超超臨界主汽溫控制系統(tǒng)分析

1、 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)(論文)題 目：超超臨界機(jī)組主汽溫控制系統(tǒng)分析院 系自動(dòng)化系專業(yè)班級(jí)自動(dòng)化0903班學(xué)生姓名白晶棟指導(dǎo)教師王曉燕二一三年六月超超臨界機(jī)組主汽溫控制系統(tǒng)分析 摘要 21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)電力工業(yè)正邁向以高效、節(jié)能、環(huán)保的能源利用和環(huán)境并重的可持續(xù)發(fā)展為戰(zhàn)略目標(biāo)的發(fā)展階段，其重要的標(biāo)志是超超臨界機(jī)組正在飛速發(fā)展。超超臨界發(fā)電技術(shù)的發(fā)展可以創(chuàng)造新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，是我國(guó)電力工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇。而主汽溫控制又直接關(guān)系到機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，因此本課題開(kāi)展了超超臨界機(jī)組主汽溫控制系統(tǒng)的特性及其控制策略研究。火力發(fā)電廠汽溫控制是一個(gè)研究了多年的問(wèn)題，隨著系統(tǒng)的普及運(yùn)用，串級(jí)控制策略已經(jīng)成為經(jīng)典

2、而被廣泛采用。 本文分析了超超臨界機(jī)組汽溫對(duì)象的特點(diǎn)以及控制上的難點(diǎn)，以某實(shí)際超超臨界機(jī)組為例，對(duì)其主汽溫控制系統(tǒng)進(jìn)行分析。最后通過(guò)對(duì)一、二級(jí)過(guò)熱汽溫系統(tǒng)sama圖的分析，進(jìn)一步加深了對(duì)主汽溫控制系統(tǒng)的了解。關(guān)鍵字：超超臨界機(jī)組；主汽溫控制；動(dòng)靜態(tài)特性；一、二級(jí)過(guò)熱器減溫水ANALYSIS OF ULTRA-SUPERCRITICAL MAIN STEAM TEMPERATURE CONTROL SYSTEMAbstractSince the 21 century,chinas electric power industry is moving towards an efficient,ene

3、rgy-saving,environmentrol protection,energy utilization and the environment both sustainable development for the strategic target of development stage,its important mark of ultra superitical unit is growing.The ultra supercritical power generation technologys can create new economic points,it is the

4、 strategic choice of sustainable development of chinas power industry,it is the innovation of economic.And the main steam temperature control is directly related to the safe and economic operation of generating units.Therefore,features of the main steam temperature control system and the main temper

5、ature control strategy of the ultra supercritical units is studied in this paper.The steam temperature control strategy has been studied for years.Along with the widely application of DCS system,the cascade PID control model has been widely adopted as a classical strategy.This paper analyzes the ult

6、ra-supercritical unit steam temperature characteristics of the object as well as the difficulty of control, ultra-supercritical units in a practical example, its main steam temperature control system for analysis. Finally, through one and two superheated steam temperature system sama chart analysis,

7、 and further deepened the main steam temperature control system understanding.Keywords: Ultra-supercritical units; Main steam temperature control; Dynamic and static characteristics; One and two heated superheater less目 錄摘要IAbstractII1 緒論11.1研究背景及意義11.2超超臨界機(jī)組國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀11.3超超臨界機(jī)組主汽溫控制研究現(xiàn)狀11.4本文主要研究的內(nèi)容32

8、超超臨界機(jī)組主汽溫控制系統(tǒng)的特性42.1超超臨界直流爐概述42.1.1直流爐工作原理及特性42.1.2超超臨界直流爐介紹52.2超超臨界機(jī)組主汽溫控制系統(tǒng)特性52.2.1靜態(tài)特性分析52.2.2動(dòng)態(tài)特性分析72.3本章小結(jié)113串級(jí)汽溫控制系統(tǒng)的工程實(shí)現(xiàn)123.1主汽溫控制概述123.2噴水減溫法123.3 1000MW過(guò)熱汽溫控制系統(tǒng)SAMA圖153.3.1 一級(jí)過(guò)熱器減溫水設(shè)定SAMA圖153.3.2 一級(jí)過(guò)熱器減溫水控制SAMA圖163.3.3 二級(jí)過(guò)熱器減溫水設(shè)定SAMA圖173.3.4 二級(jí)過(guò)熱器減溫水控制SAMA圖183.4過(guò)熱汽溫控制系統(tǒng)的邏輯控制193.4.1 一級(jí)過(guò)熱器減溫水

9、控制邏輯SAMA圖193.4.2二級(jí)過(guò)熱器減溫水控制邏輯SAMA圖193.5本章小結(jié)204結(jié)論21參考文獻(xiàn)22致謝231 緒論1.1研究背景及意義超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)是一種先進(jìn)、高效的發(fā)電技術(shù)，它比超臨界機(jī)組的熱效率高出約4%，與常規(guī)燃煤發(fā)電機(jī)組相比優(yōu)勢(shì)就更加明顯。21世紀(jì)以來(lái),我國(guó)電力工業(yè)正邁向以高效、節(jié)能、環(huán)保的能源利用和環(huán)境并重的可持續(xù)發(fā)展為戰(zhàn)略目標(biāo)的發(fā)展階段,其重要的標(biāo)志是超超臨界機(jī)組正在飛速發(fā)展。超超臨界發(fā)電技術(shù)的發(fā)展可以創(chuàng)造新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn),是我國(guó)電力工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇。超超臨界機(jī)組采用的不是汽包爐而是直流爐,其工質(zhì)的蓄熱能力為同容量汽包鍋爐的1/41/2,加之它沒(méi)有固定的汽水

10、分界面,主汽溫隨著受熱面的省煤段、蒸發(fā)段、過(guò)熱段長(zhǎng)度發(fā)生變化以及燃水比的變化而變化，汽溫被控對(duì)象呈現(xiàn)出很強(qiáng)的非線性以及變參數(shù)特性,同時(shí)過(guò)熱汽溫的變化具有大遲延，大慣性,這就使得常規(guī)控制策略難以取得令人滿意的控制品質(zhì)。主汽溫是電廠鍋爐運(yùn)行過(guò)程中的一個(gè)重要控制和檢測(cè)參數(shù),它直接影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行。盡管目前主汽溫控制系統(tǒng)采用大量的智能控制策略進(jìn)行試驗(yàn)研究,其中應(yīng)用于實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的先進(jìn)控制策略的也不少,但提高主汽溫控制品質(zhì)仍是火電廠控制領(lǐng)域極為關(guān)注的問(wèn)題,并已成為當(dāng)今控制領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn),在理論和實(shí)際應(yīng)用中都有十分重要的意義。1.2超超臨界機(jī)組國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的不斷進(jìn)步、完善和發(fā)展，目前超

11、超臨界發(fā)電技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了成熟和商業(yè)化運(yùn)行階段。從2003年開(kāi)始，我國(guó)電力行業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展期，年裝機(jī)容量從過(guò)去十多年里每年1000多萬(wàn)千瓦急速攀升到5000萬(wàn)千瓦、6000萬(wàn)千瓦，2006和2007兩年達(dá)到1億千瓦左右。到2007年底，國(guó)產(chǎn)60萬(wàn)千瓦超超臨界機(jī)組的訂貨量達(dá)到90多臺(tái)，100萬(wàn)千瓦的訂貨數(shù)也有將近50臺(tái)。到2010年，我國(guó)投產(chǎn)的百萬(wàn)千瓦超超臨界機(jī)組將占全世界的一半以上，而到了2013年年底，我國(guó)電力裝機(jī)總量將達(dá)到12億千瓦，成為世界第一。1.3超超臨界機(jī)組主汽溫控制研究現(xiàn)狀對(duì)于直流爐來(lái)說(shuō),由于工質(zhì)從進(jìn)入鍋爐開(kāi)始,要經(jīng)過(guò)水冷壁，初級(jí)過(guò)熱器，屏式過(guò)熱器和末級(jí)過(guò)熱器等多處受熱面,過(guò)熱蒸汽

