用于燃氧鍋爐的再熱蒸汽溫度控制的方法和設(shè)備的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及用于燃氧鍋爐的再熱蒸汽溫度控制的方法和設(shè)備。一種用于在鍋爐中將測(cè)量再熱出口蒸汽溫度(“RPV”)調(diào)節(jié)到再熱出口蒸汽溫度設(shè)定點(diǎn)(“RSP”)附近的方法和系統(tǒng)。比較RPV與RSP。如果RPV低于RSP且燃料噴嘴傾角的位置(“TILTPV”)低于燃料噴嘴傾角的上限(“TILTHIGH”)，則增加TILTPV，同時(shí)使二次煙道氣再循環(huán)流的流率(“SFGRPV”)保持恒定。如果RPV低于RSP且TILTPV處于TILTHIGH，則增加SFGRPV。如果RPV高于RSP且SFGRPV高于SFGR的流率的下限(“SFGRLOW”)，則減小SFGRPV，同時(shí)使TILTPV保持恒定。如果RPV高于RSP且SFGRPV處于SFGRLOW，則減小TILTPV。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于燃氧鍋爐的再熱蒸汽溫度控制的方法和設(shè)備
[0001]政府許可權(quán)利
本發(fā)明根據(jù)美國(guó)能源部授予的合同DE NT-0005290下在政府支持下完成。美國(guó)政府對(duì)本發(fā)明享有某些權(quán)利。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本公開(kāi)涉及用于蒸汽發(fā)生鍋爐中的再熱出口蒸汽溫度控制的方法和系統(tǒng)。更具體而言，本公開(kāi)涉及用于控制用于蒸汽發(fā)生鍋爐中的再熱蒸汽溫度控制的多個(gè)控制手段的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]在使用蒸汽作為工作流體的功率裝置，可基于離開(kāi)系統(tǒng)的一部分的且在進(jìn)入裝置的一個(gè)或多個(gè)渦輪之前的蒸汽的溫度設(shè)定點(diǎn)而對(duì)裝置的運(yùn)行進(jìn)行建模。這個(gè)設(shè)定點(diǎn)可稱為再熱出口蒸汽溫度。在系統(tǒng)中的這個(gè)點(diǎn)處的再熱蒸汽的實(shí)際溫度可稱為測(cè)量再熱出口蒸汽溫度且簡(jiǎn)寫(xiě)為Rpv，其中下標(biāo)PV指示與設(shè)定點(diǎn)相比的過(guò)程變量。通過(guò)比較Rpv與再熱出口蒸汽溫度的設(shè)定點(diǎn)(“RSP”)，能夠調(diào)節(jié)功率裝置系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)控制手段，以最大程度地減小Rpv相對(duì)于Rsp的偏差。
[0004]正在開(kāi)發(fā)燃氧功率裝置，即與大氣空氣相反，使用基本純氧的功率裝置。一些功率裝置可稱為雙重燃燒裝置，因?yàn)樗鼈兛捎每諝饣蚧炯冄趸蛩鼈兊慕M合運(yùn)行。用于雙重燃燒(燃空氣/氧)的再熱蒸汽溫度控制存在新的問(wèn)題，因?yàn)榇嬖谛碌目刂剖侄?。在這種系統(tǒng)中，控制手段可包括溫度調(diào)節(jié)器噴淋水控制裝置、燃料噴嘴傾角控制裝置、在燃氧模式中的二次煙道氣再循環(huán)(“SFGR”)控制裝置或在燃空氣模式中的過(guò)量空氣水平控制裝置?？烧{(diào)節(jié)這些控制裝置中的各個(gè)以改變RPV。除了別的之外，可協(xié)調(diào)這些控制裝置以控制RPV，以最大程度地減小相對(duì)于Rsp的偏差和/或改進(jìn)系統(tǒng)效率和減少輔助功率消耗。
[0005]需要這樣的功率裝置控制系統(tǒng)和方法，即其協(xié)調(diào)溫度調(diào)節(jié)器噴淋水控制裝置、燃料噴嘴傾角控制裝置和二次煙道氣再循環(huán)控制裝置中的一個(gè)或多個(gè)，以實(shí)現(xiàn)高效裝置運(yùn)行。還需要這樣的功率裝置控制系統(tǒng)和方法，即其協(xié)調(diào)溫度調(diào)節(jié)器噴淋水控制裝置、燃料噴嘴傾角控制裝置、SFGR控制裝置和過(guò)量空氣水平控制裝置的一個(gè)或多個(gè)，以使得能夠在燃空氣模式和燃氧模式之間的模式過(guò)渡中進(jìn)行安全和穩(wěn)定的運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本文示出的方面，提供一種將蒸汽發(fā)生鍋爐中的測(cè)量再熱出口蒸汽溫度(“RPV”)調(diào)節(jié)到蒸汽再熱出口溫度設(shè)定點(diǎn)(“RSP”)附近的方法。方法包括比較Rpv與Rsp的步驟。如果Rpv低于Rsp且燃料噴嘴傾角的位置(“TILTPV”)低于燃料噴嘴傾角的上限(“TILTHrcH”)，則方法包括以下步驟:增加TILTpv，同時(shí)使二次煙道氣再循環(huán)流的流率(“SFGRPV”)保持恒定。
[0007]在一個(gè)實(shí)施例中，增加TILTpv的步驟使Rpv升高。在又一個(gè)實(shí)施例中，方法包括以下步驟:如果Rpv低于Rsp且TILTpv處于TILThiot,則增加SFGRPV。在又一個(gè)實(shí)施例中，增加SFGRpv的步驟使Rpv升高。在又一個(gè)實(shí)施例中，方法包括以下步驟:如果Rpv高于Rsp且SFGRpv高于SFGR的流率的下限(“SFGRot”)，則減小SFGRpv,同時(shí)使TILTpv保持恒定。減小SFGRpv的步驟使Rpv降低。在一個(gè)實(shí)施例中，減小SFGRpv的步驟使SFGR風(fēng)扇和/或誘導(dǎo)通風(fēng)(ID)風(fēng)扇消耗的功率的量減小。
