汽包水位控制方法及控制系统、汽包及自然循环锅炉

摘要

本发明公开了一种汽包水位控制方法，属于自然循环领域，包括每间隔预设时间，获取反应蒸汽流量的蒸汽流量信号及反应给水流量的给水流量信号；基于已累计的、蒸汽流量与给水流量的差值关系，通过预置的学习算法，计算和更新用于平衡修正蒸汽流量与给水流量的偏差值；应用偏差值，平衡修正蒸汽流量目标得到给水流量平衡值；基于给水流量平衡值及水位偏差，通过预置的修正算法，计算得到经水位偏差修正的给水流量目标；将给水流量目标直接应用至调节阀进行单冲量水位调节；或对给水流量目标进行限幅调整，并用限幅调整后的限幅范围限制三冲量控制的主调，实现水位调节。有助于避免虚假水位的影响，具有水位控制准确、高效、更加优化的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种蒸汽锅炉，更具体地说，它涉及一种汽包水位控制方法及控制系统、汽包及自然循环锅炉。

背景技术

火电、热电都会使用锅炉来进行能量转换，把水变成高温高压蒸汽，进去的是水，出去的是蒸汽。其中，汽包是饱和状态下的汽水混合的容器，汽和水在此分离，其水位影响其安全生产。水位不能太高，否则造成蒸汽带水冲击，带来安全隐患；水位不能太低，否则，容易干锅。故在有锅炉容器的工业现场，水位控制是一个非常重要的安全指标。

现有的汽包水位控制采用的是常规的三冲量给水调节系统。在三冲量给水调节系统中,调节器接受汽包水位、蒸汽流量、给水流量三个信号,其中汽包水位是主信号,任何扰动引起的水位变化,都会使调节器动作,改变给水流量,使水位恢复到给定值;蒸汽流量是前馈信号,它能防止由“虚假水位”所引起的调节器错误动作,改善蒸汽流量扰动下的调节质量;蒸汽流量和给水流量两个信号配合,可消除系统的静差。当给水流量变化时,给水流量测量传感器反应很快,能及时反应给水流量的变化,所以给水流量信号作为反馈信号,使调节器能够在水位还未发生变化时就能根据前馈信号消除内扰,使调节过程稳定,起到稳定给水流量的作用。

但是上述控制方法在实际应用中还存在如下缺陷：

1、汽包正常运行在饱和状态下，增加饱和的给水流量，水位会升高，反之则会降低。如果给水不是饱和水，增加给水流量，汽包水位不会立即升高，是先降，过很长时间才会上升，反之，减少给水流量，水位先升高后降低，同样的增减给水，水位二次过零点，传统的PID（要么是正作用，要么是反作用）不适用了，三冲量PID调节和APC先进控制就效果都有限了。如果用户端蒸汽需求增加，蒸汽流量变大，汽包压力会下降，汽水混合状态下，汽泡体积增加，水位上升，产生虚假水位，长时间水位仍然会下降，只能用蒸汽流量前馈来抑制虚假水位。但负荷（蒸汽流量来代表）波动大，频繁的虚假水位，会造成水位波动大，甚至危及生产安全。

2、当汽包紧急放水，主汽集箱放空时，会影响传统控制方法，多数不能投入自动运行，必须运行手动干预。锅炉存在水汽泄漏时，水位变化也会急剧变化，自动效果有限，影响安全运行。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的第一目的在于提供一种汽包水位控制方法，有助于避免虚假水位的影响，具有水位控制准确、高效、更加优化的优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种汽包水位控制方法，包括