12、溫度對(duì)燃水比的變化有很大的遲延,而且越接近過(guò)熱器出口遲延時(shí)間越大,如果直接將主汽溫作為調(diào)整煤水比的信號(hào),則會(huì)調(diào)節(jié)過(guò)遲,不可能維持主汽溫的穩(wěn)定運(yùn)行。針對(duì)這一特點(diǎn),國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者專家提出了“中間點(diǎn)溫度”的概念。所謂中間點(diǎn)溫度是指在水冷壁和末級(jí)過(guò)熱器之間選擇的某一測(cè)點(diǎn)的某一物理量，目前,超超臨界機(jī)組的主汽溫控制依實(shí)際控制情況,大部分電廠將水冷壁出口工質(zhì)溫度作為超超臨界鍋爐中間點(diǎn)溫度，它主要是以燃水比進(jìn)行控制,而燃水比的控制一般以中間點(diǎn)溫度為控制信號(hào)，故此中間點(diǎn)溫度作為控制主汽溫的超前信號(hào)或首要參考溫度是十分必要的，而中間點(diǎn)溫度至過(guò)熱器出口區(qū)段則依靠噴水減溫進(jìn)行調(diào)節(jié),以適應(yīng)過(guò)熱器的工況變化,最終維持主

13、汽溫在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。變?cè)O(shè)定值逆向串聯(lián)控制傳遞策略在目前國(guó)內(nèi)引進(jìn)的各類型超臨界機(jī)組中應(yīng)用較多,主要結(jié)合焓水控制策略使用,汽溫控制系統(tǒng)中只有主汽溫設(shè)定值固定,其余各級(jí)過(guò)熱器出口溫度設(shè)定值在高限范圍內(nèi)均處于完全浮動(dòng)狀態(tài),各級(jí)減溫控制回路以串聯(lián)方式由主汽溫側(cè)向水冷壁側(cè)逆汽水流程單向傳遞控制需求,該控制傳遞策略的特點(diǎn)是以末級(jí)過(guò)熱器出口溫度控制為傳遞過(guò)程的基點(diǎn),通過(guò)溫降控制逆向逐級(jí)傳遞被控參數(shù)變化量,直至改變水冷壁流量達(dá)到新的分離器出口焓值與過(guò)熱度；下級(jí)減溫被控參數(shù)的變化需求傳遞至上級(jí)減溫控制回路后,將通過(guò)上級(jí)過(guò)熱器出口溫度的響應(yīng)使下級(jí)減溫器前后溫降與減溫水流量恢復(fù)至變化前的設(shè)計(jì)值;在主汽溫控制傳

14、遞過(guò)程中將各級(jí)減溫水與設(shè)計(jì)值的偏離量逐級(jí)累積至水冷壁流量控制,改變總給水流量,總給水流量的變化將引起機(jī)組負(fù)荷的變化,通過(guò)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的負(fù)荷調(diào)節(jié)回路使燃料量向有利于汽溫控制的方向變化,并最終達(dá)到新的燃水配合比例。目前國(guó)內(nèi)引進(jìn)的1000MW等級(jí)超超臨界機(jī)組主要采用了定設(shè)定值正向循環(huán)控制傳遞策略。通過(guò)與分離器入口過(guò)熱度控制策略結(jié)合使用,利用水燃比調(diào)節(jié)回路修正總?cè)剂狭恐噶?最終實(shí)現(xiàn)主汽溫的調(diào)節(jié)與控制偏差傳遞。該控制傳遞策略的特點(diǎn)是以分離器入口溫度作為主汽溫控制傳遞過(guò)程的基點(diǎn),控制響應(yīng)通過(guò)減溫器溫降控制回路正向傳遞至主汽溫回路,改變主汽溫度；中間各級(jí)汽溫的動(dòng)態(tài)控制偏差以不同強(qiáng)度的純比例作用傳回至水燃比控

15、制回路,僅主汽溫控制偏差以比例積分作用傳回起點(diǎn), 消除正向傳遞過(guò)程中所積累的靜態(tài)控制偏差；主汽溫發(fā)生偏離時(shí),末級(jí)減溫控制將受溫降控制作用的阻礙, 因此調(diào)節(jié)功能將主要依靠水燃比來(lái)完成,一方面改變過(guò)熱器的吸熱量,一方面將控制響應(yīng)逐級(jí)向下游傳遞, 控制傳遞速度將高于汽溫的自然傳導(dǎo)速度, 可有效加快調(diào)節(jié)響應(yīng)過(guò)程；分離器入口溫度偏離時(shí),除了水燃比的直接控制作用外,由于給水控制系統(tǒng)控制給水與減溫水總量不變,通過(guò)正向傳遞改變一級(jí)減溫水流量將使水冷壁流量向有利于分離器溫度控制的方向變化, 補(bǔ)充水燃比調(diào)節(jié)速率的不足。當(dāng)前實(shí)際應(yīng)用的主汽溫控制策略多數(shù)仍采用常規(guī)PID,然而由于超臨界機(jī)組的動(dòng)態(tài)特性復(fù)雜多變,汽溫被控

16、對(duì)象呈現(xiàn)出很強(qiáng)的非線性以及變參數(shù)特性,同時(shí)過(guò)熱汽溫的變化具有大遲延、大慣性,這就使得常規(guī)PID控制策略難以取得令人滿意的控制品質(zhì)。基于此,國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者對(duì)主汽溫先進(jìn)控制策略進(jìn)行了深入研究。文獻(xiàn)12針對(duì)某800MW超臨界機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中水冷壁出口蒸汽溫度的控制問(wèn)題,提出了一種基于動(dòng)態(tài)模型的前饋-反饋控制策略。其中前饋信號(hào)根據(jù)辨識(shí)出的動(dòng)態(tài)模型以及多個(gè)約束條件產(chǎn)生,反饋控制器則是采用線性二次型高斯最優(yōu)控制算法（LQG）進(jìn)行設(shè)計(jì)。MATLAB仿真結(jié)果表明,上述控制策略減少了水冷壁出口汽溫動(dòng)態(tài)響應(yīng)的上升時(shí)間并且避免了超調(diào)。文獻(xiàn)13針對(duì)超臨界直流鍋爐汽溫控制問(wèn)題,提出了一種基于對(duì)象特性辨識(shí)的自適應(yīng)最優(yōu)控制算

17、法。作者在仿真機(jī)上進(jìn)行了試驗(yàn),結(jié)果表明在設(shè)定值擾動(dòng)下該算法對(duì)主汽溫的控制品質(zhì)明顯優(yōu)于常規(guī)PID。文獻(xiàn)14則以某600MW超臨界直流爐為研究對(duì)象,提出了過(guò)熱汽溫的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自校正控制策略。仿真結(jié)果表明,在大范圍工況下該控制策略對(duì)主汽溫的控制品質(zhì)優(yōu)于常規(guī)PID。文獻(xiàn)15總結(jié)了針對(duì)超臨界直流爐過(guò)熱汽溫的幾種先進(jìn)控制策略,包括模糊控制,自適應(yīng)控制,廣義預(yù)測(cè)控制(GPC)等,并與傳統(tǒng)控制策略進(jìn)行了對(duì)比研究。在當(dāng)前研究較多的幾種先進(jìn)控制策略中,預(yù)測(cè)控制具有多步預(yù)測(cè)、滾動(dòng)優(yōu)化以及反饋校正等特點(diǎn),對(duì)模型要求低,易于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn),所以非常適合用來(lái)解決大遲延、大慣性、且動(dòng)態(tài)特性復(fù)雜多變的汽溫對(duì)象控制問(wèn)題。1.4本

