專利名稱：一種蒸汽鍋爐表面排污的最優(yōu)化節(jié)能控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鍋爐節(jié)能減排領(lǐng)域，用于蒸汽鍋爐的表面排污控制。目標(biāo)是以最少的 排污量，控制鍋水含鹽濃度接近而不超出允許限值，保證產(chǎn)出的蒸汽品質(zhì)達(dá)標(biāo)，鍋爐安全、 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
背景技術(shù)：
蒸汽鍋爐在運(yùn)行中，隨著蒸汽的產(chǎn)出，鍋水被濃縮。當(dāng)鹽濃度升高到一定程度時(shí)， 鍋水會(huì)產(chǎn)生泡沫，發(fā)生汽水共騰，蒸汽大量帶水，并造成嚴(yán)重的虛假水位，使?fàn)t況控制不穩(wěn)。 因此必須控制鍋水的含鹽濃度，確保蒸汽質(zhì)量及鍋爐運(yùn)行安全。我國(guó)對(duì)工業(yè)鍋爐水質(zhì)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，例如在GB1576-2001中，對(duì)壓力為1. 6 2. 5Mpa、帶過(guò)熱器的蒸汽鍋爐，規(guī)定鍋水的溶解固形物濃度(TDS)不得超過(guò)2500mg/L。其 中，溶解固形物可近似認(rèn)為是鍋水含鹽量?？刂棋佀}量的主要方法是，在運(yùn)行中隨著蒸汽的產(chǎn)出，采用表面排污的辦法， 在鍋筒蒸發(fā)面的下側(cè)排出一部分鹽濃度高的鍋水，并相應(yīng)補(bǔ)充鹽濃度低的補(bǔ)給水，實(shí)現(xiàn)對(duì) 鍋水鹽濃度的稀釋。如果排污量不足，鍋水的鹽濃度會(huì)越來(lái)越高；反之，若排污量過(guò)大，則因 排出的是含有大量熱能的鍋水，會(huì)造成能量損失和軟水資源的浪費(fèi)。節(jié)能減排的最優(yōu)方案 是以最小的排污量，控制鍋爐水質(zhì)達(dá)標(biāo)，確保安全運(yùn)行，提高熱效率。國(guó)內(nèi)大多數(shù)工業(yè)鍋爐采用人工定時(shí)(每班一次或幾次)以化學(xué)分析法測(cè)定鍋水鹽 濃度，然后人工打開或關(guān)閉排污閥。這種傳統(tǒng)的排污方法不能連續(xù)檢測(cè)水質(zhì)變化，無(wú)法實(shí)現(xiàn) 排污量的按需控制。面對(duì)蒸汽流量的變化，為確保兩次化驗(yàn)間隔內(nèi)水質(zhì)不超標(biāo)，只能按最大 的可能蒸發(fā)量超量排放，造成能源浪費(fèi)。即使如此，在負(fù)荷變化大時(shí)仍難保證鍋水一定合 格。為實(shí)現(xiàn)按需連續(xù)排污，國(guó)內(nèi)外都在研究自動(dòng)控制方法。其中，含鹽濃度的測(cè)量，多 用電導(dǎo)率計(jì)在線測(cè)量替代化學(xué)分析。實(shí)驗(yàn)表明，像鍋水這類低濃度的溶液，其電導(dǎo)率與電解 質(zhì)含量(溶解固形物TDS)大致呈比例關(guān)系。在25°C時(shí)，鍋水電導(dǎo)率與TDS濃度之比約為 1 0.6，即lys/cm對(duì)應(yīng)0.6mg/L。電導(dǎo)率受溫度影響很大，要采取溫度補(bǔ)償，并用化學(xué)分 析結(jié)果進(jìn)行標(biāo)定。關(guān)于排污的自動(dòng)控制方法，迄今未見真正的連續(xù)控制。近年雖有外商推銷名為連 續(xù)排污的設(shè)備，但研究表明，無(wú)一例外都是兩位式的斷續(xù)控制都用電導(dǎo)率計(jì)監(jiān)測(cè)鍋水鹽濃 度，當(dāng)電導(dǎo)率達(dá)到高限時(shí)，自動(dòng)打開排污閥，當(dāng)電導(dǎo)率降到某一低限時(shí)，關(guān)閉排污閥。