[发明专利]带有防止饱和蒸汽进入过热器的蒸汽温度的动态矩阵控制

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是2010年8月16日提交的名为“使用动态矩阵控制的蒸汽温度控制”的美国专利申请12/856,998的继续申请，在此通过引用明确包含该申请的内容。

技术领域

本专利大体上涉及锅炉系统的控制，更具体地，涉及使用动态矩阵控制来控制和优化产生蒸汽的锅炉系统。

背景技术

各种工业和非工业应用使用燃料燃烧锅炉，其通常通过燃烧各种燃料中的一种来运行，诸如煤、天然气、石油、废料等，以将化学能转化成热能。燃料燃烧锅炉的一个示例性使用是在火电发电厂中，其中燃料燃烧锅炉由通过锅炉内的多个管道和通道的水产生蒸汽，并且随后所产生的蒸汽被用于运行一个或多个蒸汽涡轮来产生电能。火电发电厂的输出是在锅炉中产生的热量的量的函数，其中例如由每小时消耗的燃料的量(例如，燃烧的)直接确定热量的量。

在许多情况下，发电系统包括锅炉，其具有熔炉，该熔炉燃烧或使用燃料来产生热量，其转而被传递至流过锅炉的各部分内的管道或通道的水。典型的产生蒸汽的系统包括具有过热器部分(具有一个或多个子部分)的锅炉，其中蒸汽被产生并且随后被提供至第一蒸汽涡轮，通常是高压蒸汽涡轮，并且在其中被使用。为了增加系统的效率，离开该第一蒸汽涡轮的蒸汽可以随后在锅炉的再热器部分中被再加热，该再热器部分可以包括一个或多个子部分，并且经再热的蒸汽随后被提供至第二蒸汽涡轮，通常是低压蒸汽涡轮。虽然热电厂的效率非常依赖于用于燃烧燃料并且将热量传递给在锅炉的各部分内流动的水的特别的熔炉/锅炉组合的传热效率，但是该效率还依赖于用于控制锅炉的各部分、诸如锅炉的过热器部分和锅炉的再热器部分中的蒸汽的温度的控制技术。

然而，将会理解，发电站的蒸汽涡轮通常在不同的时间以不同的运行水平运行，以基于能量或负载需求来产生不同量的电能。对于大多数使用蒸汽锅炉的发电站而言，在锅炉的最后的过热器和再热器出口处的所期望的蒸汽温度设定点保持恒定，并且在所有的负载水平下维持蒸汽温度接近于设定点(例如，在较小的范围内)是必需的。特别地，在设施(例如，发电厂)锅炉的运行中，蒸汽温度的控制是关键的，因为重要的是使离开锅炉和进入蒸汽涡轮的蒸汽的温度处于最优的所期望的温度。如果蒸汽温度过高，则蒸汽可以因为各种冶金原因而引起蒸汽涡轮的叶片的损坏。另一方面，如果蒸汽温度过低，则蒸汽可以包含水质点，其转而可以随着延长的蒸汽涡轮的运行而引起对蒸汽涡轮的部件的损坏以及降低涡轮的运行的效率。此外，蒸汽温度的变化还引起金属材料疲劳，其是管道泄漏的主要原因。

典型地，锅炉的每个部分(即，过热器部分和再热器部分)包含级联的热交换器部分，其中离开一个热交换器部分的蒸汽进入紧接着的热交换器部分，蒸汽的温度在每个热交换器部分增加，直至理想地，蒸汽以所期望的蒸汽温度输出至涡轮。在这样的安排中，主要通过控制在锅炉的第一阶的输出处的水的温度来控制蒸汽温度，主要通过改变提供至熔炉的燃料/空气混合或通过改变提供至熔炉/锅炉组合的加热速度与输入给水比例来实现控制在锅炉的第一阶的输出处的水的温度。在不使用鼓轮的直流锅炉系统中，可以主要使用输入至系统的加热速度与给水比例来调节在涡轮的输入处的蒸汽温度。

虽然改变燃料/空气比例和提供至熔炉/锅炉组合的加热速度与给水比例会较好地运行来实现长时间的蒸汽温度的所期望的控制，但是仅使用燃料/空气混合控制和加热速度与给水比例控制来控制在锅炉的各部分处的蒸汽温度中的短时起伏是困难的。替代地，为了施行蒸汽温度的短时(和辅助)控制，在位于紧接着涡轮的上游的最后的热交换器部分之前的点，将饱和水喷入蒸汽。该辅助蒸汽温度控制操作通常在锅炉的最后的过热器部分和/或锅炉的最后的再热器部分之前进行。为了实现该操作，沿着蒸汽流动路径和在热交换器部分之间提供温度传感器，来沿着流动路径在关键点处测量蒸汽温度，并且所测量的温度被用于调节出于蒸汽温度控制目的而被喷入蒸汽的饱和水的量。