火電廠鍋爐過熱汽溫控制系統(tǒng)設(shè)計

1、河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 摘要 摘要 過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)是單元機組不可缺少的重要組成部分，其性能和可靠性已成為保證單元機組安全性和經(jīng)濟性的重要因素。過熱蒸汽溫度較高時，機組熱效率則相對較高，但過高時，汽機的金屬材料又無法承受，氣溫過低則影響機組效率。過熱蒸汽溫度的穩(wěn)定對機組的安全經(jīng)濟運行非常重要，所以對其控制有較高的要求。但是由于過熱蒸汽溫度是一個典型的大遲延、大慣性、非線性和時變性的復(fù)雜系統(tǒng)，本次設(shè)計采用串級控制以提高系統(tǒng)的控制性能，在系統(tǒng)中采用了主控-串級控制的切換裝置，使系統(tǒng)可以適用于不同的工作環(huán)境。通過使用該系統(tǒng)，可以使得鍋爐過熱器出口蒸汽溫度在允許的范圍內(nèi)變化，并保護(hù)過熱器

2、營壁溫度不超過允許的工作溫度。關(guān)鍵詞：過熱蒸汽溫度，減溫水，串級控制系統(tǒng)，PID Abstract The superheated steam temperature control system is an important and indispensable unit aircrew part, its performance and reliability has become ensure safety and economic behavior of the unit aircrew important factors. The superheated steam temperat

3、ure is higher, the thermal efficiency is relatively high, but is high, the metal materials and the turbine unable to bear, the temperature is too low will influence the unit efficiency. The superheated steam temperature stability of the unit safe and economic operation is very important, so for the

4、control have higher requirements. But because the superheated steam temperature is a typical time-delayed, large inertia, nonlinear and changeable complex system, this design USES the cascade control in order to improve the control performance of the system, in the system by the master-cascade contr

5、ol of switching device, make the system can be used in different working environment. By using this system, can make the boiler overheating export steam temperature in allowed within the scope of the change, and the protection of superheater wall temperature not more than allow the camp of working t

6、emperature.Key words: the superheated steam temperature, reduce warm water, cascade control system, PIDIV河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 目錄 目錄摘要IAbstractII1 緒論11.1 選題的背景及意義11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.3 本次設(shè)計的目的31.4 本次設(shè)計所做的工作32 汽溫控制系統(tǒng)的組成與對象動態(tài)特性42.1汽溫調(diào)節(jié)的概念和方法42.1.1 從蒸汽側(cè)調(diào)節(jié)汽溫42.1.2 從煙氣側(cè)調(diào)節(jié)汽溫62.2過熱器的分類及其基本結(jié)構(gòu)82.2.1 過熱器的分類82.2.2 過熱器的基本

7、結(jié)構(gòu)112.3 過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理122.3.1 過熱器一級減溫控制系統(tǒng)122.3.2 過熱器二級減溫控制系統(tǒng)132.4 過熱蒸汽溫度控制對象的動靜態(tài)特性152.4.1 靜態(tài)特性152.4.2 動態(tài)特性153 過熱汽溫控制系統(tǒng)的基本方案193.1 串級汽溫控制系統(tǒng)193.2 串級控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和原理193.3 串級汽溫控制系統(tǒng)的設(shè)計213.4 串級汽溫控制系統(tǒng)的整定224 器件的選型254.1 溫度檢測變送器的選擇254.2 控制器的選型274.3 執(zhí)行器的選型284.4 閥門定位器的選型295 主蒸汽溫度控制系統(tǒng)的仿真和改進(jìn)315.1 串級PID系統(tǒng)仿真315.2

8、基于Smith預(yù)估計補償器的串級汽溫控制系統(tǒng)345.3 基于改進(jìn)型Smith預(yù)估器的串級汽溫控制系統(tǒng)39結(jié)論42致謝43參考文獻(xiàn)44附錄45附錄A45河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 緒論 1 緒論1.1 選題的背景及意義 過熱汽溫的控制就是維持過熱出口蒸汽溫度在允許范圍內(nèi)，并且保護(hù)過熱器，使管壁溫度不超過允許的工作溫度。過熱蒸汽溫度是影響大型鍋爐生產(chǎn)過程安全性和經(jīng)濟性的重要參數(shù)，因為過熱器是在高溫、高壓條件下工作的，過熱器出口的過熱蒸汽溫度是全廠整個汽水流程中工況溫度的最高點，也是金屬管壁溫度的最高處。過熱蒸汽溫度過高的話，則容易燒壞過熱器，也會使蒸汽管道、汽輪機內(nèi)某些零部件產(chǎn)生過大的熱膨脹

9、變形而損壞，影響機組的安全運行，因而過熱汽溫的上限不應(yīng)超過額定值5。相反過熱蒸汽溫度過低的話，又會降低全廠的熱效率，增加燃料消耗量，浪費能源，同時會使汽輪機最后幾級的蒸汽濕度增加，加速汽輪機葉片的水蝕，從而縮短汽輪機葉片的使用壽命，所以過熱蒸汽溫度過高或過低都是生產(chǎn)過程不允許的。此外，如果過熱蒸汽溫度變化過大，還會引起汽輪機轉(zhuǎn)子和汽缸的漲差變化，甚至?xí)a(chǎn)生劇烈振動，危及到機組的運行安全。因此，必須相當(dāng)嚴(yán)格地將過熱汽溫控制在給定值附近。一般中、高壓鍋爐過熱蒸汽溫度的暫時偏差不允許超過10，長期偏差不允許超過5，這個要求對過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)來說是非常高的。過熱蒸汽的溫度一般可以看作是多容分布參數(shù)

10、的受控對象，其動態(tài)特性描述可用多容慣性環(huán)節(jié)表示，該對象具有明顯的滯后特性。在鍋爐運行中，影響過熱器出口蒸汽溫度的因素很多，有蒸汽流量、燃燒狀況、鍋爐給水溫度、流經(jīng)過熱器的煙氣溫度、流量、流速等等。在這些因素的共同作用下，過熱汽溫對象除了具有多容、大慣性、大延遲的特性之外，往往還表現(xiàn)出一定的非線性和時變特性，因此，過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)是鍋爐各項控制系統(tǒng)中較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)之一。所以針對上述情況設(shè)計的控制系統(tǒng)，既要求對煙氣側(cè)擾動及負(fù)荷擾動等較大外擾具有足夠快的校正速度，同時又要求能夠?qū)p溫水的內(nèi)擾有較強的抑制能力，從而使系統(tǒng)具有足夠的穩(wěn)定性和良好的控制品質(zhì)，并能保證系統(tǒng)運行的安全性。1.2 國內(nèi)外