每间隔预设时间，获取反应蒸汽流量的蒸汽流量信号及反应给水流量的给水流量信号；

基于已累计的、每组蒸汽流量与给水流量的差值关系，通过预置的学习算法，计算和更新用于平衡修正蒸汽流量与给水流量的偏差值；

应用所述偏差值，平衡修正蒸汽流量目标得到给水流量平衡值；

基于给水流量平衡值及水位偏差，通过预置的修正算法，计算得到经水位偏差修正的给水流量目标；

将给水流量目标直接应用至调节阀进行单冲量水位调节；或

基于给水流量目标，通过预置的限幅算法，对给水流量目标进行限幅调整，并用限幅调整后的限幅范围限制三冲量控制的主调，实现水位调节。

采用上述技术方案，针对获取的蒸汽流量信号及给水流量信号，通过学习算法，计算出蒸汽流量与给水流量的偏差值，该偏差值为选取量的差值经过运算得到的统计结果，可用于不同的水汽平衡状态下，通过变化的蒸汽流量来计算给水流量，该给水流量是经过平衡调整的，有助于消除水汽平衡因素的影响。另一方面，信号的获取和偏差值的计算学习是不断累计和更迭的，与各个变化因素相适应，因此不断更迭变化的偏差值最能体现新的水汽平衡变化，从而适应于各种突发变化的调节。具体调整时，通过偏差值以及蒸汽流量目标，计算得到平衡修正的给水流量平衡值，然后将给水流量平衡值通过修正算法进行水位偏差修正，得到二次修正的给水流量目标，该给水目标通过偏差值进行水汽平衡的修正，消除一些因素造成水汽不平衡进而导致的虚假水位，并且经过水位偏差的修正，可以更有针对性地对水位进行调节，调节高效；具体调节时，一种方式采用单冲量控制，将给水流量控制为二次修正后的给水流量目标，从而将传统三冲量控制减简化成单冲量控制，不用汽包水位主调，在控制快速、精确的基础上，简化控制方式；另一种方式为传统三冲量控制的进一步改进，将给水流量目标进行限幅调节，用限幅调节的结果去限制传统三冲量主调的输出，三冲量控制的给水流量目标在任何时间都限制在幅调节的结果之间，在准确、高效的基础上，还不会超调，更加优化。

进一步，基于新获取的蒸汽流量及给水流量，在上次计算学习的偏差值的基础上，加权平均，计算学习得到新的偏差值。

采用上述技术方案，针对原有的偏差值，叠加新获取的数据，采用加权平均的方式计算，计算方法较为优化，计算量小。

进一步，所述加权平均包括：O_n=（RT*120*O_n-1+M*（Im-In）)/（RT*120+M），其中O_n>

采用上述技术方案，通过上一次学习到的偏差值及其权重，以及此次新的流量偏差及其权重，相加后除以权重的和，既结合了之前的平衡结果，又不断吸收新的影响数据，不断的计算、学习和调整，适于新的变化。

进一步，所述修正算法包括：Os= Ob+LIMIT(-1*K1,DP/K2,K1)，其中Os为给水流量目标，Ob为给水流量平衡值，LIMIT(-1*K1,DP/K2,K1)为限幅后的水位偏差，K1为预置的水位限制幅度，K2为预置的水位偏差的调节系数，DP为目标水位与实际水位的水位偏差。

采用上述技术方案，将经过平衡修正的Ob再进行水位偏差修正，得到的给水流量目标更加精确，并且水位偏差是经过限幅后的结果，有助于防止调整过量，使得控制更为稳定。

进一步，所述限幅算法包括：OT=O3+K3，OB=O3-K3，其中，OT是进行三冲量控制的给水流量目标的上限值，OB是进行三冲量控制的给水目标的下限值，K3是预置的调节限制幅度。

采用上述技术方案，将调整限制在一定范围内，有助于调整过量，使得控制更为稳定。

进一步，还包括在获取蒸汽流量信号及给水流量信号时，分别判断蒸汽流量信号及给水流量信号是否符合采集标准，若二者同时符合则进行采集，否则重新获取。

采用上述技术方案，筛选所获取的蒸汽流量信号与给水流量信号，将不符合要求的剔除，减少异常信号的影响，间接的增强控制的精确性。

进一步，还包括在学习算法学习前，判断是否需要学习，若需要学习，则实行学习算法，否则通过输入直接赋予偏差值。

采用上述技术方案，有时在可预料的水位突变时，若通过学习的方式来控制，需要多次的学习和调整偏差值，或者还可以直接通过判断，选择直接输入偏差值的方式，控制更为直接和高效。

针对现有技术存在的不足，本发明的第二目的在于提供一种汽包水位控制系统，有助于避免虚假水位的影响，具有水位控制准确、高效、更加优化的优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种汽包水位控制系统，包括处理器及存储器，所述存储器存储指令集供所述处理器调用以实现如上所述汽包水位控制方法的功能。

