專利名稱：單環(huán)路調(diào)溫控制的制作方法
技術領域：
本發(fā)明大致涉及用于控制溫度的控制系統(tǒng)。更具體地說，本發(fā)明涉及一種關于級 間調(diào)溫的蒸汽溫度控制，其可用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電應用中的熱回收蒸汽發(fā)生(HRSG)系統(tǒng)。
背景技術：
HRSG系統(tǒng)可產(chǎn)生帶有很高出口溫度的蒸汽。特別地，HRSG系統(tǒng)可包括過熱器，通 過該過熱器可使蒸汽在被蒸汽渦輪使用之前過熱。如果來自過熱器的出口蒸汽達到足夠高 的溫度，蒸汽渦輪，以及HRSG下游的其它設備，可能受到不利的影響。例如，蒸汽管道和蒸 汽渦輪中的高循環(huán)熱應力可最后導致縮短的壽命周期。有時，由于過度的溫度，控制措施可 能使燃氣渦輪和/或蒸汽渦輪停機。這可導致其可發(fā)電的損失，從而削弱設備收益和可操 作性。不適當?shù)乜刂普羝麥囟冗€可導致蒸汽管道和蒸汽渦輪內(nèi)的高循環(huán)熱應力，影響它們 的使用壽命。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)已被設計為幫助監(jiān)測和控制來自HRSG系統(tǒng)的出口蒸汽的溫 度。令人遺憾的是，這些控制系統(tǒng)常常使得溫度在例如進入過熱器的入口溫度迅速增加的 過渡過程期間產(chǎn)生過調(diào)。相反地，當設法控制高的出口蒸汽溫度的時候，存在其它潛在的不利的調(diào)溫控制 效果。存在使溫度變得太低而導致不完全飽和的調(diào)溫器流體流過過熱器、互連管道或蒸汽 渦輪的危險?？刂品€(wěn)定性問題還可影響調(diào)溫器下游的蒸汽系統(tǒng)的循環(huán)壽命，以及影響調(diào)溫 系統(tǒng)閥、泵等的壽命。特別地，通常使用的非基于模型的技術由控制結構構成，在該控制結構中，外環(huán)路 基于離開末級高壓過熱器的所希望的和實際的蒸汽溫度之間的差異，產(chǎn)生進入末級高壓過 熱器的蒸汽的設定點溫度。外環(huán)路比例積分微分(PID)控制器可建立用于內(nèi)環(huán)路PID控制 器的設定點溫度。控制邏輯的內(nèi)環(huán)路可基于實際的和設定點溫度之間的差異驅動控制閥， 以在它進入末級高壓過熱器之前適宜地降低蒸汽溫度。令人遺憾的是，這種技術不一定總 是能夠控制蒸汽溫度在燃氣渦輪輸出的瞬態(tài)改變過程中的過調(diào)。另外，這種技術可能常常 需要大量調(diào)節(jié)以便在所有可能的瞬態(tài)過程中實現(xiàn)滿意的操作。關于非基于模型的技術的過調(diào)問題，隨著來自燃氣渦輪的排氣溫度增加，離開末 級高壓過熱器的蒸汽的溫度不但可能增加到超過設定點溫度，而且可能即使在排氣溫度開 始降低之后繼續(xù)超過最高允許溫度。這種過調(diào)問題可能部分地由于用于末級高壓過熱器的 金屬的大部分所引起的顯著的熱滯的存在。影響調(diào)溫的其它因素可包括調(diào)溫閥的類型和尺 寸大小、調(diào)溫器流體供給泵的操作條件、使用的設備之間的距離、使用的設備的其它限制、 傳感器位置和精度等等。這種過調(diào)問題在燃氣渦輪排氣溫度迅速改變時還可能變得更加嚴 重。傳統(tǒng)的調(diào)溫器控制邏輯要求交互的并且長的調(diào)節(jié)循環(huán)?；谀Ｐ偷念A測技術包括 級聯(lián)控制結構，其中外環(huán)路(反饋和前饋的某種結合)基于離開末級過熱器(FSH)的所希 望的和實際的蒸汽溫度之間的差異而產(chǎn)生進入末級過熱器(FSH)(也就是在FSH的入口) 的蒸汽的設定點溫度。內(nèi)環(huán)路基于FSH入口的實際的和設定點溫度之間的差異驅動調(diào)溫器