11、研究現(xiàn)狀 國內(nèi)外廣大專家學(xué)者和現(xiàn)場工作人員主要關(guān)注的熱點問題是：面對具有大延遲、工況參數(shù)對模型參數(shù)有較大影響的過熱汽溫，如何穩(wěn)定、準(zhǔn)確、快速地對其進(jìn)行有效的控制。在火電廠中，各種類型的PID控制器因其參數(shù)物理意義明確、易于調(diào)整，依然在熱工過程控制系統(tǒng)中占據(jù)著一定地位，但這種采用常規(guī)PID控制器較難確保控制系統(tǒng)的品質(zhì)，由于它本身存在的一些缺陷使得它在實際應(yīng)用中的控制效果不是很理想。分析常規(guī)PID控制可以發(fā)現(xiàn)，這種控制無法解決穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性之間的矛盾。加大控制作用可使誤差減少，準(zhǔn)確性可以提高，但是降低了穩(wěn)定性。反之，為保證穩(wěn)定性，限制控制作用，這樣又降低了控制的準(zhǔn)確性。即使對被控對象整定了一組滿意

12、的PID參數(shù)，當(dāng)對象特性發(fā)生變化時，也難以保持良好的控制性能。 過熱汽溫對象具有時變性、不確定性、非線性等特點，并且會有一些隨機的擾動產(chǎn)生，工藝流程復(fù)雜，使其難以建立精確的數(shù)學(xué)模型。同時，其還具有延遲和慣性較大等特性，由于模型參數(shù)的不確定性以及在控制系統(tǒng)的運行過程中出現(xiàn)環(huán)境變化、元件老化等問題，所以常規(guī)PID控制方法更難以取得滿意的控制效果。 因此，許多火電廠都迫切希望能有一種理想的控制策略實現(xiàn)對過熱汽溫的有效控制。隨著控制理論的不斷發(fā)展，控制領(lǐng)域出現(xiàn)了許多新的控制方法，如預(yù)測控制方法、自適應(yīng)控制方法、各種智能控制方法(包括模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、遺傳算法優(yōu)化控制等等)。 一直以來，國內(nèi)外許多

13、專家學(xué)者都在積極研究將這些新的控制算法應(yīng)用到過熱蒸汽溫度的控制上。模糊控制作為一種智能控制方法，它是依據(jù)人對被控對象的控制經(jīng)驗而設(shè)計的，其模仿人的思維模式，不依賴被控對象的數(shù)學(xué)模型，對于處理過熱汽溫這種具有大延遲、非線性和對象模型不確定的被控制對象有很好的控制效果，為解決這類復(fù)雜對象的控制問題開辟了新途徑，被一些專家學(xué)者引入到了對過熱汽溫的控制系統(tǒng)中。但是，模糊控制實質(zhì)上是具有PD控制規(guī)律的一種控制器，考慮到語言變量基本論域的量化特點以及模糊控制器具有模糊比例一微分作用，缺少積分環(huán)節(jié)，使得該系統(tǒng)不具有消除穩(wěn)態(tài)誤差的能力，且由于在“O”檔處量化死區(qū)的影響，還可能出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)等幅振蕩。因此單獨采用基本

14、的模糊控制不能獲得好的控制品質(zhì)。因此現(xiàn)在構(gòu)成一種新型的模糊-PID復(fù)合串級控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對過熱蒸汽溫度的控制。1.3 本次設(shè)計的目的 本文的設(shè)計目的，就是針對過熱蒸汽溫度的特點，在深入分析過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)的過程，過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)對象的靜態(tài)特性、動態(tài)特性以及過熱蒸汽溫度控制的設(shè)計難的基礎(chǔ)上，確定在過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)中應(yīng)用串級控制的可行性，并考慮根據(jù)蒸汽溫度偏差和偏差的變化情況調(diào)整控制器的各個參數(shù)，以實現(xiàn)最優(yōu)控制。并且由控制系統(tǒng)輸出信號來控制執(zhí)行器，通過調(diào)節(jié)執(zhí)行器去控制減溫水閥門的開度，從而實現(xiàn)控制過熱蒸汽溫度。并且通過仿真驗證來控制效果。1.4 本次設(shè)計所做的工作 分析了過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)的任務(wù)

15、，靜態(tài)特性，在蒸汽流量(負(fù)荷)擾動、煙氣流量擾動、減溫水流量擾動三種主要擾動下過熱汽溫的動態(tài)特性，過熱汽溫控制的難點和設(shè)計原則，并對過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀進(jìn)行了大致的介紹。由于汽溫對象具有大延遲、大慣性的特點，尤其隨著機組容量和參數(shù)的增加，蒸汽的過熱受熱面的比例加大，使其延遲和慣性更大，使其控制難度加大。在各種擾動作用下（如負(fù)荷、工況變化等）反映出非線性、時變等特性，從而進(jìn)一步加大了汽溫控制的難度。根據(jù)根據(jù)串級控制對對象模型難以確定、非線性、大滯后情況有良好的控制品質(zhì)，將串級控制引入到過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)中，設(shè)計了一種串級控制系統(tǒng)對過熱蒸汽溫度控制對象進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。并對該系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行整定通

16、過對控制系統(tǒng)的改進(jìn)與仿真，確定了一種引入改進(jìn)型Smith預(yù)估器的串級控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)蒸汽溫度的偏差和偏差變化情況調(diào)整控制器的PID因子，進(jìn)而調(diào)整了控制系統(tǒng)的控制策略，解決具有純遲延的過程控制，提高控制品質(zhì)。同時，通過相應(yīng)控制器去控制減溫水調(diào)節(jié)閥的閥位開度，根據(jù)調(diào)節(jié)減溫水的流量大小來控制過熱蒸汽溫度的變化，從而實現(xiàn)對過熱蒸汽溫度控制。仿真結(jié)果表明，基于改進(jìn)型Smith預(yù)估器對大慣性、純延遲系統(tǒng)具有較好的控制效果，提高了系統(tǒng)的魯棒性得以提高，使控制品質(zhì)變好。45河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 汽溫控制系統(tǒng)的組成與對象動態(tài)特性 2 汽溫控制系統(tǒng)的組成與對象動態(tài)特性本論文的設(shè)計主要是針對300M

17、W的單元機組鍋爐，通過了解其高溫、亞臨界壓力、中間再熱、自然循環(huán)、單爐膛前后對沖燃燒、燃煤粉汽包爐，且汽輪機為單軸、三缸、兩排汽、再熱、凝汽沖動式，說明過熱器與再熱器在鍋爐中的位置及布置情況，從而全面掌握研究對象的生產(chǎn)過程，并熟悉其動態(tài)特性及分析影響汽溫變化的各種因素。2.1汽溫調(diào)節(jié)的概念和方法 維持穩(wěn)定的汽溫是保證機組安全和經(jīng)濟運行所必須的。汽溫過高會使金屬應(yīng)力下降，將影響機組的安全運行；汽溫降低則會機組的循環(huán)的效率。據(jù)計算，過熱器在超溫10到20下長期運行，其壽命會縮短一半；而汽溫降低10會使循環(huán)若效應(yīng)降低0.5，運行中一般規(guī)定汽溫額定值的波動不能超過10+5。因此，要求鍋爐設(shè)置適當(dāng)?shù)恼{(diào)溫

