CN102072480B - 余热锅炉汽包水位的三冲量控制*** - Google Patents

Abstract

本发明提出一种余热锅炉汽包水位的三冲量控制***，包括：包含余热锅炉汽包的余热锅炉；水位变送器；给水流量变送器；蒸汽流量变送器；测温元件；与水位变送器、给水流量变送其、蒸汽流量变送器和测温元件相连的控制器；连接在控制器和余热锅炉汽包之间的给水调节阀。本发明通过判断与余热锅炉相连的烟道的烟气温度是否发生变化以选择使用静态前馈信号还是动态前馈信号，避免了仅仅使用静态前馈信号带来的响应速度慢的问题，或者仅仅使用动态前馈信号带来的***抗干扰能力差的问题。

Description

余热锅炉汽包水位的三冲量控制***

技术领域

本发明涉及冶金制造及设计技术领域，特别涉及一种余热锅炉汽包水位的三冲量控制***。

背景技术

在熔炼炉冶炼生产金属的工艺过程中，主要的生产设备有熔炼炉、余热锅炉等。熔炼炉在熔炼过程中会产生大量的高温烟气，余热锅炉的主要作用是对烟气进行降温，同时将交换的热量用于产生蒸汽供其他生产工序使用。由于余热锅炉位于熔炼炉烟气出口，一旦发生事故，就会影响熔炼炉的生产，从而造成重大经济损失。因此，在整个冶炼过程中，余热锅炉的控制至关重要。

余热锅炉是一个多输入、多输出且各项控制参数相互耦合的复杂***，汽包水位是余热锅炉***非常重要的被控变量。如果水位过低，轻则影响水汽平衡、重则烧干余热锅炉，严重时会导致余热锅炉***等事故。如果水位过高，容易造成蒸汽带液现象，不仅降低蒸汽的产量和质量，而且还会使过热器结垢，或者使用于蒸汽发电的汽轮机叶片损坏。因此，在生产过程中，将汽包水位稳定在一定范围之内是非常重要的。

现有的余热锅炉汽包水位的控制方法是三冲量控制方法，其中，作为被控变量的汽包水位是主冲量，为提高控制品质而引入的蒸汽流量和给水流量是辅助冲量。

三冲量控制的常用实现方法是前馈加反馈的三冲量控制，根据前馈信号的结构形式不同，此种三冲量控制方法可分为两种形式：一种是静态前馈，使用给水流量和蒸汽流量的差值作为前馈信号；另一种是动态前馈，使用给水流量和蒸汽流量的差值的微分作为前馈信号。

现有技术存在的缺点是，静态前馈没有考虑动态响应，在扰动作用下，静态前馈的校正作用只能在补偿过程最终使被控变量回到给定值，响应速度比较慢；动态前馈的缺点是对干扰噪声敏感，很容易放大高频噪声，降低***的信噪比，使***抑制干扰的能力下降。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决***抗干扰能力差或者响应速度慢的技术缺陷。

为达到上述目的，本发明提出一种余热锅炉汽包水位的三冲量控制***，包括：余热锅炉汽包、给水变送器、蒸汽流量变送器、给水流量变送器、测温元件、控制器和给水调节阀。所述给水变送器检测所述余热锅炉汽包水位；所述蒸汽流量变送器检测所述余热锅炉汽包产生的蒸汽流量；所述给水流量变送器检测进入所述余热锅炉汽包的给水流量；所述测温元件检测与所述余热锅炉相连的烟道的烟气温度；所述控制器与所述测温元件、所述给水变送器、所述蒸汽流量变送器和所述给水流量变送器相连，根据所述烟道的烟气温度的变化，对所述给水流量和所述蒸汽流量进行计算以确定前馈信号，并根据所述前馈信号对所述检测到的余热锅炉汽包水位进行修正；所述给水调节阀与所述控制器相连，根据所述修正的结果调节所述给水流量以控制所述余热锅炉汽包水位。

本发明通过判断与余热锅炉相连的烟道的烟气温度是否发生变化以选择使用静态前馈控制信号还是动态前馈控制信号，避免了仅仅使用静态前馈信号带来的响应速度慢的问题，或者仅仅使用动态前馈信号带来的***抗干扰能力差的问题。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的余热锅炉汽包水位的三冲量控制***的结构示意图；以及