4閥，以在蒸汽進入FSH之前適宜地降低蒸汽溫度。由于級聯(lián)控制結構的存在，因為一個控制 器中的改變將影響其它控制器的性能，因此控制調(diào)節(jié)是不容易的。這使得交互的并且長的 調(diào)節(jié)循環(huán)成為必須。由于競爭性的市場和緊的投產(chǎn)時間表，這樣的控制器不能達到最優(yōu)調(diào) 節(jié)，因此不利地影響整個系統(tǒng)的長期性能。因此，需要熱回收系統(tǒng)中改進的溫度控制系統(tǒng)，該溫度控制系統(tǒng)可容易地調(diào)節(jié)為 穩(wěn)定的，并且還防止大的溫度過調(diào)，以及防止不完全飽和的調(diào)溫器流體流過調(diào)溫器下游的 蒸汽系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供一種熱回收蒸汽發(fā)生系統(tǒng)。熱回收蒸汽發(fā)生系統(tǒng)包括 在蒸汽路徑內(nèi)的至少一個過熱器，用于接收蒸汽流并且構造成產(chǎn)生過熱蒸汽流。該系統(tǒng)還 包括用于將調(diào)溫流體注入蒸汽路徑的級間調(diào)溫器。該系統(tǒng)進一步包括聯(lián)接到級間調(diào)溫器的 控制閥。控制閥構造成控制到級間調(diào)溫器的調(diào)溫流體的流量。該系統(tǒng)還包括聯(lián)接到控制 閥和級間調(diào)溫器的控制器。該控制器進一步包括前饋控制器和調(diào)整反饋控制器(trimming feedback controller)。前饋控制器構造成確定所需的調(diào)溫流體的流量，而調(diào)整反饋控制 器構造成補償所確定的調(diào)溫流體流量中的不精確性，以基于來自過熱器的蒸汽的出口溫度 確定通過控制閥進入級間調(diào)溫器的入口的調(diào)溫流體的凈所需流量。該控制器還基于流量對 閥特性來確定控制閥需求量。該控制器進一步操縱級間調(diào)溫器的控制閥，并且通過級間調(diào) 溫器注入所需量的調(diào)溫流，以在進入過熱器的入口的上游執(zhí)行調(diào)溫。在另一實施例中，提供一種用于控制來自熱回收蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的末級過熱器的蒸 汽的出口溫度的方法。該方法包括通過前饋控制器確定所需量的開環(huán)調(diào)溫流體流量。該方 法還包括通過調(diào)整反饋控制器補償所確定的開環(huán)調(diào)溫流體流量中的不精確性，以基于來自 熱回收蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的末級過熱器的蒸汽的出口溫度，確定通過控制閥進入級間調(diào)溫器的 入口的調(diào)溫流體的凈所需流量。該方法還包括基于調(diào)溫流對閥特性來確定控制閥需求量。 該方法進一步包括操縱級間調(diào)溫器的控制閥，并且注入所需量的調(diào)溫流，以在進入末級過 熱器的入口的上游執(zhí)行調(diào)溫。根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供一種控制器。該控制器聯(lián)接到控制閥和級間調(diào)溫器。該 控制器進一步包括前饋控制器和調(diào)整反饋控制器。前饋控制器構造成確定所需量的調(diào)溫流 體流量，而調(diào)整反饋控制器構造成補償所確定的調(diào)溫流體流量中的不精確性，以基于來自 過熱器的蒸汽的出口溫度來確定通過控制閥進入級間調(diào)溫器的入口的調(diào)溫流體的凈所需 流量。該控制器還基于流量對閥特性確定控制閥需求量。該控制器進一步操縱級間調(diào)溫器 的控制閥，并且通過級間調(diào)溫器注入所需量的調(diào)溫流，以在進入過熱器的入口的上游執(zhí)行 調(diào)溫。


在參考附圖閱讀下列詳細說明時可以更好地理解本發(fā)明的這些和其它特征、方面 和優(yōu)點，在附圖中同樣的標號代表同樣的部件，其中圖1是具有單環(huán)路調(diào)溫控制的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的實施例的示意性流程圖；圖2是級間調(diào)溫系統(tǒng)的實施例的示意性流程圖，該系統(tǒng)利用連同圖1的系統(tǒng)的單環(huán)路調(diào)溫控制器的給水調(diào)溫；圖3是用于控制來自圖1的系統(tǒng)中的過熱器的出口蒸汽溫度的方法的流程圖；以 及圖4是具有單環(huán)路調(diào)溫控制器和防驟冷控制器(anti-quenchcontroller)的控制 器結構的另一實施例。