第六講汽溫自動(dòng)控制系統(tǒng)

1、第三節(jié) 汽溫自動(dòng)控制系統(tǒng) 1、過(guò)熱氣溫自動(dòng)控制系統(tǒng) 2、再熱氣溫自動(dòng)控制系統(tǒng) 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉一、過(guò)熱蒸汽溫度控制的意義與任務(wù) o鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度是影響鍋爐生產(chǎn)過(guò)程安全性和經(jīng)濟(jì)性的重要 參數(shù)。 o現(xiàn)代鍋爐的過(guò)熱器是在高溫、高壓的條件下工作，過(guò)熱器出口 的過(guò)熱蒸汽溫度是全廠整個(gè)汽水行程中工質(zhì)溫度的最高點(diǎn)全廠整個(gè)汽水行程中工質(zhì)溫度的最高點(diǎn)，也 是金屬壁溫的最高處。 o過(guò)熱器采用的是耐高溫、高壓的合金鋼材料，過(guò)熱器正常運(yùn)行 時(shí)的溫度已接近材料所允許的最高溫度接近材料所允許的最高溫度。 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研

2、室 劉曉過(guò)熱蒸汽溫度過(guò)高或過(guò)低都是生產(chǎn)過(guò)程所不允許 o如果過(guò)熱蒸汽溫度過(guò)高過(guò)高，容易燒壞過(guò)熱器，也會(huì)使蒸汽管道、汽輪機(jī) 內(nèi)某些零部件產(chǎn)生過(guò)大的熱膨脹變形而毀壞，影響機(jī)組的安全運(yùn)行； o如果過(guò)熱蒸汽溫度過(guò)低過(guò)低，將會(huì)降低全廠的熱效率，一般蒸汽溫度每降 低510，熱效率約降低1，不僅增加燃料消耗量，浪費(fèi)能源， 而且還將使汽輪機(jī)最后幾級(jí)的蒸汽濕度增加，加速汽輪機(jī)葉片的水蝕。 o過(guò)熱蒸汽溫度降低降低還會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)高壓部分級(jí)的焓降減小，引起各級(jí) 反動(dòng)度增大，軸向推力增大，也對(duì)汽輪機(jī)的安全運(yùn)行帶來(lái)不利。 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉/p>

3、 過(guò)熱蒸汽溫度的控制任務(wù) o為了保證過(guò)熱蒸汽的品質(zhì)和生產(chǎn)過(guò)程的安全性、 經(jīng)濟(jì)性，過(guò)熱蒸汽溫度必須通過(guò)自動(dòng)化手段加 以控制。 o過(guò)熱蒸汽溫度的控制任務(wù)是：維持過(guò)熱器出口 蒸汽溫度在生產(chǎn)允許的范圍內(nèi)，一般要求過(guò)熱 蒸汽溫度的偏差不超過(guò)額定值偏差不超過(guò)額定值(給定值給定值)的的+5 -10。 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉二、過(guò)熱蒸汽溫度的影響因素 o (1)鍋爐負(fù)荷 o隨著鍋爐負(fù)荷的變化，其輻 射吸熱面和對(duì)流吸熱面的吸 熱比例也會(huì)隨之變化。 o例如：布置在對(duì)流吸熱區(qū)的 過(guò)熱器，其出口蒸汽溫度一 般隨負(fù)荷的上升而上升，而 布置在輻射吸熱區(qū)的過(guò)熱器 則具有

4、相反的汽溫特性。 o在單元制機(jī)組中，鍋爐負(fù)荷 和機(jī)組負(fù)荷是一致的。 o 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉(2)過(guò)剩空氣系數(shù) o鍋爐過(guò)?？諝庀禂?shù) 增大，將引起對(duì)流 吸熱面吸熱增大， 布置在對(duì)流吸熱區(qū) 的過(guò)熱器出口蒸汽 溫度上升。 o 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉(3)爐膛火焰中心 o對(duì)四角布置燃燒器的 鍋爐來(lái)說(shuō)，如果投入 運(yùn)行的磨煤機(jī)臺(tái)數(shù)或 組合發(fā)生變化或火嘴 擺動(dòng)傾角變化，都將 引起爐膛火焰中心變爐膛火焰中心變 化化，火焰中心上移將 導(dǎo)致?tīng)t膛出口煙氣溫 度上升，勢(shì)必引起對(duì) 流吸熱面吸熱量增加。 西北電力

