火電廠鍋爐過(guò)熱汽溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 摘要 過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)是單元機(jī)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(jī)組安全性和經(jīng)濟(jì)性的重要因素。過(guò)熱蒸汽溫度較高時(shí)，機(jī)組熱效率則相對(duì)較高，但過(guò)高時(shí)，汽機(jī)的金屬材料又無(wú)法承受，氣溫過(guò)低則影響機(jī)組效率。過(guò)熱蒸汽溫度的穩(wěn)定對(duì)機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行非常重要，所以對(duì)其控制有較高的要求。但是由于過(guò)熱蒸汽溫度是一個(gè)典型的大遲延、大慣性、非線性和時(shí)變性的復(fù)雜系統(tǒng)，本次設(shè)計(jì)采用串級(jí)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(jí)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(guò)使用該系統(tǒng)，可以使得鍋爐過(guò)熱器出口蒸汽溫度在允許的范圍內(nèi)變化，并保護(hù)過(guò)熱器營(yíng)壁溫度不超

2、過(guò)允許的工作溫度。關(guān)鍵詞：過(guò)熱蒸汽溫度，減溫水，串級(jí)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 temperature is

3、 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 contro

4、l 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 control of

5、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 tempera

6、ture.Key words: the superheated steam temperature, reduce warm water, cascade control system, PID專心-專注-專業(yè)目錄 1 緒論1.1 選題的背景及意義 過(guò)熱汽溫的控制就是維持過(guò)熱出口蒸汽溫度在允許范圍內(nèi)，并且保護(hù)過(guò)熱器，使管壁溫度不超過(guò)允許的工作溫度。過(guò)熱蒸汽溫度是影響大型鍋爐生產(chǎn)過(guò)程安全性和經(jīng)濟(jì)性的重要參數(shù)，因?yàn)檫^(guò)熱器是在高溫、高壓條件下工作的，過(guò)熱器出口的過(guò)熱蒸汽溫度是全廠整個(gè)汽水流程中工況溫度的最高點(diǎn)，也是金屬管壁溫度的最高處。過(guò)熱蒸汽溫度過(guò)高的話，則容易燒壞過(guò)熱器，也會(huì)使蒸汽管道、汽輪機(jī)內(nèi)

7、某些零部件產(chǎn)生過(guò)大的熱膨脹變形而損壞，影響機(jī)組的安全運(yùn)行，因而過(guò)熱汽溫的上限不應(yīng)超過(guò)額定值5。相反過(guò)熱蒸汽溫度過(guò)低的話，又會(huì)降低全廠的熱效率，增加燃料消耗量，浪費(fèi)能源，同時(shí)會(huì)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，從而縮短汽輪機(jī)葉片的使用壽命，所以過(guò)熱蒸汽溫度過(guò)高或過(guò)低都是生產(chǎn)過(guò)程不允許的。此外，如果過(guò)熱蒸汽溫度變化過(guò)大，還會(huì)引起汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和汽缸的漲差變化，甚至?xí)a(chǎn)生劇烈振動(dòng)，危及到機(jī)組的運(yùn)行安全。因此，必須相當(dāng)嚴(yán)格地將過(guò)熱汽溫控制在給定值附近。一般中、高壓鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度的暫時(shí)偏差不允許超過(guò)±10，長(zhǎng)期偏差不允許超過(guò)±5，這個(gè)要求對(duì)過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是

8、非常高的。過(guò)熱蒸汽的溫度一般可以看作是多容分布參數(shù)的受控對(duì)象，其動(dòng)態(tài)特性描述可用多容慣性環(huán)節(jié)表示，該對(duì)象具有明顯的滯后特性。在鍋爐運(yùn)行中，影響過(guò)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(guò)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(guò)熱汽溫對(duì)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(shí)變特性，因此，過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)是鍋爐各項(xiàng)控制系統(tǒng)中較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)之一。所以針對(duì)上述情況設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)，既要求對(duì)煙氣側(cè)擾動(dòng)及負(fù)荷擾動(dòng)等較大外擾具有足夠快的校正速度，同時(shí)又要求能夠?qū)p溫水的內(nèi)擾有較強(qiáng)的抑制能力，從而使系統(tǒng)具有足夠的穩(wěn)定性和良好的

9、控制品質(zhì)，并能保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)外廣大專家學(xué)者和現(xiàn)場(chǎng)工作人員主要關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題是：面對(duì)具有大延遲、工況參數(shù)對(duì)模型參數(shù)有較大影響的過(guò)熱汽溫，如何穩(wěn)定、準(zhǔn)確、快速地對(duì)其進(jìn)行有效的控制。在火電廠中，各種類(lèi)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(guò)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?？刂葡到y(tǒng)的品質(zhì)，由于它本身存在的一些缺陷使得它在實(shí)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(wú)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

10、又降低了控制的準(zhǔn)確性。即使對(duì)被控對(duì)象整定了一組滿意的PID參數(shù)，當(dāng)對(duì)象特性發(fā)生變化時(shí)，也難以保持良好的控制性能。 過(guò)熱汽溫對(duì)象具有時(shí)變性、不確定性、非線性等特點(diǎn)，并且會(huì)有一些隨機(jī)的擾動(dòng)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(shí)，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(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)環(huán)境變化、元件老化等問(wèn)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(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)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(cè)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

11、制、遺傳算法優(yōu)化控制等等)。 一直以來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多專家學(xué)者都在積極研究將這些新的控制算法應(yīng)用到過(guò)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(duì)被控對(duì)象的控制經(jīng)驗(yàn)而設(shè)計(jì)的，其模仿人的思維模式，不依賴被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，對(duì)于處理過(guò)熱汽溫這種具有大延遲、非線性和對(duì)象模型不確定的被控制對(duì)象有很好的控制效果，為解決這類(lèi)復(fù)雜對(duì)象的控制問(wèn)題開(kāi)辟了新途徑，被一些專家學(xué)者引入到了對(duì)過(guò)熱汽溫的控制系統(tǒng)中。但是，模糊控制實(shí)質(zhì)上是具有PD控制規(guī)律的一種控制器，考慮到語(yǔ)言變量基本論域的量化特點(diǎn)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

