鍋爐汽溫調節(jié)系統(tǒng)

1、汽包鍋爐蒸汽溫度自動調節(jié)系統(tǒng)一、蒸汽溫度自動調節(jié)系統(tǒng)鍋爐蒸汽溫度自動調節(jié)包括過熱蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度調節(jié)。 調節(jié)的任務是維持鍋爐 過熱器及再熱器的出口汽溫在規(guī)定的允許范圍之內。1、過熱汽溫調節(jié)任務和特點過熱汽溫是鍋爐運行質量的重要指標之一。過熱汽溫過高或過低都會顯著地影響電廠 的安全性和經濟性。 過熱汽溫過高， 可能會造成過熱器、 蒸汽管道和汽機的高壓部分金屬損 壞，因為超溫會引起汽輪機金屬內部過大的熱應力， 會縮短使用壽命， 還可能導致葉片根部 的松動； 過熱汽溫過低， 會引起機組熱耗上升， 并使汽機軸向推力增大而可能造成推力軸承 過載。過熱汽溫過低還會引起汽輪機尾部葉片處蒸汽濕度增加，從

2、而降低汽輪機的內效率， 并加劇對尾部葉片的水蝕。 所以， 在鍋爐運行中， 必須保持過熱汽溫長期穩(wěn)定在規(guī)定值附近 （一般范圍為額定值 541 ± 5C）。過熱汽溫調節(jié)對象的靜態(tài)特性是指過熱汽溫隨鍋爐負荷變化的靜態(tài)關系。 過熱器的傳熱 形式、 結構、布置都將直接影響過熱器的靜態(tài)特性。 對流式過熱器和輻射式過熱器的過熱汽 溫靜態(tài)特性完全相反。 對于對流式過熱器， 當負荷增加時， 通過其煙氣的溫度和流速都增加， 因而使過熱汽溫升高。 而對于輻射式過熱器， 由于負荷增加時爐膛溫度升高不多， 而爐膛煙 溫升高所增加的輻射熱量小于蒸汽負荷增大所需要的吸熱量。 我們的過熱器系統(tǒng)采取了對流 式、輻射式

3、和屏式 （半輻射式） 交替串聯布置的結構， 這有利于減小過熱器出口汽溫的偏差， 并改善了過熱汽溫調節(jié)對象的靜態(tài)特性。引起過熱蒸汽溫度變化的原因很多，如蒸汽流量變化、燃燒工況變化、進入過熱器的 蒸汽溫度變化、 流過過熱器的煙氣溫度和流速變化等。 歸結起來， 過熱汽溫調節(jié)對象的擾動 主要來自三個方面：蒸汽流量變化（機組負荷變化） ，加熱煙氣的熱量變化和減溫水流量變 化（過熱器入口汽溫變化） 。過熱汽溫調節(jié)對象的動態(tài)特性是指引起過熱汽溫變化的擾動與過熱汽溫之間的動態(tài)關 系。在各種擾動下的過熱汽溫調節(jié)對象動態(tài)特性的特點是有遲延和慣性， 典型的過熱汽溫階 躍反應曲線如下圖所示。當機組負荷擾動時，蒸汽流量

4、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，使過熱器各點的蒸汽溫度也幾乎同時改變。所以，在機組負荷擾動下， 過熱汽溫的遲延和慣性比較小。當煙氣熱量擾動（煙氣溫度和流速發(fā)生變化）時，由于煙氣流速和溫度的變化也是沿整個過熱器同時改變的，與蒸汽流量變化對傳熱影響的情況類似， 所以過熱汽溫的反應也是較快的。當減溫水流量擾動時， 改變了高溫過熱器的入口汽溫， 從而影響了過熱器出口汽溫。由于過熱器管路很長， 因此汽溫的反應是較慢的。由此，在不同擾動作用下，過熱汽溫動態(tài)特性參數的數值（t、 Tc、K）有較大的差別，例 如：減溫水擾動時汽溫反應的遲延時間t遠大于煙氣