[0008]在又一個(gè)實(shí)施例中，方法包括以下步驟:如果Rpv高于Rsp且SFGRpv處于SFGRot,則減小TILTPV。減小TILTpv使Rpv降低。在又一個(gè)實(shí)施例中，方法包括確定偏置蒸汽再熱出口溫度設(shè)定點(diǎn)(“RBSP”)的步驟，其中RBsp是RBkjnstant或K中較大的一個(gè)，其中K等于Rpv減去在測(cè)量溫度調(diào)節(jié)器入口蒸汽溫度(“DIPV”)和測(cè)量溫度調(diào)節(jié)器出口蒸汽溫度(“D0PV”)之間的差。TILTpv的增加速率至少部分地基于RBSP。在又一個(gè)實(shí)施例中，SFGRpv的減小速率至少部分地基于RBSP。
[0009]根據(jù)本文示出的其它方面，提供一種將蒸汽發(fā)生鍋爐中的測(cè)量再熱出口蒸汽溫度(“RPV”)調(diào)節(jié)到再熱出口蒸汽溫度設(shè)定點(diǎn)(“RSP”)附近的系統(tǒng)。系統(tǒng)具有爐。燃料噴嘴與爐處于流體連通且從爐的側(cè)壁延伸到爐中。燃料噴嘴構(gòu)造成將燃料輸送到爐。系統(tǒng)進(jìn)一步包括燃料噴嘴傾角控制裝置，其構(gòu)造成調(diào)節(jié)燃料噴嘴相對(duì)于側(cè)壁的傾角(“TILTPV”)。二次煙道氣再循環(huán)流(SFGR)的源與爐處于流體連通，二次煙道氣源(例如一個(gè)或多個(gè)風(fēng)扇)構(gòu)造成將二次煙道氣再循環(huán)流(SFGR)輸送到爐。SFGR控制裝置構(gòu)造成調(diào)節(jié)進(jìn)入爐中的SFGR的流率(“SFGRPV”)。第一溫度傳感器構(gòu)造成測(cè)量RPV。系統(tǒng)進(jìn)一步包括控制器。在控制器上執(zhí)行的軟件比較Rpv與RSP。如果Rpv低于Rsp且TILTpv低于燃料噴嘴傾角的上限(“TILTHrcH”)，則在控制器上執(zhí)行的軟件產(chǎn)生指示燃料噴嘴傾角控制裝置增加TILTpv的信號(hào)，并且在控制器上執(zhí)行的軟件產(chǎn)生指示SFGR控制裝置使SFGRpv保持恒定的信號(hào)。
[0010]在另一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)包括在控制器上執(zhí)行來(lái)在Rpv低于Rsp且TILTpv處于TILThigh的情況下產(chǎn)生指示SFGR控制裝置增加SFGRpv的信號(hào)的軟件。在另一個(gè)實(shí)施例中，燃料噴嘴傾角控制裝置響應(yīng)于指示而增加TILTpv,并且SFGR控制裝置響應(yīng)于指示而增加SFGRPV。在另一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)包括在控制器上執(zhí)行來(lái)在Rpv高于Rsp且SFGRpv高于SFGR的流率的下限(“SFGRot”)的情況下產(chǎn)生指示SFGR控制裝置減小SFGRpv的信號(hào)以及產(chǎn)生指示煙道噴嘴傾角控制裝置使TILTpv保持恒定的信號(hào)的軟件。
[0011]在一個(gè)實(shí)施例中，SFGR控制裝置響應(yīng)于指示而減小SFGRPV。在又一個(gè)實(shí)施例中，減小SFGRpv使SFGR風(fēng)扇和ID風(fēng)扇消耗的功率的量減小。在當(dāng)前公開(kāi)的系統(tǒng)的又一個(gè)實(shí)施例中，在控制器上執(zhí)行的軟件在Rpv高于Rsp且SFGRpv處于SFGRot的情況下產(chǎn)生指示燃料噴嘴傾角控制裝置減小TILTpv的信號(hào)。在又一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)包括在控制器上執(zhí)行來(lái)確定偏置蒸汽再熱出口溫度設(shè)定點(diǎn)(“RBSP”)的軟件，其中RBsp是RBotstant或K中較大的一個(gè)，其中K等于Rpv減去在測(cè)量溫度調(diào)節(jié)器入口蒸汽溫度(“DIPV”)和測(cè)量溫度調(diào)節(jié)器出口蒸汽溫度(“D0PV”)之間的差。TILTpv的增加速率至少部分地基于RBSP。在又一個(gè)實(shí)施例中，SFGRpv的減小速率至少部分地基于RBSP。
[0012]下圖和詳細(xì)描述例示上面描述的特征和其它特征。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]現(xiàn)在參照附圖，附圖是示例性實(shí)施例，并且其中相同元件以相同的方式標(biāo)號(hào): 圖1示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的功率裝置的一部分。
[0014]圖2示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的溫度調(diào)節(jié)器控制環(huán)路。
[0015]圖3示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的燃料噴嘴傾角控制環(huán)路。
[0016]圖4示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的二次煙道氣再循環(huán)控制環(huán)路。
【具體實(shí)施方式】