12、區(qū)的影響，還可能出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)等幅振蕩。因此單獨(dú)采用基本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(jí)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)熱蒸汽溫度的控制。1.3 本次設(shè)計(jì)的目的 本文的設(shè)計(jì)目的，就是針對(duì)過(guò)熱蒸汽溫度的特點(diǎn)，在深入分析過(guò)熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)的過(guò)程，過(guò)熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)對(duì)象的靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性以及過(guò)熱蒸汽溫度控制的設(shè)計(jì)難的基礎(chǔ)上，確定在過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)中應(yīng)用串級(jí)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(gè)參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。并且由控制系統(tǒng)輸出信號(hào)來(lái)控制執(zhí)行器，通過(guò)調(diào)節(jié)執(zhí)行器去控制減溫水閥門(mén)的開(kāi)度，從而實(shí)現(xiàn)控制過(guò)熱蒸汽溫度。并且通過(guò)仿真驗(yàn)證來(lái)控制效果。1.4

13、 本次設(shè)計(jì)所做的工作 分析了過(guò)熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)的任務(wù)，靜態(tài)特性，在蒸汽流量(負(fù)荷)擾動(dòng)、煙氣流量擾動(dòng)、減溫水流量擾動(dòng)三種主要擾動(dòng)下過(guò)熱汽溫的動(dòng)態(tài)特性，過(guò)熱汽溫控制的難點(diǎn)和設(shè)計(jì)原則，并對(duì)過(guò)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(duì)象具有大延遲、大慣性的特點(diǎn)，尤其隨著機(jī)組容量和參數(shù)的增加，蒸汽的過(guò)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(dòng)作用下（如負(fù)荷、工況變化等）反映出非線性、時(shí)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(jí)控制對(duì)對(duì)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(jí)控制引入到過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)了一種串級(jí)控制系統(tǒng)對(duì)過(guò)熱蒸汽

14、溫度控制對(duì)象進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。并對(duì)該系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行整定通過(guò)對(duì)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(jí)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(guò)程控制，提高控制品質(zhì)。同時(shí)，通過(guò)相應(yīng)控制器去控制減溫水調(diào)節(jié)閥的閥位開(kāi)度，根據(jù)調(diào)節(jié)減溫水的流量大小來(lái)控制過(guò)熱蒸汽溫度的變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)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(duì)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。 2 汽溫控制系統(tǒng)的組成與對(duì)象動(dòng)態(tài)特性本論文的設(shè)計(jì)主要是針對(duì)300MW的單元機(jī)組鍋爐，通

15、過(guò)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(duì)沖燃燒、燃煤粉汽包爐，且汽輪機(jī)為單軸、三缸、兩排汽、再熱、凝汽沖動(dòng)式，說(shuō)明過(guò)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(duì)象的生產(chǎn)過(guò)程，并熟悉其動(dòng)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(jī)組安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行所必須的。汽溫過(guò)高會(huì)使金屬應(yīng)力下降，將影響機(jī)組的安全運(yùn)行；汽溫降低則會(huì)機(jī)組的循環(huán)的效率。據(jù)計(jì)算，過(guò)熱器在超溫10到20下長(zhǎng)期運(yùn)行，其壽命會(huì)縮短一半；而汽溫降低10會(huì)使循環(huán)若效應(yīng)降低0.5，運(yùn)行中一般規(guī)定汽溫額定值的波動(dòng)不能超過(guò)10+5。因此，要求鍋爐設(shè)置適當(dāng)?shù)恼{(diào)溫手段，以修正運(yùn)行因素

16、對(duì)汽溫波動(dòng)的影響。 對(duì)汽溫調(diào)節(jié)方法的基本要求是：調(diào)節(jié)慣性或延遲時(shí)間小，調(diào)節(jié)范圍大，對(duì)熱循環(huán)熱效率影響小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(lèi)：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(guò)改變蒸汽的熱焓來(lái)調(diào)節(jié)溫度。例如噴水式減溫器向過(guò)熱器中噴水，噴入的水的加熱和蒸發(fā)要消耗過(guò)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(guò)改變鍋爐內(nèi)輻射受熱面和對(duì)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(guò)熱器的煙氣量的方法（如調(diào)節(jié)煙氣擋板）來(lái)調(diào)節(jié)過(guò)熱蒸汽溫度。2.1.1 從蒸汽側(cè)調(diào)節(jié)汽溫 汽溫調(diào)節(jié)通

17、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(guò)熱蒸汽中去與之混合，吸收過(guò)熱蒸汽的熱量使本身加熱，蒸發(fā)，過(guò)熱，最后也成為過(guò)熱蒸汽的一部分。被調(diào)溫的過(guò)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(jiǎn)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(mén)開(kāi)度，改變進(jìn)入減溫器的減溫水量即可達(dá)到調(diào)節(jié)過(guò)熱汽溫的目的。當(dāng)汽溫偏高時(shí)，開(kāi)大調(diào)節(jié)門(mén)增加減溫水量；當(dāng)汽溫偏低時(shí)，關(guān)小調(diào)節(jié)閥門(mén)減少減溫水量，或者根據(jù)需要將減溫器撤出運(yùn)行。 單元機(jī)組的鍋爐對(duì)汽溫要求較高，故通常裝置兩級(jí)以上的噴水減溫器，在進(jìn)行汽溫調(diào)節(jié)時(shí)必

