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)達標，鍋爐安全、 經(jīng)濟運行。
背景技術(shù)：
蒸汽鍋爐在運行中，隨著蒸汽的產(chǎn)出，鍋水被濃縮。當鹽濃度升高到一定程度時， 鍋水會產(chǎn)生泡沫，發(fā)生汽水共騰，蒸汽大量帶水，并造成嚴重的虛假水位，使爐況控制不穩(wěn)。 因此必須控制鍋水的含鹽濃度，確保蒸汽質(zhì)量及鍋爐運行安全。我國對工業(yè)鍋爐水質(zhì)有國家標準，例如在GB1576-2001中，對壓力為1. 6 2. 5Mpa、帶過熱器的蒸汽鍋爐，規(guī)定鍋水的溶解固形物濃度(TDS)不得超過2500mg/L。其 中，溶解固形物可近似認為是鍋水含鹽量?？刂棋佀}量的主要方法是，在運行中隨著蒸汽的產(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，并相應補充鹽濃度低的補給水，實現(xiàn)對 鍋水鹽濃度的稀釋。如果排污量不足，鍋水的鹽濃度會越來越高；反之，若排污量過大，則因 排出的是含有大量熱能的鍋水，會造成能量損失和軟水資源的浪費。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)達標，確保安全運行，提高熱效率。國內(nèi)大多數(shù)工業(yè)鍋爐采用人工定時(每班一次或幾次)以化學分析法測定鍋水鹽 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)檢測水質(zhì)變化，無法實現(xiàn) 排污量的按需控制。面對蒸汽流量的變化，為確保兩次化驗間隔內(nèi)水質(zhì)不超標，只能按最大 的可能蒸發(fā)量超量排放，造成能源浪費。即使如此，在負荷變化大時仍難保證鍋水一定合 格。為實現(xiàn)按需連續(xù)排污，國內(nèi)外都在研究自動控制方法。其中，含鹽濃度的測量，多 用電導率計在線測量替代化學分析。實驗表明，像鍋水這類低濃度的溶液，其電導率與電解 質(zhì)含量(溶解固形物TDS)大致呈比例關(guān)系。在25°C時，鍋水電導率與TDS濃度之比約為 1 0.6，即lys/cm對應0.6mg/L。電導率受溫度影響很大，要采取溫度補償，并用化學分 析結(jié)果進行標定。關(guān)于排污的自動控制方法，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)排污的設備，但研究表明，無一例外都是兩位式的斷續(xù)控制都用電導率計監(jiān)測鍋水鹽濃 度，當電導率達到高限時，自動打開排污閥，當電導率降到某一低限時，關(guān)閉排污閥。這種間 歇自動排污方法雖比人工定時排污有所改進，但含鹽量始終在高、低限區(qū)間內(nèi)上下波動，仍 有一定的過量排放，不是最優(yōu)的排污控制方案。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(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，實現(xiàn)按需、適時、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，確保鍋爐的安全運行，取得最佳的節(jié)能減排效果。從機理上來說，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算值(初始值)WW = D X Sg/(Sp-Sg)式中，Sp為鍋爐運行所允許的鍋水鹽濃度、Sg為補給水的含鹽濃度。從原理上說，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，實現(xiàn)最經(jīng)濟的排污。組成這樣的排污自動控制系統(tǒng)需要配置蒸汽流量計、排污流量 計、比例設定器和連續(xù)執(zhí)行器(含執(zhí)行機構(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)”兩個穩(wěn)定狀態(tài)的開關(guān)閥。但現(xiàn)實的情況是，向鍋爐補充的軟化水鹽濃度Sg是變化的，因此要保證鍋水鹽濃 度穩(wěn)定，還需要在線測量補給水的鹽濃度，隨時修正比例系數(shù)Sg/(Sp-Sg)。此外，考慮到鍋 爐運行中除表面排污外，還有一種針對底部沉積物的定期排污，由人工決定排污時間及排 污量，顯然，這是對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，還須在此基礎上增加電導率閉環(huán)控制回路，以實時測量的鍋水 電導率為控制目標，將它與期望的電導率進行比較，按偏差及其變化趨勢，自動修改排污流 量，以抑制諸如補給水的鹽濃度波動、定期排污及泄漏量變化、蒸汽及排污流量計測量誤差 等各種干擾因素對鹽濃度的影響。為達到這樣的控制效果，本發(fā)明給出了一種前饋-反饋 復雜控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。在該系統(tǒng)中，電導率控制器的輸出信號通過加法運算器，自動修改排 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，省去了排污流量計及流量控制器B。這種系統(tǒng) 中，當蒸汽流量變化時，排污閥仍能作出快速響應，只是排污流量的暫態(tài)誤差會有所增加， 不過因為有電導率閉環(huán)控制回路的存在，該動態(tài)誤差可依靠電導率控制器A慢慢消除。為 減小蒸汽流量快速變化時的動態(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)濟型表面排污節(jié)能控制系統(tǒng)原理具體實施例方式
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述本發(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 道上的流量計測得的蒸汽流量信號，在比例設定器內(nèi)按公式(1)乘以比例系數(shù)后，得到理 論計算的排污流量初始值，此初始值經(jīng)加法運算器(暫先假定另一輸入信號為0)輸出排污流量的命令信號，該命令信號與排污流量計測得的實際流量進行比較，如有差異，則由控制 器B推動執(zhí)行機構(gòu)，改變排污閥的開度，對排污流量進行修正，使其符合公式(1)的要求。這 種比例控制的動作速度很快，除了閥門動作需要稍許時間外，流量調(diào)節(jié)對象的滯后幾乎為零。在上面的發(fā)明內(nèi)容中已經(jīng)說明，對補給水電導率變化及鍋底定期排污等干擾，上 述的開環(huán)控制方法無力克服，需要另加電導率閉環(huán)控制回路。圖1中，由鍋筒引出的表層水 進入電導率測量筒，接受測量電極的檢測，測得的電導率信號由電導率計送出，它與鍋爐要 求的電導率設定值比較后，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， 進入加法運算器，對另一輸入信號(排污流量初始值)進行增減補充。