[0017]圖1示出可例如在熱功率裝置中使用的典型的鍋爐100的鍋爐蒸汽循環(huán)的框圖。鍋爐100可包括蒸汽或水以各種形式流過(guò)其中(諸如過(guò)熱蒸汽，經(jīng)再熱蒸汽等)的各種區(qū)段。雖然顯示在圖1中的鍋爐100示出各種鍋爐區(qū)段，在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中且如具有本領(lǐng)域普通技術(shù)且熟悉本公開(kāi)的人員可理解的那樣，可包括一個(gè)或多個(gè)額外區(qū)段或可排除一個(gè)或多個(gè)額外區(qū)段。如下面更詳細(xì)地論述的那樣，Rpv是傳感器180在管道148中測(cè)量到的可變溫度。Rsp是在系統(tǒng)的這個(gè)點(diǎn)處的蒸汽的溫度的設(shè)定點(diǎn)。
[0018]在鍋爐100中，冷的再熱蒸汽通過(guò)管道140從渦輪(未顯示)返回到爐102。管道140與爐102中的第一再熱蒸汽熱吸收區(qū)段104處于流體連通。冷的再熱蒸汽傳送通過(guò)第一再熱蒸汽熱吸收區(qū)段104，在那里，蒸汽被爐102中的燃燒加熱。在再熱蒸汽在再熱蒸汽熱吸收區(qū)段104中加熱之后，蒸汽流過(guò)管道142，管道142與再熱蒸汽熱吸收區(qū)段104處于流體連通。雖然本文公開(kāi)了再熱蒸汽熱吸收區(qū)段104，但是具有本領(lǐng)域普通技術(shù)且熟悉本公開(kāi)的人員應(yīng)當(dāng)理解，可用不同的已知系統(tǒng)來(lái)將熱從燃燒傳遞到鍋爐100中的工作流體。
[0019]管道142與第二再熱器108處于流體連通。在運(yùn)行期間，再熱蒸汽傳送通過(guò)管道142且流到第二再熱器108中。第二再熱器108通過(guò)管道144進(jìn)一步與溫度調(diào)節(jié)器110處于流體連通。再熱蒸汽從第二再熱器108流出，通過(guò)管道144且進(jìn)入溫度調(diào)節(jié)器110。溫度調(diào)節(jié)器110通過(guò)管道146與第三再熱器120處于流體連通。蒸汽從溫度調(diào)節(jié)器110流出，通過(guò)管道146且進(jìn)入第三再熱器120。第三再熱器120與管道148處于流體連通。
[0020]熱的再熱蒸汽離開(kāi)第三再熱器120且流到管道148中。管道148離開(kāi)爐且與一個(gè)或多個(gè)渦輪(未顯示在圖中)處于流體連通。熱的再熱蒸汽從管道148流到一個(gè)或多個(gè)渦輪中，從而使渦輪旋轉(zhuǎn)。在再熱蒸汽離開(kāi)一個(gè)或多個(gè)渦輪之后，它可流過(guò)更多的額外元件和管道(未顯示在圖中)，例如，主冷凝器、給水預(yù)熱系、給水罐、節(jié)熱器、水壁、多個(gè)過(guò)熱蒸汽熱吸收區(qū)段、一個(gè)或多個(gè)高壓渦輪等，在此之后，再熱蒸汽返回到管道140且重復(fù)該循環(huán)。應(yīng)當(dāng)理解，雖然本文公開(kāi)了構(gòu)件的具體布置，但是本公開(kāi)在這方面不受限，并且具有本領(lǐng)域的普通技術(shù)且熟悉本公開(kāi)的人員將理解，其它構(gòu)造是可行的。
[0021]爐102包括一個(gè)或多個(gè)燃料噴嘴90，用于將燃料(例如粉煤、空氣、再循環(huán)流的煙道氣和/或基本純氧)輸送到爐102的室98。在顯示在圖1中的實(shí)施例，僅顯示一個(gè)燃料噴嘴90，但是應(yīng)當(dāng)理解，典型的爐102可包括在爐中處于不同的高度且例如處于爐的不同拐角處的多組噴嘴90。燃料噴嘴90與管道94處于流體連通，管道94接收燃料、空氣、煙道氣再循環(huán)流和/或基本純氧的混合物。使用燃料噴嘴傾角控制裝置92，能夠調(diào)節(jié)燃料噴嘴90相對(duì)于爐102的壁101的角度，這通常稱為傾角，噴嘴90從壁101延伸。
[0022]在圖1中，噴嘴90垂直地從壁101延伸。噴嘴90可向下(低于水平線)傾斜到下限。類(lèi)似地，噴嘴90可向上(高于水平線)傾斜到上限。燃料噴嘴傾角控制裝置92與中央控制器160通信。燃料噴嘴傾角控制裝置92可從中央控制器160接收指示關(guān)于燃料噴嘴90的傾角的命令的信號(hào)。因此燃料噴嘴傾角控制裝置92調(diào)節(jié)噴嘴90的傾角。類(lèi)似地，燃料噴嘴傾角控制裝置92可將指示噴嘴90的傾角位置的信號(hào)傳遞到中央控制器160。雖然顯示了一個(gè)噴嘴90，但是本公開(kāi)在這方面不受限，因?yàn)榭刹捎萌魏螖?shù)量的噴嘴。調(diào)節(jié)燃料噴嘴傾角會(huì)改變爐102中的熱分布，以改變RPV。例如，使噴嘴90升高到高于水平線會(huì)將空氣和燃料引導(dǎo)到爐中的較高的高度，而使噴嘴90降低到低于水平線會(huì)將空氣和燃料引導(dǎo)到爐中的較低的高度。通過(guò)這些調(diào)節(jié)，能夠控制爐中的火球的位置且從而改變傳遞到再熱蒸汽的熱量。降低燃料噴嘴傾角會(huì)使Rpv降低。升高燃料噴嘴傾角會(huì)使Rpv升高。
[0023]如上面論述，在再熱蒸汽離開(kāi)第一再熱蒸汽熱吸收區(qū)段104且傳送通過(guò)管道142、第二再熱器108和管道144之后，再熱蒸汽傳送通過(guò)溫度調(diào)節(jié)器110。溫度調(diào)節(jié)器110可用來(lái)相對(duì)于設(shè)定點(diǎn)Rsp調(diào)節(jié)RPV。噴淋水通過(guò)噴射器112噴射到溫度調(diào)節(jié)器110中。水接觸再熱蒸汽且蒸發(fā)，從而降低傳送通過(guò)溫度調(diào)節(jié)器110的蒸汽的溫度，并且因此降低RPV。類(lèi)似地，溫度調(diào)節(jié)器110可通過(guò)減小噴射到溫度調(diào)節(jié)器110中的噴淋水的流率而使Rpv升高。