18、手段，以修正運行因素對汽溫波動的影響。 對汽溫調(diào)節(jié)方法的基本要求是：調(diào)節(jié)慣性或延遲時間小，調(diào)節(jié)范圍大，對熱循環(huán)熱效率影響小，結(jié)構(gòu)簡單可靠及附加設(shè)備消耗少。汽溫的調(diào)節(jié)可歸結(jié)為兩大類：蒸汽側(cè)的調(diào)節(jié)和煙氣側(cè)的調(diào)節(jié)。所謂蒸汽側(cè)的調(diào)節(jié)，是指通過改變蒸汽的熱焓來調(diào)節(jié)溫度。例如噴水式減溫器向過熱器中噴水，噴入的水的加熱和蒸發(fā)要消耗過熱蒸汽的一部分熱量，從而使汽溫下降，調(diào)節(jié)噴入的水量，可以達(dá)到調(diào)節(jié)汽溫的目的。煙氣側(cè)的調(diào)節(jié)，使通過改變鍋爐內(nèi)輻射受熱面和對流受熱面的吸熱量分配比例的方法（例如調(diào)節(jié)燃燒器的傾角，采用煙氣再循環(huán)等）或改變流經(jīng)過熱器的煙氣量的方法（如調(diào)節(jié)煙氣擋板）來調(diào)節(jié)過熱蒸汽溫度。2.1.1 從蒸汽側(cè)

19、調(diào)節(jié)汽溫 汽溫調(diào)節(jié)通常采用噴水減溫作為主要調(diào)節(jié)手段。由于鍋爐給水品質(zhì)較高，所以減溫器通常采用給水作為冷卻工質(zhì)。噴水減溫的方法是將水呈霧狀直接噴射到被調(diào)過熱蒸汽中去與之混合，吸收過熱蒸汽的熱量使本身加熱，蒸發(fā)，過熱，最后也成為過熱蒸汽的一部分。被調(diào)溫的過熱蒸汽由于放熱，所以汽溫降低，達(dá)到了調(diào)溫的目的。 噴水減溫調(diào)節(jié)操作簡單，只要根據(jù)汽溫的變化適當(dāng)?shù)淖兏鄳?yīng)的減溫水調(diào)節(jié)閥門開度，改變進(jìn)入減溫器的減溫水量即可達(dá)到調(diào)節(jié)過熱汽溫的目的。當(dāng)汽溫偏高時，開大調(diào)節(jié)門增加減溫水量；當(dāng)汽溫偏低時，關(guān)小調(diào)節(jié)閥門減少減溫水量，或者根據(jù)需要將減溫器撤出運行。 單元機組的鍋爐對汽溫要求較高，故通常裝置兩級以上的噴水減溫器

20、，在進(jìn)行汽溫調(diào)節(jié)時必須明確每級減溫器所擔(dān)負(fù)的任務(wù)。第一級布置在分隔屏過熱器之前，被調(diào)參數(shù)是屏式過熱器出口汽溫，其主要任務(wù)是保護(hù)屏式過熱器，防止壁管超溫。由于該減溫器距末級過熱器的出口尚有較長距離，相對來說，它對出口汽溫的調(diào)節(jié)時滯較大，而且由于蒸汽流經(jīng)后幾級過熱器后，汽溫的變化幅度較大，誤差也大，所以很難保證出口蒸汽溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)。因此，這級減溫器只能作為主蒸汽溫度的粗調(diào)節(jié)。該鍋爐第二級噴水減溫器設(shè)在末級對流過熱器進(jìn)口，被調(diào)參數(shù)是主蒸汽出口溫度，由于此處距主蒸汽出口距離近，且此后蒸汽溫度變化幅度也不大，所以第二級噴水減溫的靈敏度高，調(diào)節(jié)時滯也小，能有效的保證主蒸汽出口溫度符合要求，因而該級噴

21、水調(diào)節(jié)是主蒸汽的細(xì)調(diào)節(jié)。第二級噴水減溫器往往分兩側(cè)布置，以減小過熱汽溫?zé)崞?。正常工況時，一、二級噴水量的比例為總噴水量的75和25，在高加全部切除時，其比例為95和5。 噴水減溫器調(diào)節(jié)汽溫的特點是，只能使蒸汽減溫而不能升溫。因此，鍋爐按鍋爐額定負(fù)荷設(shè)計時，過熱器受熱面的面積是超過需要的，也就是說，鍋爐在額定負(fù)荷下運行時過熱器吸收的熱量將大于蒸汽所需要的過熱熱量，這時就必須用減溫水來降低蒸汽的溫度使之保持額定值。由于一般組合過熱器汽溫特性都呈對流特性，所以當(dāng)鍋爐負(fù)荷降低時，汽溫也下降，這時減溫水就應(yīng)減小，對于定壓運行的單元機組，由于蒸汽失去汽溫調(diào)節(jié)手段，因而主汽溫就不能保持規(guī)定值，故鍋爐不宜在

22、此情況下做定壓運行，而應(yīng)采用滑壓運行，以保證過熱蒸汽有足夠的過熱度。噴水減溫調(diào)節(jié)主蒸汽溫度在經(jīng)濟上是有一定損失的。一方面由于在額定負(fù)荷時過熱器受熱面積比實際需要值大，增加了投資成本；另一方面因一部分給水用作減溫水，使進(jìn)入生煤器的水流量減少，因而鍋爐排煙溫度升高。增加了排煙損失。同時噴水減溫的過程，也是一個熵增的過程。故而有可用能的損失。但是，由于噴水減溫設(shè)備簡單，操作方便，調(diào)節(jié)又靈敏，所以仍得到廣泛應(yīng)用。再熱器不宜采用噴水減溫調(diào)節(jié)汽溫。因為噴水減溫器將增加再熱蒸汽的數(shù)量，從而增加了汽輪機中，低壓缸的蒸汽流量，即增加了中低壓缸的出力。如果機組的負(fù)荷一定，將使高壓缸出力減小，減少高壓缸的蒸汽流量。

23、這就等于部分的用低壓蒸汽循環(huán)代替高壓蒸汽循環(huán)做功，因而必然導(dǎo)致整個機組熱經(jīng)濟性的降低。再熱器噴水減溫器的主要目的是當(dāng)出現(xiàn)事故工況，再熱器入口汽溫超過允許值，可能出現(xiàn)超溫?fù)p壞時，噴水減溫器投入運行，借以保護(hù)再熱器。在正常運行情況下，只有當(dāng)采用其他溫度調(diào)節(jié)方法尚不能完全滿足要求時，再熱器噴水減溫器才投入微量噴水，作為再熱汽溫的輔助調(diào)節(jié)。2.1.2 從煙氣側(cè)調(diào)節(jié)汽溫 改變火焰中心位置。改變火焰的中心位置可以改變爐內(nèi)輻射吸熱量和進(jìn)入過熱器的煙氣速度，因而可以調(diào)節(jié)過熱汽溫。當(dāng)火焰中心位置抬高時，火焰離過熱器較近，爐內(nèi)輻射吸熱量減少，爐膛出口煙溫升高，則過熱汽溫將升高。火焰中心位置降低時，則過熱汽溫降低。