18、須明確每級(jí)減溫器所擔(dān)負(fù)的任務(wù)。第一級(jí)布置在分隔屏過(guò)熱器之前，被調(diào)參數(shù)是屏式過(guò)熱器出口汽溫，其主要任務(wù)是保護(hù)屏式過(guò)熱器，防止壁管超溫。由于該減溫器距末級(jí)過(guò)熱器的出口尚有較長(zhǎng)距離，相對(duì)來(lái)說(shuō)，它對(duì)出口汽溫的調(diào)節(jié)時(shí)滯較大，而且由于蒸汽流經(jīng)后幾級(jí)過(guò)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(jí)減溫器只能作為主蒸汽溫度的粗調(diào)節(jié)。該鍋爐第二級(jí)噴水減溫器設(shè)在末級(jí)對(duì)流過(guò)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(jí)噴水減溫的靈敏度高，調(diào)節(jié)時(shí)滯也小，能有效的保證主蒸汽出口溫度符合要求，因而該級(jí)噴水調(diào)節(jié)是主蒸汽的細(xì)調(diào)

19、節(jié)。第二級(jí)噴水減溫器往往分兩側(cè)布置，以減小過(guò)熱汽溫?zé)崞?。正常工況時(shí)，一、二級(jí)噴水量的比例為總噴水量的75和25，在高加全部切除時(shí)，其比例為95和5。 噴水減溫器調(diào)節(jié)汽溫的特點(diǎn)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(jì)時(shí)，過(guò)熱器受熱面的面積是超過(guò)需要的，也就是說(shuō)，鍋爐在額定負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)過(guò)熱器吸收的熱量將大于蒸汽所需要的過(guò)熱熱量，這時(shí)就必須用減溫水來(lái)降低蒸汽的溫度使之保持額定值。由于一般組合過(guò)熱器汽溫特性都呈對(duì)流特性，所以當(dāng)鍋爐負(fù)荷降低時(shí)，汽溫也下降，這時(shí)減溫水就應(yīng)減小，對(duì)于定壓運(yùn)行的單元機(jī)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，故鍋爐不宜在此情況下做定壓運(yùn)行，

20、而應(yīng)采用滑壓運(yùn)行，以保證過(guò)熱蒸汽有足夠的過(guò)熱度。噴水減溫調(diào)節(jié)主蒸汽溫度在經(jīng)濟(jì)上是有一定損失的。一方面由于在額定負(fù)荷時(shí)過(guò)熱器受熱面積比實(shí)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(shí)噴水減溫的過(guò)程，也是一個(gè)熵增的過(guò)程。故而有可用能的損失。但是，由于噴水減溫設(shè)備簡(jiǎn)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?yàn)閲娝疁p溫器將增加再熱蒸汽的數(shù)量，從而增加了汽輪機(jī)中，低壓缸的蒸汽流量，即增加了中低壓缸的出力。如果機(jī)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。這就等于部分的用低壓

21、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(gè)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)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(guò)允許值，可能出現(xiàn)超溫?fù)p壞時(shí)，噴水減溫器投入運(yùn)行，借以保護(hù)再熱器。在正常運(yùn)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(shí)，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(guò)熱器的煙氣速度，因而可以調(diào)節(jié)過(guò)熱汽溫。當(dāng)火焰中心位置抬高時(shí)，火焰離過(guò)熱器較近，爐內(nèi)輻射吸熱量減少，爐膛出口煙溫升高，則過(guò)熱汽溫將升高?；鹧嬷行奈恢媒档蜁r(shí)，則過(guò)熱汽溫降低。改變火焰中心位置的方

22、法有： 1）調(diào)整噴燃器的傾角。采用擺動(dòng)式燃燒器時(shí)，可以用改變其傾角的辦法來(lái)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(shí)，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(guò)熱器區(qū)的煙氣溫度下降，減小過(guò)熱器的傳熱溫差，使汽溫降低。而在低負(fù)荷時(shí)，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(dòng)式燃燒器的調(diào)溫幅度較大，調(diào)節(jié)靈敏，設(shè)備簡(jiǎn)單，投資費(fèi)用少，并且沒(méi)有功率損耗。目前使用的擺動(dòng)式燃燒器上下擺動(dòng)的轉(zhuǎn)角為±20°，一般用10°20°器的傾角的調(diào)節(jié)范圍不可過(guò)大，否則可能會(huì)增大不完全燃燒損失或造成結(jié)渣等。如果向下的傾角

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

24、，即通過(guò)上、下排噴燃器的切換，來(lái)改變火焰中心位置。當(dāng)汽溫高時(shí)應(yīng)盡量先投用下排的燃燒器，汽溫低時(shí)可切換成上排噴燃器運(yùn)行，也可以采取對(duì)距過(guò)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(shí)，由于這時(shí)火焰中心位置離過(guò)熱器近火焰行程短，將使?fàn)t膛出口的煙溫相對(duì)的高些。而切換成前墻或靠近前墻的噴燃器運(yùn)行時(shí)，則火焰中心位置離過(guò)熱器相對(duì)的遠(yuǎn)些，爐膛出口煙溫就相對(duì)的低些。 3）變化配風(fēng)工況。對(duì)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(lái)改變火焰中心位置。當(dāng)汽溫高時(shí)，一般可開(kāi)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(shí)，一般則關(guān)小上排二次風(fēng)，開(kāi)大

25、下排二次風(fēng)，以抬高火焰中心。進(jìn)行調(diào)整時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)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(guò)熱器的煙氣量，則煙氣流速必然改變，使對(duì)流傳熱系數(shù)變化，從而改變了煙氣對(duì)過(guò)熱器的放熱量。煙氣量增多時(shí)，煙氣流速大，使汽溫升高；煙氣量減少時(shí)，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?，用再循環(huán)風(fēng)機(jī)送回爐膛，并通過(guò)對(duì)再循環(huán)煙氣量的調(diào)節(jié)來(lái)改變流經(jīng)過(guò)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(shí)，還使?fàn)t膛溫度發(fā)生變化，爐內(nèi)輻射吸熱與對(duì)流吸熱的比例將改變，從而使汽溫發(fā)

