專利名稱：一種工業(yè)鍋爐給水系統(tǒng)的節(jié)能裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種工業(yè)鍋爐給水系統(tǒng)的節(jié)能裝置及其控制方法，屬于自動(dòng)控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
工業(yè)鍋爐一般采用給水泵進(jìn)行供水，給水泵的功率從數(shù)十千瓦到數(shù)百千瓦不等，鍋爐容量越大給水系統(tǒng)的能耗越高。目前工業(yè)鍋爐給水系統(tǒng)的水流量控制的主要方法是通過控制電動(dòng)閥的開度而控制。有的工業(yè)鍋爐給水系統(tǒng)在給水泵上安裝了變頻器，但是變頻器的控制目標(biāo)僅是穩(wěn)定給水壓力，沒有充分挖掘變頻器的節(jié)能潛力。有的雖同時(shí)安裝了電動(dòng)閥和變頻器，但沒有充分發(fā)揮電動(dòng)閥和變頻器的聯(lián)合優(yōu)化控制作用，仍以變頻器作為恒壓，電動(dòng)閥作為流量控制，沒有更好地實(shí)現(xiàn)節(jié)能。由于給水泵的能耗與給水泵的轉(zhuǎn)速成平方的關(guān)系，因此在確保給水系統(tǒng)安全的前提下盡量降低給水泵的轉(zhuǎn)速是節(jié)能的關(guān)鍵措施。給 水與汽包之間必須保持足夠的壓力差(后面簡稱水汽壓力差)才能確保鍋爐進(jìn)水，特別是在鍋爐工況變化需要較小的水流量時(shí)，既要求降低給水泵轉(zhuǎn)速而減小流量又要求提高轉(zhuǎn)速以維持足夠的水汽壓力差，這就導(dǎo)致給水系統(tǒng)的劇烈波動(dòng)，不僅不安全而且電能浪費(fèi)嚴(yán)重，需要從變頻器和電動(dòng)閥兩方面進(jìn)行控制。水汽壓力差可以通過變頻器和電動(dòng)閥這兩個(gè)設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)，在同樣的轉(zhuǎn)速條件下閥門開度越小水壓力差越大，在同樣的閥門開度條件下轉(zhuǎn)速越高水壓力差越大，反之依然。閥門開度越小越容易造成水能損失。實(shí)踐證明，完全通過變頻器維持足夠的水汽壓力差所耗費(fèi)的電能比通過改變閥門開度所耗費(fèi)的電能要大，在給水流量較小時(shí)電能的浪費(fèi)尤為嚴(yán)重。因此需要在變頻器輸出量與閥門開度間尋求一個(gè)最佳接合點(diǎn)，以達(dá)到更為顯著的節(jié)能效果。

實(shí)用新型內(nèi)容鑒于上述存在的問題和不足，本實(shí)用新型提供一種工業(yè)鍋爐給水系統(tǒng)的節(jié)能裝置及其控制方法，采用變頻和變閥聯(lián)合調(diào)節(jié)的辦法優(yōu)化控制鍋爐給水，達(dá)到最大限度節(jié)能的目的；同時(shí)大大減小流程設(shè)備的磨損，可延長流程設(shè)備的使用年限。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為節(jié)能裝置硬件包括變頻器3、給水壓力變送器5、蒸汽壓力變送器7、電動(dòng)閥9、流量計(jì)10和可編程控制器11，變頻器3連接給水泵4的控制端，在給水泵4至省煤器16的輸出管道上依次安裝電動(dòng)閥9、流量計(jì)10，給水泵4和電動(dòng)閥9之間接安裝有給水壓力變送器5，鍋爐汽包8經(jīng)過蒸汽壓力變送器7與可編程控制器11連接，流量計(jì)10和給水壓力變送器5與可編程控制器11輸入端連接，變頻器3和電動(dòng)閥9與可編程控制器11輸出信號端連接?？删幊炭刂破髦邪惭b有鍋爐給水控制回路軟件，軟件包括比較器I、增量式PID控制器2和自尋優(yōu)控制器6，自尋優(yōu)控制器6包括分析比較器12、選擇開關(guān)13、控制表14和搜索器15 ;比較器I通過增量式PID控制器2和變頻器3、給水泵4、電動(dòng)閥9、鍋爐汽包8依次串接，給水流量給定值SP和電動(dòng)閥輸出端的流量計(jì)信號輸入比較器1，給水流量給定值、給水壓力信號、蒸汽壓力信號信號輸入自尋優(yōu)控制器6的分析比較器12，分析比較器12的輸出端口與選擇開關(guān)13連接，選擇開關(guān)13的輸出端口分別連接控制表14和搜索器15，控制表14和搜索器15的輸出端口分別連接電動(dòng)閥9。本實(shí)用新型的有益效果是，采用變頻和變閥聯(lián)合調(diào)節(jié)的辦法優(yōu)化控制鍋爐給水，達(dá)到最大限度節(jié)能的目的；可大大減小流程設(shè)備的磨損，可延長流程設(shè)備的使用年限。