標號列表10熱回收蒸汽發(fā)生系統(tǒng)12燃氣渦輪14第一負載16 渦輪18壓縮機20蒸汽渦輪22第二負載24低壓級26中壓級28高壓級30多級熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)32 排氣34冷凝器36冷凝物泵38低壓節(jié)約器40低壓鼓42 低壓蒸發(fā)器(LPEVAP)44 中壓節(jié)約器(IPEC0N)46鍋爐給水泵48中壓鼓50 中壓蒸發(fā)器(IPEVAP)52 高壓節(jié)約器(HPEC0N)54高壓鍋爐給水泵56高壓鼓58 高壓蒸發(fā)器(HPEVAP)60初級高壓過熱器62末級高壓過熱器64級間調(diào)溫器66控制器68控制閥70 一種用于控制來自系統(tǒng)中過熱器的出口蒸汽溫度的方法72確定起動過熱器溫度Tstot和停止過熱器溫度T6nd的步驟74如果末級過熱器的溫度達到溫度T6nd或者以下，停止調(diào)溫過程的決策步驟
76如果末級過熱器的溫度達到等于或大于溫度Tstart的溫度，觸發(fā)調(diào)溫過程的決策步驟
78建立設定點溫度的步驟
80基于調(diào)溫器流量需求WFF和WPI確定凈所需的調(diào)溫流體流量WT的步驟
82確定防驟冷調(diào)溫器流體流量WQ的步驟
84確定是否希望防驟冷調(diào)溫器流體流量WQ包括在調(diào)溫流體流量WT中的步驟
86確定閥需求量的步驟
88執(zhí)行調(diào)溫過程的步驟
90控制器結構
92前饋控制器
96反饋控制器
104控制選擇器和超馳控制器
108驟冷控制器
具體實施例方式本技術大致針對一種用于控制末級過熱器上游的級間調(diào)溫系統(tǒng)的操作以進一步 控制來自末級過熱器的出口溫度的控制系統(tǒng)和方法。該控制系統(tǒng)包括前饋控制和反饋控 制，并且采用閥特性計算，以便將調(diào)溫流量轉換成閥需求量，以便控制溫度。特別地，控制系 統(tǒng)的實施例可基于來自末級過熱器的蒸汽的出口溫度是否超過設定點溫度以及進入末級 過熱器的蒸汽的入口溫度是否接近或者小于蒸汽的飽和溫度來確定是否需要進行調(diào)溫。在介紹本發(fā)明的各種實施例的元件時，冠詞“一”、“一個”、“該”和“所述”意在表 示存在一個或多個這樣的元件。術語“包含”、“包括”和“具有”是包括性的并且表示可能 存在除列出的元件以外的另外的元件。操作參數(shù)的任何示例不排除所公開的實施例的其它 參數(shù)。圖1是具有溫度控制系統(tǒng)的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)10的示例性實施例的示意性流程 圖，如在下面詳細論述的。系統(tǒng)10可包括用于驅動第一負載14的燃氣渦輪12。燃氣渦輪 12可包括渦輪16和壓縮機18。系統(tǒng)10還可包括用于驅動第二負載22的蒸汽渦輪20。第 一負載14和第二負載22可為用于產(chǎn)生電功率的發(fā)電機，或者可為能夠由燃氣渦輪12和蒸 汽渦輪20驅動的其它類型的負載。另外，燃氣渦輪12和蒸汽渦輪20還可串聯(lián)利用以通過 單個軸驅動單個負載。在顯示的實施例中，蒸汽渦輪20可包括低壓級24，中壓級26，以及 高壓級28。然而，蒸汽渦輪20以及燃氣渦輪12的特定構造可以是實現(xiàn)所特有的并且可包 括級的任何結合。聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)10還可包括多級熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)30。顯示的HRSG系 統(tǒng)30是HRSG系統(tǒng)一般操作的簡化描繪，而非意在限制。來自燃氣渦輪12的排氣32可用 于加熱HRSG 30中的蒸汽。來自蒸汽渦輪20的低壓級24的排氣可被引導到冷凝器34內(nèi)。 來自冷凝器34的冷凝物可再借助于冷凝物泵36被引導到HRSG 30的低壓段。冷凝物可首 先流過低壓節(jié)約器38 (LPEC0N)，該LPEC0N 38可用于加熱冷凝物，并且然后冷凝物可被引 導進入低壓鼓40。冷凝物可從低壓鼓40被抽取到低壓蒸發(fā)器42 (LPEVAP)中，該LPEVAP 42可使蒸汽回到低壓鼓40。來自低壓鼓40的蒸汽可被發(fā)送到蒸汽渦輪20的低壓級24。