18、文主要研究的內(nèi)容 國(guó)內(nèi)對(duì)超超臨界機(jī)組主汽溫控制系統(tǒng)的研究較少，現(xiàn)有的研究仍然主要集中在同為直流鍋爐的超臨界機(jī)組主汽溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與改進(jìn)方面，并取得了一些成果。他們的共同之處是通常采用調(diào)節(jié)燃水比保持中間點(diǎn)溫度，實(shí)現(xiàn)過(guò)熱汽溫的粗調(diào)，同時(shí)利用噴水減溫手段細(xì)調(diào)過(guò)熱器出口汽溫的主汽溫控制方案。本文研究的主要內(nèi)容是控制給水量對(duì)主汽溫的擾動(dòng)。2 超超臨界機(jī)組主汽溫控制系統(tǒng)的特性2.1超超臨界直流爐概述2.1.1直流爐工作原理及特性直流爐依靠給水泵的壓力將鍋爐給水依次通過(guò)加熱、蒸發(fā)、過(guò)熱等受熱面變成過(guò)熱蒸汽，鍋爐蒸發(fā)量等于給水量。其工作原理如圖2-1所示。圖 2-1 直流爐工作原理示意圖直流爐的加熱、蒸發(fā)和

19、過(guò)熱三個(gè)區(qū)段之間沒(méi)有固定的界限,當(dāng)負(fù)荷變化時(shí),如果燃水比失調(diào),各區(qū)段受熱面的長(zhǎng)度或受熱面積將發(fā)生變化,從而引起過(guò)熱汽溫的變化。 圖2-2 直流爐的三個(gè)區(qū)段示意圖超臨界參數(shù)鍋爐只能采用直流爐,這是因?yàn)樗谶_(dá)到臨界狀態(tài)點(diǎn)（22.115MPa，374.15）時(shí)其完全汽化會(huì)在一瞬間完成，此時(shí)蒸汽密度和水的密度一樣,汽水不能靠密度差進(jìn)行自然循環(huán),工質(zhì)的流動(dòng)必須通過(guò)給水泵的壓頭實(shí)現(xiàn)。這也是超超臨界直流爐與亞臨界汽包爐的主要區(qū)別。由于超超臨界機(jī)組的容量和參數(shù)己經(jīng)達(dá)到相當(dāng)高的水平，其動(dòng)態(tài)特性要比亞臨界機(jī)組復(fù)雜的多。這主要表現(xiàn)為：(1)動(dòng)態(tài)特性隨負(fù)荷大范圍變化，并呈現(xiàn)出很強(qiáng)的非線性和變參數(shù)特性。尤其是很多機(jī)組為

20、了適應(yīng)調(diào)峰的需要，采用變壓運(yùn)行方式，這就意味著機(jī)組運(yùn)行時(shí)要在亞臨界工況和超臨界工況之間轉(zhuǎn)換。而亞臨界和超臨界工況下工質(zhì)物性存在巨大差異，因此機(jī)組在兩種工況下動(dòng)態(tài)特性的差異尤為顯著。(2)由于超超臨界機(jī)組只能采用直流爐，沒(méi)有汽包這類參數(shù)集中的儲(chǔ)能元件，因此工質(zhì)流和能量流相互耦合，從而使得各個(gè)控制回路，特別是給水、汽溫和負(fù)荷控制回路之間存在很強(qiáng)的非線性耦合。(3)直流鍋爐的蓄熱較小，對(duì)外界擾動(dòng)的響應(yīng)要快于亞臨界機(jī)組,容易發(fā)生超溫超壓現(xiàn)象。但另一方面,正是由于蓄熱小，直流鍋爐的變負(fù)荷能力及啟停速度都要優(yōu)于亞臨界機(jī)組。2.1.2超超臨界直流爐介紹本章以某電廠超超臨界機(jī)組作為典型機(jī)組研究其主汽溫控制特性

21、，因此首先介紹該機(jī)組直流爐的有關(guān)情況。 某電廠一期（2×1000MW）超超臨界直流機(jī)組項(xiàng)目的鍋爐是采用ALSTOM技術(shù)由上海鍋爐廠生產(chǎn)制造的2955t/h 超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐，單爐膛塔式布置、四角切向燃燒、擺動(dòng)噴嘴調(diào)溫、平衡通風(fēng)、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)、露天布置、采用機(jī)械刮板撈渣機(jī)固態(tài)排渣的鍋爐。 圖2-3 鍋爐汽水流程簡(jiǎn)圖由上圖可以看到,過(guò)熱器采用四級(jí)布置，即低溫過(guò)熱器（一級(jí)）、分隔屏過(guò)熱器（二級(jí)）、屏式過(guò)熱器（三級(jí)）和末級(jí)過(guò)熱器（四級(jí)）。對(duì)于主汽溫的控制，某電廠采用燃水比為主要調(diào)節(jié)手段，三級(jí)噴水減溫為輔助調(diào)節(jié)手段的控制方案。其中燃水比調(diào)節(jié)用來(lái)保持分離器入口過(guò)熱度為設(shè)定值，

22、三級(jí)噴水減溫分別對(duì)分隔屏過(guò)熱器、屏式過(guò)熱器和末級(jí)過(guò)熱器的出口汽溫進(jìn)行控制。噴水減溫每級(jí)左右二點(diǎn)布置，以消除各級(jí)過(guò)熱器的左右吸熱和汽溫偏差。鍋爐采用循環(huán)泵啟動(dòng)系統(tǒng)，兩只立式內(nèi)置式汽水分離器布置于鍋爐的后部上方。當(dāng)鍋爐負(fù)荷小于25%BMCR的最低直流負(fù)荷時(shí)，啟動(dòng)系統(tǒng)為濕態(tài)運(yùn)行，分離器起汽水分離作用，分離出來(lái)的過(guò)熱蒸汽進(jìn)入過(guò)熱器，水則通過(guò)連通管進(jìn)入分離器貯水箱以進(jìn)行再循環(huán)。當(dāng)鍋爐負(fù)荷達(dá)到25%BMCR后，鍋爐轉(zhuǎn)入直流運(yùn)行模式，啟動(dòng)系統(tǒng)也轉(zhuǎn)為干態(tài)運(yùn)行，即分離器內(nèi)全部為蒸汽，其只起一個(gè)中間集箱的作用。在濕、干態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，鍋爐的控制方式也由分離器水位及最小流量控制轉(zhuǎn)換為蒸汽溫度控制和給水流量控制。2.2

23、超超臨界機(jī)組主汽溫控制系統(tǒng)特性2.2.1靜態(tài)特性分析過(guò)熱汽溫與負(fù)荷之間的關(guān)系稱為過(guò)熱器的汽溫靜態(tài)特性。在討論汽溫靜態(tài)特性時(shí)，假定過(guò)量空氣系數(shù)、燃燒器的配置等其它因素不變。掌握各種過(guò)熱器的汽溫靜態(tài)特性，對(duì)調(diào)整汽溫，保持平穩(wěn)操作，避免事故有較大幫助。 當(dāng)要求鍋爐蒸發(fā)量增加時(shí)，控制系統(tǒng)使燃料量和送風(fēng)量增加,流過(guò)過(guò)熱器對(duì)流過(guò)熱段的煙氣量和煙溫都增加，使對(duì)流過(guò)熱段出口汽溫上升，但此時(shí)爐膛溫度基本不變，過(guò)熱器輻射過(guò)熱段接受熱量基本不變，但此時(shí)流過(guò)過(guò)熱器的蒸汽流量增大，故輻射過(guò)熱段出口汽溫下降。過(guò)熱汽溫靜態(tài)特性如圖2-4所示。 （1）對(duì)流式過(guò)熱器及其汽溫靜態(tài)特性 煙氣對(duì)過(guò)熱器的傳熱以對(duì)流為主的過(guò)熱器，稱為對(duì)