5、職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉其他因素 o燃煤煤質(zhì)的改變、煤粉細(xì)度的改變、鍋爐受熱面的清潔程燃煤煤質(zhì)的改變、煤粉細(xì)度的改變、鍋爐受熱面的清潔程 度度等因素也會(huì)對(duì)過(guò)熱蒸汽溫度產(chǎn)生影響，但是這些因素對(duì) 蒸汽溫度的影響相對(duì)較弱；且在線實(shí)時(shí)測(cè)量不易實(shí)現(xiàn)。 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉三、過(guò)熱蒸汽溫度的控制手段 o 在鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)，一般總是使額定負(fù)荷下過(guò)熱蒸汽溫度高于汽 溫的額定值。 o 一般而言，中壓鍋爐其額定負(fù)荷下過(guò)熱蒸汽溫度比額定值高 2540；高壓鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度比額定值高4060 。 o 需要采用適當(dāng)?shù)臏p溫方式

6、改變過(guò)熱器入口的蒸汽溫度，從而 控制出口的過(guò)熱蒸汽溫度。 o 改變過(guò)熱器人口蒸汽溫度有噴水式減溫和表面式減溫噴水式減溫和表面式減溫兩類方 法?，F(xiàn)代大型鍋爐最常采用的是噴水減溫噴水減溫方法。 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉噴水減溫簡(jiǎn)單而有效的手段 o從理論上來(lái)講，在過(guò)熱蒸汽內(nèi)噴水將引起熵增，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)作功能力(即機(jī)組 循環(huán)效率)下降，但是為了維持機(jī)組的安全運(yùn)行，又是最為簡(jiǎn)單而有效的手段簡(jiǎn)單而有效的手段， 因而被廣泛采用。 o對(duì)采用噴水減溫器的過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)，有的機(jī)組只采用一級(jí)減溫，這種 系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單。 o因被控對(duì)象在基本擾動(dòng)下的遲延時(shí)間太長(zhǎng)，往

7、往在機(jī)組負(fù)荷變動(dòng)等擾動(dòng)下蒸汽 溫度偏差較大。目前大多數(shù)機(jī)組都采用二級(jí)噴水減溫控制方式二級(jí)噴水減溫控制方式。 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉二級(jí)噴水減溫的過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng) o從鍋爐出口蒸汽溫度的調(diào)節(jié)效果來(lái)考慮，則一級(jí)減溫相當(dāng)于粗粗 調(diào)調(diào)，二級(jí)減溫相當(dāng)于細(xì)調(diào)細(xì)調(diào)。 o對(duì)于每級(jí)減溫控制系統(tǒng)，最常見(jiàn)的典型組態(tài)都采用串級(jí)控制系串級(jí)控制系 統(tǒng)統(tǒng)，控制器采用PID規(guī)律，二級(jí)減溫器入口蒸汽溫度定值隨負(fù) 荷改變，鍋爐出口蒸汽溫度為定值控制。 o有的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮了機(jī)組負(fù)荷等前饋信號(hào)機(jī)組負(fù)荷等前饋信號(hào)。 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉謙029-

8、87488277 四、過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 o采用二級(jí)噴水減溫控制方式。 o過(guò)熱器設(shè)計(jì)成兩級(jí)噴水減溫方式，除可以有效減小過(guò)熱蒸汽溫度在基 本擾動(dòng)下的純遲延，改善過(guò)熱蒸汽溫度的調(diào)節(jié)品質(zhì)外，第一級(jí)噴水減 溫述具有防止屏式過(guò)熱器超溫、確保機(jī)組安全運(yùn)行的作用。 o鍋爐汽包產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)頂棚過(guò)熱器、后煙道側(cè)墻管等加熱后，在立式 低溫過(guò)熱器出口聯(lián)箱后匯集在一根管道，經(jīng)一級(jí)噴水減溫器后分A、B 側(cè)進(jìn)入屏式過(guò)熱器。在后屏過(guò)熱器出口聯(lián)箱后又匯集在一根管道，經(jīng) 二級(jí)噴水減溫器后進(jìn)入未級(jí)過(guò)熱器。最后，在末級(jí)過(guò)熱器出口聯(lián)箱后 由一根主蒸汽管道送至汽輪機(jī)高壓缸入口。 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)