7來自低壓鼓40的冷凝物可由中壓鍋爐給水泵46抽吸到中壓節(jié)約器44(IPEC0N)中，并且然 后可被引導到中壓鼓48內(nèi)。冷凝物可從中壓鼓48被抽取到中壓蒸發(fā)器50 (IPEVAP)內(nèi)，該 IPEVAP50可使蒸汽回到中壓鼓48。來自中壓鼓48的蒸汽可被發(fā)送到蒸汽渦輪20的中壓級 26。來自低壓鼓40的冷凝物還可由高壓鍋爐給水泵54抽吸到高壓節(jié)約器52 (HPEC0N)內(nèi)， 并且然后可被引導到高壓鼓56內(nèi)。冷凝物可從高壓鼓56被抽取到高壓蒸發(fā)器58 (HPEVAP) 內(nèi)，該HPEVAP 58可使蒸汽回到高壓鼓56。最后，離開高壓鼓56的蒸汽可被引導到初級高壓過熱器60以及末級高壓過熱器 62，在其中使蒸汽過熱，并且最后發(fā)送到蒸汽渦輪20的高壓級28。來自蒸汽渦輪20的高壓 級28的排氣可再被引導到蒸汽渦輪20的中壓級26內(nèi)，而來自蒸汽渦輪的中壓級26的排 氣可被引導到蒸汽渦輪20的低壓級24內(nèi)。在某些實施例中，初級和次級再熱器還可以與 初級高壓過熱器60和末級高壓過熱器62—起使用。另外，節(jié)約器、蒸發(fā)器和蒸汽渦輪之間 的連接在不同的實現(xiàn)中可變化，因為顯示的實施例僅僅說明HRSG系統(tǒng)的一般操作。為了維持HRSG系統(tǒng)的處理的效率以及包括關聯(lián)設備的蒸汽渦輪20的壽命，過熱 器和再熱器的級間調(diào)溫可用于獲得對離開HRSG 30的蒸汽的魯棒的溫度控制。級間調(diào)溫器 64可位于初級高壓過熱器60和末級高壓過熱器62之間。級間調(diào)溫器64能夠實現(xiàn)對來自 末級高壓過熱器62的蒸汽的出口溫度的更加魯棒的控制。級間調(diào)溫器64可由單環(huán)路調(diào)溫 控制來控制，以便更精確地控制來自末級高壓過熱器62的蒸汽出口溫度。級間調(diào)溫器64 可，例如，通過使較冷的高壓給水，諸如給水噴霧能夠在適當時進入蒸汽路徑，來控制蒸汽 的溫度。此外，雖然未顯示在圖1中，初級和/或次級再熱器也可與專用調(diào)溫設備相關聯(lián)， 或者利用級間調(diào)溫器64用于對來自再熱器的出口蒸汽溫度進行調(diào)溫。圖2是利用調(diào)溫流體以及圖1的系統(tǒng)10的單環(huán)路級間調(diào)溫控制器66的級間調(diào)溫 系統(tǒng)的實施例的示意性流程圖。該調(diào)溫流體處于比進入過熱器的蒸汽的入口溫度還要低的 溫度。在一個實施例中，級間調(diào)溫器64可接收來自獨立于熱回收蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的蒸汽處理 管道源的調(diào)溫流體。在另一實施例中，級間調(diào)溫器64可接收來自蒸發(fā)器或者鼓的調(diào)溫流 體?？刂破?6聯(lián)接到控制閥68和級間調(diào)溫器64，控制器66構造成基于來自末級過熱器 62的蒸汽的出口溫度來確定凈所需的調(diào)溫流體的流量，調(diào)溫流體包括通過控制閥68進入 級間調(diào)溫器64的入口的水或蒸汽?？刂崎y68可以是任何適當類型的閥。然而，不論使用 什么類型的閥，控制閥68的操作可受控制器66的影響?？刂破?6基于流量到閥的特性進 一步確定控制閥需求量，并且通過級間調(diào)溫器64注入所需量的調(diào)溫流體流量，以在進入末 級過熱器62的入口的上游執(zhí)行調(diào)溫。在一個實施例中，本發(fā)明包括閥管理技術，其在補償 壓力變化、密度和基于前饋和反饋修正的流量，以及飽和限制的同時，動態(tài)地計算代表控制 閥需求量或者作為控制閥的閥升程的函數(shù)的流量的數(shù)據(jù)。如圖2中所示，進入級間調(diào)溫器控制器66的各種輸入可，例如，包括在末級高壓過 熱器62的入口處的蒸汽溫度Tin，離開末級高壓過熱器62的蒸汽的溫度T。ut，在本發(fā)明的一 個實施例中在調(diào)溫器入口處的蒸汽溫度T1和調(diào)溫器水溫T2。在另一實施例中，進入級間 調(diào)溫器控制器66的其它輸入可包括幾何或構造參數(shù)，諸如過熱器管的數(shù)量、過熱器管的長 度、管直徑和燃氣渦輪排氣傳熱面積。在又一實施例中，進入控制器66的其它的輸入?yún)?shù) 可包括排氣流量、調(diào)溫器入口壓力、調(diào)溫器水流量、到末級過熱器62的蒸汽流量、在末級高 壓過熱器62的入口處的蒸汽壓力。
