一种加热器液位自动寻优控制方法

摘要

本发明公开了一种加热器液位自动寻优控制方法，其采用双PID控制回路，其中一个PID闭环控制液位，另一个PID闭环控制下端差；其中，下端差为加热器的疏水温度与加热器的进水温度之差；当加热器的液位在正常范围内时，则选择控制下端差，液位根据下端差自动调整，直至下端差达到端差设定值。本发明增加端差控制闭环回路，采用了双PID，安全优先，兼顾加热器效率，动态寻找最优端差。在正常运行中，利用端差自动寻找最佳液位，保证端差尽可能接近最优设计值。设计的液位寻优回路，当液位超过正常范围时，液位控制优先，以确保安全性。本发明不仅提高了加热器运行经济性，还可延长加热器寿命。

权利要求

1.一种加热器液位自动寻优控制方法，其特征在于，其采用双PID控制回路，其中，一个PID闭环控制液位，另一个PID闭环控制下端差；其中，下端差为加热器的疏水温度与加热器的进水温度之差；当加热器的液位在正常范围内时，则选择控制下端差，液位根据下端差自动调整，直至下端差达到端差设定值；当火力发电机组负荷大于30％MCR工况下，且加热器的液位在正常范围内时，则选择控制下端差，寻找最优液位；所述端差设定值为加热器出厂设计最小值，端差控制PID跟踪时，端差设定值不跟踪，仅阀位跟踪；当满足端差控制条件时，自动寻找最优液位；

当加热器的液位在正常范围时，加热器的液位大于低I值，且小于高I+H值；当加热器的液位偏离正常范围时，加热器的液位小于低I值或大于高I+H值；

当加热器的液位大于高I+H值时，闭锁增加，当加热器的液位小于低I值时，闭锁减；

当端差在30分钟之内，变化小于0.2℃时，端差控制回路保持，即寻优结束。

2.如权利要求1所述的加热器液位自动寻优控制方法，其特征在于，当加热器的液位偏离正常范围时，则选择控制液位，通过阀门调整所述加热器的液位。

3.如权利要求2所述的加热器液位自动寻优控制方法，其特征在于，选择控制液位时，端差控制PID跟踪。

4.如权利要求1所述的加热器液位自动寻优控制方法，其特征在于，选择控制下端差时，液位控制PID跟踪。

5.如权利要求2所述的加热器液位自动寻优控制方法，其特征在于，液位设定值为手动给定，当端差控制时，液位PID跟踪，液位设定值跟踪实际液位；端差控制切回液位控制时，按照当前液位为目标值控制，当前液位值即为该工况下的最佳液位。

说明书

一种加热器液位自动寻优控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及火电厂加热器技术领域，特别是涉及了一种加热器液位自动寻优控制方法。

背景技术

[0002] 加热器是大型火力发电厂提高机组热效率必不可少的辅助设备之一。发电厂现有的高压加热器、低压加热器的液位控制一般采用恒值控制方法，加热器在设计时，有一个设
计最佳液位（设计0位）,一般将其设定为零；在实际运行中，需要进行试验，根据端差修正零
位，以优化运行的经济性。由于运行中系统差异，设计零位运行时，端差通常大于设计端差，
加热器的经济性无法保证，利用试验的方法修正零位，只能满足特定工况、特定季节及特定
边界条件最优值，无法根据外界情况进行自动修正，使得加热器偏离最佳运行工况。主要有
以下几方面的问题：（1）运行工况偏离设计工况，加热器端差不满足设计要求；（2）由于安
装、测量等原因使液位测量失准，导致零位偏离设计值；（3）运行中，边界条件容易发生变
化，如环境温度、系统阻力等发生变化，固定零位不满足最佳效率要求；（4）长期运行后，加
热器沾污导致换热效率下降，偏离设计工况，零位偏移导致运行不经济。

[0003] CN106765047A公开了一种水位调节方法和装置。其中，该方法包括：获取加热器的上端差，其中，上端差为加热器进汽压力下饱和蒸汽的温度值，减去加热器出口的水温；根
据上端差控制调节阀调整加热器中的水位。本发明解决了相关技术中高压加热器在给定水
位运行时，高压加热器上端差与加热器设计上端差偏差较大，导致影响机组的热效率的技
术问题。

