双向校正中间点温度和过热汽温的方法及其专用装置

摘要

本发明涉及双向校正中间点温度和过热汽温的方法，其特征是：1)采用主汽温度控制回路结合给水侧中间点温度控制回路、燃料侧中间点温度控制回路联合调节中间点温度和过热汽温；2)主汽温度控制回路根据左、右侧主汽温度测量值与设定值的偏差，产生中间点温度设定值；由给水侧中间点温度控制回路、燃料侧中间点温度控制回路分别自动校正燃料侧和给水侧中间点温度，实现燃料侧、给水侧双向校正中间点温度和过热汽温；双向校正中间点温度和过热汽温的专用装置，包括主汽温度控制回路、给水侧中间点温度控制回路、燃料侧中间点温度控制回路等。本发明，加快了中间点温度的调节过程，克服了中间点温度校正对主汽压力和机组负荷的额外扰动过程。

说明书

技术领域

本发明涉及一种双向校正中间点温度和过热汽温的方法及其专用装置。属于电力系统的测控设备技术领域。

背景技术

超临界锅炉中间点温度是指直流炉汽水通路上的能快速反映给水流量和燃料量变化的过程点，在目前的超临界机组中，普遍选用处于锅炉水冷壁出口的汽水分离器中工质的温度。在超临界压力下运行的锅炉，水冷壁中工质温度随吸热量的变化而变化，而水冷壁出口工质温度的变化必然首先直接影响到过热汽温。因此，在直流炉机组中，中间点温度作为控制锅炉燃料量和锅炉总给水流量平衡的一个重要指标，在特定负荷下，中间点温度稳定，即意味着进入锅炉的燃料量和给水流量平衡，从而，锅炉的过热器出口汽温也可稳定在某个范围内。因此中间点温度控制是直流炉机组的一个重要控制系统。中间点温度控制主要用于总的煤、水比例的平衡，粗调主汽温度和再热器出口温度。

目前，国内外超(超)临界机组炉机组基本上都是采用燃料量或给水作单侧校正的。金湾电厂3、4号机组的中间点温度控制原来的设计逻辑中分两个回路：机组投入CCBF方式时，采用给水量校正中间点温度；机组投入CCTF方式时，采用燃料量校正中间点温度；2个校正回路只能单独起作用。中间点温度设定值增加的给水侧单独校正过程如图1所示。从中间点温度设定值开始变化，到中间点温度、主汽压力和机组负荷达到新的平衡，需要10—15分钟左右，在中间点温度改变的过程中，机组负荷和主汽压力均引起了额外的波动。图2是中间点温度设定值增加时的中间点温度、主汽温度、主汽压力和机组负荷的变化过程。同样，单独的燃料侧中间点温度投自动时，如中间点温度设定值改变，也存在着一个较长和较大的扰动过程：在中间点温度设定值改变后，还是需要经过10—15分钟左右，中间点温度和过热汽温才能过渡到新的设定值，主汽压力和机组负荷达到新平衡状态。在中间点温度调节过程中，机组负荷和主汽压力还是存在额外的波动。

然而，要通过中间点温度间接调节主汽温和再热汽温，即要求合理选择的中间点测量位置，使其能较快较灵敏地反映锅炉给水和燃料的变化，并要求在较大的负荷范围内具有良好的线性关系。但在实际中，很多直流炉机组的中间点温度存在明显的非线性特征，例如，在金湾电厂4号机组控制系统的优化研究过程中，我们发现给水流量改变40—50t/h后，某些负荷段中间点温度仅改变2℃，但在另外的负荷段，中间点温度变化量有可能超过10℃。同样，改变相同的燃料量，在不同的负荷段引起的中间点温度变化也有明显的差别。燃料量和给水量改变方向的不同引起中间点温度变化的过渡时间也有明显的差异。因此，在部分机组的实际运行中，中间点温度投入自动后稳定主汽温和再热器温的效果并不能令人满意，在机组升降负荷过程中还需要经常调整燃料量和给水量偏置，以保证最终的过热器出口温度。因此，现有的采用燃料量或给水作单侧校正，存在明显的实质性缺陷。