圖3是用于控制來自圖1的系統(tǒng)10中的過熱器的出口蒸汽溫度的方法70的流程 圖。在非限制示例性的實施例中，方法70還可應用于許多不同類型的過程，其中來自傳熱 裝置的流體的出口溫度可被控制。在步驟72，可對于系統(tǒng)10確定起動過熱器溫度Tst t和 停止過熱器溫度T6nd。起動過熱器溫度Tstart或者停止過熱器溫度T6nd應該低于所需的末級 過熱器62的出口溫度。在步驟74，如果末級過熱器62的溫度達到溫度Tend或者在Tend以 下，則調(diào)溫過程可停止。在步驟76，只有當末級過熱器62的溫度達到等于或大于溫度Tstart 的溫度時，調(diào)溫才可被觸發(fā)。進一步地在步驟78，可對于來自末級過熱器62的蒸汽的出口 溫度T。ut設定設定點溫度Tsp。設定點溫度Tsp可設定為可保護蒸汽渦輪20和關聯(lián)的管道、 閥門和其它設備的任何特定的溫度。在其它實施例中，設定點溫度Tsp可代表最高容許溫度 的百分比或偏移量值。對于設定點溫度Tsp合適的值例如可以是1050下。在步驟80，調(diào)溫 流體流量的凈所需量WT基于調(diào)溫器流量需求WFF和WPI來確定，WFF和WPI是基于前饋和反饋 的。在步驟82，防驟冷調(diào)溫器流體流量^可基于如圖2中所示進入末級過熱器62的 入口溫度Tin是否大于蒸汽飽和溫度Tsat加上某一預先確定的安全值A來確定。這個步驟 可能是所希望的，以確保蒸汽保持高于蒸汽的飽和溫度Tsat。這種確定可利用蒸汽表和蒸汽 的入口壓力Pin完成。如果蒸汽的入口溫度Tin大于Tsat+A，則調(diào)溫可被準許。然而，如果 蒸汽的入口溫度Tin目前已經(jīng)小于Tsat+ A，則調(diào)溫可被忽略，并且方法70可繼續(xù)進行回到對 接下來的時間段的情況的重新評估。該控制步驟本質上是超馳噴霧調(diào)溫以防止水沖擊在末 級高壓過熱器62的管上，這將導致管內(nèi)高于常態(tài)的應力或者腐蝕。因此，即使在步驟76中確定了調(diào)溫可能是所希望的以便保持蒸汽的出口溫度T。ut 低于設定點溫度Tsp，調(diào)溫也可能被忽略，以便維持蒸汽溫度充分地高于飽和點。換句話說， 蒸汽的出口溫度T。ut可被允許臨時升高到高于設定點溫度Tsp。在步驟84，確定是否希望防 驟冷調(diào)溫器流體流量WQ包括在調(diào)溫流體流量WT中。在步驟86，基于流量需求、閥系數(shù)、密度以及在級間調(diào)溫器入口內(nèi)和在末級過熱器 入口處的壓力變化來確定閥需求量?？刂崎y需求量可限定為流量，該流量在補償壓力變化、 密度或者基于前饋和反饋以及飽和限制而修正的流量的同時，是控制閥的閥升程的函數(shù)。 最后，在步驟88，可在進入末級高壓過熱器62的入口的上游執(zhí)行調(diào)溫過程，以便降低蒸汽 的入口溫度Tin，使得出口溫度T。ut可維持在所希望的水平。如上面關于圖2所述，調(diào)溫可包 括打開控制閥68以允許冷的、高壓給水噴霧被引入蒸汽流。該噴霧可冷卻蒸汽流，使得進 入末級高壓過熱器62的如圖2中所示的入口溫度Tin可降低。圖4是具有單環(huán)路調(diào)溫控制的控制器結構90的實施例。包括位于單環(huán)路中的前 饋控制器92的該控制器結構90構造成利用前饋控制92，基于來自末級過熱器62的蒸汽 的出口溫度，確定通過如圖2中所示的控制閥68進入級間調(diào)溫器64的入口的所需量的給 水流量。單環(huán)路調(diào)溫控制可基于流量到閥的特性來確定控制閥需求量，并且通過調(diào)溫器64 注入所需量的給水，以在進入末級過熱器62的入口的上游執(zhí)行調(diào)溫。