24、流式過(guò)熱器，一般對(duì)流式過(guò)熱器布置在爐膛出口以后的水平煙道內(nèi)，在水平煙道內(nèi)輻射傳熱不強(qiáng)，而煙氣流速較高，約為10m/s左右，對(duì)流傳熱較強(qiáng)，對(duì)流傳熱的比例大于輻射傳熱。 負(fù)荷增加時(shí)，燃料量，引、送風(fēng)量和煙速成比例地增加，由于過(guò)熱器傳熱的熱阻主要在煙氣側(cè)，煙氣流速提高使過(guò)熱器的吸熱量顯著增加。另外，當(dāng)負(fù)荷增加爐膛出口煙氣溫度提高時(shí)，不但過(guò)熱器的對(duì)流傳熱溫差增加，而且輻射傳熱溫差也增加。雖然負(fù)荷增加，過(guò)熱器的流量成比例地增加，對(duì)過(guò)熱器管束的冷卻加劇，汽溫有下降的趨勢(shì)，但煙氣側(cè)的變化相比于蒸汽側(cè)的變化對(duì)過(guò)熱汽溫的影響要大，因而對(duì)流式過(guò)熱器出口汽溫隨著負(fù)荷的增加而增加。如圖2-4曲線2所示。 (2)輻射式

25、過(guò)熱器及其汽溫靜態(tài)特性 以吸收輻射傳熱為主的過(guò)熱器稱為輻射式過(guò)熱器。布置在爐內(nèi)的過(guò)熱器主要吸收的是輻射熱量。負(fù)荷增加時(shí)，雖然燃料成比例地增加，但爐膛溫度增加有限，從半負(fù)荷到全負(fù)荷，爐內(nèi)火焰溫度最多增加200，爐內(nèi)傳熱量只增加50%一80%，爐膛煙速較低，負(fù)荷增加，對(duì)流傳熱量增加很少，而蒸汽量的增加是與燃料量成正比的，所以負(fù)荷增加，輻射式過(guò)熱器吸收熱量減少，過(guò)熱器出口汽溫降低。如圖2-4曲線1所示。 （3）半輻射式過(guò)熱器及其汽溫特性 輻射傳熱和對(duì)流傳熱所占比例大體相等的過(guò)熱器，稱為半輻射式過(guò)熱器，半輻射式過(guò)熱器一般布置在爐膛出口處。此處的煙氣溫度雖然較爐膛低，但比水平煙道內(nèi)的高，而且可以接受爐膛

26、火焰的輻射,輻射傳熱占有相當(dāng)?shù)谋壤?。在爐膛出口處煙氣流速較爐膛內(nèi)高，對(duì)流傳熱也占一定的比例，其汽溫特性介于對(duì)流式及輻射式過(guò)熱器之間。實(shí)踐表明，半輻射式過(guò)熱器有對(duì)流式過(guò)熱器的汽溫特性，即汽溫隨著負(fù)荷的增加而升高，但由于輻射傳熱也占有相當(dāng)?shù)谋壤?，汽溫隨著負(fù)荷的增加而提高的不多。相對(duì)而言，汽溫隨負(fù)荷的變化比較平穩(wěn)。圖2-4 過(guò)熱器的靜態(tài)特性針對(duì)不同形式過(guò)熱器的汽溫特性，鍋爐在過(guò)熱器的布置上一般都采用對(duì)流一輻射一對(duì)流的串聯(lián)布置方式，并保持適當(dāng)?shù)奈鼰崃勘壤?，則可使最終的汽溫變化靜態(tài)特性較為平穩(wěn)。對(duì)于汽包鍋爐來(lái)說(shuō)，由于進(jìn)入過(guò)熱器的工質(zhì)狀態(tài)是固定的，即總是干飽和蒸汽，且對(duì)流式過(guò)熱器吸熱份額總是比輻射式過(guò)熱器

27、的吸熱份額多，因此最終的汽溫變化特性總是具有對(duì)流性質(zhì)，即主汽溫隨負(fù)荷增大而增大。在直流鍋爐中，因?yàn)檎舭l(fā)面是移動(dòng)的,所以過(guò)熱器受熱面也是變化的，但只要保持恰當(dāng)?shù)娜妓?，在各種負(fù)荷下總是可以得到一定的汽溫值，因此直流鍋爐的汽溫靜態(tài)特性要比汽包鍋爐的好一些。2.2.2動(dòng)態(tài)特性分析（1） 燃料量擾動(dòng)下直流鍋爐動(dòng)態(tài)特性 經(jīng)過(guò)短暫的延時(shí)，各受熱面吸熱量迅速增加，使蒸汽流量迅速增加（附加蒸發(fā)量）。附加蒸發(fā)量使鍋爐內(nèi)工質(zhì)儲(chǔ)量減少，加熱和蒸發(fā)受熱面積減小，蒸汽流量經(jīng)過(guò)一個(gè)峰值后逐漸減少，直到與給水流量相等。過(guò)熱段受熱面的增加及爐膛發(fā)熱量增加，過(guò)熱汽溫經(jīng)過(guò)一段時(shí)間延遲（對(duì)于過(guò)熱段受熱面，開(kāi)始時(shí)吸熱量與蒸汽流量同時(shí)

28、增加）后迅速上升，最后是燃水比提高的反應(yīng)。鍋爐蓄熱也增加。圖2-5 燃料量擾動(dòng)下直流鍋爐動(dòng)態(tài)特性圖（2） 給水流量擾動(dòng)下直流鍋爐的動(dòng)態(tài)特性給水流量增加時(shí)，由于受熱面熱負(fù)荷未發(fā)生變化，一開(kāi)始鍋爐的加熱段和蒸發(fā)段延長(zhǎng)，推出部分蒸汽，使蒸汽流量增加，最終與給水流量相等。隨著蒸汽流量的逐漸增大和過(guò)熱段的減小，過(guò)熱汽溫逐漸降低。但汽溫降低時(shí)金屬放出蓄熱，對(duì)汽溫變化有一定的減緩作用。燃水比降低的結(jié)果。根據(jù)基本的質(zhì)量和能量平衡關(guān)系，在穩(wěn)定工況下，運(yùn)用機(jī)理分析建立直流鍋爐的傳熱簡(jiǎn)化模型，鍋爐末級(jí)過(guò)熱器出口過(guò)熱蒸汽所具有的焓iqq可用以下式子所示： iqq=igs+ （2.1）式中，iqq和igs分別表示出口過(guò)

29、熱蒸汽和給水焓值，單位：kJ/kg；B、G分別表示燃料量和給水量，單位kg/s；為燃料低位發(fā)熱量（應(yīng)用基），單位kJ/kg；為鍋爐效率。從式中可知，若、igs保持不變，則過(guò)熱蒸汽溫度只決定于B/G。若保持B/G一定，則主汽溫基本能維持穩(wěn)定運(yùn)行；反之，B/G的變化，將導(dǎo)致主汽溫波動(dòng)的基本原因。在實(shí)際運(yùn)行中，主汽溫控制系統(tǒng)的影響不但受到上述因素影響，而且還受到其它因素的干擾，從而使主汽溫控制僅靠B/G比值來(lái)調(diào)節(jié)是不容易的，難以保證主汽溫運(yùn)行在允許范圍內(nèi)。因此，在主汽溫控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)中，以比值作為主汽溫的粗調(diào)手段，以過(guò)熱器噴水減溫作為汽溫的細(xì)調(diào)手段，來(lái)提高B/G比值的調(diào)節(jié)效果。 （3)蒸汽流量擾動(dòng)下