9、化教研室 劉曉o過(guò)熱減溫器噴水由鍋爐主給水泵出口引來(lái)，就地分成兩路，分別經(jīng)各 自的減溫水流量測(cè)量孔板、氣動(dòng)隔離閥、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥和電動(dòng)隔離閥后 送往一、二級(jí)噴水減溫器。 o電動(dòng)隔離閥和氣動(dòng)隔離閥除電動(dòng)隔離閥和氣動(dòng)隔離閥除可由運(yùn)行人員在OIS上手動(dòng)開(kāi)關(guān)外，當(dāng)對(duì) 應(yīng)的調(diào)節(jié)閥稍微開(kāi)啟后電動(dòng)隔離閥將自動(dòng)聯(lián)鎖打開(kāi)；鍋爐MFT后自動(dòng) 聯(lián)鎖關(guān)閉。當(dāng)對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)閥稍微開(kāi)啟、且相應(yīng)的電動(dòng)隔離閥打開(kāi)時(shí)， 氣動(dòng)隔離閥將自動(dòng)聯(lián)鎖打開(kāi)；當(dāng)對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)閥全關(guān)后自動(dòng)聯(lián)鎖關(guān)閉。 o本機(jī)組過(guò)熱器一、二級(jí)噴水減溫器的控制目標(biāo)控制目標(biāo)是在機(jī)組不同負(fù)荷下維 持鍋爐二級(jí)減溫器人口和二級(jí)過(guò)熱器出口的蒸汽溫度為給定值。

10、 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉1一級(jí)減溫控制系統(tǒng) o是在一個(gè)串級(jí)雙回路控制 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，引入前饋 信號(hào)和防超溫保護(hù)回路而 形成噴水減溫控制系統(tǒng)。 o 主回路的被控量主回路的被控量為二級(jí)減 溫器入口的蒸汽溫度，它 由一個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)測(cè)得，并 送入主回路與其給定值進(jìn) 行比較，形成二級(jí)減溫器 入口蒸汽溫度的偏差信號(hào)。 圖722過(guò)熱器一級(jí)減溫控制系統(tǒng) 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉一級(jí)減溫噴水調(diào)節(jié)閥 圖722過(guò)熱器一級(jí)減溫控制系統(tǒng) o主回路的給定值主回路的給定值由代表機(jī)組負(fù)荷的 主蒸汽流量信號(hào)經(jīng)函數(shù)器f(x)產(chǎn)

11、生， 運(yùn)行人員在OIS上可對(duì)此給定值給 予正負(fù)偏置。 o主回路的控制主回路的控制由PID1和SMITH預(yù)估 器互相切換形成。兩者只能有一個(gè) 起控制作用，它們是由工程師在 EWS上設(shè)定組態(tài)軟件中的開(kāi)關(guān)來(lái)選 擇的，運(yùn)行人員無(wú)法干涉。 o主回路控制器接受二級(jí)減溫器入口 蒸汽溫度偏差信號(hào)，經(jīng)控制運(yùn)算后 其輸出送至副回路。 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉o 副回路的被控量為一級(jí)減溫器出口 的蒸汽溫度。同樣，它也由一個(gè)溫 度測(cè)點(diǎn)測(cè)得，并送入副回路與其給 定值進(jìn)行比較，形成一級(jí)減溫器出 口蒸汽溫度的偏差信號(hào)。 o副回路的給定值是由主回路控制器 的輸出與前饋信號(hào)疊

12、加形成。 o副回路采用PID2調(diào)節(jié)器，它接受一 級(jí)減溫器出口蒸汽溫度的偏差信號(hào)， 其輸出與防超溫保護(hù)回路輸出疊加 后經(jīng)手動(dòng)自動(dòng)站去控制一級(jí)噴水 減溫器 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉前饋信號(hào) o系統(tǒng)引入的前饋信號(hào)有機(jī)組 負(fù)荷、送風(fēng)量、噴燃器火嘴 傾角等外擾信號(hào)。 o這些擾動(dòng)信號(hào)會(huì)引起過(guò)熱蒸 汽溫度的明顯變化，因此將 它們作為前饋信號(hào)引入系統(tǒng)， 來(lái)抑制它們對(duì)過(guò)熱蒸汽溫度 的影響，改善一級(jí)過(guò)熱蒸汽 溫度的控制品質(zhì)。 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉防超溫保護(hù)回路 o防超溫保護(hù)回路以PID3調(diào)節(jié)器為核心 構(gòu)成。

