專利名稱：?jiǎn)苇h(huán)路調(diào)溫控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)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(shuō)，本發(fā)明涉及一種關(guān)于級(jí) 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(yīng)用中的熱回收蒸汽發(fā)生(HRSG)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
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(guò)熱器，通 過(guò)該過(guò)熱器可使蒸汽在被蒸汽渦輪使用之前過(guò)熱。如果來(lái)自過(guò)熱器的出口蒸汽達(dá)到足夠高 的溫度，蒸汽渦輪，以及HRSG下游的其它設(shè)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(yīng)力可最后導(dǎo)致縮短的壽命周期。有時(shí)，由于過(guò)度的溫度，控制措施可 能使燃?xì)鉁u輪和/或蒸汽渦輪停機(jī)。這可導(dǎo)致其可發(fā)電的損失，從而削弱設(shè)備收益和可操 作性。不適當(dāng)?shù)乜刂普羝麥囟冗€可導(dǎo)致蒸汽管道和蒸汽渦輪內(nèi)的高循環(huán)熱應(yīng)力，影響它們 的使用壽命。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)已被設(shè)計(jì)為幫助監(jiān)測(cè)和控制來(lái)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(jìn)入過(guò)熱器的入口溫度迅速增加的 過(guò)渡過(guò)程期間產(chǎn)生過(guò)調(diào)。相反地，當(dāng)設(shè)法控制高的出口蒸汽溫度的時(shí)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(dǎo)致不完全飽和的調(diào)溫器流體流過(guò)過(guò)熱器、互連管道或蒸汽 渦輪的危險(xiǎn)?？刂品€(wěn)定性問(wèn)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(shù)由控制結(jié)構(gòu)構(gòu)成，在該控制結(jié)構(gòu)中，外環(huán)路 基于離開末級(jí)高壓過(guò)熱器的所希望的和實(shí)際的蒸汽溫度之間的差異，產(chǎn)生進(jìn)入末級(jí)高壓過(guò) 熱器的蒸汽的設(shè)定點(diǎn)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(shè)定點(diǎn)溫度?？刂七壿嫷膬?nèi)環(huán)路可基于實(shí)際的和設(shè)定點(diǎn)溫度之間的差異驅(qū)動(dòng)控制閥， 以在它進(jìn)入末級(jí)高壓過(guò)熱器之前適宜地降低蒸汽溫度。令人遺憾的是，這種技術(shù)不一定總 是能夠控制蒸汽溫度在燃?xì)鉁u輪輸出的瞬態(tài)改變過(guò)程中的過(guò)調(diào)。另外，這種技術(shù)可能常常 需要大量調(diào)節(jié)以便在所有可能的瞬態(tài)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)滿意的操作。關(guān)于非基于模型的技術(shù)的過(guò)調(diào)問(wèn)題，隨著來(lái)自燃?xì)鉁u輪的排氣溫度增加，離開末 級(jí)高壓過(guò)熱器的蒸汽的溫度不但可能增加到超過(guò)設(shè)定點(diǎn)溫度，而且可能即使在排氣溫度開 始降低之后繼續(xù)超過(guò)最高允許溫度。這種過(guò)調(diào)問(wèn)題可能部分地由于用于末級(jí)高壓過(guò)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(shè)備之間的距離、使用的設(shè)備的其它限制、 傳感器位置和精度等等。這種過(guò)調(diào)問(wèn)題在燃?xì)鉁u輪排氣溫度迅速改變時(shí)還可能變得更加嚴(yán) 重。傳統(tǒng)的調(diào)溫器控制邏輯要求交互的并且長(zhǎng)的調(diào)節(jié)循環(huán)。基于模型的預(yù)測(cè)技術(shù)包括 級(jí)聯(lián)控制結(jié)構(gòu)，其中外環(huán)路(反饋和前饋的某種結(jié)合)基于離開末級(jí)過(guò)熱器(FSH)的所希 望的和實(shí)際的蒸汽溫度之間的差異而產(chǎn)生進(jìn)入末級(jí)過(guò)熱器(FSH)(也就是在FSH的入口) 的蒸汽的設(shè)定點(diǎn)溫度。內(nèi)環(huán)路基于FSH入口的實(shí)際的和設(shè)定點(diǎn)溫度之間的差異驅(qū)動(dòng)調(diào)溫器