5、側擾動時的遲延時間。因此，正確選擇調節(jié)過熱汽溫的手段，使調節(jié)機構動作后能及時影響汽溫（即調節(jié)機構動作 時，汽溫動態(tài)特性的遲延時間T應盡可能?。┦呛苤匾摹５壳皬V泛采用噴水減溫作為調節(jié)過熱汽溫的手段，調節(jié)對象在調節(jié)作用下的遲延時間t和時間常數Tc太大，如果只根據汽溫偏差來改變噴水量往往不能滿足生產上的要 求。因此，在設計自動調節(jié)系統(tǒng)時應該設法減小調節(jié)對象的慣性遲延，以便好地控制汽溫的變化。2、過熱汽溫調節(jié)基本方案從過熱汽溫調節(jié)對象的階躍試驗曲線可以看出：若從動態(tài)特性的角度考慮，改變煙氣側參數（煙溫或煙氣流速） 的調節(jié)手段是比較理想的，但具體實現比較困難。噴水減溫對過熱器的安全運行比較有利，所以

6、盡管對象的調節(jié)特性不夠理想，但還是被廣泛采用。采用噴水減溫時，由于對象調節(jié)通道有較大的遲延和慣性以及運行中要求有較小的汽溫控制偏差，需要從對象的調節(jié)通道中找到一個比被調量反應快的中間點信號作為調節(jié)器的補充反饋信號， 以改善對象調節(jié)通道的動態(tài)特性，提高調節(jié)系統(tǒng)的質量。 因此，一般考慮采用串級調節(jié)系統(tǒng) 方案。過熱器xN蒸汽減溫水Wj減溫器 0 1 過熱器0 2O xlN其中：丫 0 1，丫 0 2 溫度變送器斜率；0 1 減溫器后汽溫;0 2過熱器出口汽溫簡圖過熱汽溫串級調節(jié)系統(tǒng)汽溫調節(jié)對象由減溫器和過熱器組成，減溫水流量Wj為對象調節(jié)通道的輸入信號，過熱器出口汽溫0 2為輸出信號。減溫器出口處汽

7、溫01作為輔助調節(jié)信號（導前汽溫信號）。當調節(jié)機構動作（噴水量變化）后，導前汽溫信號01的反應顯然要比被調量信號0 2早得多。這樣，對象調節(jié)通道的動態(tài)特性Go （s）可以看成為由兩部分構成：以減溫水流量作為輸入信號，減溫器出口溫度01作為輸出信號的通道，這部分調節(jié)通道稱為導前區(qū)；以減溫器出口汽溫0 1為輸入信號，過熱器出口汽溫02為輸出信號的通道，這部分調節(jié)通道稱為惰性區(qū)。可以知道，弓I入01負反饋而構成的副回路起到了穩(wěn)定 0 1 （或Wj）的作用，從而使過熱汽溫保持基本不變，因此可以認為負副反饋回路起著粗調過熱汽溫02的作用。而只要0 2不等于設定值，主調節(jié)器就會不斷地改變其輸出信號，并通過

8、副調節(jié)器去不斷地改變減溫水流量Wj,直到0 2恢復到等于設定值為止。如果減溫水流量 Wj發(fā)生自發(fā)性波動（可能是減溫水壓力或蒸汽壓力改變）而引起變化時，由于副回路的存在,而且導前區(qū)的慣性又很小，副調節(jié)器能夠及時動作，快速消除減溫水流量的自發(fā)性波動,從而使過熱汽溫基本保持不變。如果擾動發(fā)生在副回路以外,引起過熱汽溫偏離給定值時,串級汽溫調節(jié)系統(tǒng)首先由主調節(jié)器改變其輸出校正信號通過副調節(jié)回路去改變減溫水流量,使過熱汽溫恢復正常。可見，在串級汽溫調節(jié)系統(tǒng)中，副回路的任對過熱汽溫起粗調作務是盡快消除減溫水流量的自發(fā)性擾動和其他進入副回路的各種擾動,用PI或PID調節(jié)器。3、過熱汽溫自動調節(jié)系統(tǒng)（1/2U