單環(huán)路調(diào)溫控制的公 開實施例包括與比例積分(PI)調(diào)整反饋控制器96并聯(lián)的前饋控制器92，以基于前饋流量 需求WFF和反饋流量需求WFB的和確定修正的流量需求WT。如所示的，在考慮到在調(diào)溫器入 口處的蒸汽溫度、調(diào)溫器入口壓力、調(diào)溫器水流量、調(diào)溫器水溫、到末級過熱器62的蒸汽流 量、在末級高壓過熱器62的入口處的蒸汽溫度Tin、在末級高壓過熱器62的入口處的蒸汽壓力以及離開末級高壓過熱器62的蒸汽的溫度T。ut等確定了該值之后，前饋控制器92可 使用該值來計算蒸汽的預測出口溫度T。ut。進入前饋控制器92的其它的輸入變量可包括幾 何或構造參數(shù)，諸如過熱器管的數(shù)量、過熱器管的長度和管直徑。在一個實施例中，前饋值可利用基于模型的預測技術，諸如，但不限于，穩(wěn)態(tài)第一 原理熱力學模型來確定。因此，控制器可以是基于模型的預測溫度控制邏輯，其包括基于經(jīng) 驗數(shù)據(jù)的模型、基于熱力學的模型或者其結合。這種基于模型的預測溫度控制可進一步包 括構造成補償預測溫度模型中的不精確性的比例積分控制器。在另一實施例中，前饋值可 利用物理模型(諸如第一原理物理模型)來確定。在又一實施例中，前饋值可利用基于查 詢表或基于輸入輸出映射的回歸模型來確定。與前饋控制器92并聯(lián)使用的PI調(diào)整反饋控 制器96具有形成單環(huán)路的并行控制路徑。然而，精確的控制元件和控制路徑在實現(xiàn)中可變 化，因為所顯示的控制元件和路徑僅僅意在說明所公開的實施例。進一步地，修正的流量需求WT信號是由控制選擇器和超馳控制器104接收的。如 上關于圖3所述的，如果蒸汽的入口溫度Tin大于Tsat+A，則調(diào)溫可繼續(xù)下去，這使得流量 需求信號^進入控制選擇器和超馳控制器104。從控制的角度說，在因為預測的蒸汽出口 溫度T。ut大于設定點溫度Tsp而繼續(xù)進行調(diào)溫和因為蒸汽的入口溫度Tin不大于Tsat+A而 不繼續(xù)下去之間的決策可利用連接到主單一調(diào)溫控制循環(huán)的控制選擇器和超馳控制器104 的防驟冷環(huán)路中的另一個PI驟冷控制器108來實現(xiàn)。該防驟冷環(huán)路沒有結合在主循環(huán)內(nèi)， 因此可分開調(diào)節(jié)而不干擾主循環(huán)的調(diào)節(jié)。因此，保持了與主循環(huán)關聯(lián)的在調(diào)節(jié)正時方面的 優(yōu)點。在一個實施例中，控制選擇器和超馳控制104可控制來自一個環(huán)路的輸出以允許 更加重要的環(huán)路操縱該輸出。超馳控制器104不但從由它從多個控制器接收到的多個信號 中選擇信號，而且回復信號給PI驟冷控制器108以停止集成或結束。因此，控制選擇器和 超馳控制器104避免與PID控制關聯(lián)的結束問題。如果入口溫度Tin已經(jīng)低于Tsat+A，調(diào)整 過的調(diào)溫器水流量可由控制選擇器和超馳控制器104超馳。因此，控制器結構90構造成只 要進入末級過熱器62的蒸汽的入口溫度不超過蒸汽的飽和溫度以預先確定的安全值，那 么就不進行調(diào)溫。進入末級高壓過熱器62的蒸汽的飽和溫度Tsat可以基于流到末級高壓 過熱器62內(nèi)的蒸汽的入口壓力Pin等進行計算。該計算可例如通過蒸汽表而基于某一壓力 函數(shù)來完成。一旦進入末級高壓過熱器62的蒸汽的飽和溫度Tsat被計算出來，該值加上某 一安全值△可由防驟冷控制器108使用以確定給控制選擇器和超馳控制器104的流量信 號\。此外，閥需求量可基于流量需求和閥特性來確定，閥特性又基于閥系數(shù)、密度和調(diào) 溫器閥上的壓力改變，因此操作控制閥68來增加或者降低級間調(diào)溫器64處調(diào)溫的量可影 響在末級高壓過熱器62的入口處的蒸汽的入口溫度Tin。在一個實施例中，控制閥68可帶 有線性化功能塊以使環(huán)路增益大致恒定。該方法可允許簡化的調(diào)節(jié)(例如，要求僅在一個 負載上調(diào)節(jié))以及在負載范圍上的一致的環(huán)路響應。