4閥，以在蒸汽進(jìn)入FSH之前適宜地降低蒸汽溫度。由于級(jí)聯(lián)控制結(jié)構(gòu)的存在，因?yàn)橐粋€(gè)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(zhǎng)的 調(diào)節(jié)循環(huán)成為必須。由于競(jìng)爭(zhēng)性的市場(chǎng)和緊的投產(chǎn)時(shí)間表，這樣的控制器不能達(dá)到最優(yōu)調(diào) 節(jié)，因此不利地影響整個(gè)系統(tǒng)的長(zhǎng)期性能。因此，需要熱回收系統(tǒng)中改進(jìn)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(guò)調(diào)，以及防止不完全飽和的調(diào)溫器流體流過(guò)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(shí)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(gè)過(guò)熱器，用于接收蒸汽流并且構(gòu)造成產(chǎn)生過(guò)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(jí)間調(diào)溫器。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括聯(lián)接到級(jí)間調(diào)溫器的 控制閥?？刂崎y構(gòu)造成控制到級(jí)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(jí)間調(diào)溫器的控制器。該控制器進(jìn)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(gòu)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(gòu)造成補(bǔ)償所確定的調(diào)溫流體流量中的不精確性，以基于來(lái)自過(guò)熱器的蒸汽的出口溫度 確定通過(guò)控制閥進(jìn)入級(jí)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(duì) 閥特性來(lái)確定控制閥需求量。該控制器進(jìn)一步操縱級(jí)間調(diào)溫器的控制閥，并且通過(guò)級(jí)間調(diào) 溫器注入所需量的調(diào)溫流，以在進(jìn)入過(guò)熱器的入口的上游執(zhí)行調(diào)溫。在另一實(shí)施例中，提供一種用于控制來(lái)自熱回收蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的末級(jí)過(guò)熱器的蒸 汽的出口溫度的方法。該方法包括通過(guò)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(guò)調(diào)整反饋控制器補(bǔ)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(lái)自 熱回收蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的末級(jí)過(guò)熱器的蒸汽的出口溫度，確定通過(guò)控制閥進(jìn)入級(jí)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(duì)閥特性來(lái)確定控制閥需求量。 該方法進(jìn)一步包括操縱級(jí)間調(diào)溫器的控制閥，并且注入所需量的調(diào)溫流，以在進(jìn)入末級(jí)過(guò) 熱器的入口的上游執(zhí)行調(diào)溫。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供一種控制器。該控制器聯(lián)接到控制閥和級(jí)間調(diào)溫器。該 控制器進(jìn)一步包括前饋控制器和調(diào)整反饋控制器。前饋控制器構(gòu)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(gòu)造成補(bǔ)償所確定的調(diào)溫流體流量中的不精確性，以基于來(lái)自 過(guò)熱器的蒸汽的出口溫度來(lái)確定通過(guò)控制閥進(jìn)入級(jí)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(duì)閥特性確定控制閥需求量。該控制器進(jìn)一步操縱級(jí)間調(diào)溫器 的控制閥，并且通過(guò)級(jí)間調(diào)溫器注入所需量的調(diào)溫流，以在進(jìn)入過(guò)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(xì)說(shuō)明時(shí)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(diǎn)，在附圖中同樣的標(biāo)號(hào)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(shí)施例的示意性流程圖；圖2是級(jí)間調(diào)溫系統(tǒng)的實(shí)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(lái)自圖1的系統(tǒng)中的過(guò)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(jié)構(gòu)的另一實(shí)施例。標(biāo)號(hào)列表10熱回收蒸汽發(fā)生系統(tǒng)12燃?xì)鉁u輪14第一負(fù)載16 渦輪18壓縮機(jī)20蒸汽渦輪22第二負(fù)載24低壓級(jí)26中壓級(jí)28高壓級(jí)30多級(jí)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(jí)高壓過(guò)熱器62末級(jí)高壓過(guò)熱器64級(jí)間調(diào)溫器66控制器68控制閥70 一種用于控制來(lái)自系統(tǒng)中過(guò)熱器的出口蒸汽溫度的方法72確定起動(dòng)過(guò)熱器溫度Tstot和停止過(guò)熱器溫度T6nd的步驟74如果末級(jí)過(guò)熱器的溫度達(dá)到溫度T6nd或者以下，停止調(diào)溫過(guò)程的決策步驟