9、應用）寶鋼電廠的1/2U鍋爐過熱蒸汽系統(tǒng)分為 A、B兩路。主蒸汽溫度的控制采用通常的噴 水減溫方法。一般，即使是大容量鍋爐，設置兩級減溫器也足能滿足對汽溫的控制要求了。 由于當初設計時考慮到寶鋼電廠經常處于沖擊負荷下運行，為了確保在沖擊負荷下的汽溫波動也不會過大，故在鍋爐的設計上增加第三級噴水減溫器。第三級噴水減溫器在正常運行條件下，其噴水調節(jié)門是全關的，只在主汽溫偏差超過許可（土8C）的情況下才參與汽溫的控制。所以第三級噴水減溫調節(jié)系統(tǒng)純粹是作為后備輔助之用的（或事故噴水減溫用）。針對汽溫調節(jié)對象的上述特點，目前使用的汽溫調節(jié)有兩種方案（參見下圖）。這兩個方案以過熱器出口溫度B 2作為主調節(jié)

10、參數外，都引入了導前信號B1。對于減溫水量的擾動，汽溫B 1肯定比B 2提前反映，而對于煙氣側或蒸汽負荷的擾動不起提前作用，但是它 能夠比B 2提前反映調節(jié)效果，因此還是改善了閉環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)特性，調節(jié)質量總是比不加 這個導前信號時要好一些。減溫器過熱器（a）有導前汽溫微分信號的系統(tǒng)(b)圖 過熱汽溫自動調節(jié)系統(tǒng)原理圖鍋爐過熱器溫度控制對象是一個容積延遲很大的大慣性對象，故采用了分為三級的分段控制方法。在正常情況下，主蒸汽溫度主要由第二級減溫控制回路保證；而第一級減溫控制回路主要用來消除落在低溫前屏過熱器區(qū)段內的擾動，穩(wěn)定住第二級減溫器的入口溫度，故可以看作是主汽溫控制的粗調。1）二級噴水減溫控

11、制回路（參見MCS-1 圖 SH168 、176）二級噴水減溫調節(jié)回路是主蒸汽溫度控制的主回路。它的原理與常規(guī)的帶導前微分信 號汽溫控制系統(tǒng)相似。主蒸汽溫度經轉換后，與設定值比較后加到 PID 調節(jié)器上，輸出作為調節(jié)主信號。由 于主汽溫對象的延遲較大， 為改善系統(tǒng)的性能， 引進了減溫器出口溫度的微分信號作為先行 反饋信號。同時，考慮到主蒸汽流量（機組負荷）及 BFG 混燒比的變化是引起汽溫變化的 主要外部擾動，所以把主蒸汽流量與 BFG 混燒比信號也作為先行信號引入控制信號中去， 對噴水減溫調節(jié)門實現先行控制，以其減小因機組負荷，燃料變化引起的汽溫偏差。調節(jié)器的輸出與先行信號，導前微分信號的綜

12、合代表了不同負荷下所要求的噴水減溫 調節(jié)門開度指令，去控制二級噴水量，最終控制主蒸汽溫度。下面對幾個信號作一些說明：（1）設定值信號的形成鍋爐正常運行中，主蒸汽溫度的設定值為額定值（541 C）,由運行人員在 設定器上給出。鍋爐在低負荷工況運行時，主蒸汽溫度不能達到額定值。所以在低負荷時應該相應地 降低汽溫設定值。按鍋爐設計，規(guī)定在小于50%額定負荷時，主蒸汽溫度不控制到額定值，且負荷越低，過熱汽溫越低。正常負荷時的主蒸汽溫度額定值與經函數器 f（x） 處理后的負荷指令 （主蒸汽流量） 給出 的設定值信號經低選器，輸出信號作為主汽溫調節(jié)器的給定值信號。同時，為了消除由于 相位補償 回路（目前相