采用上述技术方案，通过处理器运行存储器存储的指令集来实现上述方法的功能，智能化高，控制精确、反应速度快。

针对现有技术存在的不足，本发明的第三目的在于提供一种汽包，有助于避免虚假水位的影响，具有水位控制准确、高效、更加优化的优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种汽包，包括如上所述的汽包水位控制系统。

针对现有技术存在的不足，本发明的第四目的在于提供一种自然循环锅炉，有助于避免虚假水位的影响，具有水位控制准确、高效、更加优化的优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种自然循环锅炉，包括如上所述的锅炉。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1. 当排污方式改变，测量仪表误差变化，以及系统跑、冒、滴、漏等造成进出水汽质量平衡打乱后，会自动学习自动统计，改变之前的水汽质量平衡偏差值，实现在新的汽水平衡下的汽包水位平稳控制；

2.有助于避免虚假水位的影响，具有水位控制准确、高效、更加优化的优点。

附图说明

图1为本发明中汽包水位控制方法的单冲量控制的原理框图；

图2为本发明中汽包水位控制方法的三冲量控制的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，对本发明进行详细描述。

实施例1

一种汽包水位控制方法，包括如下流程步骤：

步骤S101：获取反应水位状态的特征信号，特征信号包括反应蒸汽流量的蒸汽流量信号及反应给水流量的给水流量信号。

步骤S102：判断该组的蒸汽流量信号及给水流量信号是否正常，若二者同时符合采集标准，则进入下一步骤，否则返回上一步骤。

步骤S103：判断是否学习，若接收到暂停该次学习的信号，对偏差值进行赋值后进入下一步骤，否则直接进入下一步骤。

步骤S104：通过预置的学习算法，计算和更新用于修正蒸汽流量与给水流量平衡关系的偏差值；

步骤S105：应用偏差值，平衡修正蒸汽流量目标得到给水流量平衡值；

步骤S106：基于给水流量平衡值及水位偏差，通过预置的修正算法，计算得到经水位偏差修正的给水流量目标；

步骤S107：将给水流量目标直接应用至调节阀进行单冲量水位调节；或基于给水流量目标，通过预置的限幅算法，对给水流量目标进行限幅调整，并用限幅调整后的限幅范围限制三冲量控制的主调，实现水位调节。

步骤S108：间隔预设时长，重新进入步骤S101。

步骤S101中，获取蒸汽流量信号及给水流量信号的方式为，采用对应的传感器，将各自的物理信号转化为与各自检测对象相对应的电信号。

步骤S102中，判断信号是否正常的方式为分别将蒸汽流量信号及给水流量信号与各自的采集标准进行比对，若二者皆符合采集标准，则为正常信号，否则为异常信号，需要剔除。该步骤有助于消除异常信号的影响，避免学习异常信号影响控制的精确。

步骤S103中，判断是否学习的目的，是在有些时候需要直接给偏差值赋值，相对于机器逐步学习偏差值，可以更有效的进行调控。

步骤S104中，预置的学习算法包括：基于新获取的蒸汽流量及给水流量，在上次计算学习的偏差值的基础上，加权平均，计算学习得到新的偏差值。具体包括：O_n=（RT*120*O_n-1+M*（Im-In）)/（RT*120+M），其中O_n>

步骤S105中，给水流量平衡值Ob= O_n>n>

步骤S106中，修正算法包括：Os= Ob+LIMIT(-1*K1,DP/K2,K1)，其中Os为给水流量目标，Ob为给水流量平衡值，LIMIT(-1*K1,DP/K2,K1)为限幅后的水位偏差，K1为预置的水位限制幅度，K2为预置的水位偏差的调节系数，DP为目标水位与实际水位的水位偏差。

限幅算法包括：OT=O3+K3，OB=O3-K3，其中，OT是进行三冲量控制的给水流量目标的上限值，OB是进行三冲量控制的给水目标的下限值，K3是预置的调节限制幅度。

实施例2

一种汽包水位控制系统，包括处理器及存储器，存储器存储指令集供所述处理器调用以实现如实施例1中汽包水位控制方法的功能。

实施例3

一种汽包，包括如实施例2中的汽包水位控制系统。

实施例4

一种自然循环锅炉，包括如实施例3中的汽包。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。