76如果末級(jí)過(guò)熱器的溫度達(dá)到等于或大于溫度Tstart的溫度，觸發(fā)調(diào)溫過(guò)程的決策步驟
78建立設(shè)定點(diǎn)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(guò)程的步驟
90控制器結(jié)構(gòu)
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(shí)施例方式本技術(shù)大致針對(duì)一種用于控制末級(jí)過(guò)熱器上游的級(jí)間調(diào)溫系統(tǒng)的操作以進(jìn)一步 控制來(lái)自末級(jí)過(guò)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(jì)算，以便將調(diào)溫流量轉(zhuǎn)換成閥需求量，以便控制溫度。特別地，控制系 統(tǒng)的實(shí)施例可基于來(lái)自末級(jí)過(guò)熱器的蒸汽的出口溫度是否超過(guò)設(shè)定點(diǎn)溫度以及進(jìn)入末級(jí) 過(guò)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(lái)確定是否需要進(jìn)行調(diào)溫。在介紹本發(fā)明的各種實(shí)施例的元件時(shí)，冠詞“一”、“一個(gè)”、“該”和“所述”意在表 示存在一個(gè)或多個(gè)這樣的元件。術(shù)語(yǔ)“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(shí)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(shí)施例的示意性流程 圖，如在下面詳細(xì)論述的。系統(tǒng)10可包括用于驅(qū)動(dòng)第一負(fù)載14的燃?xì)鉁u輪12。燃?xì)鉁u輪 12可包括渦輪16和壓縮機(jī)18。系統(tǒng)10還可包括用于驅(qū)動(dòng)第二負(fù)載22的蒸汽渦輪20。第 一負(fù)載14和第二負(fù)載22可為用于產(chǎn)生電功率的發(fā)電機(jī)，或者可為能夠由燃?xì)鉁u輪12和蒸 汽渦輪20驅(qū)動(dòng)的其它類型的負(fù)載。另外，燃?xì)鉁u輪12和蒸汽渦輪20還可串聯(lián)利用以通過(guò) 單個(gè)軸驅(qū)動(dòng)單個(gè)負(fù)載。在顯示的實(shí)施例中，蒸汽渦輪20可包括低壓級(jí)24，中壓級(jí)26，以及 高壓級(jí)28。然而，蒸汽渦輪20以及燃?xì)鉁u輪12的特定構(gòu)造可以是實(shí)現(xiàn)所特有的并且可包 括級(jí)的任何結(jié)合。聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)10還可包括多級(jí)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(jiǎn)化描繪，而非意在限制。來(lái)自燃?xì)鉁u輪12的排氣32可用 于加熱HRSG 30中的蒸汽。來(lái)自蒸汽渦輪20的低壓級(jí)24的排氣可被引導(dǎo)到冷凝器34內(nèi)。 來(lái)自冷凝器34的冷凝物可再借助于冷凝物泵36被引導(dǎo)到HRSG 30的低壓段。冷凝物可首 先流過(guò)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(dǎo)進(jìn)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(lái)自低壓鼓40的蒸汽可被發(fā)送到蒸汽渦輪20的低壓級(jí)24。
7來(lái)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(dǎo)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(lái)自中壓鼓48的蒸汽可被發(fā)送到蒸汽渦輪20的中壓級(jí) 26。來(lái)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(dǎo)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(dǎo)到初級(jí)高壓過(guò)熱器60以及末級(jí)高壓過(guò)熱器 62，在其中使蒸汽過(guò)熱，并且最后發(fā)送到蒸汽渦輪20的高壓級(jí)28。來(lái)自蒸汽渦輪20的高壓 級(jí)28的排氣可再被引導(dǎo)到蒸汽渦輪20的中壓級(jí)26內(nèi)，而來(lái)自蒸汽渦輪的中壓級(jí)26的排 氣可被引導(dǎo)到蒸汽渦輪20的低壓級(jí)24內(nèi)。在某些實(shí)施例中，初級(jí)和次級(jí)再熱器還可以與 初級(jí)高壓過(guò)熱器60和末級(jí)高壓過(guò)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(shí)現(xiàn)中可變化，因?yàn)轱@示的實(shí)施例僅僅說(shuō)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(guān)聯(lián)設(shè)備的蒸汽渦輪20的壽命，過(guò)熱 器和再熱器的級(jí)間調(diào)溫可用于獲得對(duì)離開HRSG 30的蒸汽的魯棒的溫度控制。級(jí)間調(diào)溫器 64可位于初級(jí)高壓過(guò)熱器60和末級(jí)高壓過(guò)熱器62之間。