13、 o正常情況下這一回路不起作用，它由工 程師在EWS上將此功能封閉(該回路的 切換器T2輸出為0)。 o當(dāng)某種原因?qū)е露?jí)減溫器入口蒸汽溫 度比給定值高出4以上時(shí)，該回路會(huì) 使一級(jí)減溫噴水調(diào)節(jié)閥動(dòng)態(tài)過(guò)開(kāi)，以防 止屏式過(guò)熱器超溫。 o防超溫保護(hù)回路的控制作用受到限幅器受到限幅器 的限制的限制，以避免噴水調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作太大。 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉o當(dāng)機(jī)組負(fù)荷較低、汽輪機(jī)跳閘、 鍋爐MFT或一級(jí)噴水電動(dòng)隔離 閥異常關(guān)閉時(shí)，過(guò)熱器一級(jí)減 溫噴水調(diào)節(jié)閥將自動(dòng)關(guān)閉。 o 由于機(jī)組的負(fù)荷會(huì)改變，控制 對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性也隨之改變， 為了在較大的負(fù)荷變化范圍內(nèi)

14、 都具備較高的控制品質(zhì)，在大 型機(jī)組的蒸汽溫度控制中，可 充分利用計(jì)算機(jī)分散控制系統(tǒng) 的優(yōu)勢(shì)，將主、副調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)將主、副調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì) 成自動(dòng)隨負(fù)荷修改整定參數(shù)的成自動(dòng)隨負(fù)荷修改整定參數(shù)的 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉2二級(jí)減溫控制系統(tǒng) o該系統(tǒng)與一級(jí)減溫控制系統(tǒng)的結(jié) 構(gòu)基本相同，也是一個(gè)串級(jí)雙回 路控制系統(tǒng) o不同之處在于： o主、副調(diào)節(jié)器輸入的偏差信號(hào)不 同 o采用的前饋信號(hào)不同。 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉級(jí)減溫噴水調(diào)節(jié)閥 圖723過(guò)熱器二級(jí)減溫控制系統(tǒng) 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系

15、熱工自動(dòng)化教研室 劉曉o二級(jí)減溫控制系統(tǒng)的主 回路的被控量為二級(jí)過(guò) 熱器出口蒸汽溫度 o該蒸汽溫度設(shè)有兩個(gè)測(cè) 點(diǎn)，可由運(yùn)行人員在 OIS上選擇A側(cè)、B側(cè) 或兩側(cè)的平均值作為蒸 汽溫度測(cè)量值與主回路 的給定值比較，形成二 級(jí)過(guò)熱器出口蒸汽溫度 偏差信號(hào)，主回路的給 定值由運(yùn)行人員手動(dòng)設(shè) 定。 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉o副回路的被控量為 二級(jí)減溫器出口蒸 汽溫度，它由一個(gè) 溫度測(cè)點(diǎn)測(cè)得，并 送入副回路與其給 定值比較，形成二 級(jí)減溫器出口蒸汽 溫度的偏差信號(hào)。 o副回路給定值是由 主回路控制器的輸 出與前饋信號(hào)疊加 而

16、形成的。 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉主回路前饋信號(hào) o 二級(jí)過(guò)熱蒸汽溫度控制是鍋爐出口蒸汽溫 度的最后一道控制手段，為了保證汽輪機(jī)的 安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，要求盡可能提高鍋爐出口蒸 汽溫度的調(diào)節(jié)品質(zhì)。 o 因此，二級(jí)減溫控制的主回路前饋信號(hào)采用 了基于焓值計(jì)算的較為完善的方案。 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉o蒸汽的焓值是溫度和壓力的二元函數(shù)，要用數(shù)學(xué)公式表示出這種函數(shù)關(guān)系是相 當(dāng)困難和難以保證精度的。 o在水蒸氣熱力性質(zhì)表上，蒸汽焓值和溫度、壓力的關(guān)系是將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以表格形 式體現(xiàn)的。若要查出某一壓力、溫度