[0024]噴淋水噴射器112與噴淋水源116處于流體連通?？烧{(diào)節(jié)溫度調(diào)節(jié)器噴淋水控制手段，即流量控制閥114，以控制通過(guò)噴射器112和進(jìn)入溫度調(diào)節(jié)器110的水的流率。照這樣，能夠通過(guò)控制閥114和從而調(diào)節(jié)噴射到溫度調(diào)節(jié)器110中的水量改變離開(kāi)溫度調(diào)節(jié)器110的再熱蒸汽的溫度。可包括促動(dòng)器的閥114從中央控制器160接收指示調(diào)節(jié)通過(guò)噴射器112的水流率的命令的信號(hào)。因此閥114調(diào)節(jié)流率。類(lèi)似地，閥114可將指示閥114的位置和/或?qū)?yīng)的流率的信號(hào)傳遞到中央控制器160。
[0025]進(jìn)一步參照?qǐng)D1，爐102與管道80處于流體連通。爐102的室98中的燃燒期間產(chǎn)生的煙道氣通過(guò)管道80從爐中排出。管道80可與用于處理煙道氣的一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)(未顯示在圖中)處于流體連通。煙道氣的至少一部分可再循環(huán)回到爐102中，這稱為二次煙道氣再循環(huán)流(SFGR)。二次煙道氣再循環(huán)流通過(guò)SFGR風(fēng)扇84從管道80抽出且提供給管道82(未顯示連接)。具有本領(lǐng)域的普通技術(shù)且熟悉本公開(kāi)的人員應(yīng)當(dāng)理解，煙道氣可傳送通過(guò)未顯示在圖中的一個(gè)或多個(gè)不同的系統(tǒng)。管道82與SFGR流量控制手段處于流體連通，例如，一個(gè)或多個(gè)風(fēng)扇84。風(fēng)扇84與管道86處于流體連通，管道86又與爐102處于流體連通。風(fēng)扇84運(yùn)行來(lái)使二次煙道氣再循環(huán)到爐102中。煙道氣再循環(huán)是改變爐102內(nèi)的熱分布的手段，以改變?cè)贌岢隹谡羝麥囟萊pv。
[0026]風(fēng)扇84與中央控制器160通信。風(fēng)扇84可從中央控制器160接收指示用于調(diào)節(jié)進(jìn)入爐102的再循環(huán)煙道氣的流率的命令的信號(hào)。因此風(fēng)扇84調(diào)節(jié)流率。類(lèi)似地，風(fēng)扇84可將指示風(fēng)扇84的運(yùn)行和/或?qū)?yīng)的流率的信號(hào)傳遞給中央控制器160。應(yīng)當(dāng)理解，管道82還可在爐102在燃空氣模式中運(yùn)行時(shí)提供空氣源，從而使得風(fēng)扇84能夠?qū)t102提供可調(diào)節(jié)流率的空氣。風(fēng)扇84可通過(guò)增加進(jìn)入爐102中的再循環(huán)煙道氣的流率而使Rpv升高。風(fēng)扇可通過(guò)減小進(jìn)入爐102中的再循環(huán)煙道氣的流率而使Rpv降低。
[0027]參照?qǐng)D1，系統(tǒng)100包括中央控制器160。如本文使用，用語(yǔ)中央控制器160(也稱為控制器)大體表示能夠執(zhí)行軟件的一個(gè)或多個(gè)裝置。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可理解的那樣，許多不同的裝置可用作控制器160。例如，基于一個(gè)或多個(gè)處理器的計(jì)算機(jī)可用作控制器。中央控制器160包括在其上執(zhí)行的軟件162。
[0028]系統(tǒng)100包括接口 170，用于將指示系統(tǒng)100的運(yùn)行參數(shù)的信息輸入到中央控制器160中。接口 170可包括例如觸摸敏感性顯示屏或顯示器和鍵盤(pán)。接口 170可進(jìn)一步包括具有在其上執(zhí)行的軟件的處理器，或者例如，接口 170可為中央控制器160的構(gòu)件。應(yīng)當(dāng)理解，這些示例不限于本公開(kāi)，并且具有本領(lǐng)域普通技術(shù)且熟悉本公開(kāi)的人員將理解，許多不同的構(gòu)件和其構(gòu)造可用作接口。除了其它數(shù)據(jù)之外，RSP172是可通過(guò)接口 170輸入到中央控制器160中且存儲(chǔ)在與中央控制器160通信的數(shù)據(jù)庫(kù)(未顯示在圖中)中的運(yùn)行參數(shù)的示例。雖然控制器160和接口 170在圖1中顯示為單獨(dú)的元件，但是本公開(kāi)在這方面不受限制。如具有本領(lǐng)域普通技術(shù)且熟悉本公開(kāi)的人員可理解的那樣，接口 170可構(gòu)成控制器160的構(gòu)件。在其它實(shí)施例中，不必要包括接口 170。在這樣的實(shí)施例中，用于系統(tǒng)100的運(yùn)行參數(shù)可編程到中央控制器160中，或可通過(guò)一些其它手段(例如，加密狗(dongle)等)傳遞到中央控制器160。