這種間 歇自動(dòng)排污方法雖比人工定時(shí)排污有所改進(jìn)，但含鹽量始終在高、低限區(qū)間內(nèi)上下波動(dòng)，仍 有一定的過(guò)量排放，不是最優(yōu)的排污控制方案。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種更節(jié)能的排污方法，采用連續(xù)控 制方式，實(shí)現(xiàn)按需、適時(shí)、適量、真正的連續(xù)排污，使鍋水含鹽量連續(xù)穩(wěn)定在允許的上限值，可以最大限度地減少排污量，確保鍋爐的安全運(yùn)行，取得最佳的節(jié)能減排效果。從機(jī)理上來(lái)說(shuō)，鍋水含鹽濃度的上升是由蒸汽蒸發(fā)造成的，因此可以通過(guò)蒸汽流 量D，按下式推算出維持鍋水鹽濃度平衡所需要的排污流量計(jì)算值(初始值)WW = D X Sg/(Sp-Sg)式中，Sp為鍋爐運(yùn)行所允許的鍋水鹽濃度、Sg為補(bǔ)給水的含鹽濃度。從原理上說(shuō)，可按上式根據(jù)蒸汽流量D連續(xù)改變排污閥的開度，使排污流量W跟隨 蒸汽流量D自動(dòng)變化，組成蒸汽流量與排污流量的比例控制系統(tǒng)，便可完美地維持鍋水的 鹽濃度，實(shí)現(xiàn)最經(jīng)濟(jì)的排污。組成這樣的排污自動(dòng)控制系統(tǒng)需要配置蒸汽流量計(jì)、排污流量 計(jì)、比例設(shè)定器和連續(xù)執(zhí)行器(含執(zhí)行機(jī)構(gòu)與調(diào)節(jié)閥)。這里的連續(xù)執(zhí)行器指的是調(diào)節(jié)閥開 度可按控制命令從0-100%連續(xù)可調(diào)的執(zhí)行器，而不是目前斷續(xù)排污控制系統(tǒng)中使用的只 有“全開”和“全關(guān)”兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的開關(guān)閥。但現(xiàn)實(shí)的情況是，向鍋爐補(bǔ)充的軟化水鹽濃度Sg是變化的，因此要保證鍋水鹽濃 度穩(wěn)定，還需要在線測(cè)量補(bǔ)給水的鹽濃度，隨時(shí)修正比例系數(shù)Sg/(Sp-Sg)。此外，考慮到鍋 爐運(yùn)行中除表面排污外，還有一種針對(duì)底部沉積物的定期排污，由人工決定排污時(shí)間及排 污量，顯然，這是對(duì)鍋水鹽濃度的干擾因素。由此可見，僅按上式構(gòu)建開環(huán)比例控制系統(tǒng)不 可能保證鍋水鹽濃度恒定，還須在此基礎(chǔ)上增加電導(dǎo)率閉環(huán)控制回路，以實(shí)時(shí)測(cè)量的鍋水 電導(dǎo)率為控制目標(biāo)，將它與期望的電導(dǎo)率進(jìn)行比較，按偏差及其變化趨勢(shì)，自動(dòng)修改排污流 量，以抑制諸如補(bǔ)給水的鹽濃度波動(dòng)、定期排污及泄漏量變化、蒸汽及排污流量計(jì)測(cè)量誤差 等各種干擾因素對(duì)鹽濃度的影響。為達(dá)到這樣的控制效果，本發(fā)明給出了一種前饋-反饋 復(fù)雜控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。在該系統(tǒng)中，電導(dǎo)率控制器的輸出信號(hào)通過(guò)加法運(yùn)算器，自動(dòng)修改排 污流量值，把鍋水鹽濃度始終控制在期望的數(shù)值上。為降低投資，本發(fā)明還給出了一種控制 系統(tǒng)的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，與原系統(tǒng)不同的特征在于，省去了排污流量計(jì)及流量控制器B。這種系統(tǒng) 中，當(dāng)蒸汽流量變化時(shí)，排污閥仍能作出快速響應(yīng)，只是排污流量的暫態(tài)誤差會(huì)有所增加， 不過(guò)因?yàn)橛须妼?dǎo)率閉環(huán)控制回路的存在，該動(dòng)態(tài)誤差可依靠電導(dǎo)率控制器A慢慢消除。為 減小蒸汽流量快速變化時(shí)的動(dòng)態(tài)誤差，這里的排污調(diào)節(jié)閥要求具有較好的工作流量特性， 即要求排污流量與閥位控制信號(hào)間具有較好的線性關(guān)系。需要指出，排污閥的工況比較特殊，它將鍋水由高壓直接排入低壓系統(tǒng)，閥兩端壓 差大、溫度高，很容易出現(xiàn)拉絲腐蝕現(xiàn)象，要選用內(nèi)部多級(jí)減壓的專用閥門。