24、改變火焰中心位置的方法有： 1）調(diào)整噴燃器的傾角。采用擺動式燃燒器時，可以用改變其傾角的辦法來改變火焰中心沿爐膛高度的位置，從而達(dá)到調(diào)節(jié)汽溫的目的。在高負(fù)荷時，將噴燃器向下傾斜某一角度，可以使火焰中心位置下移，使進(jìn)入過熱器區(qū)的煙氣溫度下降，減小過熱器的傳熱溫差，使汽溫降低。而在低負(fù)荷時，將噴燃器向上傾斜適當(dāng)角度，則可以使火焰中心位置提高，使汽溫升高。擺動式燃燒器的調(diào)溫幅度較大，調(diào)節(jié)靈敏，設(shè)備簡單，投資費用少，并且沒有功率損耗。目前使用的擺動式燃燒器上下擺動的轉(zhuǎn)角為20，一般用1020器的傾角的調(diào)節(jié)范圍不可過大，否則可能會增大不完全燃燒損失或造成結(jié)渣等。如果向下的傾角過大時，可能會造成水冷壁下部

25、或冷灰斗結(jié)渣。若向上的傾角過大時，會增加不完全燃燒損失并可能引起爐膛出口的屏式過熱器或凝渣管結(jié)渣。同時在低負(fù)荷時若向上的傾角過大，還可能發(fā)生爐膛滅火。擺動式燃燒器可用于過熱蒸汽的調(diào)溫，也可用于再熱蒸汽的調(diào)溫。當(dāng)擺動式燃燒器作為再熱汽溫的主調(diào)方式時，它將以再熱汽溫為信號，改變?nèi)紵鞯膬A角。 為了保持爐膛火焰的均勻分布，此時四組燃燒器的傾角應(yīng)一致并同時動作。當(dāng)燃燒器傾角已達(dá)到最低極限值時，再熱汽溫仍然高于額定值時，再熱器事故噴水減溫器將自動投入運行，以保持汽溫和保護(hù)再熱器。 2）改變噴燃器的運行方式。當(dāng)沿爐膛高度布置有多排噴燃器時，可以將不同高度的噴燃器組投入或停止工作，即通過上、下排噴燃器的切換

26、，來改變火焰中心位置。當(dāng)汽溫高時應(yīng)盡量先投用下排的燃燒器，汽溫低時可切換成上排噴燃器運行，也可以采取對距過熱器位置不同的噴燃器進(jìn)行切換的方法，當(dāng)投用靠近爐膛后墻的噴燃器時，由于這時火焰中心位置離過熱器近火焰行程短，將使?fàn)t膛出口的煙溫相對的高些。而切換成前墻或靠近前墻的噴燃器運行時，則火焰中心位置離過熱器相對的遠(yuǎn)些，爐膛出口煙溫就相對的低些。 3）變化配風(fēng)工況。對于四角布置切圓燃燒方式，在總風(fēng)量不變的情況下，可以用改變上、下排二次風(fēng)分配比例的辦法來改變火焰中心位置。當(dāng)汽溫高時，一般可開大上排二次風(fēng)，關(guān)小下排二次風(fēng)，以壓低火焰中心。當(dāng)汽溫低時，一般則關(guān)小上排二次風(fēng)，開大下排二次風(fēng)，以抬高火焰中心。

27、進(jìn)行調(diào)整時，應(yīng)根據(jù)實際設(shè)備的具體特性靈活掌握。 改變煙氣量。若改變流經(jīng)過熱器的煙氣量，則煙氣流速必然改變，使對流傳熱系數(shù)變化，從而改變了煙氣對過熱器的放熱量。煙氣量增多時，煙氣流速大，使汽溫升高；煙氣量減少時，煙氣流速小，使汽溫降低。改變煙氣量即改變煙氣流速的方法有： 1）采用煙氣再循環(huán)。采用煙氣再循環(huán)調(diào)節(jié)汽溫的原理是從尾部煙道（通常是從省煤器后）抽出一部分低溫?zé)煔猓迷傺h(huán)風(fēng)機送回爐膛，并通過對再循環(huán)煙氣量的調(diào)節(jié)來改變流經(jīng)過熱器的煙氣流量，改變煙氣流速。此外，當(dāng)送入爐膛的低溫再循環(huán)煙氣量改變時，還使?fàn)t膛溫度發(fā)生變化，爐內(nèi)輻射吸熱與對流吸熱的比例將改變，從而使汽溫發(fā)生變化。由此，改變再循環(huán)煙氣

28、量，可以同時改變流過過熱器的煙氣流量和煙氣含熱量，因而可以調(diào)節(jié)汽溫。 2）煙氣旁路調(diào)節(jié)。采用這種方法是將過熱器處的對流煙道分隔成主煙道和旁路煙道兩部分。在旁路煙道中的受熱面之后裝有煙氣擋板，調(diào)節(jié)煙氣擋板的開度，即可改變通過主煙道的煙氣流速，從而改變主煙道中受熱面的吸熱量。由于高溫對流煙道中煙氣的溫度很高，煙氣擋板極易變形或燒壞，故這一方法只用于布置在鍋爐尾部對流煙道中的低溫過熱器或低溫再熱區(qū)段，而在我國目前的超高壓機組中，則僅用于低溫再熱器區(qū)段。采用煙氣旁路來調(diào)節(jié)再熱汽溫時，還會影響到過熱汽溫。為了增加再熱汽溫的調(diào)節(jié)幅度并減小對過熱汽溫的影響，應(yīng)使主煙道中的再熱器有較大的受熱面，而旁路煙道中的

29、過熱器受熱面則應(yīng)小些。 3）調(diào)節(jié)送風(fēng)量。調(diào)節(jié)送風(fēng)量可以改變流經(jīng)過熱器的煙氣量，即改變煙氣流速，達(dá)到調(diào)節(jié)過熱汽溫的目的。調(diào)節(jié)送風(fēng)量首先必須滿足燃燒工況的要求，以保證鍋爐機組運行的安全性和經(jīng)濟性。而用以調(diào)節(jié)汽溫，一般知識作為輔助手段。當(dāng)汽溫問題成為運行中的主要矛盾時，才用燃燒調(diào)節(jié)來配合調(diào)節(jié)汽溫。利用送風(fēng)量調(diào)節(jié)汽溫是有限度的，超過了范圍將造成不良后果。因為過多的送風(fēng)量不但增加了送、吸風(fēng)機是耗電量，降低了電廠的經(jīng)濟性，而且增大了排煙熱損失，降低鍋爐熱效率。特別是燃油鍋爐對過?？諝饬康目刂凭透鼮橹匾＿^?？諝饬康脑黾?，不但加速空氣預(yù)熱器的腐蝕，還有可能引起可燃物在尾部受熱面的堆積，導(dǎo)致尾部受熱面再燃燒。