[0029]中央控制器160與用于記錄系統(tǒng)100中的不同的過(guò)程變量(例如不同的溫度)的一個(gè)或多個(gè)傳感器通信。中央控制器160與設(shè)置在管道148中的傳感器180通信，管道148在第三再熱器120下游。傳感器180可為熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度檢測(cè)器(RTD)、高溫計(jì)，或能夠動(dòng)態(tài)地感測(cè)傳送通過(guò)管道148的煙道氣的溫度的任何其它類(lèi)型的傳感器。傳感器180定位成測(cè)量RPV。傳感器180周期性地將指示Rpv的信號(hào)傳遞到中央控制器160。溫度傳感器184設(shè)置在溫度調(diào)節(jié)器110的上游側(cè)的管道144中。傳感器184定位成測(cè)量溫度調(diào)節(jié)器110的入口蒸汽溫度(“DIPV”)。傳感器184周期性地將指示DIpv的信號(hào)傳遞到中央控制器160。溫度傳感器182設(shè)置在溫度調(diào)節(jié)器110的下游側(cè)的管道146中。傳感器182定位成測(cè)量溫度調(diào)節(jié)器110的出口蒸汽溫度(“D0PV”)。傳感器182周期性地將指示DOpv的信號(hào)傳遞給中央控制器160。
[0030]基于接收自傳感器180、182、184的信息且基于在燃料噴嘴傾角控制裝置92、溫度調(diào)節(jié)器噴淋水控制裝置114和SFGR控制裝置84上接收的信息，執(zhí)行在中央控制器160上的軟件可用來(lái)產(chǎn)生控制燃料噴嘴傾角控制裝置92、溫度調(diào)節(jié)器噴淋水控制裝置114和SFGR控制裝置84的指示，以調(diào)節(jié)Rpv和最大程度地減小相對(duì)于Rsp的偏差。
[0031]期望最大程度地減少使用溫度調(diào)節(jié)器110且更具體而言減少通過(guò)噴射器112的噴淋水的流率，因?yàn)殡m然這對(duì)于快速調(diào)節(jié)Rpv是有效的控制，但是在溫度調(diào)節(jié)器110中使用噴淋水的效率也不高。優(yōu)選的使用燃料噴嘴傾角控制裝置92或SFGR控制裝置84，因?yàn)檫@些控制裝置可更高效?；谧畲蟪潭鹊販p少SFGR控制裝置84消耗的功率，具體而言最少風(fēng)扇消耗的功率來(lái)確定這些控制裝置變量的優(yōu)先順序。例如，在需要升高Rpv的情形下，即Rpv低于RSP，在燃氧模式中，升高燃料噴嘴傾角，直到其到達(dá)上限。在燃料傾角到達(dá)其上限之后，并且假設(shè)Rpv仍然低于Rsp，則通過(guò)風(fēng)扇84增加二次煙道氣的流率。在另一個(gè)情形中，Rpv高于Rsp且因此需要降低，以最大程度地減小相對(duì)于Rsp的偏差。在這個(gè)情形中，通過(guò)風(fēng)扇84減小二次煙道氣再循環(huán)流的流率，直到其到達(dá)下限。假設(shè)Rpv仍然高于RSP，燃料噴嘴傾角向下傾斜。這個(gè)控制裝置優(yōu)先順序布置允許最大程度地減少總的風(fēng)扇功率消耗。
[0032]以下段落描述在圖1中顯示的燃氧鍋爐系統(tǒng)100中實(shí)現(xiàn)相對(duì)于Rsp來(lái)控制Rpv的控制邏輯。控制系統(tǒng)100包括三個(gè)閉環(huán)比例-積分-微分(“PID”)控制裝置:⑴溫度調(diào)節(jié)器噴淋水控制環(huán)路(圖2) ; (2)燃料噴嘴傾角控制環(huán)路(圖3) ; (3) SFGR控制環(huán)路(圖4)。應(yīng)當(dāng)理解，雖然在不同的圖中示出三個(gè)PID控制環(huán)路，并且三個(gè)PID控制環(huán)路顯然可使用不同的硬件來(lái)運(yùn)行，但是PID控制環(huán)路可在控制器160上執(zhí)行為軟件162。具有本領(lǐng)域普通技術(shù)且熟悉本公開(kāi)的人員將理解，本公開(kāi)不限于本文公開(kāi)的用于實(shí)現(xiàn)公開(kāi)的控制邏輯的軟件和硬件構(gòu)造，并且許多不同的構(gòu)造可用于本公開(kāi)。如在圖2-4中進(jìn)一步示出以及如以下論述，系統(tǒng)100依賴于開(kāi)環(huán)選擇邏輯，以對(duì)三個(gè)受控變量的運(yùn)行設(shè)置優(yōu)先順序。
[0033]圖2示出用于溫度調(diào)節(jié)器110的控制環(huán)路200?？刂骗h(huán)路200包括第一控制框210 (以PID控制框形式示出)，其使用Rsp和Rpv作為輸入。第一 PID210將輸出提供給求和框220。第一 PID210的輸出在求和框220處被前饋信號(hào)(“FF”)224修改。前饋信號(hào)224可由在中央控制器160上執(zhí)行的軟件通過(guò)計(jì)算主要流流量和總的經(jīng)修正燃料流量的變化速率之間的差來(lái)產(chǎn)生。第一步驟是將主要蒸汽流量的變化速率減去經(jīng)修正燃料流量的變化速率。這個(gè)計(jì)算出的差形成前饋信號(hào)224，其增加到第二 PID控制器230的設(shè)定點(diǎn)。如果差為正，則這表示爐102欠燃燒(即燃料流的相關(guān)量往往低于蒸汽流)，則前饋信號(hào)將為正，并且補(bǔ)償欠燃燒作用。如果差為負(fù)，則這表示爐102過(guò)燃燒(即燃料流的相關(guān)量往往高于蒸汽流)，則前饋信號(hào)將為負(fù)，并且補(bǔ)償過(guò)燃燒作用。
[0034]求和框220將主輸出提供給第二 PID230 (也稱為從控制器)。第二 PID控制器230靠主輸出和DOpv起作用，以產(chǎn)生指示對(duì)應(yīng)于進(jìn)入溫度調(diào)節(jié)器110的水的比流率的閥位置的信號(hào)。信號(hào)傳遞到溫度調(diào)節(jié)器噴淋水控制閥114，因此調(diào)節(jié)溫度調(diào)節(jié)器噴淋水控制閥114。如果DOpv高于主輸出，則第二 PID控制器230產(chǎn)生指示閥114偏置打開(kāi)的信號(hào)，從而使進(jìn)入溫度調(diào)節(jié)器110中的水的流率增加，這將使Rpv降低。如果，另一方面，DOpv低于主輸出RPV，則第二 PID控制器230產(chǎn)生指示閥114偏置關(guān)閉的信號(hào)，從而減小進(jìn)入溫度調(diào)節(jié)器110的水的流率，這將使Rpv升高。