以這種方式的控制閥68響應的線性化 還可證實為在操作帶有重負載變化的大設備時(在其中環(huán)路增益在負載范圍內(nèi)顯著改變) 是特別有用的。有利地，本發(fā)明使用具有前饋控制器的單環(huán)路結構以給出流量，該流量然后被利 用閥特性轉換成用于調(diào)溫的精確的閥需求量。因此，消除了與如使用在本系統(tǒng)中內(nèi)環(huán)路的另外的PI控制器相關的熱滯。因此，本發(fā)明具有小得多的感應熱滯。同樣，其它優(yōu)點是由 于系統(tǒng)中的單環(huán)路結構而使調(diào)節(jié)參數(shù)較少。在如今的競爭性的市場和緊的投產(chǎn)時間表中， 這樣的控制器通常將是更加優(yōu)選，因為它可以在較短的時間內(nèi)被最優(yōu)地調(diào)節(jié)，因此增強整 個系統(tǒng)的性能。此外，雖然公開的實施例可為特定地適合于蒸汽的級間調(diào)溫，它們還可用于其它 類似的應用，諸如食品和液體處理設備。進一步地，利用單個控制器代替級聯(lián)控制器的概念 可適用在幾乎所有場所，其中內(nèi)環(huán)路與外環(huán)路相比更快，并且與內(nèi)環(huán)路相關的控制變量不 要求被調(diào)節(jié)或跟蹤為某一所希望的值。如上所述，除了出口蒸汽溫度控制以外，公開的實施例可用在許多其它情況。例 如，公開的實施例實質上可用于利用傳熱裝置加熱或冷卻流體的任何系統(tǒng)。只要控制來自 傳熱裝置的流體的出口溫度可能是重要的，所公開的實施例就可利用基于模型的預測技術 基于進入傳熱裝置的入口條件預測出口溫度。然后，利用由所公開的實施例預測到的出口 溫度，可執(zhí)行進入傳熱裝置的入口溫度的調(diào)溫以確保來自傳熱裝置的實際出口溫度保持在 可接受的范圍內(nèi)(例如，低于設定點溫度或者高于飽和溫度)。此外，基于模型預測的控制 和調(diào)溫過程可利用如上所述的技術來執(zhí)行。因此，所公開的實施例可應用于流體可由傳熱 裝置加熱或者冷卻的寬范圍的應用中。雖然已經(jīng)在本文顯示和介紹了本發(fā)明的僅某些特征，但許多修改和改變將被本領 域技術人員想到。因此，應當理解，權利要求意在覆蓋落入本發(fā)明的真實精神內(nèi)的所有這樣 的修改和改變。
1權利要求
一種熱回收蒸汽發(fā)生系統(tǒng)(10)，包括在蒸汽路徑內(nèi)的至少一個過熱器(60，62)或再熱器，用于接收蒸汽流并且構造成產(chǎn)生過熱的蒸汽流；用于將調(diào)溫流體注入所述蒸汽路徑內(nèi)的級間調(diào)溫器(64)；聯(lián)接到所述級間調(diào)溫器(64)的控制閥(68)，所述控制閥(68)構造成控制到所述級間調(diào)溫器(64)的所述調(diào)溫流體的流量；以及控制器(66)，所述控制器(66)包括前饋控制器(92)和調(diào)整反饋控制器(96)，所述前饋控制器(92)構造成確定開環(huán)調(diào)溫流體的所需流量，所述調(diào)整反饋控制器(96)構造成基于來自所述過熱器(62)的蒸汽的出口溫度來補償所確定的開環(huán)調(diào)溫流體流量的不精確性以確定通過所述控制閥(68)進入所述級間調(diào)溫器(64)的入口的調(diào)溫流體的凈所需流量；其中，所述控制器(66)還構造成基于流量對閥特性來確定控制閥需求量；操縱所述級間調(diào)溫器(64)的所述控制閥(68)，以及通過所述級間調(diào)溫器(64)注入所需流量，以在進入所述過熱器(62)的入口的上游執(zhí)行調(diào)溫。
2.如權利要求1所述的熱回收蒸汽發(fā)生系統(tǒng)(10)，其特征在于，在所述蒸汽路徑內(nèi)的 蒸發(fā)器(42，50，58)或蒸汽鍋爐鼓可構造成將蒸汽輸送到所述過熱器(60，62)。
3.如權利要求1所述的熱回收蒸汽發(fā)生系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述過熱器(60，62) 還包括初級過熱器(60)和末級過熱器(62)，所述初級過熱器(60)和末級過熱器(62)均在 所述蒸汽路徑內(nèi)并且構造成過熱來自所述蒸發(fā)器(42，50，58)的蒸汽。
