块4的输出端及第三函数模块5的输出端与第四函数模块6的输入端相连接，第四函数模块6的输出端及混合式乏汽回收器低温凝结水流量g1输入端与第二减法模块7的输入端相连接，第二减法模块7的输出端与第二pid运算模块8的输入端相连接，第二pid运算模块8的输出端与第一控制模块9的输入端相连接，第一控制模块9的输出端与混合式乏汽回收器低温凝结水流量调门的控制端相连接；
60.混合式乏汽回收器水箱液位实测液位lh0输入端及混合式乏汽回收器水箱设定液位lh
sp
输入端与第三减法模块10的输入端相连接，第三减法模块10的输出端与第三pid运算模块11的输入端相连接，第三pid运算模块11的输出端与第二控制模块12的输入端相连接，第二控制模块12的输出端与混合器出口输送泵的控制端相连接。
61.需要说明的是，本发明根据混合式乏汽回收器出口的实时水温作为系统控制的关键参数，混合式乏汽回收器入口低温凝结水流量变化会引起混合式乏汽回收器出口水温变化，为避免出口水温波动，提高控制的准确性，将混合式乏汽回收器入口低温凝结水流量引入控制系统。
62.同时，本发明采用设定混合式乏汽回收器出口水温的方式作为系统计算输入参
数，当闪蒸乏汽量增加后混合式乏汽回收器出口水温超过饱和水温时，有效避免多余乏汽不能吸收导致的系统控制失效，保证控制系统稳定运行。
63.本发明通过将混合式乏汽回收器出口水流量引入控制系统，通过质量守恒间接引入闪蒸乏汽流量参数。混合式乏汽回收器入口低温凝结水流量及出口水流量相对与闪蒸乏汽量更稳定，更容易准确测量。
64.本发明通过对混合式乏汽回收系统各参数的实时检测及准确计算，得到混合式器回收系统入口低温凝结水流量与需求量的运行偏差，并对混合式器回收系统入口低温凝结水流量调节门进行闭环控制，完成混合式乏汽回收系统对不同闪蒸乏汽流量工况的跟随。
65.本发明通过独立的混合式乏汽回收器水位控制，水位控制不受混合式乏汽回收器系统入口低温凝结水流量控制影响，使得系统能获得安全、稳定的运行水位，保证了系统长时间稳定、安全运行。