发明内容

本发明的第一个目的，是为了提供双向校正中间点温度和过热汽温的方法。

本发明的第二个目的，是为了提供一种用于双向校正中间点温度和过热汽温的方法的专用装置。

本发明的第一个目的可以通过采取如下措施达到：

双向校正中间点温度和过热汽温的方法，其特征是：

1)采用主汽温度控制回路结合给水侧中间点温度控制回路、燃料侧中间点温度控制回路联合调节中间点温度和过热汽温，即通过给水侧、燃料侧双方向修正主汽中间点温度和过热汽温；

2)主汽温度控制回路根据左、右侧主汽温度测量值与设定值的偏差，产生中间点温度设定值；主汽温度控制回路将中间点温度设定值输出到给水侧中间点温度控制回路、燃料侧中间点温度控制回路，由给水侧中间点温度控制回路、燃料侧中间点温度控制回路分别自动校正燃料侧和给水侧中间点温度，并分别将燃料侧、给水侧中间点温度指令输送到给燃料回路、给水回路；实现燃料侧、给水侧双向校正中间点温度和过热汽温。

本发明的第二个目的可以通过采取如下措施达到：

双向校正中间点温度和过热汽温的专用装置，其结构特点是：包括主汽温度控制回路、给水侧中间点温度控制回路、燃料侧中间点温度控制回路；主汽温度控制回路包括主汽温度控制器及设置在主汽温度控制器输入端的手动偏置、压力变送器、机组负荷设定端和机组(A，B)两侧温度变送器；给水侧中间点温度控制回路包括水侧中间点温度控制器及设置在水侧中间点温度控制器输入端的给水手动控制端、负荷控制端；燃料侧中间点温度控制回路包括燃料侧中间点温度控制器及设置在燃料侧中间点温度控制器输入端的燃料手动控制端、负荷控制端；水侧中间点温度控制器和燃料侧中间点温度控制器输出端连接主汽温度控制器的反馈信号输入端及分别外接给水指令连接端路、给燃料指令连接端。通过给水指令连接端、燃料指令连接端对外连接给水回路和给燃料回路控制端。

本发明的第二个目的还可以通过采取如下措施达到：

本发明第二个目的的一种实施方式是：

1)在压力变送器与主汽温度控制器之间、在机组负荷设定端与主汽温度控制器之间分别设有惯性模块和加法模块；惯性模块之一和加法模块之一串接在压力变送器与主汽温度控制器的连接处，惯性模块之二和加法模块之二串接机组负荷设定端与主汽温度控制器连接处；加法模块连接手动偏置输出端；

2)在机组A侧的两个温度变送器连接二重信号选择器之一的输入端，机组B侧的两个温度变送器连接二重信号选择器之二的输入端，二重信号选择器之一和二重信号选择器之二的输出端连接二重信号选择器之三的输入端，二重信号选择器之三的输出端连接主汽温度控制器的输入端；

3)主汽温度控制器的前馈输入端(FF端)与分离器出口压力对应的中间点温度设定函数输出连接，主汽温度控制器的跟踪开关输入端(TR端)连接与门之一输出端，该与门的两个输入端分别连接手动燃料校正控制端、手动给水校正端；机组负荷设定之二连接主汽温度控制器的一个输入端。

本发明第二个目的的一种实施方式是：给水手动控制端、负荷控制端分别连接或门之二的一个输入端，该或门的输出端连接水侧中间点温度控制器的跟踪输入端(TR端)。

本发明第二个目的的一种实施方式是：燃料手动控制端、负荷控制端分别连接或门之四的一个输入端，该或门的输出端连接燃料侧中间点温度控制器的跟踪输入端(TR端)。

本发明具有如下突出的有益效果：

1、本发明为了克服中间点温度单侧调节引起的主汽压力和机组负荷的额外扰动，我们尝试采用中间点温度同时校正燃料和给水的双向校正策略，实际中取得了良好的效果。中间点温度同时校正燃料和给水，加快了中间点温度的调节过程，同时较好地克服了中间点温度校正对主汽压力和机组负荷的额外扰动过程。