17、下蒸汽的焓值，必須采用查表和內(nèi)插的方 法，計(jì)算工作量相對(duì)較大。 o在INFI90系統(tǒng)中，專門開(kāi)發(fā)了采用內(nèi)插法求取二元函數(shù)的內(nèi)插器(功能碼 168)，只要知道二元函數(shù)的數(shù)值表格，不必求該二元函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，即 可采用內(nèi)插法求出這兩個(gè)輸入變量所對(duì)應(yīng)的函數(shù)值，利用這個(gè)功能碼解決類似 蒸汽焓值在線計(jì)算之類的問(wèn)題是非常方便的。 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉o先根據(jù)主蒸汽溫度和壓 力的給定值用內(nèi)插器計(jì) 算出鍋爐出口蒸汽要求 的焓值 o再減去由主蒸汽流量代 表的機(jī)組負(fù)荷、送風(fēng)量、 燃燒器火嘴擺動(dòng)傾角等 因素經(jīng)函數(shù)發(fā)生器給出 的對(duì)二級(jí)過(guò)熱器焓增的 影響 o求得

18、二級(jí)過(guò)熱器入口要 求的蒸汽焓值。 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉o由于二級(jí)過(guò)熱器入口蒸 汽無(wú)壓力測(cè)點(diǎn)，這里由 主蒸汽壓力加上隨負(fù)荷 變化二級(jí)過(guò)熱器內(nèi)蒸汽 的壓降，求得二級(jí)過(guò)熱二級(jí)過(guò)熱 器入口蒸汽壓力器入口蒸汽壓力 o再根據(jù)二級(jí)過(guò)熱器入口 蒸汽壓力和要求的焓值， 采用內(nèi)插器求出二級(jí)過(guò) 熱器入口要求的溫度， 作為二級(jí)減溫控制主回 路的前饋信號(hào)，即作為 二級(jí)過(guò)熱器入口蒸汽溫 度給定值的前饋信號(hào)。 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉3SMITH預(yù)估器 o在一、二級(jí)減溫控制系統(tǒng)的主回路中，均設(shè)置了可供選擇的SMITH

19、預(yù)估器。 o這是因?yàn)殚L(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)于過(guò)熱器蒸汽溫度這種具有大純遲延、大慣性動(dòng)態(tài)特過(guò)熱器蒸汽溫度這種具有大純遲延、大慣性動(dòng)態(tài)特 性的控制對(duì)象，采用常規(guī)的性的控制對(duì)象，采用常規(guī)的PID控制規(guī)律難以獲得滿意的控制效果控制規(guī)律難以獲得滿意的控制效果。 o近年來(lái)，對(duì)于鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度控制，國(guó)內(nèi)外都在嘗試采用新的控制規(guī)律取代 常規(guī)的PID規(guī)律，出現(xiàn)了諸如模糊控制、模糊控制、SMITH預(yù)估器、狀態(tài)觀測(cè)器預(yù)估器、狀態(tài)觀測(cè)器等控制 規(guī)律。 o在上述一、二級(jí)減溫控制系統(tǒng)組態(tài)中，充分利用INFI90系統(tǒng)所具有的 SMITH預(yù)估器功能碼，以提高蒸汽溫度控制的品質(zhì)。 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉謙02

20、9-87488277 SMITH預(yù)估器的應(yīng)用原理 o SMITH預(yù)估器仍采用經(jīng)典控制理論設(shè)計(jì)。 o 將被控對(duì)象在基本擾動(dòng)作用下的動(dòng)態(tài)特性，簡(jiǎn)化為 一個(gè)純遲延與一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)相串聯(lián)的數(shù)學(xué)模型， 預(yù)估器根據(jù)這個(gè)輸入的數(shù)學(xué)模型，預(yù)先估計(jì)出所采 用的控制作用對(duì)被控量的可能影響，而不必等到被 控量有所反應(yīng)之后再去采取控制動(dòng)作，從而達(dá)到提 高控制效果的目的。 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉o 從理論上講，對(duì)于一個(gè)準(zhǔn)確的純遲延和一階 慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)的被控對(duì)象，被控量在外部擾 動(dòng)和給定值擾動(dòng)下，應(yīng)用SMITH預(yù)估器控 制的過(guò)渡過(guò)程，可以達(dá)到非常理想的效果， 實(shí)際被