30、汽溫的特性主汽溫隨蒸汽流量的變化而變化，蒸汽流量隨汽機(jī)負(fù)荷變化而變化。而蒸汽流量的變化將改變過(guò)熱蒸汽和煙氣之間的傳熱條件。過(guò)熱汽溫在蒸汽流量擾動(dòng)下的響應(yīng)曲線如圖2-2-2所示?？梢?jiàn)，主汽溫具有慣性，有自平衡和延遲的特性。遲延時(shí)間較少（相對(duì)于減溫水量擾動(dòng)），一般=1020s，Tc100s。入口蒸汽溫度的躍變不超超臨界機(jī)組主汽溫控制系統(tǒng)的特性及其控制策略研究會(huì)很快傳到受熱面的出口，畝于蒸汽與受熱面管壁金屬處于穩(wěn)定傳熱狀態(tài)，而管壁金屬又具有相對(duì)很大的熱容量，入口蒸汽溫度的躍變由于傳熱溫差發(fā)生改變?cè)斐蓚鳠崃康淖兓饾u會(huì)被沿途金屬壁蓄熱的改變所吸收，致使受熱面出口蒸汽溫度的變化呈現(xiàn)時(shí)延和隨后緩慢上升的

31、特點(diǎn)，直至介質(zhì)及金屬壁都逐漸達(dá)到新的熱平衡態(tài)時(shí)蒸汽出口溫度才會(huì)趨于穩(wěn)定。在蒸汽負(fù)荷擾動(dòng)下，汽溫的Tc較小，具有較好的動(dòng)態(tài)特性，它不能作為主汽溫控制手段，是因它是由外界用戶決定的。圖2-6 主蒸汽流量擾動(dòng)下汽溫的動(dòng)態(tài)特性圖當(dāng)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥門階躍變化時(shí)，蒸汽流量立即增加；由于鍋爐輸入熱量未變，由蓄熱轉(zhuǎn)化而來(lái)的蒸汽流量是有限的，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，蒸汽流量逐漸減少，最終與給水量相等。 調(diào)門開(kāi)大減小了汽輪機(jī)側(cè)的流動(dòng)阻力，主蒸汽壓力穩(wěn)定在較擾動(dòng)前低的水平上。過(guò)熱蒸汽焓值不變，過(guò)熱汽溫隨壓力下降會(huì)略有下降。（4）減溫水流量擾動(dòng)下汽溫的特性減溫器的安裝位置通常在過(guò)熱器與高溫段之間。以某一級(jí)過(guò)熱段為例，過(guò)熱汽溫控制

32、對(duì)象可劃分為兩部分對(duì)象導(dǎo)前區(qū)（主要為減溫器）和對(duì)象惰性區(qū)（過(guò)熱器高溫段），這兩部分串聯(lián)組成對(duì)象控制通道，如圖2-7所示，在減溫水量W階躍擾動(dòng)下，由試驗(yàn)得到導(dǎo)前汽溫1與主汽溫2的響應(yīng)特性，如圖2-8所示?？梢钥闯觯瑢?duì)象導(dǎo)前區(qū)和對(duì)象控制通道的動(dòng)態(tài)特性是有慣性的，有自平衡的。導(dǎo)前區(qū)的慣性較小，而控制通道的慣性較大。從圖上可求出導(dǎo)前區(qū)的參數(shù)2、T2、K2及控制通道的參數(shù)1、T1、K1。一般1=3060s，T=40100s。過(guò)熱汽溫對(duì)象的導(dǎo)前區(qū)及控制通道的傳遞函數(shù)可表示為： 導(dǎo)前區(qū)： 控制通道： 過(guò)熱汽溫對(duì)象的導(dǎo)前區(qū)及控制通道也可以用以下傳遞函數(shù)來(lái)表示：導(dǎo)前區(qū)：控制通道： 圖2-7 過(guò)熱汽溫對(duì)象的控制通

33、道特性示意圖 圖2-8 噴水量擾動(dòng)下導(dǎo)前汽溫和主汽溫的響應(yīng)特性（5） 煙氣側(cè)擾動(dòng)下汽溫的特性 煙氣側(cè)的擾動(dòng)包括以下幾個(gè)方面：煤質(zhì)的變化 燃煤的水份蒸發(fā)和灰份本身具有吸收爐內(nèi)的熱量，燃煤的發(fā)熱量隨它們的增加而降低，會(huì)降低爐內(nèi)溫度水平，增加了煙氣流速，從而減少了爐內(nèi)輻射傳熱量，增加了對(duì)流傳熱量，并結(jié)合主汽溫靜態(tài)特性分析的,故此增加了主汽溫。 當(dāng)燃煤的揮發(fā)分降低，含碳量增加（如無(wú)煙煤或貧煤）或煤粉較粗時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)以下一系列現(xiàn)象：煤粉燃燒時(shí)間長(zhǎng)，火焰中心上移，升高了爐膛出口煙溫等現(xiàn)象。故此，燃水比隨著煤質(zhì)的變化而變化，同時(shí)也使燃燒工況得以改變以及汽水系統(tǒng)受熱面的輻射、對(duì)流傳熱、輻射比例隨之改變，從而直

34、接影響過(guò)熱器吸熱和主汽溫的特性。爐內(nèi)過(guò)?？諝庀禂?shù)的變化 在送風(fēng)量和漏風(fēng)量的增加情況下，會(huì)引起的增加，從而導(dǎo)致?tīng)t膛溫度降低，是因低溫空氣的吸熱及煙氣容量的增加。但使對(duì)流過(guò)熱器傳熱加強(qiáng)和汽溫升高，是因流經(jīng)過(guò)熱器的煙量和煙速增大。燃燒器運(yùn)行方式改變?cè)谌紵鲝纳吓徘袚Q到下排或者是燃燒器的噴口角度改變時(shí)，從而改變了火焰中心位置，導(dǎo)致主汽溫的變化。爐膛負(fù)壓變化當(dāng)送風(fēng)和引風(fēng)配合不當(dāng)時(shí),造成爐膛負(fù)壓變化，從而改變了火焰中心位置，導(dǎo)致主汽溫的變化?？梢?jiàn),煙氣側(cè)對(duì)汽溫影響是比較復(fù)雜的，而且干擾較多。由于過(guò)熱器及再熱器是熱交換器，故此，影響煙氣和蒸汽之間換熱的因素都可成為主汽溫的擾動(dòng)因素，如受熱面管壁外結(jié)渣、積灰或

35、管內(nèi)積垢等因素，而主汽溫反映的正是蒸汽帶走的熱量和煙氣側(cè)吸收的熱量之間的熱平衡關(guān)系，為要達(dá)到熱平衡，采取有效的措施降低外界對(duì)主汽溫的干擾。煙氣流速或煙溫階躍擾動(dòng)時(shí)汽溫的響應(yīng)特性與圖2-3-2所示基本相同。由于煙氣流速或煙溫幾乎是沿整個(gè)過(guò)熱器管長(zhǎng)度變化的，所以汽溫的響應(yīng)較快，慣性較?。?1020s，Tc100s），故也可利用改變煙氣流速或煙溫作為控制汽溫的手段。除此之外，過(guò)熱器入口蒸汽的燴值變化對(duì)過(guò)熱汽溫也有影響。蒸汽的壓力及濕度決定了蒸汽烙值，若飽和蒸汽濕度越大，則蒸汽燴值越小。在正常情況下，蒸汽濕度一般變化很小，但在不穩(wěn)定工況和異常運(yùn)行條件下，如機(jī)組負(fù)荷突變以及爐水含鹽濃度太大而發(fā)生汽水共騰