13、位補償已經取消） 與 PID 調節(jié)作用的很大 的動態(tài)增益而使汽溫設定值發(fā)生階躍擾動， 造成噴水減溫調節(jié)門大幅度的動作， 還考慮了設 定值變化速率限制模塊，速率 3C /MIN 。（參見MCS-1圖SH168）2）先行信號（參見 MCS-1 圖 SH170）在靜態(tài)時，噴水減溫調節(jié)門的開度信號是隨著機組負荷和BFG混燒比的不同而不同的,所以把機組負荷（主蒸汽流量）和BFG混燒比信號經函數器作為調節(jié)主汽溫的先行信號（參見下圖）。先行信號圖先行信號形成回路在BFG混燒比為零的情況下（即100%燒煤），先行信號由f2（x）形成；當BFG混燒比 為100%的情況下，把經負荷修正的混燒比信號與經f2（x）的

14、負荷信號相加，作為主蒸汽溫度在負荷和BFG混燒比情況出現變化時的外擾先行信號。另外，還考慮了總燃料量與蒸汽流量之差的先行信號。（3）噴水減溫調節(jié)系統(tǒng)的投入 鍋爐起動階段主汽溫調節(jié)系統(tǒng)不是全程調節(jié)系統(tǒng)。在鍋爐起動直到升溫到額定值，一段時間內，采用APS直接控制二級減溫調節(jié)門的 DD（控制方式。（冷態(tài)時從主蒸汽溫度 480 C到控制溫度到設 定值的土 4C為止，再切回到正常的自動方式）當鍋爐在起動時，只要控制系統(tǒng)電源正常， APS在正常使用狀態(tài)，汽溫控制系統(tǒng)不在手 動方式等條件滿足，則按下二級噴水減溫控制上的“ APS方式”按鈕，即能使二級噴水減溫 調節(jié)門置于APS DDC控制之下。 鍋爐正常運行

15、階段當鍋爐起動到達額定工況后， 二級汽溫控制系統(tǒng)能在 APS指令下，自動轉為MCS自動控制方式；或者由運行人員按下自動方式按鈕，使系統(tǒng)成為自動方式。 發(fā)生FCB時，調節(jié)系統(tǒng)能強制轉為自動方式在二級汽溫控制系統(tǒng)的邏輯回路中，還考慮了聯鎖保護動作：當二級減溫水調節(jié)門A、B的開度都接近于零時（即調節(jié)門全關），警報設定器H/L動作，通過聯鎖接點能自動關閉減溫水隔絕門， 以防止在鍋爐空負荷或低負荷時有減溫水漏進減溫器中，造成汽溫不正常下降。 發(fā)生 MFT時（參見 MCS-1 圖 SH168 SH180 181）當鍋爐發(fā)生MFT寸，二級噴水減溫調節(jié)門控制強制手動方式， 且發(fā)出？秒脈沖信號（目 前二級噴水減

16、溫調節(jié)門在 MFT發(fā)生時，A側是1S脈沖，B側是3S脈沖），優(yōu)先關閉二級噴水 減溫調節(jié)門。2） 一級噴水減溫控制回路（參見MCS-1圖SH167）一級噴水減溫控制回路是一個簡單的單回路控制系統(tǒng)。 一級噴水控制回路是以二級減溫器入口溫度為調節(jié)信號的單回路系統(tǒng)，為提高控制性 能，也引入了先行信號（與二級減溫先行信號相同） 。FCB發(fā)生時，發(fā)出？ 5秒脈沖信號,一級噴水減溫控制回路轉為強制自動方式。MFT發(fā)生時，發(fā)出 ？ 3秒脈沖信號 ，輸出固定的減溫調節(jié)門開度指令 0%（？）。3） 三級噴水減溫控制回路（參見MCS-1圖SH169）三級噴水減溫控制回路也是一個簡單的單回路控制系統(tǒng)。 三級噴水減溫控