21、控對(duì)象動(dòng)態(tài)特性越逼近純遲延串聯(lián)一 階慣性環(huán)節(jié)，控制效果就越好。 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉o被控量在給定值和外部擾動(dòng)下，以傳遞函數(shù)形式表達(dá)的關(guān)系式為： 1 ( )( )(1)( ) 11 s s Vp P sSsU s TsTs e e ( ) V P s ( ) p S s ( )U s 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉o實(shí)踐證明，應(yīng)用SMITH預(yù)估器，對(duì)一、二級(jí)減 溫控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)大有提高。 o當(dāng)然，為了進(jìn)一步改善外部擾動(dòng)下的控制效果， 在系統(tǒng)組態(tài)時(shí)，引入對(duì)被控量有明顯影響且可 測(cè)量的外部擾動(dòng)

22、作為前饋信號(hào)，也是非常必要 的。 二、 再熱蒸汽溫度控制系統(tǒng) 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉提高電廠的熱經(jīng)濟(jì)性 o在大型機(jī)組中，新蒸汽在汽輪機(jī)高壓缸內(nèi)膨脹做功后，需再送回到鍋爐再熱器 中加熱升溫，然后再送入汽輪機(jī)中、低壓缸繼續(xù)做功繼續(xù)做功。 o采取蒸汽中間再熱可以提高電廠循環(huán)熱效率，降低汽輪機(jī)末端葉片的蒸汽濕度， 減少汽耗等。 o為了提高電廠的熱經(jīng)濟(jì)性提高電廠的熱經(jīng)濟(jì)性，大型火力發(fā)電機(jī)組廣泛采用了蒸汽中間再熱技術(shù)。 o再熱器出口蒸汽溫度的控制成為大型火力發(fā)電機(jī)組不可缺少的一個(gè)控制項(xiàng)目。 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉謙029-87

23、488277 再熱蒸汽溫度控制的意義 o為了保證再熱器、汽輪機(jī)等熱力設(shè)備的安全， 發(fā)揮機(jī)組的運(yùn)行效率，提高電廠的經(jīng)濟(jì)性。 o再熱蒸汽溫度控制的任務(wù)，是保持再熱器出保持再熱器出 口蒸汽溫度在動(dòng)態(tài)過(guò)程中處于允許的范圍內(nèi)，口蒸汽溫度在動(dòng)態(tài)過(guò)程中處于允許的范圍內(nèi)， 穩(wěn)態(tài)時(shí)等于給定值。穩(wěn)態(tài)時(shí)等于給定值。 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉二、再熱蒸汽溫度的影響因素 o機(jī)組負(fù)荷的大小 o火焰中心位置的高低 o煙氣側(cè)的煙氣溫度和煙速(煙氣流量)的變化 o各受熱面積灰的程度，燃料、送風(fēng)和給水的配比情 況 o給水溫度的高低 o汽輪機(jī)高壓缸排汽參數(shù) o其中最為突出的影響因

24、素是負(fù)荷擾動(dòng)和煙氣側(cè)的擾負(fù)荷擾動(dòng)和煙氣側(cè)的擾 動(dòng)。動(dòng)。 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉負(fù)荷擾動(dòng)對(duì)再熱汽溫的影響最為突出 o由于再熱蒸汽的汽壓低，重量流速小，傳熱參數(shù)小，所以再熱器一般 布置在鍋爐的后煙井或水平煙道中，它具有純對(duì)流受熱面的汽溫靜態(tài)純對(duì)流受熱面的汽溫靜態(tài) 特性特性單位重量工質(zhì)的吸熱量隨負(fù)荷的下降而降低。 o當(dāng)機(jī)組蒸汽負(fù)荷變化時(shí)，再熱蒸汽溫度的變化幅度比過(guò)熱蒸汽溫度的 變化幅度要大 o例如，某機(jī)組負(fù)荷降低30時(shí)，再熱蒸汽溫度下降2835，差不 多是負(fù)荷每降低1再熱蒸汽溫度下降1。 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉謙029-