2、本发明由于增加了主汽温度控制回路，大大提高了机组变负荷工况机组异常工况下主汽温和再热器温的稳定性和灵活性。目前，机组在300MW—600MW负荷范围内以12MW/min的负荷速率升降负荷时，最大汽温偏差均可稳定在10℃以内，取得了非常良好的效果。

附图说明

图1是现有中间点温度设定值增加后给水侧校正引起的参数变化过程示意图。

图2是现有间点温度设定值增加后燃料侧校正引起的参数变化过程示意图。

图3是本发明中间点温度设定值增加后煤、水同时校正引起的参数变化过程示意图。

图4是本发明主汽温度闭环控制的脉冲图。

图5是本发明含主汽温度闭环控制的中间点温度燃料、给水双向校正电路框图。

具体实施方式

具体实施例1：

本实施例为双向校正中间点温度和过热汽温的方法，其特征是：

1)采用主汽温度控制回路结合给水侧中间点温度控制回路、燃料侧中间点温度控制回路联合调节中间点温度和过热汽温，即通过给水侧、燃料侧双方向修正主汽中间点温度和过热汽温；

2)主汽温度控制回路根据左、右侧主汽温度测量值与设定值的偏差，产生中间点温度设定值；主汽温度控制回路将中间点温度设定值输出到给水侧中间点温度控制回路、燃料侧中间点温度控制回路，由给水侧中间点温度控制回路、燃料侧中间点温度控制回路分别自动校正燃料侧和给水侧中间点温度，并分别将燃料侧、给水侧中间点温度指令输送到给燃料回路、给水回路；实现燃料侧、给水侧双向校正中间点温度和过热汽温。

参见图1和图2，当中间点温度增加时，

给水侧校正参赞数变化如下：给水流量降低，一方面引水、煤比降低，进而引起中间点温度增加、过热汽温增加；另一方面引起主汽压力降低和机组负荷降低，通过校正调节作用，促使燃料、给水量增加，主汽压力恢复，机组负荷恢复。

燃料侧校正参赞数变化如下：总燃料量增加，一方面引起水、煤比降低，进而引起中间点温度增加、过热汽温增加；另一方面引起主汽压力增加和机组负荷增加，通过校正调节作用，促使燃料、给水量降低，主汽压力恢复，机组负荷恢复。

参见图3和图4，中间点温度设定值增加后，给水侧和燃料侧同时校正引起的参数变化过程如下：

当中间点温度增加时，给水流量降低、总燃料量增加，给水侧的主汽压力降低、燃料侧的主汽压力增加，水、煤比降低，引起中间点温度增加、过热汽温增加，但通过双向校正作用，达到主汽压力平衡、机组负荷平衡的目的。

参见图5，本具体实施例的专用装置，包括主汽温度控制回路1、给水侧中间点温度控制回路2、燃料侧中间点温度控制回路3；主汽温度控制回路1包括主汽温度控制器11及设置在主汽温度控制器11输入端的手动偏置10、压力变送器12、机组负荷设定端13和机组(A，B)两侧温度变送器(14，15)；给水侧中间点温度控制回路2包括水侧中间点温度控制器21及设置在水侧中间点温度控制器21输入端的给水手动控制端22、负荷控制端23；燃料侧中间点温度控制回路3包括燃料侧中间点温度控制器31及设置在燃料侧中间点温度控制器31输入端的燃料手动控制端32、负荷控制端33；水侧中间点温度控制器21和燃料侧中间点温度控制器31输出端连接主汽温度控制器11的反馈信号输入端及分别外接给水指令连接端路、给燃料指令连接端。通过给水指令连接端路、给燃料指令连接端对外连接给水回路和给燃料回路控制端。压力变送器12的输出端叠加后连接主汽温度控制器11的信号输入端。