4.如權利要求1所述的熱回收蒸汽發(fā)生系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述控制閥需求量基 于流量需求、閥系數(shù)、密度以及所述控制閥(68)中的壓力變化來確定。
5.如權利要求1所述的熱回收蒸汽發(fā)生系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述熱回收蒸汽發(fā)生 系統(tǒng)(10)還包括防驟冷控制器(108)，所述防驟冷控制器(108)與所述控制器(66)分離并 且構造成將所述末級過熱器(62)的入口的蒸汽溫度維持在高于飽和溫度。
6.如權利要求1所述的熱回收蒸汽發(fā)生系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述控制器(66)構造 成在進入所述末級過熱器(62)的蒸汽的入口溫度不超過蒸汽的飽和溫度以預先確定的安 全值時不進行調(diào)溫。
7.如權利要求1所述的熱回收蒸汽發(fā)生系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述控制器(66)至少 部分地基于包括進入所述末級過熱器(62)的廢氣的入口溫度、進入所述末級過熱器(62) 的蒸汽或廢氣的入口壓力、進入所述末級過熱器(62)的蒸汽或廢氣的入口流率、閥系數(shù)、 密度、入口調(diào)溫器壓力、入口調(diào)溫器溫度或其結合的輸入變量。
8.如權利要求1所述的熱回收蒸汽發(fā)生系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述控制器(66)具有 包括基于經(jīng)驗數(shù)據(jù)的模型、基于熱力學的模型或其結合的基于模型的預測溫度控制邏輯。
9.一種用于控制來自熱回收蒸汽發(fā)生系統(tǒng)(10)的末級過熱器(62)的蒸汽的出口溫度 的方法(70)，包括通過前饋控制器(92)確定所需的開環(huán)調(diào)溫流體的流量；通過調(diào)整反饋控制器(96)補償所確定的開環(huán)調(diào)溫流體的流量中的不精確性；基于來自熱回收蒸汽發(fā)生系統(tǒng)(10)的末級過熱器的蒸汽的出口溫度，確定通過控制閥(68)進入級間調(diào)溫器(64)的入口的調(diào)溫流體的凈所需流量； 基于流量對閥特性來確定控制閥需求量； 操縱所述級間調(diào)溫器(64)的控制閥(68)；以及注入所需量的調(diào)溫流體，以在進入所述末級過熱器(62)的入口的上游執(zhí)行調(diào)溫。
10.如權利要求9所述的方法(70)，其特征在于，執(zhí)行調(diào)溫包括打開在進入所述末級過 熱器(62)的入口的上游處的控制閥(68)，其中，打開所述控制閥(68)將調(diào)溫流體引入帶有 蒸汽的路徑，并且所述調(diào)溫流體比所述蒸汽冷。
全文摘要
本發(fā)明提供一種熱回收蒸汽發(fā)生系統(tǒng)(10)。熱回收蒸汽發(fā)生系統(tǒng)包括在蒸汽路徑內(nèi)的至少一個過熱器(60、62)或再熱器。該系統(tǒng)還包括用于將調(diào)溫流體注入蒸汽路徑內(nèi)的級間調(diào)溫器(64)。該系統(tǒng)進一步包括聯(lián)接到級間調(diào)溫器的控制閥(68)。該系統(tǒng)還包括聯(lián)接到控制閥和級間調(diào)溫器的控制器(66)?？刂破鬟M一步包括前饋控制器(92)和調(diào)整反饋控制器(96)。前饋控制器構造成確定所需的調(diào)溫流體流量，而調(diào)整反饋控制器構造成補償所確定的調(diào)溫流體流量中的不精確性，基于來自過熱器的蒸汽的出口溫度，確定通過控制閥進入級間調(diào)溫器的入口的調(diào)溫流體的凈所需流量。
文檔編號F22G5/20GK101852425SQ201010155649
公開日2010年10月6日 申請日期2010年3月23日 優(yōu)先權日2009年3月23日
發(fā)明者K·D·明托, P·P·波盧科特, R·庫馬, W·F·西利, W·G·卡伯格 申請人:通用電氣公司