級(jí)間調(diào)溫器64能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)來(lái)自 末級(jí)高壓過(guò)熱器62的蒸汽的出口溫度的更加魯棒的控制。級(jí)間調(diào)溫器64可由單環(huán)路調(diào)溫 控制來(lái)控制，以便更精確地控制來(lái)自末級(jí)高壓過(guò)熱器62的蒸汽出口溫度。級(jí)間調(diào)溫器64 可，例如，通過(guò)使較冷的高壓給水，諸如給水噴霧能夠在適當(dāng)時(shí)進(jìn)入蒸汽路徑，來(lái)控制蒸汽 的溫度。此外，雖然未顯示在圖1中，初級(jí)和/或次級(jí)再熱器也可與專用調(diào)溫設(shè)備相關(guān)聯(lián)， 或者利用級(jí)間調(diào)溫器64用于對(duì)來(lái)自再熱器的出口蒸汽溫度進(jìn)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(jí)間調(diào)溫控制器66的級(jí)間調(diào)溫 系統(tǒng)的實(shí)施例的示意性流程圖。該調(diào)溫流體處于比進(jìn)入過(guò)熱器的蒸汽的入口溫度還要低的 溫度。在一個(gè)實(shí)施例中，級(jí)間調(diào)溫器64可接收來(lái)自獨(dú)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(shí)施例中，級(jí)間調(diào)溫器64可接收來(lái)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(jí)間調(diào)溫器64，控制器66構(gòu)造成基于來(lái)自末級(jí)過(guò)熱器 62的蒸汽的出口溫度來(lái)確定凈所需的調(diào)溫流體的流量，調(diào)溫流體包括通過(guò)控制閥68進(jìn)入 級(jí)間調(diào)溫器64的入口的水或蒸汽?？刂崎y68可以是任何適當(dāng)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。控制器66基于流量到閥的特性進(jìn) 一步確定控制閥需求量，并且通過(guò)級(jí)間調(diào)溫器64注入所需量的調(diào)溫流體流量，以在進(jìn)入末 級(jí)過(guò)熱器62的入口的上游執(zhí)行調(diào)溫。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明包括閥管理技術(shù)，其在補(bǔ)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(shí)，動(dòng)態(tài)地計(jì)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(jìn)入級(jí)間調(diào)溫器控制器66的各種輸入可，例如，包括在末級(jí)高壓過(guò) 熱器62的入口處的蒸汽溫度Tin，離開末級(jí)高壓過(guò)熱器62的蒸汽的溫度T。ut，在本發(fā)明的一 個(gè)實(shí)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(shí)施例中，進(jìn)入級(jí)間 調(diào)溫器控制器66的其它輸入可包括幾何或構(gòu)造參數(shù)，諸如過(guò)熱器管的數(shù)量、過(guò)熱器管的長(zhǎng) 度、管直徑和燃?xì)鉁u輪排氣傳熱面積。在又一實(shí)施例中，進(jìn)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(jí)過(guò)熱器62的蒸汽流量、在末級(jí)高 壓過(guò)熱器62的入口處的蒸汽壓力。
圖3是用于控制來(lái)自圖1的系統(tǒng)10中的過(guò)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(shí)施例中，方法70還可應(yīng)用于許多不同類型的過(guò)程，其中來(lái)自傳熱 裝置的流體的出口溫度可被控制。在步驟72，可對(duì)于系統(tǒng)10確定起動(dòng)過(guò)熱器溫度Tst t和 停止過(guò)熱器溫度T6nd。起動(dòng)過(guò)熱器溫度Tstart或者停止過(guò)熱器溫度T6nd應(yīng)該低于所需的末級(jí) 過(guò)熱器62的出口溫度。在步驟74，如果末級(jí)過(guò)熱器62的溫度達(dá)到溫度Tend或者在Tend以 下，則調(diào)溫過(guò)程可停止。在步驟76，只有當(dāng)末級(jí)過(guò)熱器62的溫度達(dá)到等于或大于溫度Tstart 的溫度時(shí)，調(diào)溫才可被觸發(fā)。進(jìn)一步地在步驟78，可對(duì)于來(lái)自末級(jí)過(guò)熱器62的蒸汽的出口 溫度T。ut設(shè)定設(shè)定點(diǎn)溫度Tsp。設(shè)定點(diǎn)溫度Tsp可設(shè)定為可保護(hù)蒸汽渦輪20和關(guān)聯(lián)的管道、 閥門和其它設(shè)備的任何特定的溫度。在其它實(shí)施例中，設(shè)定點(diǎn)溫度Tsp可代表最高容許溫度 的百分比或偏移量值。對(duì)于設(shè)定點(diǎn)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(lái)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(jìn)入末級(jí)過(guò)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(yù)先確定的安全值A(chǔ)來(lái)確定。