下面结合图5对本实施例的专用装置作详细说明：

图5中所用部件全部为常规部件，具体说明如下：PT—压力变送器，TE—温度变送器，LAG—惯性模块，2SEL—二重信号选择器，T—信号切换器，∑--加法模块，A---运行人员手动给定偏置，OR—或门，AND—与门，脉冲模块，PID—主汽温度控制器，PID1—水侧中间点温度控制器，PID2—燃料侧中间点温度控制器，FF—控制器前馈输入端，TR—控制器跟踪开关量输入，KP—控制器比例增益，TI—控制器积分时间，UD—机组负荷设定值，TCO—控制器输出指令，B—页内信号过渡连接，C—页内信号过渡连接。

算法运算关系说明：

PT—压力变送器，常规压力变送器，测量量程0—30MPa；

TE—温度变送器，常规热电偶温度变送器，测量量程0—600℃；

LAG—惯性模块，其算法说明：

对输入进行一阶惯性运算，计算公式的拉氏传递函数为：

Y(S)＝1/(LT*S+1)

标记说明：

 

标记名数据类型缺省值描述输出  Yfloat0.0滞后输出输入  Xfloat0.0以B.I方式表示的指针，或是立即浮点数参数  LTfloat0.0惯性时间常数，单位秒，＝0.0时为纯滞后

2SEL—二重信号选择器，算法描述：

本功能块对二个输入信号进行自动选择或手动选择。

如果在强制方式，即Mode＝4或5，则输出值等于指定的那个输入值，本功能块状态同输入点。

(1)如果二个输入点均为坏点，则输出为坏点，输出保持不变；

(2)如果一个输入点为坏点，则输出等于另一好点之值；

(3)如果二个输入点均为好点；

(a)如二者间偏差越限，则输出为坏点，输出保持不变；

(b)如二者间偏差不越限，则输出随Mode＝0或1或2，取平均或低选或高选。

标记描述：

 

标记名数据类型缺省值描述输出   Yfloat0.0二选一的输出输入   X1，X2float0.0以B.I方式表示的指针，或是立即浮点数参数   Modeword0选择方式，0＝平均，1＝低选，2＝高选，3＝保留，4＝选1，5＝选2

T—信号切换器，算法描述：

按输入开关量的值选择二个模拟量之一作为输出，存放在OUT中。

如果Z(n)＝＝TRUE，则OUT(n)＝Y(n)；如果Z(n)＝＝FAULT，则，Y(n)＝N(n)。

标记描述：

 

标记名数据类型缺省值描述输出  OUTfloat0.0无扰切换输出输入  Y，Nfloat0.0以B.I方式表示的指针，或是立即浮点数输入  ZboolF选择开关，以B.I方式表示的指针，或是立即布尔数

∑—加法模块，算法说明：

本功能块对二个浮点变量作加法运算，输出一个浮点变量。

输出Y(n)＝k1*A(n)+k2*B(n)+C

标记说明：

 

标记名数据类型缺省值描述输出   Yfloat0.0加法输出输入   A，Bfloat0.0以B.I方式表示的指针，或是立即浮点数参数   k1，k2float1.0输入A，B的增益参数   Cfloat0.0加法器的输出偏置

A—手动给定器，算法描述：

本功能块输出一个可被操作的浮点变量，接收增减输出和置数操作指令，增减速率，由操作指令调节。可对输出进行限幅。每收到一个操作指令，在D上输出一个正向单脉冲。

标记描述：

 

标记名数据类型缺省值描述输出   Yfloat0.0模拟量输出输出   DboolF指示输出，有指令操作时输出一个正向单脉冲输入   YH，YLfloat100.0，0.0输出上下限，以B.I方式表示的指针，或是立即浮点数

OR—或门，算法描述：

本功能块对二个布尔变量“或”操作，输出一个布尔量。

输出D(n)＝Z1(n)OR Z2(n)

标记描述：

 

标记名数据类型缺省值描述输出   DboolF或运算输出输入   Z1，Z2boolT以B.I方式表示的指针，或是立即布尔数

AND—与门，算法描述：

本功能块对二个布尔变量“与”操作，输出一个布尔量。

输出D(n)＝Z1(n) AND Z2(n)

标记描述：

 