图2为本发明实施例的余热锅炉汽包水位的三冲量控制方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

如图1所示为本发明实施例的余热锅炉汽包水位的三冲量控制***的结构示意图，该***包括：包含余热锅炉汽包10的余热锅炉1、水位变送器2、蒸汽流量变送器3、给水流量变送器4、测温元件5、控制器6和给水调节阀7。

其中，水位变送器2、蒸汽流量变送器3、给水流量变送器4均与余热锅炉汽包1相连，分别检测余热锅炉汽包10的水位、余热锅炉汽包10产生的蒸汽流量和进入余热锅炉汽包10的给水流量，并将检测到的结果发送给控制器6。测温元件5检测与余热锅炉1相连的烟道8的烟气温度，并将检测到的温度发送给控制器6。控制器6与水位变送器2、蒸汽流量变送器3、给水流量变送器4和测温元件5相连，判断与余热锅炉1相连的烟道8的烟气温度是否发生变化，根据判断结果对给水流量和蒸汽流量进行计算以确定前馈信号，并根据前馈信号对检测到的余热锅炉汽包水位进行修正。给水调节阀7连接在控制器6和余热锅炉汽包10之间，根据控制器6的修正结果调节给水流量以控制余热锅炉汽包10的水位。

在本发明的一个实施例中，控制器6包括接收模块61、判断模块62、计算模块63和修正模块64。其中，接收模块61用于接收测温元件5检测到的烟气温度、水位变送器2检测到的余热锅炉汽包1的水位、蒸汽流量变送器3检测到的蒸汽流量以及给水流量变送器4检测到的给水流量；判断模块62用于判断烟气温度是否发生变化；计算模块63用于根据判断模块62的判断结果，对给水流量和蒸汽流量进行计算以确定前馈信号；修正模块64用于根据前馈信号对检测到的余热锅炉汽包水位进行修正。

具体地，如果判断模块62判断烟气温度发生变化，则计算模块63求取给水流量和蒸汽流量的差值的微分作为前馈信号；如果判断模块62判断余热锅炉的烟气温度没有发生变化，则计算模块63求取给水流量和蒸汽流量的差值作为前馈信号。另外，为了提高控制的精度，在本发明的另一个实施例中，控制器6还包括补偿模块65，用于对检测到的蒸汽流量进行补偿计算以获得补偿后的蒸汽流量。

如图2所示为本发明实施例的余热锅炉汽包水位的三冲量控制方法的流程图，结合图1的余热锅炉汽包水位的三冲量控制***，包括以下步骤：

步骤S101，水位变送器2检测余热锅炉汽包10的水位，蒸汽流量变送器3检测余热锅炉汽包10产生的蒸汽流量，给水流量变送器4检测进入余热锅炉汽包10的给水流量，测温元件5检测与余热锅炉1相连的烟道8的烟气温度。

步骤S102，控制器6接收测温元件5检测到的烟气温度，判断烟气温度是否发生变化。

步骤S103，如果控制器6判断烟气温度发生变化，则求取给水流量和蒸汽流量的差值的微分作为前馈信号。

例如，在熔炼开始投料时和熔炼停止投料时，烟道8的烟气温度发生的变化最大，扰动比较频繁，此时，使用给水流量和蒸汽流量的差值的微分(即，动态前馈信号)对余热锅炉汽包水位进行控制，从而快速对扰动进行响应。

步骤S104，如果控制器6判断烟气温度没有发生变化，则求取给水流量和蒸汽流量的差值作为前馈信号。

例如，当下料量稳定后，烟道8的烟气温度的变化相对较小，扰动也相对较小，此时，切换到使用给水流量和蒸汽流量的差值(即，静态前馈信号)对余热锅炉汽包水位进行控制，避免继续使用动态前馈信号造成***的抗干扰能力变差。

为了提高控制的精度，在本发明的一个实施例中，对检测到的蒸汽流量进行温度和压力的补偿得到标况下的蒸汽流量参与前馈信号的计算，即将蒸汽流量乘以补偿因子得到补偿后的流量，其中，补偿因子的计算公式如下：