[0035]圖3示出用于燃料噴嘴傾角控制裝置92的控制環(huán)路300。燃料噴嘴傾角控制裝置92的命令由PID控制器310形成，PID控制器310靠偏置蒸汽再熱出口溫度設(shè)定點(diǎn)(“RBSP”)和Rpv起作用。首先，在框320處，在中央控制器160 (未顯示在圖3中)執(zhí)行上的軟件基于RPV、RSP、DIPV、D0PV和 可通過(guò)接口 170接收的偏置蒸汽再熱出口溫度常量(“RBCQNSTANT”)而計(jì)算RBSP。使用RBSP，Rsp向下偏置由常量RBcqnstant限制的溫度調(diào)節(jié)器溫差(DIpv - DOpv)，以便迫使再熱噴淋水控制閥長(zhǎng)時(shí)間關(guān)閉。RBsp計(jì)算如下:
K=Rpv - (DIpv- DOpv)
如果K > RBconstant, 則 RBsp=K
如果 K〈RBSP,則 RBsp=RBixinstantq
[0036]接下來(lái)，在框330處，在中央控制器160上執(zhí)行的軟件基于RPV、Rsp> SFGR的流率(“SFGRPV”)以及SFGR的流率的下限(“SFGROT”)而確定是否將RBsp或Rpv發(fā)送到PID控制器310作為第一變量(Rpv將發(fā)送到PID控制器310，作為第二變量，而不管這個(gè)確定結(jié)果如何)。第一變量的確定如下進(jìn)行:
如果 RPV>RSP 且 SFGRpv>SFGRlQW，則發(fā)送 Rpv
否則發(fā)送RBSP。
[0037]PID控制器310靠確定框330提供的第一變量(Rpv或RBsp)以及第二變量Rpv起作用，以產(chǎn)生指示燃料噴嘴傾角位置的信號(hào)。信號(hào)傳遞到燃料噴嘴傾角控制裝置82，燃料噴嘴傾角控制裝置82因此調(diào)節(jié)噴嘴90的傾角位置。
[0038]在圖3中示出且在上面論述的選擇邏輯針對(duì)SFGR流量需求控制燃料噴嘴傾角控制裝置92的優(yōu)先順序，以最大程度地減少溫度調(diào)節(jié)器110的使用和風(fēng)扇84的功率消耗。以下情形示出燃料傾角環(huán)路。當(dāng)Rpv高于Rsp且SFGRpv高于SFGRm時(shí)，選擇邏輯迫使燃料噴嘴傾角PID控制器選擇Rpv作為第一變量。在PID控制器310靠第二變量Rpv起作用時(shí)，傾角將不作出反應(yīng)，因?yàn)镻ID310靠1^和Rpv(分別是第一變量和第二變量)之間的差起作用。這個(gè)選擇使中央控制器160進(jìn)一步使SFGRpv減小到SFGRot(如圖4和所附文字中進(jìn)一步示出的那樣)。這會(huì)減少風(fēng)扇84的功率消耗，因?yàn)樗俟ぷ?，以產(chǎn)生更低的流率。這個(gè)動(dòng)作同時(shí)使Rpv降低，因?yàn)镾FGRpv減小。在達(dá)到SFGRot并且因而沒(méi)有更多的潛力來(lái)從風(fēng)扇84節(jié)約功率之后，確定框330將RBsp發(fā)送到PID310作為第一變量。PID控制器310后續(xù)靠RBsp和Rpv之間的差起作用。燃料噴嘴傾角位置將保持不斷減小且因此Rpv將降低。因此，溫度調(diào)節(jié)器噴淋水控制閥114將減小進(jìn)入溫度調(diào)節(jié)器110中的水流率，以保持RPV。燃料噴嘴傾角控制裝置92將繼續(xù)使噴淋水控制閥114關(guān)閉，直到燃料噴嘴傾角到達(dá)下限或噴淋水控制閥114完全關(guān)閉。
[0039]圖4示出控制環(huán)路400，其用于調(diào)節(jié)風(fēng)扇84，以控制SFGR的流率(“SFGRPV”)。首先，在框420處，在中央控制器160 (未顯示在圖4中)上執(zhí)行的軟件基于RPV、RSP、燃料噴嘴傾角的位置(“TILTPV”)和燃料噴嘴傾角的上限(“TILThkh”)而確定是否將圖3中顯示的流量環(huán)路中計(jì)算的RBsp或Rpv發(fā)送到第一 PID控制器410 (Rpv將發(fā)送到第一 PID控制器410作為第二變量，而不管這個(gè)確定結(jié)果如何)。第一變量的確定如下進(jìn)行:
如果RPV>RSP，則發(fā)送RBSP。
[0040]如果RPV<RSP 且 TILTPV〈TILT_，則發(fā)送 RPV。
[0041]如果RPV〈RSP 且 TILTpv=TILThigh,則發(fā)送 RBSP。
[0042]第一 PID控制器410靠確定框420提供的第一變量(RBsp或Rpv)以及第二變量Rpv起作用。第一 PID410將輸出提供給求和框440。第一 PID410的輸出在求和框440處由SFGR流量需求設(shè)定點(diǎn)444修改。求和框440將主輸出提供給第二 PID470 (也稱為從控制器)。第二 PID470靠主輸出和SFGRpv起作用，以產(chǎn)生指示風(fēng)扇84的流率的信號(hào)，從而將SFGR提供給爐102。信號(hào)傳遞到風(fēng)扇，因此調(diào)節(jié)風(fēng)扇。