26、生變化。由此，改變?cè)傺h(huán)煙氣量，可以同時(shí)改變流過(guò)過(guò)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(guò)熱器處的對(duì)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(kāi)度，即可改變通過(guò)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(duì)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(duì)流煙道中的低溫過(guò)熱器或低溫再熱區(qū)段，而在我國(guó)目前的超高壓機(jī)組中，則僅用于低溫再熱器區(qū)段。采用煙氣旁路來(lái)調(diào)節(jié)再熱汽溫時(shí)，還會(huì)影響到過(guò)熱汽溫。為了增加再熱汽溫的調(diào)節(jié)幅度并減小對(duì)過(guò)熱汽溫的影響，應(yīng)使主煙道中的再熱器有

27、較大的受熱面，而旁路煙道中的過(guò)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(guò)熱器的煙氣量，即改變煙氣流速，達(dá)到調(diào)節(jié)過(guò)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(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。而用以調(diào)節(jié)汽溫，一般知識(shí)作為輔助手段。當(dāng)汽溫問(wèn)題成為運(yùn)行中的主要矛盾時(shí)，才用燃燒調(diào)節(jié)來(lái)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(guò)了范圍將造成不良后果。因?yàn)檫^(guò)多的送風(fēng)量不但增加了送、吸風(fēng)機(jī)是耗電量，降低了電廠的經(jīng)濟(jì)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(duì)過(guò)?？諝饬康目刂凭透鼮橹匾＿^(guò)?？諝饬康脑黾樱坏铀倏諝忸A(yù)熱器的腐蝕，還有可能引起可燃物在尾部受熱面的

28、堆積，導(dǎo)致尾部受熱面再燃燒。由以上分析可知，通過(guò)查閱相關(guān)的資料可知，蒸汽流量擾動(dòng)、煙氣熱量擾動(dòng)、減溫水量擾動(dòng)下出口汽溫?cái)_動(dòng)曲線，如下圖2.1所示 圖2.1蒸汽流量擾動(dòng)、煙氣熱量擾動(dòng)、減溫水量擾動(dòng)下出口汽溫仿真曲線 負(fù)荷擾動(dòng)和煙氣熱量擾動(dòng)遲延和慣性比減溫水量擾動(dòng)小, 但因負(fù)荷信號(hào)由用戶決定, 不能作為調(diào)節(jié)手段; 煙氣熱量擾動(dòng)( 改變煙溫或煙氣流量) 具體實(shí)現(xiàn)比較困難; 而噴水減溫對(duì)過(guò)熱器的安全運(yùn)行比較有利, 所以盡管對(duì)象的特性不太理想, 但目前現(xiàn)場(chǎng)還是廣泛采用過(guò)熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)方法。2.2過(guò)熱器的分類(lèi)及其基本結(jié)構(gòu)2.2.1 過(guò)熱器的分類(lèi) 過(guò)熱器可以根據(jù)它所采用的傳熱方式分為對(duì)流過(guò)熱器、半輻射過(guò)熱器

29、及輻射過(guò)熱器三種。對(duì)流過(guò)熱器是放在爐膛外面對(duì)流煙道里的過(guò)熱器，它主要以對(duì)流傳熱方式吸收流過(guò)它的煙氣的熱量。半輻射過(guò)熱器也稱屏式過(guò)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(duì)流方式吸收流過(guò)它的煙氣的熱量。輻射過(guò)熱器是放在爐頂或爐墻上的過(guò)熱器，它基本上只吸收爐膛內(nèi)火焰和煙氣的輻射熱?，F(xiàn)代大容量高參數(shù)鍋爐的過(guò)熱器主要由對(duì)流過(guò)熱器，屏式過(guò)熱器，包覆過(guò)熱器，頂棚過(guò)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(lái)制造。對(duì)流過(guò)熱器：布置在煙道內(nèi)，依靠熱煙氣對(duì)流傳熱的過(guò)熱器，稱為對(duì)流式過(guò)熱器。對(duì)流過(guò)熱器是由聯(lián)箱和很多細(xì)長(zhǎng)的蛇形管束所組成。蛇形管可作立式或臥式布置。過(guò)

30、熱器的進(jìn)出口聯(lián)箱放在爐墻外部，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(duì)流過(guò)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(guò)熱器受熱面必須用具有良好的高溫強(qiáng)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(guò)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(duì)流過(guò)熱器多采用立式布置，因?yàn)檫@樣可以采用簡(jiǎn)單可靠的懸吊固定方法，而臥式過(guò)熱器的固定比較困難。立式布置的主要缺點(diǎn)，是停爐時(shí)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(guò)熱器：輻射過(guò)熱器可布置在

31、燃燒室四壁，也稱墻式或壁式過(guò)熱器，或布置在爐頂，稱頂棚過(guò)熱器，直接吸收輻射熱。在做墻式布置時(shí)輻射過(guò)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(guò)熱器管子布置在燃燒室上部，能使管子避開(kāi)熱負(fù)荷最高的火焰中心區(qū)域。但是這種布置會(huì)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(guò)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(guò)熱燒壞。特別是升火過(guò)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(mén)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(guò)熱度