[0004] 上述技术利用上端差线性化修正液位给定值，采用单PID控制，其本质为液位闭环调节，端差开环调节，液位为唯一控制目标，端差通过液位闭环调节实现。本申请发明人在
实现本申请实施例的过程中，发现上述技术至少存在如下问题：（1）上述技术将上端差线性
化后补偿液位，而实际上端差和液位为非线性关系，线性补偿液位设定值不准确；（2）需要
通过预先试验明确端差与液位的对应关系，试验难以在各种边界条件下进行；（3）运行中，
边界条件容易发生变化，如给水系统热量特性、环境温度、系统阻力等发生变化，固定液位
目标值不满足边界条件的变化，加热器达不到设计效率要求；（4）长期运行后，加热器沾污
导致换热效率下降，偏离设计工况，固定目标值可能使端差偏离设计，导致加热器达不到设
计效率要求；（5）固定液位设定值需要精密的试验找出端差与液位的对应关系，运行中需要
液位测量系统的稳定性高。而由于安装、测量等原因容易造成液位测量失准，导致固定液位
给定值偏离设计值或者试验值，导致加热器端差控制不精准。

[0005] 可见，现有的加热器液位控制方法不能自动修正液位给定值，导致端差控制效果减弱甚至失效。

发明内容

[0006] 为了弥补已有技术的缺陷，本发明提供一种加热器液位自动寻优控制方法。

[0007] 本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：

[0008] 一种加热器液位自动寻优控制方法，其采用双PID控制回路，其中一个PID闭环控制液位，另一个PID闭环控制下端差；其中，下端差为加热器的疏水温度与加热器的进水温
度之差；当加热器的液位在正常范围内时，则选择控制下端差，液位根据下端差自动调整，
直至下端差达到端差设定值。

[0009] 进一步地，当加热器的液位偏离正常范围时，则选择控制液位，通过阀门调整所述加热器的液位。

[0010] 进一步地，当火力发电机组负荷大于30％MCR工况下，且加热器的液位在正常范围内时，则选择控制下端差，寻找最优液位。

[0011] 进一步地，选择控制液位时，端差控制PID跟踪。

[0012] 进一步地，选择控制下端差时，液位控制PID跟踪。

[0013] 进一步地，所述端差设定值为加热器出厂设计最小值，端差控制PID跟踪时，端差设定值不跟踪，仅阀位跟踪；当满足端差控制条件时，自动寻找最优液位。

[0014] 进一步地，液位设定值为手动给定，当端差控制时，液位PID跟踪，液位设定值跟踪实际液位；端差控制切回液位控制时，按照当前液位为目标值控制，当前液位值即为该工况
下的最佳液位。

[0015] 进一步地，当加热器的液位在正常范围时，加热器的液位大于低I值，且小于高I+H值；当加热器的液位偏离正常范围时，加热器的液位小于低I值或大于高I+H值。

[0016] 进一步地，当加热器的液位大于高I+H值时，闭锁增加，当加热器的液位小于低I值时，闭锁减。

[0017] 本发明具有如下有益效果：

[0018] 本发明增加端差控制闭环回路，采用了双PID，安全优先，兼顾加热器效率，动态寻找最优端差。在正常运行中，利用端差自动寻找最佳液位，保证端差尽可能接近最优设计
值。设计的液位寻优回路，当液位超过正常范围时，液位控制优先，以确保安全性，其不仅提
高了加热器运行效率，还延长加热器寿命。

[0019] 本发明提高加热器运行效率，提高热力系统效率。自动情况下，可以根据端差寻找最佳液位，动态情况下，始终将端差控制在尽可能达到的最优值。加热器偏离最佳工况，如
加热器长期低液位运行，可能导致加热器管束气蚀，本发明中的端差控制，可保证液位运行
在设计最佳位置附近，从而延长加热器寿命。

附图说明

[0020] 图1为本发明液位自动寻优控制原理图。

具体实施方式

[0021] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具
体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个
相关的所列项目的任意的和所有的组合。

[0022] 本文中“包括”、“包含”、“含”、“含有”、“具有”或其它变体意在涵盖非封闭式包括， 这些术语之间不作区分。术语“包含”是指可加入不影响最终结果的其它步骤和成分。术语 
“包含”还包括术语“由…组成”和“基本上由…组成”。本发明的组合物和方法/工艺可包含、 
由其组成和基本上由本文描述的必要元素和限制项以及本文描述的任一的附加的或任选 
的成分、组分、步骤或限制项组成。