25、87488277 o由于煙氣側(cè)的擾動(dòng)是沿整個(gè)再熱器管長(zhǎng)進(jìn) 行的，所以它對(duì)再熱蒸汽溫度的影響顯著。 o但煙氣側(cè)的擾動(dòng)對(duì)再熱蒸汽溫度的影響存 在著管外至管內(nèi)的傳熱過(guò)程，所以它的影 響程度次于蒸汽負(fù)荷的擾動(dòng)。 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉三、再熱蒸汽溫度的控制手段 o從控制的角度講，以對(duì)被控量影響最大的因素作為控制手段對(duì)控制最 有利。但在再熱蒸汽溫度控制中，由于蒸汽負(fù)荷是由用戶決定的，故 不可能用改變蒸汽負(fù)荷的方法來(lái)控制再熱蒸汽溫度。 o對(duì)于再熱蒸汽溫度，幾乎都采用改變煙氣流量作為主要控制手幾乎都采用改變煙氣流量作為主要控制手段 o例如改變?cè)傺h(huán)煙氣流

26、量、改變尾部煙道通過(guò)再熱器的煙氣分流量或 改變?nèi)紵?火嘴)的傾斜角度等。 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉1改變?cè)傺h(huán)煙氣流量 圖724 改變?cè)傺h(huán)煙氣流量調(diào)節(jié)再熱汽溫 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉o再循環(huán)煙氣是通過(guò)再循環(huán)風(fēng)機(jī)從煙道尾部抽取的， 該低溫?zé)煔馑腿霠t膛底部可降低爐膛溫度，減少 爐膛的輻射傳熱，從而提高爐膛出口煙氣的溫度 和流速，使再熱器的對(duì)流傳熱加強(qiáng)，達(dá)到調(diào)溫的 目的。 o例如，當(dāng)負(fù)荷降低而使再熱蒸汽溫度降低時(shí)，可 通過(guò)開(kāi)大再循環(huán)風(fēng)機(jī)的出口擋板板來(lái)增加再循環(huán) 煙氣的流量，使再熱蒸汽溫度升高

27、。當(dāng)再循環(huán)設(shè) 備停用時(shí)，應(yīng)自動(dòng)打開(kāi)熱風(fēng)門，引人壓力稍高的 熱風(fēng)將爐膛煙氣封鎖，以防止?fàn)t膛高溫?zé)煔獾谷?再循環(huán)煙道而燒壞設(shè)備。 o采取再循環(huán)煙氣控制再熱蒸汽溫度的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng) 靈敏，調(diào)溫幅度大；缺點(diǎn)是設(shè)備結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。靈敏，調(diào)溫幅度大；缺點(diǎn)是設(shè)備結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉2改變通過(guò)低溫再熱器的煙氣流動(dòng)狀態(tài) 圖725 改變?nèi)紵鲀A角或煙氣擋板位置 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉o將鍋爐的尾部煙道分隔為主煙道和旁路煙道兩 部分，在主煙道和旁路煙道中分別布置低溫過(guò) 熱器，在煙溫較低的

28、省煤器下面布置可控制的 煙氣擋板，通過(guò)控制煙氣擋板的開(kāi)度控制再熱 蒸汽溫度。 o采用煙氣擋板控制再熱蒸汽溫度的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便；缺點(diǎn)是調(diào)溫的靈敏度較結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便；缺點(diǎn)是調(diào)溫的靈敏度較 差，調(diào)溫幅度也小。差，調(diào)溫幅度也小。 o擋板開(kāi)度與蒸汽溫度變化呈非線性關(guān)系，通常 將主、旁兩側(cè)擋板按相反方向聯(lián)動(dòng)聯(lián)結(jié)聯(lián)動(dòng)聯(lián)結(jié)，以加 大主煙道的煙氣量的變化和克服擋板的非線性。 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉3改變?nèi)紵?火嘴)的傾角 o采用改變?nèi)紵鲀A斜角度控制再熱蒸汽溫度，實(shí)際上是以改變 爐膛火焰中心位置來(lái)使再熱器的入口煙溫改變，從而達(dá)