32、，相當(dāng)于輻射過(guò)熱器，由于上部爐溫較低，所以可保證安全。 在國(guó)產(chǎn)自然循環(huán)鍋爐中，未采用墻式布置的輻射過(guò)熱器，而多采用布置在爐頂?shù)捻斉镞^(guò)熱器，受熱面為緊靠爐頂?shù)闹惫埽Q為頂棚管。這種過(guò)熱器的輻射傳熱作用較墻式過(guò)熱器為弱，但因處于較低的煙氣溫度場(chǎng)，工作比較安全可靠，與屏式過(guò)熱器和包覆過(guò)熱器配合使用，效果較好。 屏式過(guò)熱器和包覆過(guò)熱器：除了上述兩種過(guò)熱器外，還有一種介于兩者之間的半輻射過(guò)熱器。最常用的半輻射過(guò)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(guò)熱器。其結(jié)構(gòu)特征為幾排拉稀的管屏。屏式過(guò)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(duì)間距S2/d在1.1左

33、右，屏中并聯(lián)管子的數(shù)目為1530跟。管屏懸掛在爐頂?shù)匿摿荷希軣岷竽茏杂傻南蛳屡蛎?。為了保持各屏間的節(jié)距，可將相臨兩屏中的若干對(duì)管子彎繞出來(lái)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(guò)熱器布置在對(duì)流過(guò)熱器前面，以降低對(duì)流過(guò)熱器入口煙溫，避免對(duì)流過(guò)熱器結(jié)渣。屏式過(guò)熱器的汽溫變化特性介于輻射與對(duì)流過(guò)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(guò)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(shí)，曲線1所示的屏式過(guò)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(duì)流過(guò)熱器的汽溫上升了42和50；而曲線4代表的輻射過(guò)熱器的汽溫卻大幅下降了。

34、由于屏式過(guò)熱器具有過(guò)熱汽溫平穩(wěn)的特點(diǎn)，在現(xiàn)代大型鍋爐上廣泛地采用了這種過(guò)熱器。 為了得到較好的傳熱效果，最好把屏式過(guò)熱器布置在煙溫為9501050的煙道中。屏式過(guò)熱器進(jìn)口煙溫的選擇，應(yīng)保證燃料進(jìn)入屏式過(guò)熱器前已燃盡，否則在屏區(qū)再燃燒會(huì)嚴(yán)重影響管屏的工作安全。根據(jù)已采用屏式過(guò)熱器的許多鍋爐運(yùn)行實(shí)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(guò)熱器氣溫特性1-布置在煙溫1200區(qū)域的屏式過(guò)熱器；2、3-布置在煙溫為1000和900區(qū)域內(nèi)的對(duì)流過(guò)熱器；4-布置在燃燒室內(nèi)的輻射過(guò)熱器2.2.2 過(guò)熱器的基本結(jié)構(gòu) 300MW單元機(jī)組是現(xiàn)在是我國(guó)

35、火力發(fā)電機(jī)組的主力型號(hào)，多采用亞臨界參數(shù)及中間再熱。300MW機(jī)組鍋爐的過(guò)熱器，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2.3所示。此過(guò)熱器具有以下圖2.3 300MW機(jī)組過(guò)熱器系統(tǒng)圖1-汽包；2-前屏過(guò)熱器；3-后屏過(guò)熱器；4-頂棚過(guò)熱器；5-側(cè)墻包覆過(guò)熱器；6-后墻包覆過(guò)熱器；7-低溫對(duì)流過(guò)熱器；8-第一級(jí)減溫器；9-第二級(jí)減溫器；10-高溫對(duì)流過(guò)熱器 特點(diǎn)：由于過(guò)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(guò)熱器。采用輻射式、半輻射式和對(duì)流過(guò)熱器聯(lián)合過(guò)熱系統(tǒng)，以獲得良好的過(guò)熱蒸汽溫度變化特性。低溫過(guò)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(jí)噴水減溫，這樣做的目的有兩個(gè)，一是為了使

36、汽溫調(diào)節(jié)更靈敏，減小熱慣性，二是為了保護(hù)過(guò)熱器。第一級(jí)噴水減溫器布置在前屏過(guò)熱器之后，調(diào)節(jié)量較大且調(diào)節(jié)惰性大，用來(lái)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(guò)熱器和對(duì)流過(guò)熱器受熱面的作用。第二級(jí)噴水減溫器布置在高溫對(duì)流過(guò)熱器（末級(jí)過(guò)熱器）之前，這一級(jí)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(jí)安裝兩只，每只噴水量為每級(jí)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(guò)熱器進(jìn)入側(cè)墻和后墻包覆過(guò)熱器，流出后在聯(lián)箱內(nèi)混合，進(jìn)入低溫對(duì)流過(guò)熱器，出來(lái)后再經(jīng)過(guò)另一部分頂棚過(guò)熱器進(jìn)入前屏過(guò)熱器，流出后經(jīng)過(guò)第一級(jí)噴水減溫器減溫

37、，再進(jìn)入后屏過(guò)熱器，流出后經(jīng)過(guò)第二級(jí)減溫器減溫，進(jìn)入高溫對(duì)流過(guò)熱器完成最后一次過(guò)熱后，送往汽輪機(jī)。2.3 過(guò)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(duì)300MW機(jī)組分散控制系統(tǒng)的過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)為設(shè)計(jì)對(duì)象，對(duì)其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行介紹。 該300MW機(jī)組的過(guò)熱蒸汽溫度控制采用二級(jí)噴水減溫控制方式。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)下的延遲，改善過(guò)熱蒸汽溫度的調(diào)節(jié)品質(zhì)外，第一級(jí)噴水減溫還具有防止屏式過(guò)熱器超溫、確保機(jī)組安全運(yùn)行的作用。本機(jī)組過(guò)熱器一、二級(jí)噴水減溫器的控制目標(biāo)就是在機(jī)組不同負(fù)荷下維持鍋爐二級(jí)減溫器入口和二級(jí)減溫器出口的蒸汽溫度為設(shè)定值。2