圖1為本發(fā)明的表面排污優(yōu)化節(jié)能控制系統(tǒng)原理圖；圖2為本發(fā)明的經(jīng)濟(jì)型表面排污節(jié)能控制系統(tǒng)原理具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明提出的表面排污優(yōu)化節(jié)能控制系統(tǒng)的組成如圖1所示。安裝在鍋爐蒸汽管 道上的流量計(jì)測(cè)得的蒸汽流量信號(hào)，在比例設(shè)定器內(nèi)按公式(1)乘以比例系數(shù)后，得到理 論計(jì)算的排污流量初始值，此初始值經(jīng)加法運(yùn)算器(暫先假定另一輸入信號(hào)為0)輸出排污流量的命令信號(hào)，該命令信號(hào)與排污流量計(jì)測(cè)得的實(shí)際流量進(jìn)行比較，如有差異，則由控制 器B推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，改變排污閥的開度，對(duì)排污流量進(jìn)行修正，使其符合公式(1)的要求。這 種比例控制的動(dòng)作速度很快，除了閥門動(dòng)作需要稍許時(shí)間外，流量調(diào)節(jié)對(duì)象的滯后幾乎為零。在上面的發(fā)明內(nèi)容中已經(jīng)說(shuō)明，對(duì)補(bǔ)給水電導(dǎo)率變化及鍋底定期排污等干擾，上 述的開環(huán)控制方法無(wú)力克服，需要另加電導(dǎo)率閉環(huán)控制回路。圖1中，由鍋筒引出的表層水 進(jìn)入電導(dǎo)率測(cè)量筒，接受測(cè)量電極的檢測(cè)，測(cè)得的電導(dǎo)率信號(hào)由電導(dǎo)率計(jì)送出，它與鍋爐要 求的電導(dǎo)率設(shè)定值比較后，按偏差的比例、積分、微分控制算法，由控制器A輸出控制信號(hào)， 進(jìn)入加法運(yùn)算器，對(duì)另一輸入信號(hào)(排污流量初始值)進(jìn)行增減補(bǔ)充。若鍋水電導(dǎo)率等于要 求的設(shè)定值，則控制器輸出為0，即不進(jìn)行修正；若鍋水電導(dǎo)率高于要求的設(shè)定值，則控制 器A輸出> 0，經(jīng)加法器后使排污量加大；反之，則控制器A輸出< 0，經(jīng)加法器后使排污量 減小。依靠控制器A對(duì)初始排污量的調(diào)整，可使鍋水電導(dǎo)率最終穩(wěn)定于要求的設(shè)定值。這 樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可面對(duì)各種干擾，自動(dòng)將鍋水電導(dǎo)率穩(wěn)定在要求的控制目標(biāo)上。圖2給出的是一種經(jīng)濟(jì)型表面排污節(jié)能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，與圖1不同的是，圖2 中取消了排污流量計(jì)和控制器B，因而可降低投資費(fèi)用。圖2系統(tǒng)的工作原理與圖1中對(duì)應(yīng) 部分相同，當(dāng)系統(tǒng)中蒸汽流量變化時(shí)，排污閥仍能快速作出響應(yīng)，但排污流量的暫態(tài)誤差會(huì) 有所增加，這需要依靠電導(dǎo)率控制器A通過(guò)加法運(yùn)算器修正，使鍋水電導(dǎo)率穩(wěn)定在期望的 水平上。如果蒸汽負(fù)荷流量變化不太劇烈，或者對(duì)動(dòng)態(tài)誤差要求不太苛刻，這是一種實(shí)用的 方案。當(dāng)然，為減小電導(dǎo)率控制的動(dòng)態(tài)誤差，最好選用具有線性流量特性的，即流量與閥位 控制信號(hào)間具有大致線性關(guān)系的排污閥。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定 本發(fā)明的具體實(shí)施方式