36、時(shí)，加大了飽和蒸汽的濕度在燃燒工況不變下，過(guò)熱器中增加的水份汽化要吸收熱量，從而相應(yīng)的降低了出口汽溫。經(jīng)對(duì)直流鍋爐發(fā)生擾動(dòng)時(shí)過(guò)熱汽溫的動(dòng)態(tài)特性的研究，可以表明，當(dāng)機(jī)組發(fā)生擾動(dòng)，沿著蒸汽流程，越靠近汽水相變點(diǎn)則汽溫的變化越迅速。反之，越靠近鍋爐出口，汽溫變化的遲延性越大。如果在汽溫調(diào)節(jié)中，僅僅將主汽溫作為被調(diào)節(jié)量，則擾動(dòng)發(fā)生時(shí)主汽溫遲延性最大，響應(yīng)速度也最慢，這將導(dǎo)致過(guò)熱汽溫的頻繁波動(dòng)，甚至根本就沒(méi)有穩(wěn)定的可能。為了提高汽溫調(diào)節(jié)的快速性和穩(wěn)定性，彌補(bǔ)汽溫遲延所引起的這種偏差，我們希望當(dāng)發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，有一個(gè)汽溫能夠迅速地響應(yīng)，并且這個(gè)信號(hào)能夠比較準(zhǔn)確地反映出B/G比值，將此汽溫信號(hào)作為B/G比值的主

37、被調(diào)節(jié)參數(shù)，則使過(guò)熱汽溫調(diào)節(jié)的品質(zhì)大大得到提高。在直流爐主汽溫調(diào)節(jié)中，通常選以汽水分離器出口汽溫作為主汽溫調(diào)節(jié)回路的導(dǎo)前溫度，因它能直接反映出燃料量和給水蒸發(fā)量的匹配程度以及過(guò)熱汽溫的變化趨勢(shì)，該點(diǎn)溫度的變化主要是通過(guò)鍋爐的燃水比進(jìn)行微調(diào)，但還需要根據(jù)鍋爐熱負(fù)荷、噴水量對(duì)該點(diǎn)溫度進(jìn)行修正.該點(diǎn)溫度控制在一定的范圍內(nèi),保持15的微過(guò)熱度，一方面可以避免過(guò)熱器帶水和超前信號(hào)失效另外，保持燃水比的比值,從而使主汽溫維持穩(wěn)定運(yùn)行。2.3本章小結(jié) 在鍋爐運(yùn)行中，各種擾動(dòng)因素都能引起汽溫的變化，而維持穩(wěn)定的過(guò)熱蒸汽溫度與再熱蒸汽溫度是機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要保證。蒸汽溫度過(guò)高將會(huì)引起管壁超溫、金屬蠕變壽命

38、降低，會(huì)影響機(jī)組的安全性；蒸汽溫度過(guò)低會(huì)引起循環(huán)熱效率的降低。因此，本章對(duì)汽溫的特性做了詳細(xì)的研究。3串級(jí)汽溫控制系統(tǒng)的工程實(shí)現(xiàn)3.1主汽溫控制概述主汽溫控制的重要性不言而喻。主汽溫控制主要有以下特點(diǎn)：(1) 在噴水量擾動(dòng)下，主汽溫呈現(xiàn)出大時(shí)延、大慣性等特征，而且具有非線性、受干擾因素多等特點(diǎn)，屬于典型的難控對(duì)象。 （2）鍋爐設(shè)計(jì)中對(duì)噴水減溫器、擺動(dòng)火嘴及煙道擋板配置可控能力不足，也往往使調(diào)回路很難投好。 （3）目前常規(guī)的控制方案是采用串級(jí)控制和導(dǎo)前微分雙回路控制。目前大容量機(jī)組多采用串級(jí)控制方案。 （4）主汽溫控制采用一般采用分段控制方案,即將整個(gè)過(guò)熱器分成若干段,每段分別設(shè)置減溫器,分別控

39、制各段的汽溫。一級(jí)減溫用來(lái)粗調(diào)主汽溫，二級(jí)減溫用來(lái)對(duì)主汽溫進(jìn)行細(xì)調(diào)，使主汽溫維持在定值。對(duì)于每段減溫控制系統(tǒng)，最常見(jiàn)的典型組態(tài)都采用串級(jí)加前饋控制方案。對(duì)主蒸汽溫度控制，一般采用噴水減溫，實(shí)踐證明超臨界直接鍋爐運(yùn)行中，維持特定的燃水比是一個(gè)切實(shí)有效的主汽溫度調(diào)節(jié)手段，是汽溫控制的粗調(diào)，在維持鍋爐燃水比不變的情況下，過(guò)熱噴水減溫是對(duì)主蒸汽溫度的一種細(xì)調(diào)整手段。汽溫控制的任務(wù)是克服進(jìn)入一級(jí)過(guò)熱器與二級(jí)過(guò)熱器的擾動(dòng)，維持進(jìn)入第二級(jí)減溫器的蒸汽溫度的穩(wěn)定，保證二級(jí)減溫調(diào)節(jié)在有效的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，第二級(jí)減溫控制的任務(wù)是直接保證主蒸汽溫度等于給定值，是主蒸汽溫度控制系統(tǒng)中最主要的回路，過(guò)熱器蒸汽溫度控制的這二

40、個(gè)回路在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上都屬于串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。鍋爐過(guò)熱器系統(tǒng)管路復(fù)雜，相對(duì)延時(shí)慣性較大，所以控制系統(tǒng)分為兩級(jí)，且均采用串級(jí)控制系統(tǒng)。過(guò)熱汽溫的控制手段是采用噴水減溫方式，通過(guò)改變減溫水量，減溫水量，利用一、二兩級(jí)串級(jí)控制系統(tǒng)來(lái)控制過(guò)熱汽溫的給定值。兩級(jí)噴水均采用兩路送入，即每一級(jí)的兩路噴水分別送入左右兩側(cè)減溫器，通過(guò)控制兩級(jí)噴水調(diào)節(jié)閥門，以改變噴水量，保證過(guò)熱汽溫滿足負(fù)荷要求。3.2噴水減溫法噴水減溫法直接將水噴入蒸汽中，噴入的水在加熱、蒸發(fā)和過(guò)熱的過(guò)程中將消耗蒸汽的部分熱量，使汽溫降低。噴水減溫法調(diào)節(jié)靈敏、慣性小，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，加上調(diào)節(jié)范圍大、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以在電站鍋爐上獲得了普遍應(yīng)用。在大型鍋

41、爐的過(guò)熱系統(tǒng)上，一般布置二級(jí)噴水減溫器，第一級(jí)布置在屏式過(guò)熱器前，噴水量大些，以保護(hù)屏式過(guò)熱器不超溫，并作為過(guò)熱汽溫的粗調(diào)節(jié)。第二級(jí)布置在末級(jí)高溫對(duì)流過(guò)熱器前，對(duì)過(guò)熱汽溫進(jìn)行微調(diào)。二級(jí)（有時(shí)為三級(jí)）布置，可以保證高溫過(guò)熱器不超溫并控制出口汽溫，同時(shí)減小時(shí)滯、提高調(diào)節(jié)的靈敏度。噴水減溫裝置通常都安裝在過(guò)熱器的連接管道或聯(lián)箱中。由于給水處理技術(shù)的發(fā)展，給水的品質(zhì)已相當(dāng)高。所以現(xiàn)在大容量鍋爐一般采用給水作為減溫水。一般設(shè)計(jì)的噴水量約為鍋爐容量的5%-8%。噴水減溫一般用于再熱器的超溫保護(hù)，但一般不用噴水減溫調(diào)節(jié)再熱汽溫，因?yàn)閲娝畬⒆兂蓧毫^低的蒸汽，使工質(zhì)做工能力降低，降低了機(jī)組的循環(huán)熱效率。但這不