30、由以上分析可知，通過查閱相關(guān)的資料可知，蒸汽流量擾動、煙氣熱量擾動、減溫水量擾動下出口汽溫擾動曲線，如下圖2.1所示 圖2.1蒸汽流量擾動、煙氣熱量擾動、減溫水量擾動下出口汽溫仿真曲線 負(fù)荷擾動和煙氣熱量擾動遲延和慣性比減溫水量擾動小, 但因負(fù)荷信號由用戶決定, 不能作為調(diào)節(jié)手段; 煙氣熱量擾動( 改變煙溫或煙氣流量) 具體實現(xiàn)比較困難; 而噴水減溫對過熱器的安全運行比較有利, 所以盡管對象的特性不太理想, 但目前現(xiàn)場還是廣泛采用過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)方法。2.2過熱器的分類及其基本結(jié)構(gòu)2.2.1 過熱器的分類 過熱器可以根據(jù)它所采用的傳熱方式分為對流過熱器、半輻射過熱器及輻射過熱器三種。對流過熱器

31、是放在爐膛外面對流煙道里的過熱器，它主要以對流傳熱方式吸收流過它的煙氣的熱量。半輻射過熱器也稱屏式過熱器，一般放在爐膛上部出口附近，它既吸收爐膛火焰的輻射熱，又以對流方式吸收流過它的煙氣的熱量。輻射過熱器是放在爐頂或爐墻上的過熱器，它基本上只吸收爐膛內(nèi)火焰和煙氣的輻射熱。現(xiàn)代大容量高參數(shù)鍋爐的過熱器主要由對流過熱器，屏式過熱器，包覆過熱器，頂棚過熱器，聯(lián)箱及減溫器構(gòu)成。制造它們的材料一般都是合金鋼，有的還需用特種鋼來制造。對流過熱器：布置在煙道內(nèi)，依靠熱煙氣對流傳熱的過熱器，稱為對流式過熱器。對流過熱器是由聯(lián)箱和很多細(xì)長的蛇形管束所組成。蛇形管可作立式或臥式布置。過熱器的進(jìn)出口聯(lián)箱放在爐墻外部

32、，起著分配和匯集蒸汽的作用。蛇形管與聯(lián)箱上的管接頭焊接在一起。大容量鍋爐的對流過熱器布置在煙溫很高的區(qū)域內(nèi)，其蒸汽溫度和管壁的熱負(fù)荷都很高。而蒸汽側(cè)放熱系數(shù)比省煤器中的水或蒸發(fā)受熱面中的汽水混合物的放熱系數(shù)都低的多，因此過熱器受熱面必須用具有良好的高溫強度特性的優(yōu)質(zhì)碳素鋼或含有鉻、鉬、釩的耐熱合金鋼制造。過熱器管子用什么材料制造，取決于它所處的工作條件。現(xiàn)代鍋爐對流過熱器多采用立式布置，因為這樣可以采用簡單可靠的懸吊固定方法，而臥式過熱器的固定比較困難。立式布置的主要缺點，是停爐時積存在管內(nèi)的凝結(jié)水不易排出，容易引起蛇形管下部彎頭腐蝕。輻射過熱器：輻射過熱器可布置在燃燒室四壁，也稱墻式或壁式過

33、熱器，或布置在爐頂，稱頂棚過熱器，直接吸收輻射熱。在做墻式布置時輻射過熱器的管子可以布置在燃燒室四壁的任一面墻上，可以僅布置在燃燒室上部，也可以沿燃燒室高度全部布置；它可以集中布置在某一區(qū)域，也可以與蒸發(fā)受熱面管子間隔布置。 在自然循環(huán)鍋爐中，輻射過熱器管子布置在燃燒室上部，能使管子避開熱負(fù)荷最高的火焰中心區(qū)域。但是這種布置會使水冷壁管的吸熱高度降低,可能影響水循環(huán)的安全性。如果輻射過熱器沿燃燒室全部高度布置，則處于火焰中心區(qū)的管子容易過熱燒壞。特別是升火過程中，為保證管子的冷卻必須采取從外界引進(jìn)蒸汽等專門措施。在直流鍋爐中，情況有所不同，水冷壁上部都有一定的過熱度，相當(dāng)于輻射過熱器，由于上部

34、爐溫較低，所以可保證安全。 在國產(chǎn)自然循環(huán)鍋爐中，未采用墻式布置的輻射過熱器，而多采用布置在爐頂?shù)捻斉镞^熱器，受熱面為緊靠爐頂?shù)闹惫?，稱為頂棚管。這種過熱器的輻射傳熱作用較墻式過熱器為弱，但因處于較低的煙氣溫度場，工作比較安全可靠，與屏式過熱器和包覆過熱器配合使用，效果較好。 屏式過熱器和包覆過熱器：除了上述兩種過熱器外，還有一種介于兩者之間的半輻射過熱器。最常用的半輻射過熱器是布置在燃燒室上部或出口處的高溫?zé)焻^(qū)內(nèi)的屏式過熱器。其結(jié)構(gòu)特征為幾排拉稀的管屏。屏式過熱器沿爐寬平行布置，管屏數(shù)目一般為816片，屏片間距為0.52米，各跟管子之間的相對間距S2/d在1.1左右，屏中并聯(lián)管子的數(shù)目為15

35、30跟。管屏懸掛在爐頂?shù)匿摿荷?，受熱后能自由的向下膨脹。為了保持各屏間的節(jié)距，可將相臨兩屏中的若干對管子彎繞出來互相夾持在一起，而各屏本身的管子也應(yīng)夾持在同一平面上。屏式過熱器布置在對流過熱器前面，以降低對流過熱器入口煙溫，避免對流過熱器結(jié)渣。屏式過熱器的汽溫變化特性介于輻射與對流過熱器之間，所以變化也比較平穩(wěn)。 圖2.2是布置在不同煙溫區(qū)域內(nèi)的過熱器的汽溫特性示意圖。從圖中可以看出，當(dāng)鍋爐負(fù)荷從33%增加到滿負(fù)荷時，曲線1所示的屏式過熱器的汽溫變化非常平穩(wěn)，僅上升了10；曲線2和3所示的對流過熱器的汽溫上升了42和50；而曲線4代表的輻射過熱器的汽溫卻大幅下降了。由于屏式過熱器具有過熱汽溫平