29、到控制 再熱蒸汽溫度的目的。 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉o采用上述手段控制再熱蒸汽溫度比噴水控制再熱蒸汽溫度的經(jīng) 濟(jì)性要高，因?yàn)樵贌崞鞑扇娝疁p溫時(shí)，將減小效率較高的高 壓汽缸內(nèi)的蒸汽流量，降低了電廠熱效率，所以在正常情況下， 再熱蒸汽溫度不采用噴水調(diào)溫方式。 o但噴水減溫方式簡(jiǎn)單、靈敏、可靠，所以可以把它作為再熱蒸 汽溫度超過(guò)極限值的事故情況下的一種保護(hù)手段。 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉四、再熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 o采用的是擺動(dòng)火嘴加噴水減溫控制手段。 o該機(jī)組汽輪機(jī)高壓缸的

30、排汽通過(guò)一根輸送管引至鍋爐上部，然后分成兩路經(jīng)各自的噴水減 溫器送入低溫再熱器。經(jīng)中間交叉混合后的兩路再熱蒸汽最后匯集在鍋爐A、B兩側(cè)的兩個(gè) 末級(jí)出口聯(lián)箱內(nèi)，然后由一根管道送至汽輪機(jī)。 o按照再熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，再熱蒸汽溫度正常情況下由噴燃器火嘴傾角的擺 動(dòng)來(lái)控制。 o如果擺動(dòng)火嘴將爐膛火焰中心擺至最下而再熱器出口蒸汽溫度仍高，或擺動(dòng)火嘴切至手動(dòng)， 或由于某種原因引起再熱蒸汽溫度動(dòng)態(tài)偏高時(shí)，再熱器的噴水減溫器才開(kāi)始工作。 o也就是說(shuō)，控制再熱蒸汽溫度的減溫水閥門平常是全關(guān)的，它對(duì)再熱蒸汽溫度只起一種輔 助的或保護(hù)性質(zhì)的控制作用。相應(yīng)的再熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖726所示。 西北電

31、力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉1再熱蒸汽溫度的測(cè)量 o在鍋爐A、B兩側(cè)末級(jí)再熱器出口聯(lián)箱上各 裝有兩個(gè)出口蒸汽溫度測(cè)點(diǎn)，再熱蒸汽溫度 由熱電偶測(cè)量，用補(bǔ)償導(dǎo)線直接引入計(jì)算機(jī)。 o運(yùn)行人員在OIS上可手動(dòng)選擇每側(cè)的某一測(cè) 點(diǎn)或兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的平均值作為本側(cè)再熱蒸汽溫 度控制使用。 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉o如果每側(cè)的兩個(gè)測(cè)點(diǎn)中一個(gè)出現(xiàn)故障，計(jì)算機(jī)將自動(dòng)把 無(wú)故障的信號(hào)選為控制系統(tǒng)使用，并禁止切換到故障測(cè) 點(diǎn)。 o如果每側(cè)至少有一個(gè)正常測(cè)點(diǎn)，則擺動(dòng)火嘴控制系統(tǒng)的 再熱蒸汽溫度信號(hào)自動(dòng)取自兩側(cè)運(yùn)行人員選擇信號(hào)的平 均值。 o如果某側(cè)的兩個(gè)測(cè)溫信號(hào)同時(shí)出現(xiàn)故障，則擺動(dòng)火嘴控 制系統(tǒng)的再熱蒸汽溫度信號(hào)自動(dòng)取自另一側(cè)運(yùn)行人員選 擇的蒸汽溫度信號(hào)。 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉2擺動(dòng)火嘴控制 o 擺動(dòng)火嘴控制系 統(tǒng)是一個(gè)帶前饋 信號(hào)的單回路控 制系統(tǒng)，它在再 熱蒸汽溫度的控 制中起到經(jīng)常性 的作用。 西北電力職工培訓(xùn)中心動(dòng)力系熱工自動(dòng)化教研室 劉曉o該系統(tǒng)根據(jù)主蒸汽流量經(jīng)函數(shù)發(fā)生器給出的隨機(jī)組負(fù)荷變化的再熱蒸汽溫度給定值，與運(yùn)行人員手動(dòng)