17、制回路以主蒸汽溫度為調節(jié)信號。前面已說明過，它是作為汽溫超限 的緊急情況時使用的，所以在主蒸汽溫度額定值上加一偏置量（+8 C）作為調節(jié)器的設定值。這樣， 在正常時， 設定值永遠大于主蒸汽溫度值， 調節(jié)器發(fā)出噴水減溫調節(jié)門全關指令。只有當主汽溫超過所規(guī)定的偏置量（+8C）,調節(jié)器的輸入偏差值極性才會倒過來，輸出噴水減溫調節(jié)門開的指令。由于三級噴水減溫控制系統(tǒng)正常運行時，調節(jié)器輸入長期處于給定值被調量的狀態(tài) 下，即調節(jié)器輸入正偏差長期存在，這時調節(jié)器的積分作用將使 調節(jié)器處于積分飽和狀態(tài) 。 這樣，一旦被調量信號設定值， 即調節(jié)器入口偏差信號極性改變時，調節(jié)器的輸出極性將不能立即改變， 從而執(zhí)行

18、機構將不能及時動作， 調節(jié)器暫時喪失調節(jié)功能， 從而會形成調節(jié) 系統(tǒng)產生的調節(jié)滯后現象。 這種現象一直要在負偏差作用下， 在調節(jié)器調節(jié)一段時間， 等調 節(jié)器退出飽和區(qū)后， 調節(jié)系統(tǒng)才能恢復正常調節(jié)功能。當然，在連續(xù)生產過程中， 積分飽和現象是不容易出現的。 通常對間斷操作設備， 才會出現這種現象。 積分飽和現象對調節(jié)系統(tǒng) 的工作是一個十分有害的缺點。 所以對間斷運行的三級噴水減溫控制系統(tǒng)采用了 有擾積分飽 和功能的調節(jié)器 ，以使在偏差極性倒過來時， 調節(jié)器會立即輸出開啟噴水減溫調節(jié)門的指令。噴水減溫調節(jié)門在強制手動方式時，均發(fā)出報警信號（參見MCS-1 圖 SH171）。FCB 發(fā)生時， 發(fā)出

19、 ？ 5秒脈沖信號 ，一級噴水減溫控制回路轉為強制自動方式。 MFT 發(fā)生時，延遲？ 0秒（目前延時時間未設， 放于OS）,三級噴水減溫調節(jié)門優(yōu)先關閉。 （參 見 MCS-1 圖 SH169 ）二、 再熱汽溫自動調節(jié)系統(tǒng)1、再熱汽溫調節(jié)任務與特點再熱汽溫調節(jié)系統(tǒng)的任務是保持再熱器出口溫度為給定值。 再熱循環(huán)可以降低汽輪機尾部葉片處的蒸汽濕度、降低汽耗、提高機組的熱循環(huán)效率。在鍋爐運行中,再熱器出口溫度更容易受到機組負荷、燃燒工況等干擾的影響而發(fā)生變化, 并且變化的幅度也較大, 這主要是再熱器與過熱器的結構特點不同所致。 因為, 在再熱器中 的工質流速較低, 為了啟動及停爐時的保護需要, 一般都