[0023] 下面结合实施例对本发明进行详细的说明，实施例仅是本发明的优选实施方式，不是对本发明的限定。

[0024] 加热器是大型火力发电厂提高机组热效率必不可少的辅助设备之一，其从汽机中抽汽加热给水，提高进入锅炉的给水温度，从而提高锅炉热效率。加热器的下端差为疏水温
度与进水温度之差。下端差过小，可能为抽汽量小，说明抽汽电动门及抽汽逆止门未全开；
下端差过大，可能为疏水水位低，部分抽汽未凝结即进入下一级，排挤下一级抽汽，影响机
组运行经济性，另一方面部分抽汽直接进入下一级，导致疏水管道振动。正常运行中，排除
加热器泄漏的可能，引起加热器下端差大的最大原因是加热器水位低以及内部积空气。水
位低将引起该加热器疏水带汽，减少了抽汽的放热时间，即还未对给水充分换热就随同疏
水被带走，影响了回热热效率。加热器中积聚过多空气同样严重影响换热，因为空气是不可
凝结气体，它排挤了一部分凝结放热量，故回热效率降低。

[0025] 本发明提供一种加热器液位自动寻优控制方法，其采用双PID控制回路，其中，一个PID闭环控制液位，另一个PID闭环控制下端差；其中，下端差为加热器的疏水温度与加热
器的进水温度之差。

[0026] 当加热器的液位在正常范围内时，则选择控制下端差，液位根据下端差自动调整，直至下端差达到端差设定值；当加热器的液位偏离正常范围时，则选择控制液位，通过阀门
调整所述加热器的液位。

[0027] 本发明中，增加端差控制闭环回路，采用双PID控制：实际端差与端差设定值相减，经过死区函数变换后作为PID的过程量，设置死区的目的防止端差接近最优值时继续调整。
设定值为0，即寻找端差目标为端差设定值的最优。

[0028] 端差控制回路实际意义为最佳液位寻优控制回路。当端差在30分钟之内，变化小于一定量（如0.2℃，根据系统情况进行调整）时，端差控制回路保持，其意义为寻优结束。

[0029] 以端差为闭环控制目标，由于系统运行偏离设计工况或者试验边界条件，或者加热器沾污及系统特性变化，虽然加热器端差和液位的对应关系发生改变时，改进的双PID控
制方案根据端差进行调整，不以液位为唯一控制目标，可以确保系统特性发生变化后，加热
器自动运行在最佳端差。该方案不需要知道端差和液位的对应关系，不必进行端差和液位
的对应关系试验或者理论计算，而且该方案可以以端差为目标进行液位寻优，直至控制在
最佳端差为止。另外，对液位测量的可靠性要求相对较低。单PID的本质是液位闭环，端差开
环。双PID控制的本质是安全的情况下，端差闭环，异常情况下，液位控制优先。

[0030] 本发明中，增加切换回路，当液位偏离正常范围，选择液位控制优先，阀门控制液位，以保证加热器安全。当机组负荷大于30%MCR，且加热器液位在正常范围内时，则选择控
制下端差，寻找最优液位。选择控制液位时，端差控制PID跟踪；选择控制下端差时，液位控
制PID跟踪，防止切换扰动。端差设定值为加热器出厂设计最小值，端差PID跟踪时，端差设
定值不跟踪，仅阀位跟踪。满足端差控制条件时，自动寻找最优液位。液位设定值为手动给
定（设计为0），当选择控制下端差时，液位PID跟踪，液位设定值跟踪实际液位，端差控制切
回液位控制时，按照当前液位为目标值控制，当前液位值即为该工况下的最佳液位。

[0031] 所述端差设定值为加热器出厂设计最小值，端差控制PID跟踪时，端差设定值不跟踪，仅阀位跟踪；当满足端差控制条件时，自动寻找最优液位。

[0032] 本发明中，当加热器的液位在正常范围时，加热器的液位大于低I值，且小于高I+H值；当加热器的液位偏离正常范围时，加热器的液位小于低I值或大于高I+H值。

[0033] 本发明还增加了闭锁回路，当加热器的液位大于高I+H值时，闭锁增加，当加热器的液位小于低I值时，闭锁减。

[0034] 需要说明的是，低I值、高I值均是本领域技术人员知晓的概念，其设置和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知；H为一个设定值，本发明对其
具体数值不作限定，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。

[0035] 以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技
术方案，均应落在本发明的保护范围之内。