僅限于此，對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫 離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所 提交的權(quán)利要求書確定專利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種蒸汽鍋爐表面排污的最優(yōu)化節(jié)能控制方法，其特征在于(1)在鍋爐蒸汽管道上安裝流量計(jì)測(cè)量蒸汽流量，該流量信號(hào)在比例設(shè)定器內(nèi)按照下 面的公式乘以比例系數(shù)，得到排污流量的初始設(shè)定值W = D X Sg/(Sp-Sg)------------公式(1)式中，D為蒸汽流量，Sp為鍋爐運(yùn)行所允許的鍋水鹽濃度，Sg為補(bǔ)給水的鹽濃度，W為 維持鍋水鹽濃度平衡所需要的排污流量；(2)在鍋爐排污管路上設(shè)置電導(dǎo)率測(cè)量筒，使鍋筒弓I出的表層水進(jìn)入電導(dǎo)率測(cè)量筒，通 過(guò)電導(dǎo)率計(jì)測(cè)量表層水的電導(dǎo)率；在控制器A內(nèi)，將測(cè)得的電導(dǎo)率與鍋水允許的電導(dǎo)率進(jìn) 行比較，并對(duì)偏差進(jìn)行PID運(yùn)算，其輸出信號(hào)作為排污流量的修正量，該修正量進(jìn)入加法運(yùn) 算器對(duì)步驟(1)所得的初始排污流量設(shè)定值進(jìn)行增減修正；(3)在排污管道上設(shè)置調(diào)節(jié)閥和排污流量計(jì)；該調(diào)節(jié)閥用電動(dòng)或氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)， 執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受控制器B的控制，使調(diào)節(jié)閥的開度能按控制B的命令從0-100%連續(xù)可調(diào)；(4)加法運(yùn)算器的輸出作為排污流量的控制信號(hào)，送到控制器B，控制器B還同時(shí)接受 排污流量計(jì)的測(cè)量信號(hào)；控制器B對(duì)命令信號(hào)與反饋信號(hào)進(jìn)行比較后，按偏差值進(jìn)行PID運(yùn) 算，再通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，改變排污調(diào)節(jié)閥的開度，組成排污流量跟隨系統(tǒng)，使實(shí)際排污 流量符合命令信號(hào)要求的數(shù)值；(5)上述由蒸汽流量計(jì)和比例設(shè)定器組成的前饋控制通道，與由電導(dǎo)率計(jì)、控制器A、 以及排污流量跟隨系統(tǒng)組成的電導(dǎo)率閉環(huán)控制回路，通過(guò)加法運(yùn)算器組合起來(lái)，組成前 饋-反饋復(fù)雜控制系統(tǒng)；在這樣的系統(tǒng)中，前饋通道可以對(duì)鍋爐蒸發(fā)量的變化給出快速反 應(yīng)，及時(shí)改變排污量；而閉環(huán)控制回路通過(guò)控制器A，向加法器輸出流量修正，克服干擾，使 鍋水含鹽量穩(wěn)定在期望的水平上。