20、將再熱器布置在較低的煙溫區(qū)。 因 此,再熱器具有純對流式的汽溫靜態(tài)特性。當負荷變化時,再熱汽溫會產生較大的變化,將 可能造成汽機中壓缸轉子與汽缸之間產生較大的相對變形,引起汽機的劇烈振動。如改變燃燒器的傾斜角度。2、再熱汽溫基本調節(jié)方案對于再熱汽溫, 幾乎都采用改變煙氣流量作為主要調節(jié)手段,變煙氣流量的調節(jié)方式比噴水減溫調節(jié)方式有較高的經濟性，因為再熱器采取噴水減溫時,將減少效率較高的高壓汽缸內的蒸汽流量而降低機組熱效率，所以在正常情況下再熱汽溫不采用噴水減溫方式。但由于噴水減溫方式簡單、可靠，所以一般把它作為再熱汽溫超過極限 值的事故情況下的保護調節(jié)手段。采用改變燃燒器擺角調節(jié)再熱汽溫的方式

21、，實際上是以改變爐膛火焰中心位置來使再熱器的入口煙溫改變， 從而調節(jié)再熱器的吸熱量，達到調節(jié)再熱汽溫的目的。燃燒器向上，再熱蒸汽溫度上升；燃燒器向下，效果相反。用煙氣調節(jié)溫度時， 汽溫動態(tài)特性的遲延較小， 因此對再熱汽溫的自動調節(jié)， 原則上只 需要采用單回路調節(jié)的方案?？紤]到機組負荷變化是引起再熱汽溫變化的主要擾動，把主蒸汽流量(機組負荷)作為前饋信號引入調節(jié)系統(tǒng)將有利于再熱汽溫的穩(wěn)定。主蒸汽流量D再熱汽溫燃燒器擺角減溫水門比較器；刀-加法器；f (x)-函數器；± -偏置器圖3-2再熱汽溫自動調節(jié)系統(tǒng)原理圖當再熱汽溫處于規(guī)定值附近變化時，汽溫的偏差由燃燒器擺角來校正消除。蒸汽流量D

22、作為負荷前饋信號，通過函數器f (x)轉換去直接控制燃燒器擺角調節(jié)機構。當函數器的參數整定合適時，能使負荷變化時的再熱汽溫保持基本不變或變化很小。雖然噴水減溫調節(jié)器也是以再熱汽溫為調節(jié)信號，但此信號通過偏置器時被疊加了一個負偏置信號 Z（Z 由偏置器設置， 大小相當于再熱汽溫允許的超溫限值） 。這樣，當再熱汽溫 正常時， 噴水減溫調節(jié)器的入口端始終只有一個負偏差信號， 它使噴水減溫調節(jié)門全關。 只 有當再熱汽溫超過規(guī)定的限值時， 調節(jié)器的入口偏差才會變?yōu)檎模?從而發(fā)出噴水減溫調節(jié) 門開啟的指令。3、再熱汽溫調節(jié)系統(tǒng)（ 1/2U 應用）寶鋼電廠 1/2U 鍋爐再熱汽溫的控制， 在正常情況下，

23、采用調整煤段燃燒器擺角的方法 來控制再熱蒸汽溫度，而噴水減溫則在再熱汽溫超過某一限值的緊急情況下，才參與調節(jié)， 作為超溫事故時的保護手段。 因為再熱器噴入減溫水后， 將極大地減少效率較高的高壓汽缸 內蒸汽流量，降低電廠熱效率，故一般情況下不用這種調溫方式。再熱汽溫設定值根據主蒸汽流量通過函數f （ x）生成，與額定值進行低選，并對其進行變化速率的限制（參見 MCS-1 圖 SH172 ）。再熱汽溫的控制分為兩個調節(jié)回路：1）一個是燃燒器擺角控制回路（參見MCS-1圖SH173），再熱汽溫的控制主要是通過這個回路來實現。 這個控制回路基本上與主汽溫的二級噴水減溫控制回路相同， 系統(tǒng)中也考慮了 低負荷時的設定值修正，及引入了外擾先行信號（ BFG 混燒比和主蒸汽流量綜合信號，參 見圖 SH172）。這個控制回路一個特點是考慮了燃燒器擺角的限制。因為火焰中心的調整是燃燒調整 中一項很重要的工作， 它不僅對燃燒