若鍋水電導率等于要 求的設定值，則控制器輸出為0，即不進行修正；若鍋水電導率高于要求的設定值，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對初始排污量的調(diào)整，可使鍋水電導率最終穩(wěn)定于要求的設定值。這 樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可面對各種干擾，自動將鍋水電導率穩(wěn)定在要求的控制目標上。圖2給出的是一種經(jīng)濟型表面排污節(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和控制器B，因而可降低投資費用。圖2系統(tǒng)的工作原理與圖1中對應 部分相同，當系統(tǒng)中蒸汽流量變化時，排污閥仍能快速作出響應，但排污流量的暫態(tài)誤差會 有所增加，這需要依靠電導率控制器A通過加法運算器修正，使鍋水電導率穩(wěn)定在期望的 水平上。如果蒸汽負荷流量變化不太劇烈，或者對動態(tài)誤差要求不太苛刻，這是一種實用的 方案。當然，為減小電導率控制的動態(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)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定 本發(fā)明的具體實施方式
僅限于此，對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫 離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應當視為屬于本發(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測量蒸汽流量，該流量信號在比例設定器內(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定值W = D X Sg/(Sp-Sg)------------公式(1)式中，D為蒸汽流量，Sp為鍋爐運行所允許的鍋水鹽濃度，Sg為補給水的鹽濃度，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置電導率測量筒，使鍋筒弓I出的表層水進入電導率測量筒，通 過電導率計測量表層水的電導率；在控制器A內(nèi)，將測得的電導率與鍋水允許的電導率進 行比較，并對偏差進行PID運算，其輸出信號作為排污流量的修正量，該修正量進入加法運 算器對步驟(1)所得的初始排污流量設定值進行增減修正；(3)在排污管道上設置調(diào)節(jié)閥和排污流量計；該調(diào)節(jié)閥用電動或氣動執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動， 執(zhí)行機構(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)加法運算器的輸出作為排污流量的控制信號，送到控制器B，控制器B還同時接受 排污流量計的測量信號；控制器B對命令信號與反饋信號進行比較后，按偏差值進行PID運 算，再通過執(zhí)行機構(gòu)的動作，改變排污調(diào)節(jié)閥的開度，組成排污流量跟隨系統(tǒng)，使實際排污 流量符合命令信號要求的數(shù)值；(5)上述由蒸汽流量計和比例設定器組成的前饋控制通道，與由電導率計、控制器A、 以及排污流量跟隨系統(tǒng)組成的電導率閉環(huán)控制回路，通過加法運算器組合起來，組成前 饋-反饋復雜控制系統(tǒng)；在這樣的系統(tǒng)中，前饋通道可以對鍋爐蒸發(fā)量的變化給出快速反 應，及時改變排污量；而閉環(huán)控制回路通過控制器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和控 制器B，其特征在于(1)在鍋爐蒸汽管道上安裝流量計測量蒸汽流量，該流量信號在比例設定器內(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定值W = DX Sg/(Sp-Sg)式中，D為蒸汽流量，Sp為鍋爐運行所允許的鍋水鹽濃度，Sg為補給水的鹽濃度，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置電導率測量筒，使鍋筒弓I出的表層水進入電導率測量筒，通 過電導率計測量表層水的電導率，在控制器A內(nèi)，將測得的電導率與鍋爐運行所允許的電 導率相比較，并對偏差進行PID運算，其輸出信號作為流量修正量，進入加法器對步驟(1) 所得的排污初始流量設定值進行增減修正；(3)在排污管道上設置排污調(diào)節(jié)閥；該調(diào)節(jié)閥用電動或氣動執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動，執(zhí)行機構(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)在加法運算器內(nèi)，排污流量初始設定值和排污流量修正值相加，作為排污流量的控 制命令，通過執(zhí)行機構(gòu)連續(xù)改變調(diào)節(jié)閥的開度，改變排污流量；(5)上述由蒸汽流量計和比例設定器組成的前饋控制通道，與由電導率測量計、控制器 A和排污執(zhí)行器組成的電導率閉環(huán)控制回路，通過加法運算器組合起來，構(gòu)成前饋-反饋復 雜控制系統(tǒng)；在這樣的系統(tǒng)中，前饋通道對鍋爐蒸發(fā)量的變化給出快速反應，及時改變排污量；而閉環(huán)控制回路通過控制器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；在鍋爐正常運行狀態(tài)下，調(diào)節(jié)閥至少要留3%的 開度，讓電導率測量筒內(nèi)始終有活水流過，使電導率計能隨時反映鍋筒內(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，對鍋水實施連續(xù)按需稀釋；在此基礎上，為克服給水含鹽量波動、流量測量誤差，以及鍋爐底部定期排污等干擾，配置電導率閉環(huán)控制回路，兩者通過加法運算器耦合，組成前饋-反饋復雜控制系統(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，達到最佳的節(jié)能減排效果。
文檔編號F22B37/54GK102080820SQ20111000177
公開日2011年6月1日 申請日期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, 施樂平, 施仁, 李梅 申請人:施仁, 紅云紅河煙草(集團)有限責任公司, 西安交大思源科技股份有限公司