圖I是本實(shí)用新型的節(jié)能裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型的控制原理示意圖；圖3是本實(shí)用新型的自尋優(yōu)控制器原理圖。 圖中1_比較器、2-增量式PID控制器、3-變頻器、4-給水泵、5-給水壓力變送器、6-自尋優(yōu)控制器、7-蒸汽壓力變送器、8-鍋爐汽包、9-電動(dòng)閥、10-流量計(jì)、11-可編程控制器、12-分析比較器、13-選擇開關(guān)、14-控制表、15-搜索器、16-省煤器。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。如圖I所示，節(jié)能裝置硬件包括變頻器3、給水壓力變送器5、蒸汽壓力變送器7、電動(dòng)閥9、流量計(jì)10和可編程控制器11，變頻器3連接給水泵4的控制端，在給水泵4至省煤器16的輸出管道上依次安裝電動(dòng)閥9、流量計(jì)10，給水泵4和電動(dòng)閥9之間接安裝有給水壓力變送器5，鍋爐汽包8經(jīng)過蒸汽壓力變送器7與可編程控制器11連接，流量計(jì)10和給水壓力變送器5與可編程控制器11輸入端連接，變頻器3和電動(dòng)閥9與可編程控制器11輸出信號端連接?？删幊炭刂破髦邪惭b有鍋爐給水控制回路軟件，軟件包括比較器I、增量式PID控制器2和自尋優(yōu)控制器6，自尋優(yōu)控制器6包括分析比較器12、選擇開關(guān)13、控制表14和搜索器15 ；比較器I通過增量式PID控制器2和變頻器3、給水泵4、電動(dòng)閥9、鍋爐汽包8依次串接，給水流量給定值SP和電動(dòng)閥輸出端的流量計(jì)信號輸入比較器1，給水流量給定值、給水壓力信號、蒸汽壓力信號信號輸入自尋優(yōu)控制器6的分析比較器12，分析比較器12的輸出端口與選擇開關(guān)13連接，選擇開關(guān)13的輸出端口分別連接控制表14和搜索器15，控制表14和搜索器15的輸出端口分別連接電動(dòng)閥9。結(jié)合圖2對自尋優(yōu)控制器的控制方法作進(jìn)一步的說明，實(shí)施例I連接號裝置以后，按照下面步驟進(jìn)行；第一步水流量給定值SP和流量計(jì)的實(shí)測值同時(shí)輸入比較器，通過比較器進(jìn)行比較，并且將差值(SP-PV)送入增量式PID控制器；第二步增量式PID控制器經(jīng)過計(jì)算，將結(jié)果輸出到變頻器，通過變頻器對給水泵進(jìn)行控制，將給水流量控制在給水流量給定值范圍內(nèi)；第三步給水壓力P1、蒸汽壓力P2、水流量給定值SP送入自尋優(yōu)控制器中的分析比較器，經(jīng)信號分析后選擇控制表或搜索器進(jìn)行控制；[0021]控制表14的控制方法為根據(jù)給水流量、水汽壓力差情況控制調(diào)節(jié)閥門開度的控制算法為首先由給水流量的給定值的變化通過查表方式得出調(diào)節(jié)閥的控制開度，將給水流量測量范圍分為{0，I, 2，3，4，5，6，7}八個(gè)模糊等級，分別對應(yīng){0，I, 2，3，4，6，8，10}八個(gè)閥門開度等級，再根據(jù)給水流量給定值確定其屬于的模糊等級，根據(jù)對應(yīng)關(guān)系得到閥門開度的粗調(diào)值，然后根據(jù)給水與汽包壓力差進(jìn)行修正，當(dāng)水汽壓力差小于0. 15MPa時(shí)，將閥門開度調(diào)低一個(gè)等級，當(dāng)水汽壓力差大于0. 2MPa時(shí)，將閥門開度調(diào)高一個(gè)等級。選擇控制表控制時(shí)，控制表將根據(jù)SP、P1、P2的數(shù)值通過查表獲得控制結(jié)果；控制結(jié)果將通過可編程控制器輸出控制電動(dòng)閥的開度。給水流量給定值SP、給水壓力P1、蒸汽壓力P2送入分析比較器12后，當(dāng)給水流量給定值變化幅度大于4t/h或壓力差變化幅度大于0. 2MPa時(shí)，經(jīng)前后數(shù)據(jù)比較以及數(shù)據(jù)變化趨勢分析確定選擇那一種控制算法，并通過選擇開關(guān)13進(jìn)行選擇，選擇控制表14進(jìn)行控制，以便使控制系統(tǒng)快速進(jìn)入穩(wěn)定和較為節(jié)能的狀態(tài)， 實(shí)施例2第一步水流量給定值SP和流量計(jì)的實(shí)測值同時(shí)輸入比較器，通過比較器進(jìn)行比較，并且將差值(SP-PV)送入增量式PID控制器；第二步增量式PID控制器經(jīng)過計(jì)算，將結(jié)果輸出到變頻器，通過變頻器對給水泵進(jìn)行控制，將給水流量控制在給水流量給定值范圍內(nèi)；第三步給水壓力P1、蒸汽壓力P2、水流量給定值SP送入自尋優(yōu)控制器中的分析比較器，經(jīng)信號分析后選擇控制表或搜索器進(jìn)行控制，搜索器15的控制方法為當(dāng)給水流量給定值變化超出等級范圍而采用控制表14快速得到較為合理閥門開度后，自動(dòng)切換到尋找最佳閥門開度的搜索器15控制方式，最佳閥門開度的搜索方法為將壓力差分為{0，0. 