38、.3.1 過(guò)熱器一級(jí)減溫控制系統(tǒng)過(guò)熱器一級(jí)減溫控制系統(tǒng)的原理簡(jiǎn)圖如圖2.4所示。該系統(tǒng)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)。主回路的被控量為二級(jí)減溫器入口的蒸汽溫度，其實(shí)測(cè)值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)。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)（代表機(jī)組負(fù)荷信號(hào)）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(jí)減溫器出口的蒸汽溫度。其溫度的測(cè)量值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)。副回路的給定值是由主回路控制器的輸出與前饋信號(hào)疊加形成。副回路采用P

39、ID2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)。 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(jī)組的蒸汽溫度控制中，可充分利用計(jì)算機(jī)分散控制的優(yōu)點(diǎn)，將主、副調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)成自動(dòng)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(jí)減溫控制系統(tǒng)2.3.2 過(guò)熱器二級(jí)減溫控制系統(tǒng) 過(guò)熱器二級(jí)減溫控制系統(tǒng)的原理簡(jiǎn)圖如圖2.5所示。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)，不同之處在于：主、副調(diào)節(jié)器輸入的偏差信號(hào)不同，采用的前饋信號(hào)也不同。二級(jí)減溫控制系統(tǒng)的主回路的被控

40、量為二級(jí)過(guò)熱器的出口蒸汽溫度，該蒸汽溫度與主回路的給定值進(jìn)行比較，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，對(duì)于300MW機(jī)組在正常負(fù)荷時(shí)，給定值一般為540。副回路的被控量為二級(jí)減溫器出口蒸汽溫度，其溫度的測(cè)量值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)。副回路給定值是上主回路控制器的輸出與前饋信號(hào)疊加而形成的。 二級(jí)過(guò)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(jī)的安全運(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)。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。其前饋信號(hào)有主蒸汽溫度和壓力的給定值

41、的函數(shù)，還有主蒸汽流量代表機(jī)組負(fù)荷以及送風(fēng)量、燃燒器火嘴擺動(dòng)傾角等。除了以上內(nèi)容外，二級(jí)減溫控制系統(tǒng)的其他部分以及工作原理與一級(jí)減溫控制系統(tǒng)完全相同。由于二級(jí)過(guò)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(jī)的安全運(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)。因此本次設(shè)計(jì)主要是對(duì)二級(jí)減溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使機(jī)組在不同負(fù)荷下維持鍋爐二級(jí)減溫器入口和二級(jí)減溫器出口的蒸汽溫度為設(shè)定值。 圖2.5二級(jí)減溫控制系統(tǒng)2.4 過(guò)熱蒸汽溫度控制對(duì)象的動(dòng)靜態(tài)特性2.4.1 靜態(tài)特性 鍋爐負(fù)荷與過(guò)熱汽溫的關(guān)系 鍋爐負(fù)荷增加時(shí)，爐膛燃燒的燃料增加，但是，爐膛中的最高的溫度沒(méi)有多大的變化，爐膛輻射

42、放熱量相對(duì)變化不大，因此爐膛溫度增高不大。這就是說(shuō)負(fù)荷增加時(shí)每千克燃料的輻射放熱百分率減少，而在爐膛后的對(duì)流熱區(qū)中，由于煙溫和煙速的提高，每千克燃料的對(duì)流放熱百分率將增大。因此，對(duì)于對(duì)流式過(guò)熱器來(lái)說(shuō)，當(dāng)鍋爐的負(fù)荷增加時(shí)，會(huì)使出口汽溫的穩(wěn)態(tài)值升高；輻射式過(guò)熱器則具有相反的汽溫特性，即當(dāng)鍋爐的負(fù)荷增加時(shí)，會(huì)使出口汽溫的穩(wěn)態(tài)值降低。如果兩種過(guò)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(guò)熱器串聯(lián)的鍋爐中，過(guò)熱器出口蒸汽溫度在某個(gè)負(fù)荷范圍內(nèi)，仍隨鍋爐負(fù)荷的增加有所升高。 過(guò)?？諝庀禂?shù)與過(guò)熱汽溫的靜態(tài)關(guān)系 過(guò)?？諝饬扛淖儠r(shí)，燃燒生成的煙氣量改變，因而所有對(duì)流受熱面吸熱隨之改變，而且對(duì)離爐膛

43、出口較遠(yuǎn)的受熱面影響顯著。因此，當(dāng)增大過(guò)?？諝饬繒r(shí)將使過(guò)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(guò)熱汽溫下降，這是因?yàn)楫a(chǎn)生每千克蒸汽所需的燃料量減少了，流過(guò)過(guò)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(guò)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(duì)過(guò)熱汽溫有顯著的影響。 燃燒器的運(yùn)行方式與過(guò)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(huì)影響爐內(nèi)溫度分布和爐膛出口煙溫，因而也會(huì)影響過(guò)熱汽溫，火焰中心相對(duì)提高時(shí)，過(guò)熱汽溫將升高。2.4.2 動(dòng)態(tài)特性目前，單元機(jī)組廠廣泛采用噴水減溫方式來(lái)控制過(guò)熱蒸汽溫度。影

44、響汽溫變化的因素很多，但主要有蒸汽流量、煙氣傳熱量和減溫水量等。在各種擾動(dòng)下，汽溫控制對(duì)象是有煙池、慣性和自平衡能力的。 蒸汽流量擾動(dòng)下的蒸汽溫度對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性引起蒸汽流量擾動(dòng)的原因有兩個(gè)：一是蒸汽母管的壓力變化：二是汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度變化。結(jié)構(gòu)形式不同的過(guò)熱器，在相同蒸汽流量的擾動(dòng)下，汽溫變化的特性是不一樣的。當(dāng)鍋爐負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)，蒸汽流量的變化使沿整個(gè)過(guò)熱器管路長(zhǎng)度上各點(diǎn)的蒸汽流速幾乎同時(shí)改變，從而改變過(guò)熱器的對(duì)流放熱系數(shù)，使沿整個(gè)過(guò)熱器各點(diǎn)的蒸汽溫度幾乎同時(shí)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(dòng)時(shí)被控對(duì)象的放大系數(shù)； 一負(fù)荷擾動(dòng)后對(duì)象的滯后時(shí)間；