這個(gè)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(zhǔn)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(jìn)行回到對(duì) 接下來(lái)的時(shí)間段的情況的重新評(píng)估。該控制步驟本質(zhì)上是超馳噴霧調(diào)溫以防止水沖擊在末 級(jí)高壓過(guò)熱器62的管上，這將導(dǎo)致管內(nèi)高于常態(tài)的應(yīng)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(shè)定點(diǎn)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(diǎn)。換句話說(shuō)， 蒸汽的出口溫度T。ut可被允許臨時(shí)升高到高于設(shè)定點(diǎn)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(jí)間調(diào)溫器入口內(nèi)和在末級(jí)過(guò)熱器 入口處的壓力變化來(lái)確定閥需求量。控制閥需求量可限定為流量，該流量在補(bǔ)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(shí)，是控制閥的閥升程的函數(shù)。 最后，在步驟88，可在進(jìn)入末級(jí)高壓過(guò)熱器62的入口的上游執(zhí)行調(diào)溫過(guò)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(guān)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(jìn) 入末級(jí)高壓過(guò)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(jié)構(gòu)90的實(shí)施例。包括位于單環(huán)路中的前 饋控制器92的該控制器結(jié)構(gòu)90構(gòu)造成利用前饋控制92，基于來(lái)自末級(jí)過(guò)熱器62的蒸汽 的出口溫度，確定通過(guò)如圖2中所示的控制閥68進(jìn)入級(jí)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(lái)確定控制閥需求量，并且通過(guò)調(diào)溫器64 注入所需量的給水，以在進(jìn)入末級(jí)過(guò)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(shí)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(jí)過(guò)熱器62的蒸汽流 量、在末級(jí)高壓過(guò)熱器62的入口處的蒸汽溫度Tin、在末級(jí)高壓過(guò)熱器62的入口處的蒸汽壓力以及離開末級(jí)高壓過(guò)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(lái)計(jì)算蒸汽的預(yù)測(cè)出口溫度T。ut。進(jìn)入前饋控制器92的其它的輸入變量可包括幾 何或構(gòu)造參數(shù)，諸如過(guò)熱器管的數(shù)量、過(guò)熱器管的長(zhǎng)度和管直徑。在一個(gè)實(shí)施例中，前饋值可利用基于模型的預(yù)測(cè)技術(shù)，諸如，但不限于，穩(wěn)態(tài)第一 原理熱力學(xué)模型來(lái)確定。因此，控制器可以是基于模型的預(yù)測(cè)溫度控制邏輯，其包括基于經(jīng) 驗(yàn)數(shù)據(jù)的模型、基于熱力學(xué)的模型或者其結(jié)合。這種基于模型的預(yù)測(cè)溫度控制可進(jìn)一步包 括構(gòu)造成補(bǔ)償預(yù)測(cè)溫度模型中的不精確性的比例積分控制器。在另一實(shí)施例中，前饋值可 利用物理模型(諸如第一原理物理模型)來(lái)確定。在又一實(shí)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(lái)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(shí)現(xiàn)中可變 化，因?yàn)樗@示的控制元件和路徑僅僅意在說(shuō)明所公開的實(shí)施例。進(jìn)一步地，修正的流量需求WT信號(hào)是由控制選擇器和超馳控制器104接收的。如 上關(guān)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(hào)^進(jìn)入控制選擇器和超馳控制器104。從控制的角度說(shuō)，在因?yàn)轭A(yù)測(cè)的蒸汽出口 溫度T。ut大于設(shè)定點(diǎn)溫度Tsp而繼續(xù)進(jìn)行調(diào)溫和因?yàn)檎羝娜肟跍囟萒in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(gè)PI驟冷控制器108來(lái)實(shí)現(xiàn)。該防驟冷環(huán)路沒(méi)有結(jié)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(guān)聯(lián)的在調(diào)節(jié)正時(shí)方面的 優(yōu)點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，控制選擇器和超馳控制104可控制來(lái)自一個(gè)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(gè)控制器接收到的多個(gè)信號(hào) 中選擇信號(hào)，而且回復(fù)信號(hào)給PI驟冷控制器108以停止集成或結(jié)束。