05,0. 15，0.2，0.3}五個(gè)等級，對應(yīng)的搜索步長為{10，5，1，2，5}，壓力差小于0. 15MPa時(shí)，以對應(yīng)搜索步長每10秒關(guān)閉閥門I次，壓力差大于0. 2MPa時(shí)，以對應(yīng)搜索步長每10秒打開閥門I次，當(dāng)壓力差處在0. 15至0. 20MPa之間時(shí)，暫停搜索。選擇搜索器時(shí)，搜索器將根據(jù)SP、P1、P2的數(shù)值通過逐步搜索獲得控制結(jié)果，控制結(jié)果將通過可編程控制器輸出控制電動(dòng)閥的開度。給水流量給定值SP、給水壓力P1、蒸汽壓力P2送入分析比較器12后，當(dāng)給水流量給定值變化幅度小于4t/h和壓力差變化幅度小于0. 2MPa時(shí)，經(jīng)前后數(shù)據(jù)比較以及數(shù)據(jù)變化趨勢分析確定選擇那一種控制算法，并通過選擇開關(guān)13進(jìn)行選擇，選擇搜索器15進(jìn)行控制以尋找最佳的閥門開度和變頻器輸出量，實(shí)現(xiàn)顯著的節(jié)能。本實(shí)用新型通過具體實(shí)施過程進(jìn)行說明的，在不脫離本實(shí)用新型范圍的情況下，還可以對實(shí)用新型進(jìn)行各種變換及等同代替，因此，本實(shí)用新型不局限于所公開的具體實(shí)施過程，而應(yīng)當(dāng)包括落入本實(shí)用新型權(quán)利要求范圍內(nèi)的全部實(shí)施方案。
權(quán)利要求1.一種工業(yè)鍋爐給水系統(tǒng)的節(jié)能裝置，其特征在于節(jié)能裝置包括變頻器、給水壓力變送器、蒸汽壓力變送器、電動(dòng)閥、流量計(jì)和可編程控制器，變頻器連接給水泵，在給水泵與省煤器之間的輸出管道上依次連接電動(dòng)閥、流量計(jì)，給水泵和電動(dòng)閥之間接有給水壓力變送器，鍋爐汽包經(jīng)過蒸汽壓力變送器與可編程控制器連接，流量計(jì)和給水壓力變送器與可編程控制器輸入端連接，變頻器和電動(dòng)閥與可編程控制器輸出信號端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種工業(yè)鍋爐給水系統(tǒng)的節(jié)能裝置，其特征在于可編程控制器中安裝有鍋爐給水控制回路軟件，軟件包括比較器、增量式PID控制器和自尋優(yōu)控制器，自尋優(yōu)控制器包括分析比較器、選擇開關(guān)、控制表和搜索器；控制回路中比較器、增量式PID控制器、變頻器、給水泵、電動(dòng)閥、鍋爐汽包依次串接，給水流量給定值SP和電動(dòng)閥輸出端的流量計(jì)信號輸入比較器，給水流量給定值、給水壓力信號、蒸汽壓力信號輸入自尋優(yōu)控制器的分析比較器，分析比較器的輸出端口與選擇開關(guān)連接，選擇開關(guān)的輸出端口分別連接控制表和搜索器，控制表和搜索器的輸出端口分別與電動(dòng)閥連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種工業(yè)鍋爐給水系統(tǒng)的節(jié)能裝置及其控制方法，屬于自動(dòng)化控制領(lǐng)域。節(jié)能裝置變頻器連接給水泵，在給水泵與省煤器之間的輸出管道上依次連接電動(dòng)閥、流量計(jì)，給水泵和電動(dòng)閥之間接有給水壓力變送器，鍋爐汽包經(jīng)過蒸汽壓力變送器與可編程控制器連接，流量計(jì)和給水壓力變送器與可編程控制器輸入端連接，變頻器和電動(dòng)閥與可編程控制器輸出信號端連接；可編程控制器中安裝有鍋爐給水控制回路軟件。本方法采用變頻和變閥聯(lián)合調(diào)節(jié)的辦法優(yōu)化控制鍋爐給水，達(dá)到最大限度節(jié)能的目的；同時(shí)大大減小流程設(shè)備的磨損，可延長流程設(shè)備的使用年限。
文檔編號F22D5/26GK202546731SQ20122013522
公開日2012年11月21日 申請日期2012年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月1日
發(fā)明者和麗芳, 童雄, 黃宋魏 申請人:昆明理工大學(xué)