标记名数据类型缺省值描述输出   DboolF与运算输出输入   Z1，Z2boolT以B.I方式表示的指针，或是立即布尔数

—脉冲模块，算法描述：

单脉冲定时器：其逻辑顺序图参见图6。

其特性描述为：只要Set信号从0变到1且复位信号不出现，D输出即保持宽度为DT的脉冲信号；若计时期间Rst信号的上升沿到，D输出立即复位，直到下一个Set信号的上升沿。

标记描述：

 

标记名数据类型缺省值描述输出   dTfloat0.0从Set开始，内部计时，单位：秒，最大为DT输出   DboolF输出，结束指示开关输入   SetboolF以B.I方式表示的指针，或是立即布尔数输入   RstboolF以B.I方式表示的指针，或是立即布尔数输入   DTfloat1.0计时时间，单位：秒

PID—主汽温度控制器，PID1—水侧中间点温度控制器，PID2—燃料侧中间点温度控制器

主汽温度控制器、水侧中间点温度控制器、燃料侧中间点温度控制器均为标准的PID运算模块，FF—控制器前馈输入端、TR—控制器跟踪开关量输入、KP—控制器比例增益、TI—控制器积分时间分别为PID运算模块的外部连接信号或内部参数。

标记描述：

 

标记名数据类型缺省值描述输出   Yfloat0.0PID输出输入   SPfloat0.0设定值输入输入   PVfloat0.0测量值输入输入   DboolTPID方向开关，D＝T时，e＝PV-SP；D＝F时，e＝SP-PV；输入   YHfloat100.0输出的上限输入   YLfloat0.0输出的下限输入   TRfloat0.0被跟踪变量输入   TSboolF跟踪切换开关输入   FFfloat0.0前馈变量输入   Kpfloat1.0比例放大系数，Kp＝0.0时无比例项输入   Tifloat0.0积分时间，单位为秒，Ti＝0.0时无积分项输入   Tdfloat0.0微分时间，单位为秒，Td＝0.0时无微分项参数   Kdfloat0.0微分器放大系数

算法描述：

EPID的拉氏变换式为：

在自动时，$Y\left(s\right)=(\mathrm{Kp}+\frac{1}{\mathrm{Ti}*S}+\frac{\mathrm{Kd}*\mathrm{Td}*S}{\mathrm{Td}*S+1})E\left(s\right)+\mathrm{FF}\left(s\right)$

D＝T时，E(S)＝PV(S)-SP(S)；D＝F时，E(S)＝SP(S)-PV(S)；

在跟踪时(TS＝T)，Y(s)＝TR(s)，然后，将Y限制在YH和YL之间。并确保YH>YL。UD—机组负荷设定值，协调控制系统来的机组负荷设定值，信号量程0—700MW。

TCO—控制器输出指令，到其它控制回路的输出信号。

B—页内信号过渡连接，虚线框I输出”B”到虚线框IV输入”B”的信号连接。

C—页内信号过渡连接，虚线框I输出”C”到虚线框II输入”C”的信号连接。

F1(X)—F9(X)的函数关系：

函数F1(X)—F9(X)的函数关系是根据锅炉厂家热力计算书提供的参数和现场系统投运情况修正的离散型函数，对于不同型号和不同厂家的锅炉设备和锅炉燃烧的燃料品种，其最终整定参数可能存在差异。以某电厂使用的上海锅炉厂生产的SG1913/25.40-M960型超临界600MW机组为例，F1(X)—F9(X)的函数关系参考整定值如下：

F1(X)—分离器出口压力到分离器出口温度的函数

 

分离器出口压力(表压，MPa)11.913.919.921.125.927.1分离器出口温度设定值(℃)344356387392.6411.8419.6

F2(X)—给水侧中间点温度控制器比例带函数

 

负荷设定(MW)0120270350450700比例带(％)252018182020

F3(X)—给水侧中间点温度控制器积分函数

 

负荷设定(MW)0120510700积分时间(min)8554

F4(X)—燃料侧中间点温度控制器比例带函数

 

负荷设定(MW)0120700比例带(％)201515

F5(X)—燃料侧中间点温度控制器积分参数

 