因此，控制選擇器和 超馳控制器104避免與PID控制關(guān)聯(lián)的結(jié)束問(wèn)題。如果入口溫度Tin已經(jīng)低于Tsat+A，調(diào)整 過(guò)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(jié)構(gòu)90構(gòu)造成只 要進(jìn)入末級(jí)過(guò)熱器62的蒸汽的入口溫度不超過(guò)蒸汽的飽和溫度以預(yù)先確定的安全值，那 么就不進(jìn)行調(diào)溫。進(jìn)入末級(jí)高壓過(guò)熱器62的蒸汽的飽和溫度Tsat可以基于流到末級(jí)高壓 過(guò)熱器62內(nèi)的蒸汽的入口壓力Pin等進(jìn)行計(jì)算。該計(jì)算可例如通過(guò)蒸汽表而基于某一壓力 函數(shù)來(lái)完成。一旦進(jìn)入末級(jí)高壓過(guò)熱器62的蒸汽的飽和溫度Tsat被計(jì)算出來(lái)，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(hào)\。此外，閥需求量可基于流量需求和閥特性來(lái)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(lái)增加或者降低級(jí)間調(diào)溫器64處調(diào)溫的量可影 響在末級(jí)高壓過(guò)熱器62的入口處的蒸汽的入口溫度Tin。在一個(gè)實(shí)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(jiǎn)化的調(diào)節(jié)(例如，要求僅在一個(gè) 負(fù)載上調(diào)節(jié))以及在負(fù)載范圍上的一致的環(huán)路響應(yīng)。以這種方式的控制閥68響應(yīng)的線性化 還可證實(shí)為在操作帶有重負(fù)載變化的大設(shè)備時(shí)(在其中環(huán)路增益在負(fù)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(jié)構(gòu)以給出流量，該流量然后被利 用閥特性轉(zhuǎn)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(guān)的熱滯。因此，本發(fā)明具有小得多的感應(yīng)熱滯。同樣，其它優(yōu)點(diǎn)是由 于系統(tǒng)中的單環(huán)路結(jié)構(gòu)而使調(diào)節(jié)參數(shù)較少。在如今的競(jìng)爭(zhēng)性的市場(chǎng)和緊的投產(chǎn)時(shí)間表中， 這樣的控制器通常將是更加優(yōu)選，因?yàn)樗梢栽谳^短的時(shí)間內(nèi)被最優(yōu)地調(diào)節(jié)，因此增強(qiáng)整 個(gè)系統(tǒng)的性能。此外，雖然公開的實(shí)施例可為特定地適合于蒸汽的級(jí)間調(diào)溫，它們還可用于其它 類似的應(yīng)用，諸如食品和液體處理設(shè)備。進(jìn)一步地，利用單個(gè)控制器代替級(jí)聯(lián)控制器的概念 可適用在幾乎所有場(chǎng)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(guān)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(shí)施例可用在許多其它情況。例 如，公開的實(shí)施例實(shí)質(zhì)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(lái)自 傳熱裝置的流體的出口溫度可能是重要的，所公開的實(shí)施例就可利用基于模型的預(yù)測(cè)技術(shù) 基于進(jìn)入傳熱裝置的入口條件預(yù)測(cè)出口溫度。然后，利用由所公開的實(shí)施例預(yù)測(cè)到的出口 溫度，可執(zhí)行進(jìn)入傳熱裝置的入口溫度的調(diào)溫以確保來(lái)自傳熱裝置的實(shí)際出口溫度保持在 可接受的范圍內(nèi)(例如，低于設(shè)定點(diǎn)溫度或者高于飽和溫度)。此外，基于模型預(yù)測(cè)的控制 和調(diào)溫過(guò)程可利用如上所述的技術(shù)來(lái)執(zhí)行。因此，所公開的實(shí)施例可應(yīng)用于流體可由傳熱 裝置加熱或者冷卻的寬范圍的應(yīng)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(lǐng) 域技術(shù)人員想到。因此，應(yīng)當(dāng)理解，權(quán)利要求意在覆蓋落入本發(fā)明的真實(shí)精神內(nèi)的所有這樣 的修改和改變。
1權(quán)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(gè)過(guò)熱器(60，62)或再熱器，用于接收蒸汽流并且構(gòu)造成產(chǎn)生過(guò)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(jí)間調(diào)溫器(64)；聯(lián)接到所述級(jí)間調(diào)溫器(64)的控制閥(68)，所述控制閥(68)構(gòu)造成控制到所述級(jí)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(gòu)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(gòu)造成基于來(lái)自所述過(guò)熱器(62)的蒸汽的出口溫度來(lái)補(bǔ)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(guò)所述控制閥(68)進(jìn)入所述級(jí)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(gòu)造成基于流量對(duì)閥特性來(lái)確定控制閥需求量；操縱所述級(jí)間調(diào)溫器(64)的所述控制閥(68)，以及通過(guò)所述級(jí)間調(diào)溫器(64)注入所需流量，以在進(jìn)入所述過(guò)熱器(62)的入口的上游執(zhí)行調(diào)溫。