$K=\frac{P+A\_P}{R\_P+A\_P}\×\frac{R\_T+A\_T}{T+A\_T}$

其中，P为工况下的检测压力，T为工况下的检测温度，A_P为绝对压力，A_T为绝对温度，R_P为参考压力，R_T为参考温度。应理解，上述补偿因子K的计算方法仅为示例性的实施例，除此之外，还可使用其他方法确定补偿因子。

步骤S105，控制器6根据前馈信号对检测到的余热锅炉汽包水位进行修正，并根据修正的结果控制给水调节阀7调节给水流量以控制余热锅炉汽包水位。

在本发明的一个实施例中，控制器6根据前馈信号通过下面的公式对检测到的余热锅炉汽包水位进行修正，

余热锅炉汽包水位＝检测到的余热锅炉汽包水位+C×前馈信号，

其中，C为前馈系数，可根据工况设定。

本发明通过判断与余热锅炉相连的烟道的烟气温度是否发生变化以选择使用静态前馈信号还是动态前馈信号，避免了仅仅使用静态前馈信号带来的响应速度慢的问题，或者仅仅使用动态前馈信号带来的***抗干扰能力差的问题。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (4)

1.一种余热锅炉汽包水位的三冲量控制***，其特征在于，包括：

包含余热锅炉汽包的余热锅炉；

检测所述余热锅炉汽包水位的水位变送器；

检测所述余热锅炉汽包产生的蒸汽流量的蒸汽流量变送器；

检测进入所述余热锅炉汽包的给水流量的给水流量变送器；

检测与所述余热锅炉相连的烟道的烟气温度的测温元件；

控制器，所述控制器与所述测温元件、所述水位变送器、所述蒸汽流量变送器和所述给水流量变送器相连，根据所述烟道的烟气温度的变化，对所述给水流量和所述蒸汽流量进行计算以确定前馈信号，并根据所述前馈信号对所述检测到的余热锅炉汽包水位进行修正；以及

给水调节阀，所述给水调节阀连接在所述控制器和所述余热锅炉汽包之间，根据所述修正的结果调节给水流量以控制所述余热锅炉汽包水位，

其中，所述控制器进一步包括：

接收模块，用于接收所述测温元件检测到的余热锅炉的烟气温度、所述水位变送器检测到的余热锅炉汽包水位、所述蒸汽流量变送器检测到的蒸汽流量以及所述给水流量变送器检测到的给水流量；

判断模块，用于判断所述烟道的烟气温度是否发生变化；

计算模块，用于根据所述判断模块的判断结果，对所述给水流量和所述蒸汽流量进行计算以确定前馈信号；和

修正模块，用于根据所述前馈信号对所述检测到的余热锅炉汽包水位进行修正，

其中，所述计算模块根据所述判断模块的判断结果对所述给水流量和所述蒸汽流量进行计算以确定前馈信号进一步包括：

如果判断所述烟道的烟气温度发生变化，则求取所述给水流量和所述蒸汽流量的差值的微分作为前馈信号；和

如果判断所述烟道的烟气温度没有发生变化，则求取所述给水流量和所述蒸汽流量的差值作为前馈信号。

2.根据权利要求1所述的余热锅炉汽包水位的三冲量控制***，其特征在于，所述修正模块根据所述前馈信号对所述检测到的余热锅炉汽包水位进行修正进一步包括：

所述修正模块根据所述前馈信号通过以下的公式对所述检测到的余热锅炉汽包水位进行修正，

余热锅炉汽包水位=检测到的余热锅炉汽包水位+C×前馈信号，

其中，所述C为前馈系数。

3.根据权利要求1所述的余热锅炉汽包水位的三冲量控制***，其特征在于，所述控制器还包括补偿模块，所述补偿模块用于对所述检测到的蒸汽流量进行补偿计算以获得补偿后的蒸汽流量。

4.根据权利要求3所述的余热锅炉汽包水位的三冲量控制***，其特征在于，进行所述补偿计算的补偿因子

其中，P为工况下的检测压力，T为工况下的检测温度，A_P为绝对压力，A_T为绝对温度，R_P为参考压力，R_T为参考温度。

Images