45、 Td為負(fù)荷擾動(dòng)后對(duì)象的時(shí)間常數(shù)。從階躍響應(yīng)曲線可知，其特點(diǎn)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(shí)間常數(shù)和滯后時(shí)間都比較小,且較小。動(dòng)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(dòng) （b）減溫水WS擾動(dòng)圖2.6 在擾動(dòng)下溫度的變化曲線煙氣側(cè)熱量擾動(dòng)下蒸汽溫度對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性當(dāng)燃料量、送風(fēng)量或煤種等發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)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(guò)熱器出口溫度的變化。由于煙氣傳熱量的改變是沿著整個(gè)過(guò)熱器長(zhǎng)度方向上同時(shí)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(dòng)的汽溫響應(yīng)曲線如圖2.5（a）所示。它與蒸汽量擾動(dòng)下

46、的情況類(lèi)似。煙氣熱量的擾動(dòng)也幾乎同時(shí)影響過(guò)熱器管道長(zhǎng)度方向各處的蒸汽溫度，故它是一個(gè)具有自平衡能力、滯后和慣性都不大的對(duì)象，其傳遞函數(shù)可表示為一個(gè)二階系統(tǒng)，即： 式（2.2） 式中： 為煙氣溫度 但對(duì)象特征總的特點(diǎn)是：有遲延，有慣性，有自平衡能力，其動(dòng)態(tài)特性曲線如圖2.6（a）所示。 蒸汽溫度在減溫水量擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性 當(dāng)減溫水量發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，雖然減溫器出口處汽溫已發(fā)生變化，但要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的過(guò)熱器管道才能使出口汽溫發(fā)生變化，其擾動(dòng)地點(diǎn)（過(guò)熱器入口）與測(cè)量蒸汽溫度的地點(diǎn)（過(guò)熱器出口）之間有著較大的距離，此時(shí)過(guò)熱器是一個(gè)有純滯后的多容對(duì)象。.動(dòng)態(tài)曲線圖如圖2.6（b）所示。當(dāng)擾動(dòng)發(fā)生后，要隔較長(zhǎng)時(shí)間才

47、能是蒸汽溫度發(fā)生變化，滯后時(shí)間比較大，滯后時(shí)間約為30-60s。綜上所述，可歸納出以下幾點(diǎn)： 1）過(guò)熱器出口蒸汽溫度對(duì)象不管在哪一種擾動(dòng)下都有延遲和慣性，有自平衡能力。而且改變?nèi)魏我粋€(gè)輸入?yún)?shù)（擾動(dòng)），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(duì)象的動(dòng)態(tài)過(guò)程十分復(fù)雜。 2）在減溫水流量擾動(dòng)下，過(guò)熱器出口蒸汽溫度對(duì)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(diǎn)之間的距離，可以改善其動(dòng)態(tài)特性。 3）在煙氣側(cè)熱量和蒸汽流量擾動(dòng)下，蒸汽溫度控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性比較好。由圖可見(jiàn)，在減溫水流量擾動(dòng)下，減溫器出口過(guò)熱汽溫的響應(yīng)比過(guò)熱器出口汽溫 快得多，可以肯定，在噴水減溫過(guò)熱蒸汽

48、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，以作為導(dǎo)前信號(hào)構(gòu)成串級(jí)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(dòng)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(dòng)下導(dǎo)前汽溫的放大系數(shù)；為減溫水流量擾動(dòng)下導(dǎo)前汽溫對(duì)象的時(shí)間常數(shù)；階數(shù)； 在減溫水流量擾動(dòng)下，過(guò)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(dòng)下過(guò)熱蒸汽溫度的放大系數(shù)； 為減溫水流量擾動(dòng)下過(guò)熱蒸汽溫度的時(shí)間常數(shù)； 階數(shù)； 對(duì)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(dòng)下惰性區(qū)溫度的放大系數(shù)； 為減溫水流量擾動(dòng)下惰性區(qū)溫度的時(shí)間常數(shù)； 階數(shù)； 由于惰性區(qū)的傳遞函數(shù)無(wú)法直接通過(guò)實(shí)驗(yàn)求出，所以可由實(shí)驗(yàn)得到的

49、、 、和 、 來(lái)求取，計(jì)算公式如下： 式（2.6）總的來(lái)說(shuō)，根據(jù)對(duì)過(guò)熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)對(duì)象做階躍擾動(dòng)試驗(yàn)得出的動(dòng)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(dòng)態(tài)特性參數(shù)值有較大的差別。 3 過(guò)熱汽溫控制系統(tǒng)的基本方案目前，過(guò)熱汽溫的控制方案很多，而且隨著自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)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(jí)汽溫控制系統(tǒng)和采用導(dǎo)前微分信號(hào)的汽溫控制系統(tǒng)。由于過(guò)熱汽溫控制通道的遲延和慣性很大，被調(diào)量信號(hào)反應(yīng)慢，因此選擇減溫器后的汽溫作為局部反饋信號(hào)，形成了本次設(shè)計(jì)所采用的串級(jí)控制系統(tǒng)。下面將加以介紹。3.1 串級(jí)汽溫控制系統(tǒng) 單回路控制