2.一種經(jīng)濟(jì)型蒸汽鍋爐表面排污的最優(yōu)化節(jié)能控制方法，該方法省去排污流量計(jì)和控 制器B，其特征在于(1)在鍋爐蒸汽管道上安裝流量計(jì)測(cè)量蒸汽流量，該流量信號(hào)在比例設(shè)定器內(nèi)按照下 面的公式乘以比例系數(shù)，得到排污的初始流量設(shè)定值W = DX Sg/(Sp-Sg)式中，D為蒸汽流量，Sp為鍋爐運(yùn)行所允許的鍋水鹽濃度，Sg為補(bǔ)給水的鹽濃度，W為 維持鍋水鹽濃度平衡所需要的排污流量；(2)在鍋爐排污管道上設(shè)置電導(dǎo)率測(cè)量筒，使鍋筒弓I出的表層水進(jìn)入電導(dǎo)率測(cè)量筒，通 過(guò)電導(dǎo)率計(jì)測(cè)量表層水的電導(dǎo)率，在控制器A內(nèi)，將測(cè)得的電導(dǎo)率與鍋爐運(yùn)行所允許的電 導(dǎo)率相比較，并對(duì)偏差進(jìn)行PID運(yùn)算，其輸出信號(hào)作為流量修正量，進(jìn)入加法器對(duì)步驟(1) 所得的排污初始流量設(shè)定值進(jìn)行增減修正；(3)在排污管道上設(shè)置排污調(diào)節(jié)閥；該調(diào)節(jié)閥用電動(dòng)或氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu) 接受加法器的連續(xù)控制，使調(diào)節(jié)閥的開度能按加法器的控制命令從0-100%連續(xù)可調(diào)；(4)在加法運(yùn)算器內(nèi)，排污流量初始設(shè)定值和排污流量修正值相加，作為排污流量的控 制命令，通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)連續(xù)改變調(diào)節(jié)閥的開度，改變排污流量；(5)上述由蒸汽流量計(jì)和比例設(shè)定器組成的前饋控制通道，與由電導(dǎo)率測(cè)量計(jì)、控制器 A和排污執(zhí)行器組成的電導(dǎo)率閉環(huán)控制回路，通過(guò)加法運(yùn)算器組合起來(lái)，構(gòu)成前饋-反饋復(fù) 雜控制系統(tǒng)；在這樣的系統(tǒng)中，前饋通道對(duì)鍋爐蒸發(fā)量的變化給出快速反應(yīng)，及時(shí)改變排污量；而閉環(huán)控制回路通過(guò)控制器A，向加法器輸出流量修正值，使鍋水含鹽量穩(wěn)定在期望的 水平上。
3.如權(quán)利要求1或2所述節(jié)能控制方法，其特征在于所述節(jié)能控制方法排污采取連 續(xù)控制方式，選用開度連續(xù)可控的執(zhí)行器；在鍋爐正常運(yùn)行狀態(tài)下，調(diào)節(jié)閥至少要留3%的 開度，讓電導(dǎo)率測(cè)量筒內(nèi)始終有活水流過(guò)，使電導(dǎo)率計(jì)能隨時(shí)反映鍋筒內(nèi)的水質(zhì)變化。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于蒸汽鍋爐表面排污的最優(yōu)化節(jié)能控制方法，該控制方法提出先按蒸汽流量比例地控制排污流量，對(duì)鍋水實(shí)施連續(xù)按需稀釋；在此基礎(chǔ)上，為克服給水含鹽量波動(dòng)、流量測(cè)量誤差，以及鍋爐底部定期排污等干擾，配置電導(dǎo)率閉環(huán)控制回路，兩者通過(guò)加法運(yùn)算器耦合，組成前饋-反饋復(fù)雜控制系統(tǒng)，能克服各種干擾，把鍋水的鹽濃度穩(wěn)定地保持在期望的水平上，以最小的排污量，達(dá)到最佳的節(jié)能減排效果。
文檔編號(hào)F22B37/54GK102080820SQ20111000177
公開日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2011年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月6日
發(fā)明者張衛(wèi), 張志建, 張竤斌, 施樂(lè)平, 施仁, 李梅 申請(qǐng)人:施仁, 紅云紅河煙草(集團(tuán))有限責(zé)任公司, 西安交大思源科技股份有限公司