[0043] 控制環(huán)路400設(shè)計(jì)成針對(duì)SFGR控制裝置布置燃料噴嘴傾角控制裝置的控制優(yōu)先順序，以最大程度地減少風(fēng)扇84的功率消耗。以下情形示出SFGR控制環(huán)路400。如果Rpv高于RSP，則第一 PID控制器410使用RBsp作為第一變量和使用Rpv作為第二變量，從而產(chǎn)生指示風(fēng)扇84減小SFGRpv且因此降低Rpv的信號(hào)。其間，燃料噴嘴傾角控制環(huán)路300將不調(diào)節(jié)燃料噴嘴的傾角，直到SFGRpv=SFGRot。當(dāng)Rpv低于Rsp且TILTpv〈TILThkh時(shí)，選擇邏輯迫使第一 PID控制器410選擇Rpv作為第一變量。在第一 PID控制器410靠第二變量Rpv起作用時(shí)，SFGRpv將不作出反應(yīng)，因?yàn)镻ID410靠Rpv和Rpv (分別是第一變量和第二變量)之間的差起作用。這個(gè)選擇使中央控制器160將TILTpv進(jìn)一步增加到TILThkh。這會(huì)節(jié)約風(fēng)扇84的功率消耗，因?yàn)榕c增加SFGRpv相反，燃料噴嘴傾角控制裝置82用來(lái)升高RPV。如果當(dāng)TILTpv到達(dá)TILThkh時(shí)，Rpv仍然低于RSP，則第一 PID控制器使用RBsp作為第一變量，從而產(chǎn)生指示風(fēng)扇84增加流率的信號(hào)，以增加SFGRpv的流率，且從而升高RPV。
[0044]在從燃空氣模式過(guò)渡到燃氧模式期間，可協(xié)調(diào)進(jìn)入爐102的空氣的流率和進(jìn)入爐102中的SFGRpv,以提供穩(wěn)定的過(guò)渡和運(yùn)行。在這些情形下，用于SFGR400和空氣流(未顯示)的相關(guān)控制環(huán)路可切換到手動(dòng)模式，使得它們不干涉過(guò)渡運(yùn)行。同時(shí)，與RBsp相反，燃料噴嘴傾角控制環(huán)路200可靠實(shí)際Rpv起作用。利用這些運(yùn)行控制邏輯，燃料噴嘴傾角控制裝置92將作出反應(yīng)來(lái)保持RSP，不論何時(shí)Rpv溫度相對(duì)于Rsp過(guò)渡運(yùn)行有偏差。換句話說(shuō)，在燃空氣運(yùn)行和燃氧運(yùn)行之間的過(guò)渡期間，過(guò)量空氣水平和煙道氣再循環(huán)流量將不用來(lái)控制RPV。溫度調(diào)節(jié)器噴淋水控制閥114和燃料噴嘴傾角92在整個(gè)過(guò)渡運(yùn)行期間響應(yīng)于Rpv偏差。另外，可能需要分別調(diào)節(jié)上面提到的PID控制器在燃空氣模式和燃氧模式中的控制器參數(shù)。
[0045]雖然參照各種示例性實(shí)施例來(lái)描述本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可作出各種改變，并且等效物可代替本發(fā)明的元件，而不偏離本發(fā)明的范圍。另外，可作出許多修改，以使特定的情形或材料適于本發(fā)明的教導(dǎo)，而不偏離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍。因此，意圖的是本發(fā)明不限于作為為了執(zhí)行本發(fā)明而構(gòu)想的最佳模式而公開(kāi)的特定實(shí)施例，而是本發(fā)明將包括落在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.一種在蒸汽發(fā)生鍋爐中將測(cè)量蒸汽再熱出口溫度(“Rpv”)調(diào)節(jié)到蒸汽再熱出口溫度設(shè)定點(diǎn)(“RSP”)附近的方法，包括以下步驟: 比較Rpv與Rsp ； 如果所述Rpv低于所述Rsp且燃料噴嘴傾角的位置(“TILTPV”)低于所述燃料噴嘴傾角的上限(“TILTHKH”)，則增加所述TILTpv，同時(shí)使二次煙道氣再循環(huán)流的流率(“SFGRPV”)保持恒定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，增加所述TILTpv的步驟使所述Rpv升高。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括以下步驟: 如果所述Rpv低于所述Rsp且所述TILTpv處于所述TILThiot,則增加所述SFGRPV。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，增加所述SFGRpv的步驟使所述Rpv升高。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括以下步驟: 如果所述Rpv高于所述Rsp且所述SFGRpv高于所述SFGR的流率的下限(“SFGR-”)，則減小所述SFGRpv,同時(shí)使所述TILTpv保持恒定。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，減小所述SFGRpv的步驟使所述Rpv降低。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，減小所述SFGRpv的步驟使風(fēng)扇消耗的功率的量減小。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括以下步驟: 如果所述Rpv高于所述Rsp且所述SFGRpv處于所述SFGRm,則減小所述TILTpv。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，減小所述TILTpv的步驟使所述Rpv降低。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括以下步驟: 確定偏置蒸汽再熱出口溫度設(shè)定點(diǎn)(“RBSP”)，其中，所述RBsp是RBkjnstant或K中較大的一個(gè)，其中K等于所述Rpv減去在測(cè)量溫度調(diào)節(jié)器入口蒸汽溫度(“DIPV”)和測(cè)量溫度調(diào)節(jié)器出口蒸汽溫度(“DOPV”)之間的差； 其中所述TILTpv的增加速率至少部分地基于所述RBSP。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在燃空氣模式和燃氧模式之間的過(guò)渡期間，如果所述Rpv低于所述Rsp且TILTpv低于TILThiot,則增加所述TILTpv,并且如果所述Rpv高于所述Rsp且所述TILTpv高于所述燃料噴嘴傾角的下限(“TILTot”)，則減小所述TILTPV。