42、是絕對(duì)的，例如在滑壓運(yùn)行的機(jī)組中，有時(shí)可用噴水減溫作為再熱汽溫的主調(diào)手段。因?yàn)榛瑝哼\(yùn)行的機(jī)組中，當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，高壓缸的排汽溫度幾乎不變。因此在正常負(fù)荷范圍內(nèi)再熱蒸汽溫度變化不是很大，再熱器噴水量比較少，對(duì)機(jī)組效率影響不大。如引進(jìn)機(jī)組924t/h蘇爾壽直流鍋爐采用滑壓運(yùn)行，噴水減溫也會(huì)是一種比較經(jīng)濟(jì)而又可靠的調(diào)溫方式。噴水減溫器有多種型式：多孔噴管式減溫器（又稱笛形管式減溫器）、旋渦式噴嘴減溫器、文丘里管式減溫器等。 （1）多孔噴管式減溫器圖3-1 多孔噴管減溫器 (a)一根多孔噴管(b) 三根多孔噴管 1-多孔噴管；2-混合管；3-減溫器聯(lián)箱多孔噴管式減溫器又稱笛形管式噴水減溫器，它由多孔噴管

43、（笛形管）和混合管組成。多孔噴管上開(kāi)有若干個(gè)噴水孔，噴孔一般在背向汽流方向的一側(cè)，以使噴水方向與汽流方向一致。噴孔直徑通常為5-7mm，噴水速度為3-5m/s。為了防止多孔噴管懸臂振動(dòng)，噴管采用上下兩端固定。多孔噴管減溫器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造安裝方便，雖然霧化質(zhì)量差些，但較長(zhǎng)的混合管足以使水滴充分混合、汽化和過(guò)熱，故仍在大容量鍋爐上應(yīng)用較多。 （2）旋渦式噴嘴減溫器圖3-2 旋渦式噴嘴減溫器1-混合管；2-文丘里噴管；3-旋渦式噴嘴旋渦式噴嘴減溫器由旋渦式噴嘴、文丘里噴管和混合管組成。噴水在噴嘴中產(chǎn)生強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)，離開(kāi)噴嘴時(shí)依靠離心力霧化細(xì)小的水滴，形成傘狀水霧，并順著汽流方向流動(dòng)。旋渦式噴嘴減溫器的減

44、溫水霧化質(zhì)量較好，減溫幅度大，特別適用于減溫水量大的情況，因而是一種較好的結(jié)構(gòu)形式。但減溫水經(jīng)過(guò)噴嘴的壓力損失較大，對(duì)于減溫水壓頭不富裕的系統(tǒng)不宜使用。另外，旋渦式噴嘴也是懸臂結(jié)構(gòu)，故應(yīng)在設(shè)計(jì)中采取必要的措施，防止共振的產(chǎn)生。3.3 1000MW過(guò)熱汽溫控制系統(tǒng)SAMA圖3.3.1 一級(jí)過(guò)熱器減溫水設(shè)定SAMA圖圖3-3 一級(jí)過(guò)熱器減溫水設(shè)定SAMA圖一級(jí)減溫調(diào)節(jié)的溫度設(shè)定值不是常數(shù)，其設(shè)定值為二級(jí)過(guò)熱器入口溫度加入偏差設(shè)定值T，偏差設(shè)定值T作為主汽流量的函數(shù)，即要求確保一級(jí)減溫的調(diào)節(jié)來(lái)確保二級(jí)減溫進(jìn)出口溫度差在不同負(fù)荷下所要求的T范圍內(nèi)，以保證二級(jí)減溫的調(diào)節(jié)裕度。其次溫度設(shè)定值還受到最高值5

45、53的限制。同時(shí)，設(shè)計(jì)了手動(dòng)設(shè)定溫度偏置，當(dāng)溫度調(diào)節(jié)M/A站投自動(dòng)時(shí)，可由運(yùn)行人員設(shè)定偏置。表3-1 溫度偏差設(shè)定值與主蒸汽流量的關(guān)系主蒸汽流量30% 50%75%95%100%主汽溫3.2 一級(jí)過(guò)熱器減溫水控制SAMA圖圖3-4 一級(jí)過(guò)熱器減溫水控制原理SAMA圖采用串級(jí)控制方案，主回路控制二級(jí)減溫器進(jìn)口溫度，副回路控制一級(jí)減溫器出口溫度。在調(diào)節(jié)器輸出設(shè)置了二級(jí)過(guò)熱器入口飽和溫度+5的低限，以防止溫度太低的情況出現(xiàn)。主調(diào)節(jié)器的輸出作為付調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，輸出限副491，防止超溫與積分飽和。 平均過(guò)熱器二級(jí)減溫器進(jìn)口實(shí)際溫度與設(shè)定溫度求偏差，進(jìn)入PID控制器，然后與一級(jí)

46、減溫前饋求和，再次與過(guò)熱器一級(jí)減溫器出口溫度求偏差之后進(jìn)入PID控制器，經(jīng)過(guò)低值選擇器之后到一級(jí)過(guò)熱器減溫水控制輸出。儲(chǔ)水箱飽和溫度經(jīng)過(guò)檢測(cè)，若發(fā)生故障，切換到操作員手動(dòng)操作，然后進(jìn)入低值選擇器，若沒(méi)有故障，貯水箱飽和溫度在和過(guò)熱器一級(jí)減溫器出口溫度求偏差之后，進(jìn)入PID控制器，然后自動(dòng)的進(jìn)入低值選擇器中。3.3.3 二級(jí)過(guò)熱器減溫水設(shè)定SAMA圖圖3-5 二級(jí)過(guò)熱器減溫水設(shè)定SAMA圖二級(jí)減溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)定值來(lái)自主汽流量的函數(shù)。同時(shí)，設(shè)計(jì)了手動(dòng)設(shè)定溫度偏置，當(dāng)溫度調(diào)節(jié)M/A站投自動(dòng)時(shí)，可由運(yùn)行人員設(shè)定偏置。表3-2 主蒸汽流量與溫度設(shè)定值的關(guān)系主蒸汽流量30% 50%75%95%100%主汽

47、溫度540570590600600校正后總?cè)剂狭颗c經(jīng)過(guò)函數(shù)發(fā)生器的主蒸汽流量求和之后得到一個(gè)結(jié)果。主蒸汽流量經(jīng)過(guò)函數(shù)發(fā)生器之后，與操作員手動(dòng)給定的值進(jìn)行求和，再經(jīng)過(guò)高值限幅器，與三級(jí)過(guò)熱器出口溫度經(jīng)過(guò)手動(dòng)操作之后，得到三級(jí)過(guò)熱器出口溫度設(shè)定值。3.3.4 二級(jí)過(guò)熱器減溫水控制SAMA圖圖3-6 二級(jí)過(guò)熱器減溫水控制原理SAMA圖表3-3 內(nèi)回路控制器比例增益K與實(shí)際功率的關(guān)系實(shí)際功率0.0 400.0900.01200.00.0輸出值0.01.651.952.00.0采用串級(jí)控制方案，主回路控制三級(jí)過(guò)熱器出口溫度，副回路控制二級(jí)減溫器出口溫度。在調(diào)節(jié)器輸出設(shè)置了三級(jí)過(guò)熱器入口飽和溫度+10的低