36、穩(wěn)的特點，在現(xiàn)代大型鍋爐上廣泛地采用了這種過熱器。 為了得到較好的傳熱效果，最好把屏式過熱器布置在煙溫為9501050的煙道中。屏式過熱器進(jìn)口煙溫的選擇，應(yīng)保證燃料進(jìn)入屏式過熱器前已燃盡，否則在屏區(qū)再燃燒會嚴(yán)重影響管屏的工作安全。根據(jù)已采用屏式過熱器的許多鍋爐運行實踐證明，它能夠在10001300煙溫區(qū)內(nèi)可靠工作，并具有良好的汽溫變化特性。圖2.2布置在不同煙溫區(qū)域內(nèi)的過熱器氣溫特性1-布置在煙溫1200區(qū)域的屏式過熱器；2、3-布置在煙溫為1000和900區(qū)域內(nèi)的對流過熱器；4-布置在燃燒室內(nèi)的輻射過熱器2.2.2 過熱器的基本結(jié)構(gòu) 300MW單元機組是現(xiàn)在是我國火力發(fā)電機組的主力型號，多采

37、用亞臨界參數(shù)及中間再熱。300MW機組鍋爐的過熱器，具體結(jié)構(gòu)見圖2.3所示。此過熱器具有以下圖2.3 300MW機組過熱器系統(tǒng)圖1-汽包；2-前屏過熱器；3-后屏過熱器；4-頂棚過熱器；5-側(cè)墻包覆過熱器；6-后墻包覆過熱器；7-低溫對流過熱器；8-第一級減溫器；9-第二級減溫器；10-高溫對流過熱器 特點：由于過熱蒸汽參數(shù)高，需要布置更多受熱面，因此爐膛內(nèi)布置大量屏式過熱器。采用輻射式、半輻射式和對流過熱器聯(lián)合過熱系統(tǒng)，以獲得良好的過熱蒸汽溫度變化特性。低溫過熱器采用逆流布置，以便獲得較大的傳熱溫差，從而節(jié)約鋼材。 采用兩級噴水減溫，這樣做的目的有兩個，一是為了使汽溫調(diào)節(jié)更靈敏，減小熱慣性，

38、二是為了保護(hù)過熱器。第一級噴水減溫器布置在前屏過熱器之后，調(diào)節(jié)量較大且調(diào)節(jié)惰性大，用來調(diào)節(jié)因負(fù)荷、給水溫度和燃料性質(zhì)變化而引起的汽溫變化，為粗調(diào)。另外它還有保護(hù)屏式過熱器和對流過熱器受熱面的作用。第二級噴水減溫器布置在高溫對流過熱器（末級過熱器）之前，這一級熱慣性小，可保證出口汽溫能得到迅速調(diào)節(jié)。減溫器共有四只，每級安裝兩只，每只噴水量為每級噴水量的一半。減溫水源為自制冷凝水。蒸汽流程為：飽和蒸汽由汽包引出后經(jīng)一部分頂棚過熱器進(jìn)入側(cè)墻和后墻包覆過熱器，流出后在聯(lián)箱內(nèi)混合，進(jìn)入低溫對流過熱器，出來后再經(jīng)過另一部分頂棚過熱器進(jìn)入前屏過熱器，流出后經(jīng)過第一級噴水減溫器減溫，再進(jìn)入后屏過熱器，流出后經(jīng)

39、過第二級減溫器減溫，進(jìn)入高溫對流過熱器完成最后一次過熱后，送往汽輪機。2.3 過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 這里針對300MW機組分散控制系統(tǒng)的過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)為設(shè)計對象，對其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行介紹。 該300MW機組的過熱蒸汽溫度控制采用二級噴水減溫控制方式。過熱器設(shè)計成兩級噴水減溫方式，除可以有效減小過熱蒸汽溫度在基本擾動下的延遲，改善過熱蒸汽溫度的調(diào)節(jié)品質(zhì)外，第一級噴水減溫還具有防止屏式過熱器超溫、確保機組安全運行的作用。本機組過熱器一、二級噴水減溫器的控制目標(biāo)就是在機組不同負(fù)荷下維持鍋爐二級減溫器入口和二級減溫器出口的蒸汽溫度為設(shè)定值。2.3.1 過熱器一級減溫控制

40、系統(tǒng)過熱器一級減溫控制系統(tǒng)的原理簡圖如圖2.4所示。該系統(tǒng)是在一個串級雙回路控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，引入前饋信號和防超溫保護(hù)回路而形成噴水減溫控制系統(tǒng)。主回路的被控量為二級減溫器入口的蒸汽溫度，其實測值送入主回路與其給定值進(jìn)行比較，形成二級減溫器入口蒸汽溫度的偏差信號。主回路的給定值由代表機組負(fù)荷的主蒸汽流量信號（代表機組負(fù)荷信號）經(jīng)函數(shù)器f(x)產(chǎn)生，其含義為給定值是負(fù)荷的函數(shù)。 副回路的被控量為一級減溫器出口的蒸汽溫度。其溫度的測量值送入副回路與其給定值進(jìn)行比較，形成一級減溫器出口蒸汽溫度的偏差信號。副回路的給定值是由主回路控制器的輸出與前饋信號疊加形成。副回路采用PID2調(diào)節(jié)器，它接受一級減溫

41、器出口蒸汽溫度的偏差信號。 由于機組的負(fù)荷會改變，控制對象的動態(tài)特性也隨之而變，為了在較大的負(fù)荷變化范圍內(nèi)都具備較高的控制品質(zhì)，在大型機組的蒸汽溫度控制中，可充分利用計算機分散控制的優(yōu)點，將主、副調(diào)節(jié)器設(shè)計成自動隨著負(fù)荷的變化不斷地修改整定參數(shù)的調(diào)節(jié)器，上述蒸汽溫度控制系統(tǒng)就是如下圖2.4所示 圖2.4 一級減溫控制系統(tǒng)2.3.2 過熱器二級減溫控制系統(tǒng) 過熱器二級減溫控制系統(tǒng)的原理簡圖如圖2.5所示。該系統(tǒng)與一級減溫控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基本相同，也是一個串級雙回路控制系統(tǒng)，不同之處在于：主、副調(diào)節(jié)器輸入的偏差信號不同，采用的前饋信號也不同。二級減溫控制系統(tǒng)的主回路的被控量為二級過熱器的出口蒸汽溫度

42、，該蒸汽溫度與主回路的給定值進(jìn)行比較，形成二級過熱器出口蒸汽溫度偏差信號，主回路的給定值由運行人員手動設(shè)定，對于300MW機組在正常負(fù)荷時，給定值一般為540。副回路的被控量為二級減溫器出口蒸汽溫度，其溫度的測量值送入副回路與其給定值比較，形成二級減溫器出口蒸汽溫度的偏差信號。副回路給定值是上主回路控制器的輸出與前饋信號疊加而形成的。 二級過熱器蒸汽溫度控制是鍋爐出口蒸汽溫度的最后一道控制手段，為了保證汽輪機的安全運行，要求盡可能提高鍋爐出口蒸汽溫度的調(diào)節(jié)品質(zhì)。因此，二級減溫控制的主回路前饋信號采用了基于焓值計算的較為完善的方案。其前饋信號有主蒸汽溫度和壓力的給定值的函數(shù)，還有主蒸汽流量代表機