12.一種在蒸汽發(fā)生鍋爐中將測(cè)量蒸汽再熱出口溫度(“RPV”)調(diào)節(jié)到蒸汽再熱出口溫度設(shè)定點(diǎn)(“RSP”)附近的系統(tǒng)，包括: 爐； 燃料噴嘴，其與所述爐處于流體連通且從所述爐的側(cè)壁延伸到所述爐中，所述燃料噴嘴構(gòu)造成將燃料輸送到所述爐； 燃料噴嘴傾角控制裝置，其構(gòu)造成調(diào)節(jié)燃料噴嘴相對(duì)于所述側(cè)壁的傾角(“TILTPV”)； 二次煙道氣源，其與所述爐處于流體連通，所述二次煙道氣源構(gòu)造成將二次煙道氣再循環(huán)流(“SFGR”)輸送到所述爐； SFGR控制裝置，其構(gòu)造成調(diào)節(jié)進(jìn)入所述爐中的SFGR的流率(“SFGRPV”)； 第一溫度傳感器，其構(gòu)造成測(cè)量Rpv ； 控制器； 在所述控制器上執(zhí)行來(lái)比較所述Rpv與Rsp的軟件；在所述控制器上執(zhí)行來(lái)在所述Rpv低于所述Rsp且所述TILTpv低于所述燃料噴嘴傾角的上限(“TILTHrcH”)的情況下產(chǎn)生指示所述燃料噴嘴傾角控制裝置增加所述TILTpv的信號(hào)以及產(chǎn)生指示所述SFGR控制裝置使SFGRpv保持恒定的信號(hào)的軟件。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括: 在所述控制器上執(zhí)行來(lái)在所述Rpv低于所述Rsp且所述TILTpv處于所述TILThiot的情況下產(chǎn)生指示所述SFGR控制裝置增加所述SFGRpv的信號(hào)的軟件。
14.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料噴嘴傾角控制裝置響應(yīng)于指示而增加所述TILTpv,并且其中所述SFGR控制裝置響應(yīng)于指示而增加所述SFGRPV。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括: 在所述控制器上執(zhí)行來(lái)在所述Rpv高于所述Rsp且所述SFGRpv高于所述SFGR的流率的下限(“SFGRm”)的情況下產(chǎn)生指示所述SFGR控制裝置減小所述SFGRpv的信號(hào)以及產(chǎn)生指示所述煙道噴嘴傾角控制裝置使所述TILTpv保持恒定的信號(hào)的軟件。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述SFGR控制裝置響應(yīng)于指示而減小所述 SFGRpv。
17.根據(jù)權(quán) 利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，減小所述SFGRpv使風(fēng)扇消耗的功率的量減小。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括: 在所述控制器上執(zhí)行來(lái)在所述Rpv高于所述Rsp且所述SFGRpv處于所述SFGRm的情況下產(chǎn)生指示所述燃料噴嘴傾角控制裝置減小所述TILTpv的信號(hào)的軟件。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括: 在所述控制器上執(zhí)行來(lái)確定偏置再熱出口蒸汽溫度設(shè)定點(diǎn)(“RBSP”)的軟件，其中RBsp是RBtonstant或K中較大的一個(gè)，其中K等于所述Rpv減去在測(cè)量溫度調(diào)節(jié)器入口蒸汽溫度(“DIPV”)和測(cè)量溫度調(diào)節(jié)器出口蒸汽溫度(“D0PV”)之間的差； 其中所述TILTpv的增加速率至少部分地基于所述RBSP。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，在燃空氣模式和燃氧模式之間的過(guò)渡期間，如果所述Rpv低于所述Rsp且所述燃料噴嘴傾角的位置低于所述TILThiot,則在所述控制器上執(zhí)行的軟件產(chǎn)生指示所述燃料噴嘴傾角控制裝置增加所述TILTpv的信號(hào)，并且如果所述Rpv高于所述Rsp且所述TILTpv高于所述燃料噴嘴傾角的下限(“TILTot” )，則執(zhí)行在所述控制器上的軟件產(chǎn)生指示所述燃料噴嘴傾角控制裝置減小所述TILTpv的信號(hào)。
【文檔編號(hào)】F22G5/20GK103968368SQ201410038910
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年1月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月5日
【發(fā)明者】X.樓, J.張, S.張, G.N.里杰達(dá)爾, B.W.威廉 申請(qǐng)人:阿爾斯通技術(shù)有限公司