负荷设定(MW)0120300700积分时间(min)6655

F6(X)—不投高加时，中间点温度的偏移修正函数

 

负荷设定(MW)200300600700中间点温度修正值(℃)-6-7-11-13

F7(X)—机组负荷到过热器出口温度的函数

 

负荷设定(MW)068.4136.9239.5600684主汽温度设定值(℃)420518525568568571

F8(X)—主汽温度控制器比例带函数

 

负荷设定(MW)0300400660比例带(％)160160180240

F9(X)—主汽温度控制器积分参数

 

负荷设定(MW)0660积分时间(min)88

虚线框III为主汽温度控制回路1，包括主汽温设定、主汽温测量选择和中间点温度前馈回路三部分。

主汽温度设定值回路包括四个模块：一个惯性模块、一个函数模块、一个加法模块和一个手动偏置设置模块，机组负荷设定经惯性作用后送到函数发生器F7(X)，形成自动的主汽温度设定值，自动温度设定值手动偏置值相加，形成最终的主汽温度设定值。

主汽温度测量值回路包括三个二重信号选择模块：A侧二个主汽温和B侧二个主汽温分别经二重选择后再进行二重选择，选出最终的主汽温度测量值信号。该选择值可通过人工选择或自动选择，有高选、低选、平均值、A侧、B侧五个选择类型。

中间点温度前馈回路包括一个惯性模块、1个函数模块和1个加法模块。分离器出口压力经一阶惯性后送至函数F1(X)模块，产生自动的中间点温度前馈信号，F1(X)模块的输出值是对应压力的饱和温度加一定的过热度偏置值。

过热器出口温度选择值与过热器出口温度设定值的偏差在温度主控制器PID中运算，加上主汽温度前馈控制器的输入叠加，产生可保证主汽温度的动态范围的中间点温度设定值，该设定值加上一手动偏置，形成最终的中间点温度设定值。中间点温度设定值分别送至给水侧中间点温度校正回路和燃料侧中间点温度校正回路。

中间点温度可同时通过给水流量和总燃料量进行双向校正，条件是给水流量主控和燃料流量主控均投入自动且机组负荷大于30％。如仅有给水流量主控投自动，则给水侧中间点温度可单独投自动；如仅有总燃料量主控投自动，则燃料侧中间点温度可单独投自动。

虚线框I部分为给水侧中间点温度控制回路2，该回路共包括七个模块：一个PID模块、二个脉冲模块、二个或门和二个函数模块。中间点温度设定值和中间点温度测量值分别送至PID1的SP端和PV端。PID1的比例带和积分时间分别为负荷设定的函数值，通过F2(X)和F3(X)，可保证各个负荷段内中间点温度的控制均有较好的调节品质。PID1的跟踪切换条件包括给水主控手动、机组负荷低于30％。

虚线框II部分为燃料侧中间点温度控制回路3，该回路共包括四个模块：一个PID模块、一个或门和二个函数模块。中间点温度设定值和中间点温度测量值分别送至PID2的SP端和PV端。PID2的比例带和积分时间分别为负荷设定的函数值，通过F4(X)和F5(X)，可保证各个负荷段内中间点温度的控制均有较好的调节品质。PID2的跟踪切换条件包括燃料主控手动、机组负荷低于30％。

参照图5，本发明由于设置了主汽温度控制回路1，其主汽温度调节器根据左右侧主汽温度测量值与设定值的偏差，产生中间点温度设定值，中间点温度调节器输出同时作用到给水量和燃料量控制回路。燃料侧和给水侧中间点温度校正可同时起作用，也可单独起作用。煤、水侧中间点温度校正同时起作用时，不仅加快了中间点温度的调节过程，同时也降低了由于中间点温度校正过程中对机组负荷和主汽压力的额外扰动作用。。

其它实施例：

在实际应用中：

可以由主汽温度控制回路结合给水侧中间点温度控制回路、燃料侧中间点温度控制回路联合调节中间点温度和过热汽温，即通过给水侧、燃料侧双方向修正主汽中间点温度和过热汽温。