50、系統(tǒng)是各種復(fù)雜控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，由于其控制簡(jiǎn)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(qiáng)化，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程對(duì)工業(yè)參數(shù)提出了越來(lái)越嚴(yán)格的要求，并且由于生產(chǎn)過(guò)程中各參數(shù)間的關(guān)系復(fù)雜化及控制對(duì)象遲延和慣性的增大，都使得單回路控制系統(tǒng)顯得無(wú)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(jí)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(jí)控制系統(tǒng)對(duì)改善控制品質(zhì)有獨(dú)到之處，本節(jié)將對(duì)其組成、特點(diǎn)及整定進(jìn)行討論。3.2 串級(jí)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和原理 單元廠過(guò)熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖3.1所示： 圖3.1 串級(jí)控制系統(tǒng) 該汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)中，有主、副兩個(gè)調(diào)節(jié)器。由于汽溫對(duì)象具有較大的延遲和慣

51、性，主調(diào)節(jié)器多采用PID控制規(guī)律，其輸入偏差信號(hào)為-，輸出信號(hào)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(hào)和主調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)I，輸出為。當(dāng)過(guò)熱汽溫升高時(shí)，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(guò)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(shí)，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(guò)熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)的原理方框圖如圖3.2所示，具有內(nèi)外兩個(gè)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(duì)象、汽溫變送器、主調(diào)節(jié)器及整個(gè)內(nèi)回路組成。系統(tǒng)中以減溫器的噴水作為控

52、制手段，因?yàn)闇p溫器離過(guò)熱器出口較遠(yuǎn)，且過(guò)熱器管壁熱容較大，主汽溫對(duì)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(hào)反饋到調(diào)節(jié)器PI1,PI1直接去控閥門(mén)開(kāi)度)無(wú)法取得滿意的控制品質(zhì)。為此再取一個(gè)對(duì)減溫水量變化反映快的中間溫度信號(hào)作為導(dǎo)前信號(hào)，增加一個(gè)調(diào)節(jié)器PI2組成如圖3.2所示的串級(jí)控制系統(tǒng)。調(diào)節(jié)器PI2根據(jù)信號(hào)控制減溫水閥，如果有某種擾動(dòng)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(dòng)作，擾動(dòng)引起的波動(dòng)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(dòng)時(shí)，仍能保持X滿足要求。可見(jiàn)，串級(jí)系

53、統(tǒng)中采用了兩級(jí)調(diào)節(jié)器，各有其特殊任務(wù)。 圖3.2 過(guò)熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)原理方框圖3.3 串級(jí)汽溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 為充分發(fā)揮串級(jí)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，在設(shè)計(jì)實(shí)施控制系統(tǒng)時(shí)，還應(yīng)適當(dāng)合理的設(shè)計(jì)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(jì)原則1）副參數(shù)的選擇，應(yīng)使副回路的時(shí)間常數(shù)小，控制通道短，反應(yīng)靈敏。通常串級(jí)控制系統(tǒng)是被用來(lái)克服對(duì)象的容積遲延和慣性。副回路應(yīng)該把生產(chǎn)系統(tǒng)的主要干擾包括在內(nèi)，應(yīng)力求把變化幅度最大、最劇烈和最頻繁的干擾包括在副回路內(nèi)，以充分發(fā)揮副回路改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的作用，保證主參數(shù)的穩(wěn)定。因此，在設(shè)計(jì)串級(jí)控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)設(shè)法找到一個(gè)反應(yīng)靈敏的副參數(shù)，使得干擾在影響主參數(shù)之前就

54、得到克服，副回路的這種超前控制作用，必然使控制質(zhì)量有很大的提高。 2）副回路應(yīng)包含被控對(duì)象所受到的主要干擾。串級(jí)控制系統(tǒng)對(duì)進(jìn)入副回路的擾動(dòng)有很強(qiáng)的克服能力，為發(fā)揮這一特殊作用，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，副參數(shù)的選擇應(yīng)使得副回路盡可能多的包括一些擾動(dòng)。但這將與要求副回路控制通道短，反應(yīng)快相矛盾，應(yīng)在設(shè)計(jì)中加以協(xié)調(diào)。在具體情況下，副回路的范圍應(yīng)當(dāng)多大，取決于整個(gè)對(duì)象的容積分布情況以及各種擾動(dòng)影響的大小。副回路的范圍也不是愈大愈好。太大了，副回路本身的控制性能就差，同時(shí)還可能使主回路的控制性能惡化。一般應(yīng)使副回路的頻率比主回路的頻率高的多，當(dāng)副回路的時(shí)間常數(shù)加在一起超過(guò)了主回路時(shí)，采用串級(jí)控制就沒(méi)有什么效果了。

55、 3）主、副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)應(yīng)適當(dāng)匹配。由于串級(jí)系統(tǒng)中主、副回路是兩個(gè)相互獨(dú)立又密切相關(guān)的回路。如果在某種干擾作用下，主參數(shù)的變化進(jìn)入副回路時(shí)，會(huì)引起副回路中參數(shù)振幅增加，而副參數(shù)的變化傳到主回路后，又迫使主參數(shù)變化幅度增大，如此循環(huán)往復(fù)，就會(huì)使主、副參數(shù)長(zhǎng)時(shí)間大幅度波動(dòng)，這就是所謂串級(jí)系統(tǒng)的“共振現(xiàn)象”。一旦發(fā)生了共振系統(tǒng)就失去控制，不僅使系統(tǒng)控制品質(zhì)惡化，如不及時(shí)處理，甚至可能導(dǎo)致生產(chǎn)事故，引起嚴(yán)重后果。為確保串級(jí)系統(tǒng)不受共振現(xiàn)象的威脅，一般取 (3.1)式子中：為主回路的振蕩周期；為副回路振蕩周期，要滿足式（3.1），除了在副回路設(shè)計(jì)中加以考慮之外，還與主、副調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)有關(guān)。 主、副調(diào)節(jié)器的選型 串級(jí)控制系統(tǒng)中，主調(diào)節(jié)器和副調(diào)節(jié)器的任務(wù)不同，對(duì)于它們的選型即控制規(guī)律的選擇也有