48、限，以防止溫度太低的情況出現(xiàn)。主調(diào)節(jié)器的輸出作為副調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，輸出限副535，防止超溫與積分飽和，每個(gè)調(diào)節(jié)器使用了變參數(shù)控制，根據(jù)不同主汽壓下比容熱改變不同的KP、 Ti、 參數(shù)，以改善不同負(fù)荷下的調(diào)節(jié)品質(zhì)。3.4過(guò)熱汽溫控制系統(tǒng)的邏輯控制3.4.1 一級(jí)過(guò)熱器減溫水控制邏輯SAMA圖圖3-7 一級(jí)過(guò)熱器減溫水控制邏輯圖當(dāng)一級(jí)過(guò)熱A汽溫控制手動(dòng)狀態(tài)、一級(jí)過(guò)熱B汽溫控制手動(dòng)狀態(tài)、一級(jí)過(guò)熱C汽溫控制手動(dòng)狀態(tài)、一級(jí)過(guò)熱D汽溫控制手動(dòng)狀態(tài)全部滿足時(shí)，一級(jí)過(guò)熱器減溫水調(diào)節(jié)全部手動(dòng)。當(dāng)一級(jí)過(guò)熱A汽溫控制指令與閥位偏差大、一級(jí)過(guò)熱A汽溫控制溫度與設(shè)定偏差大、過(guò)熱器二級(jí)減溫器進(jìn)出口溫度A信號(hào)故障、過(guò)熱器一

49、級(jí)減溫器出口溫度A信號(hào)故障、負(fù)荷指令低位報(bào)警、MFT發(fā)生故障、順控切手動(dòng)且之中任何一項(xiàng)滿足時(shí)，一級(jí)過(guò)熱A汽溫控制切手動(dòng)。當(dāng)MFT發(fā)生、輔機(jī)RB經(jīng)過(guò)單位脈沖信號(hào)、順控切手動(dòng)且關(guān)任何一項(xiàng)滿足時(shí)，一級(jí)過(guò)熱汽溫控制超馳關(guān)。3.4.2二級(jí)過(guò)熱器減溫水控制邏輯SAMA圖 當(dāng)二級(jí)過(guò)熱A汽溫控制手動(dòng)狀態(tài)、二級(jí)過(guò)熱B汽溫控制手動(dòng)狀態(tài)、二級(jí)過(guò)熱C汽溫控制手動(dòng)狀態(tài)、二級(jí)過(guò)熱D汽溫控制手動(dòng)狀態(tài)全部滿足時(shí)，二級(jí)過(guò)熱器減溫水調(diào)節(jié)全部手動(dòng)。當(dāng)二級(jí)過(guò)熱A汽溫控制指令與閥位偏差大、二級(jí)過(guò)熱A汽溫控制溫度與設(shè)定偏差大、過(guò)熱器二級(jí)減溫器進(jìn)出口溫度A信號(hào)故障、三級(jí)過(guò)熱器出口集箱溫度A信號(hào)故障、負(fù)荷指令低位報(bào)警、MFT發(fā)生故障、順控切

50、手動(dòng)且之中任何一項(xiàng)滿足時(shí)，一級(jí)過(guò)熱A汽溫控制切手動(dòng)。當(dāng)MFT發(fā)生、輔機(jī)RB經(jīng)過(guò)單位脈沖信號(hào)、順控切手動(dòng)且關(guān)任何一項(xiàng)滿足時(shí)，二級(jí)過(guò)熱汽溫控制超馳關(guān)。圖3-8 二級(jí)過(guò)熱器減溫水汽溫設(shè)定邏輯3.5本章小結(jié) 本章對(duì)主汽溫特點(diǎn)、過(guò)熱汽溫特點(diǎn)、噴水減溫法進(jìn)行了介紹，以及對(duì)一、二級(jí)過(guò)熱器減溫水控制和設(shè)定的sama圖進(jìn)行了分析，加深了對(duì)主汽溫控制系統(tǒng)的了解，采用兩級(jí)噴水減溫的過(guò)熱蒸溫度控制系統(tǒng)，如果僅從鍋爐出口蒸汽溫度的控制效果來(lái)考慮，則一級(jí)噴水減溫相當(dāng)于粗調(diào)，二級(jí)噴水減溫相當(dāng)于細(xì)調(diào)。對(duì)于每級(jí)噴水減溫控制系統(tǒng)，最常用的組態(tài)方式都是采用串級(jí)控制系統(tǒng)，二級(jí)減溫器入口蒸汽溫度的給定值隨著負(fù)荷改變，鍋爐出口蒸汽溫度為

51、定值控制。4結(jié)論超超臨界壓力機(jī)組大幅度提高了熱效率，相應(yīng)降低了供電煤耗，同時(shí)也有效降低了NOx排放,是一項(xiàng)成熟、先進(jìn)、高效的發(fā)電技術(shù)，是我國(guó)目前潔凈煤發(fā)電技術(shù)的優(yōu)先選擇。而主汽溫是鍋爐的重要參數(shù)之一，也是全廠工質(zhì)溫度和金屬壁溫的最高溫度。主汽溫被控對(duì)象具有大慣性、大延遲、非線性和時(shí)變等特性，其控制方案的調(diào)試是電廠的難點(diǎn)之一。鍋爐主汽溫控制系統(tǒng)目前仍然普遍采用常規(guī)串級(jí)PID控制，是因控制原理簡(jiǎn)單，使用方便；適應(yīng)性強(qiáng)，魯棒性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，然而隨著單元機(jī)組容量的不斷擴(kuò)大，控制性能精度和適應(yīng)負(fù)荷變化能力的不斷增高，傳統(tǒng)PID控制的局限性也日益明顯，對(duì)象的數(shù)學(xué)模型隨工況的變化而變化，而且不能將同一模型用于不

52、同爐型中，因過(guò)熱器溫度的動(dòng)靜態(tài)均有所不同，采用整定好的功參數(shù)將難以滿足控制要求。在現(xiàn)代大型火電機(jī)組中，過(guò)熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)是非常重要的，它是電廠安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一個(gè)重要指標(biāo)，因此，選擇一個(gè)合適的過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)變得尤為重要。電廠過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)通常分燃水比控制系統(tǒng)和多級(jí)噴水減溫控制系統(tǒng)，即先采用燃水比控制系統(tǒng)先將過(guò)熱蒸汽溫度控制到一個(gè)中間溫度，然后再采用多級(jí)噴水減溫控制系統(tǒng)對(duì)過(guò)熱蒸汽溫度進(jìn)行細(xì)調(diào)，從此將過(guò)熱蒸汽溫度控制在一個(gè)最佳的允許范圍內(nèi)。燃水比控制系統(tǒng)一般采用單回路控制系統(tǒng)即可，多級(jí)噴水減溫控制系統(tǒng)常采用串級(jí)PID控制系統(tǒng)或者由此引申出來(lái)的控制系統(tǒng)。參考文獻(xiàn)1 邵加曉,1000MW超超臨界機(jī)組主汽溫控制系統(tǒng)的特性及其控制策略研究D.20072 刑照凱,超超臨界機(jī)組主汽溫控制策略研究D.華北電力大學(xué),20093 李君,吳少華,李振中超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)是我國(guó)目前發(fā)展?jié)崈裘喊l(fā)電技術(shù)的優(yōu)先選擇J.中國(guó)電力,2004,37(9):14174 尹峰.超(超超)臨界機(jī)組主汽溫控制系統(tǒng)控制傳遞策略研究與應(yīng)用J.2009,37(4)5 尹峰,朱北恒,李泉.超(超)臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制特性與控制策略J.中國(guó)電力, 2008.41(3):66-696 王建國(guó),胡立儉.基于專家PID算法的火電廠超超臨界機(jī)組主汽溫控制系統(tǒng)的研究J.