2.如權(quán)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(gòu)造成將蒸汽輸送到所述過(guò)熱器(60，62)。
3.如權(quán)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(guò)熱器(60，62) 還包括初級(jí)過(guò)熱器(60)和末級(jí)過(guò)熱器(62)，所述初級(jí)過(guò)熱器(60)和末級(jí)過(guò)熱器(62)均在 所述蒸汽路徑內(nèi)并且構(gòu)造成過(guò)熱來(lái)自所述蒸發(fā)器(42，50，58)的蒸汽。
4.如權(quán)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(lái)確定。
5.如權(quán)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(gòu)造成將所述末級(jí)過(guò)熱器(62)的入口的蒸汽溫度維持在高于飽和溫度。
6.如權(quán)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(gòu)造 成在進(jìn)入所述末級(jí)過(guò)熱器(62)的蒸汽的入口溫度不超過(guò)蒸汽的飽和溫度以預(yù)先確定的安 全值時(shí)不進(jìn)行調(diào)溫。
7.如權(quán)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(jìn)入所述末級(jí)過(guò)熱器(62)的廢氣的入口溫度、進(jìn)入所述末級(jí)過(guò)熱器(62) 的蒸汽或廢氣的入口壓力、進(jìn)入所述末級(jí)過(guò)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(jié)合的輸入變量。
8.如權(quán)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(yàn)數(shù)據(jù)的模型、基于熱力學(xué)的模型或其結(jié)合的基于模型的預(yù)測(cè)溫度控制邏輯。
9.一種用于控制來(lái)自熱回收蒸汽發(fā)生系統(tǒng)(10)的末級(jí)過(guò)熱器(62)的蒸汽的出口溫度 的方法(70)，包括通過(guò)前饋控制器(92)確定所需的開環(huán)調(diào)溫流體的流量；通過(guò)調(diào)整反饋控制器(96)補(bǔ)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(lái)自熱回收蒸汽發(fā)生系統(tǒng)(10)的末級(jí)過(guò)熱器的蒸汽的出口溫度，確定通過(guò)控制閥(68)進(jìn)入級(jí)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(duì)閥特性來(lái)確定控制閥需求量； 操縱所述級(jí)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(jìn)入所述末級(jí)過(guò)熱器(62)的入口的上游執(zhí)行調(diào)溫。
10.如權(quán)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(jìn)入所述末級(jí)過(guò) 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(gè)過(guò)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(jí)間調(diào)溫器(64)。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括聯(lián)接到級(jí)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(jí)間調(diào)溫器的控制器(66)?？刂破鬟M(jìn)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(gòu)造成確定所需的調(diào)溫流體流量，而調(diào)整反饋控制器構(gòu)造成補(bǔ)償所確定的調(diào)溫流體流量中的不精確性，基于來(lái)自過(guò)熱器的蒸汽的出口溫度，確定通過(guò)控制閥進(jìn)入級(jí)間調(diào)溫器的入口的調(diào)溫流體的凈所需流量。
文檔編號(hào)F22G5/20GK101852425SQ201010155649
公開日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2010年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月23日
發(fā)明者K·D·明托, P·P·波盧科特, R·庫(kù)馬, W·F·西利, W·G·卡伯格 申請(qǐng)人:通用電氣公司