43、組負(fù)荷以及送風(fēng)量、燃燒器火嘴擺動傾角等。除了以上內(nèi)容外，二級減溫控制系統(tǒng)的其他部分以及工作原理與一級減溫控制系統(tǒng)完全相同。由于二級過熱器蒸汽溫度控制是鍋爐出口蒸汽溫度的最后一道控制手段，為了保證汽輪機的安全運行，要求盡可能提高鍋爐出口蒸汽溫度的調(diào)節(jié)品質(zhì)。因此本次設(shè)計主要是對二級減溫控制系統(tǒng)的設(shè)計，使機組在不同負(fù)荷下維持鍋爐二級減溫器入口和二級減溫器出口的蒸汽溫度為設(shè)定值。 圖2.5二級減溫控制系統(tǒng)2.4 過熱蒸汽溫度控制對象的動靜態(tài)特性2.4.1 靜態(tài)特性 鍋爐負(fù)荷與過熱汽溫的關(guān)系 鍋爐負(fù)荷增加時，爐膛燃燒的燃料增加，但是，爐膛中的最高的溫度沒有多大的變化，爐膛輻射放熱量相對變化不大，因此爐膛

44、溫度增高不大。這就是說負(fù)荷增加時每千克燃料的輻射放熱百分率減少，而在爐膛后的對流熱區(qū)中，由于煙溫和煙速的提高，每千克燃料的對流放熱百分率將增大。因此，對于對流式過熱器來說，當(dāng)鍋爐的負(fù)荷增加時，會使出口汽溫的穩(wěn)態(tài)值升高；輻射式過熱器則具有相反的汽溫特性，即當(dāng)鍋爐的負(fù)荷增加時，會使出口汽溫的穩(wěn)態(tài)值降低。如果兩種過熱器串聯(lián)配合，可以取得較平坦的汽溫特性，但一般在采用這兩種過熱器串聯(lián)的鍋爐中，過熱器出口蒸汽溫度在某個負(fù)荷范圍內(nèi)，仍隨鍋爐負(fù)荷的增加有所升高。 過?？諝庀禂?shù)與過熱汽溫的靜態(tài)關(guān)系 過剩空氣量改變時，燃燒生成的煙氣量改變，因而所有對流受熱面吸熱隨之改變，而且對離爐膛出口較遠(yuǎn)的受熱面影響顯著。因

45、此，當(dāng)增大過?？諝饬繒r將使過熱汽溫上升。 給水溫度與汽溫關(guān)系 提高給水的溫度，將使過熱汽溫下降，這是因為產(chǎn)生每千克蒸汽所需的燃料量減少了，流過過熱器煙氣也就減少了。也可以認(rèn)為：提高給水溫度后，在相同燃料下，鍋爐的蒸發(fā)量增加了，因此過熱汽溫將下降。則是否投入高壓給水加熱器將使給水溫度相差很大，這對過熱汽溫有顯著的影響。 燃燒器的運行方式與過熱汽溫的靜態(tài)關(guān)系在爐膛內(nèi)投入高度不同的燃燒器或改變?nèi)紵鞯臄[角會影響爐內(nèi)溫度分布和爐膛出口煙溫，因而也會影響過熱汽溫，火焰中心相對提高時，過熱汽溫將升高。2.4.2 動態(tài)特性目前，單元機組廠廣泛采用噴水減溫方式來控制過熱蒸汽溫度。影響汽溫變化的因素很多，但主要

46、有蒸汽流量、煙氣傳熱量和減溫水量等。在各種擾動下，汽溫控制對象是有煙池、慣性和自平衡能力的。 蒸汽流量擾動下的蒸汽溫度對象的動態(tài)特性引起蒸汽流量擾動的原因有兩個：一是蒸汽母管的壓力變化：二是汽輪機調(diào)節(jié)閥的開度變化。結(jié)構(gòu)形式不同的過熱器，在相同蒸汽流量的擾動下，汽溫變化的特性是不一樣的。當(dāng)鍋爐負(fù)荷擾動時，蒸汽流量的變化使沿整個過熱器管路長度上各點的蒸汽流速幾乎同時改變，從而改變過熱器的對流放熱系數(shù)，使沿整個過熱器各點的蒸汽溫度幾乎同時改變，因而汽溫反應(yīng)較快。其傳遞函數(shù)可以表示為： 式（2.1）式中： Kc鍋爐負(fù)荷擾動時被控對象的放大系數(shù)； 一負(fù)荷擾動后對象的滯后時間； Td為負(fù)荷擾動后對象的時間

47、常數(shù)。從階躍響應(yīng)曲線可知，其特點是：有延遲、有慣性、有自平衡能力，但其延遲和慣性都比較小，即時間常數(shù)和滯后時間都比較小,且較小。動態(tài)特性曲線如圖2.6（a）所示。 (a)蒸汽量D或煙氣傳熱量Q擾動 （b）減溫水WS擾動圖2.6 在擾動下溫度的變化曲線煙氣側(cè)熱量擾動下蒸汽溫度對象的動態(tài)特性當(dāng)燃料量、送風(fēng)量或煤種等發(fā)生變化時，都會引起煙氣流速和煙氣溫度的變化，從而改變了傳熱情況，導(dǎo)致過熱器出口溫度的變化。由于煙氣傳熱量的改變是沿著整個過熱器長度方向上同時發(fā)生的，因此汽溫變化的遲延很小，一般在15-25s之間。煙氣側(cè)擾動的汽溫響應(yīng)曲線如圖2.5（a）所示。它與蒸汽量擾動下的情況類似。煙氣熱量的擾動也

48、幾乎同時影響過熱器管道長度方向各處的蒸汽溫度，故它是一個具有自平衡能力、滯后和慣性都不大的對象，其傳遞函數(shù)可表示為一個二階系統(tǒng)，即： 式（2.2） 式中： 為煙氣溫度 但對象特征總的特點是：有遲延，有慣性，有自平衡能力，其動態(tài)特性曲線如圖2.6（a）所示。 蒸汽溫度在減溫水量擾動下的動態(tài)特性 當(dāng)減溫水量發(fā)生擾動時，雖然減溫器出口處汽溫已發(fā)生變化，但要經(jīng)過較長的過熱器管道才能使出口汽溫發(fā)生變化，其擾動地點（過熱器入口）與測量蒸汽溫度的地點（過熱器出口）之間有著較大的距離，此時過熱器是一個有純滯后的多容對象。.動態(tài)曲線圖如圖2.6（b）所示。當(dāng)擾動發(fā)生后，要隔較長時間才能是蒸汽溫度發(fā)生變化，滯后時

49、間比較大，滯后時間約為30-60s。綜上所述，可歸納出以下幾點： 1）過熱器出口蒸汽溫度對象不管在哪一種擾動下都有延遲和慣性，有自平衡能力。而且改變?nèi)魏我粋€輸入?yún)?shù)（擾動），其他的輸入?yún)?shù)都可能直接或間接的影響出口蒸汽溫度，這使得控制對象的動態(tài)過程十分復(fù)雜。 2）在減溫水流量擾動下，過熱器出口蒸汽溫度對象具有較大的傳遞滯后和容量滯后，縮減減溫器與蒸汽溫度控制點之間的距離，可以改善其動態(tài)特性。 3）在煙氣側(cè)熱量和蒸汽流量擾動下，蒸汽溫度控制對象的動態(tài)特性比較好。由圖可見，在減溫水流量擾動下，減溫器出口過熱汽溫的響應(yīng)比過熱器出口汽溫 快得多，可以肯定，在噴水減溫過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，以作為導(dǎo)前信

50、號構(gòu)成串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可大大改善控制系統(tǒng)的性能。 在減溫水流量擾動下，導(dǎo)前汽溫的傳遞函數(shù)可表示為：式中： 式（2.3） 減溫水流量擾動下導(dǎo)前汽溫的放大系數(shù)；為減溫水流量擾動下導(dǎo)前汽溫對象的時間常數(shù)；階數(shù)； 在減溫水流量擾動下，過熱汽溫的傳遞函數(shù)可表示為：式中： 式（2.4） 一減溫水流量擾動下過熱蒸汽溫度的放大系數(shù)； 為減溫水流量擾動下過熱蒸汽溫度的時間常數(shù)； 階數(shù)； 對象惰性區(qū)的傳遞函數(shù)可表示為： 式（2.5）式中： 減溫水流量擾動下惰性區(qū)溫度的放大系數(shù)； 為減溫水流量擾動下惰性區(qū)溫度的時間常數(shù)； 階數(shù)； 由于惰性區(qū)的傳遞函數(shù)無法直接通過實驗求出，所以可由實驗得到的、 、和 、 來求取，計算公

51、式如下： 式（2.6）總的來說，根據(jù)對過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)對象做階躍擾動試驗得出的動態(tài)特性曲線可知，它們均為有延遲的慣性環(huán)節(jié)，但各自的動態(tài)特性參數(shù)值有較大的差別。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 過熱汽溫控制系統(tǒng)的基本方案 3 過熱汽溫控制系統(tǒng)的基本方案目前，過熱汽溫的控制方案很多，而且隨著自動控制技術(shù)和計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，新的控制方法不斷出現(xiàn)，汽溫控制的質(zhì)量也不斷提高。傳統(tǒng)的汽溫控制系統(tǒng)有兩種：串級汽溫控制系統(tǒng)和采用導(dǎo)前微分信號的汽溫控制系統(tǒng)。由于過熱汽溫控制通道的遲延和慣性很大，被調(diào)量信號反應(yīng)慢，因此選擇減溫器后的汽溫作為局部反饋信號，形成了本次設(shè)計所采用的串級控制系統(tǒng)。下面將加以介紹。3

52、.1 串級汽溫控制系統(tǒng) 單回路控制系統(tǒng)是各種復(fù)雜控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，由于其控制簡單而得到廣泛應(yīng)用。但隨著工業(yè)技術(shù)的不斷更新，生產(chǎn)不斷強化，工業(yè)生產(chǎn)過程對工業(yè)參數(shù)提出了越來越嚴(yán)格的要求，并且由于生產(chǎn)過程中各參數(shù)間的關(guān)系復(fù)雜化及控制對象遲延和慣性的增大，都使得單回路控制系統(tǒng)顯得無能為力，因而產(chǎn)生了許多新的、較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，如串級控制、導(dǎo)前微分控制、復(fù)合控制、分段控制、多變量控制等。串級控制系統(tǒng)對改善控制品質(zhì)有獨到之處，本節(jié)將對其組成、特點及整定進(jìn)行討論。3.2 串級控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和原理 單元廠過熱汽溫串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖3.1所示： 圖3.1 串級控制系統(tǒng) 該汽溫串級控制系統(tǒng)中，有主、副兩個調(diào)節(jié)

53、器。由于汽溫對象具有較大的延遲和慣性，主調(diào)節(jié)器多采用PID控制規(guī)律，其輸入偏差信號為-，輸出信號為，副調(diào)節(jié)器采用PI或P控制規(guī)律，接受導(dǎo)前汽溫信號和主調(diào)節(jié)器輸出信號I，輸出為。當(dāng)過熱汽溫升高時，增加，主調(diào)節(jié)器輸出減小，副調(diào)節(jié)器輸出減小，減溫水量增加，過熱汽溫下降。在主、副調(diào)節(jié)器均具有PI控制規(guī)律的情況下，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定時，主、副調(diào)節(jié)器的輸入偏差均為零，即： =；= 由此也可以認(rèn)為主調(diào)節(jié)器的輸出是導(dǎo)前汽溫的給定值。過熱汽溫串級控制系統(tǒng)的原理方框圖如圖3.2所示，具有內(nèi)外兩個回路。內(nèi)回路由導(dǎo)前汽溫變送器、副調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器、減溫水調(diào)節(jié)閥及減溫器組成；外回路由主汽溫對象、汽溫變送器、主調(diào)節(jié)器及整個內(nèi)回

54、路組成。系統(tǒng)中以減溫器的噴水作為控制手段，因為減溫器離過熱器出口較遠(yuǎn)，且過熱器管壁熱容較大，主汽溫對象的滯后和慣性較大。若采用單回路控制主汽溫(即將作為主信號反饋到調(diào)節(jié)器PI1,PI1直接去控閥門開度)無法取得滿意的控制品質(zhì)。為此再取一個對減溫水量變化反映快的中間溫度信號作為導(dǎo)前信號，增加一個調(diào)節(jié)器PI2組成如圖3.2所示的串級控制系統(tǒng)。調(diào)節(jié)器PI2根據(jù)信號控制減溫水閥，如果有某種擾動使汽溫比提早反映（例如：內(nèi)擾為噴水量W的自發(fā)性變化），那么由于PI2的提前動作，擾動引起的波動很快消除，從而使主汽溫基本不受影響。另外，PI2的給定值受調(diào)節(jié)器PI1的影響，后者根據(jù)改變的給定值，從而保證負(fù)荷擾動時，仍能保持X滿足要求?？梢?，串級系統(tǒng)中采用了兩級調(diào)節(jié)器，各有其特殊任務(wù)。 圖3.2 過熱汽溫串級控制系統(tǒng)原理方框圖3.3 串級汽溫控制系統(tǒng)的設(shè)計 為充分發(fā)揮串級控制系統(tǒng)的優(yōu)點，在設(shè)計實施控制系統(tǒng)時，還應(yīng)適當(dāng)合理的設(shè)計主、副回路及選擇主、副調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律。 主、副回路的設(shè)計原則1）副參數(shù)的選擇，應(yīng)使副回路的時間常數(shù)小，控制通道短，反應(yīng)靈敏。通常串級控制系統(tǒng)是被用來克服對象的容積遲