过热汽温控制系统
工业锅炉过热汽温全程控制系统的

引言近年来,随着电力工业的飞速发展,大容量火电机组已成为各电厂中的主要机组,它对系统运行的安全性、经济性和系统的自动化程度提出了更高的要求。
与此同时,对过热汽温控制系统的要求也越来越高。
火电厂锅炉汽温控制系统具有大迟延、大惯性的特点,且影响汽温变化的扰动因素很多,如蒸汽负荷、烟气温度和流速、火焰中心位置、减温水量、给水温度等等,这些扰动会极大影响机组的安全、经济运行。
正常运行时的锅炉燃烧系统须使出口的过热汽温维持在一定范围内,该参数的控制质量直接影响着机组运行的安全性和经济性。
过热蒸汽温度过高,可能造成过热器、蒸汽管道及汽轮机的高压部分金属损坏;过热蒸汽温度过低,会降低汽轮机的效率,加剧对叶片的侵蚀。
针对过热汽温调节对象调节通道惯性迟延大、被调量信号反馈慢的特点,应该从对象的调节通道中找出一个比被调量反应快的中间点信号作为调节器的补充反馈信号,以改善对象调节通道的动态特性,提高调节系统的质量。
目前采用的过热蒸汽温度调节系统主要有两种方案: 一种是串级控制, 另一种是导前汽温微分信号控制。
本设计所采用的汽温控制方案为导前汽温微分控制。
这种控制系统的结构特点是:只用了一个调节器,调节器的输入取了两个信号。
一个信号是主汽温经变送器直接进入调节器的信号,另一个信号则是减温器后的温度经微分器后送入调节器的信号。
本设计通过理论计算与仿真研究相结合的方法,将导前微分控制应用于过热汽温控制方案中,改善了控制对象的动态特性和控制品质。
该方案的可行性和该控制系统的优点,为进一步研究和设计这种控制系统提供了理论基础。
第一章过热汽温控制系统概述1.1 过热蒸汽温度控制的任务现代锅炉的过热器是在高温、高压条件下工作的,锅炉出口的过热蒸汽温度是整个汽水行程中共质的最高温度,对于电厂的安全经济运行有重大影响。
锅炉过热器是由辐射过热器、对流过热器和减温器等组成。
其任务是将汽包出来的饱和蒸汽加热到一定数值,然后送往汽机去作功。
通常称减温器前的过热器为前级过热器,减温器后的过热器为后级过热器。
3-5 过热再热蒸汽温度控制系统

总的过热器出口汽温随 负荷的增加而升高: D 过热汽温
3.烟气侧Qy扰动下汽温的动态特性:
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串级汽温控制系统、
串级汽温控制系统
主蒸汽温度设定 电路原理.exe
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导前微分汽温控制系统
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过热汽温串级与单级调节系统比较.exe
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分别设置独立的定值控制系统
该方案中,两级减温水控制方案可分别采用串级控制策 略。两级减温水的控制独互相立。
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1.串级汽温控制系统: 2.导前微分汽温控制系统: 3.分段汽温控制系统:
(1)分别设置独立的定值控制系统: (2)按温差控制的分段控制系统:
五、过热汽温控制系统分析: P129
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过热汽温对象的动态特性
1.减温水流量WB扰动下汽温的动态特性: 2.蒸汽负荷D扰动下汽温的动态特性:
按温差控制的分段控制系统
以Ⅱ级减温器前后的温差(θ3-θ2)作为第一段控制系统 的被控量信号送入主控制器PI3。
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§3-6 再热蒸汽温度控制系统
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浅析过热汽温串级控制的控制方案

浅析过热汽温串级控制的控制方案过热汽温串级控制是一种重要的控制方式,可用于调节电站的发电过程。
本文将从两个方面浅析过热汽温串级控制的控制方案。
一、控制模型过热汽温串级控制是基于PID控制方法的,通过PID控制器对控制对象进行调节。
PID控制器包括三个部分,分别为比例、积分和微分。
其中,比例控制器根据误差信号与设定值之间的差别来计算输出量,积分控制器维护一个累积误差的变量,并将其与比例控制器计算出的输出量相加,最终输出调节量。
而微分控制器根据误差变化率的变化来计算输出量,用以预测未来的误差变化情况,从而更好地改善控制系统的稳定性。
过热汽温串级控制中,PID控制器通常通过串级的方式进行连接。
该控制方式通常是将一个PID控制器插入另一个PID 控制器的反馈路径中,以此方式逐层调节。
首先,我们需要使用第一级PID控制器来实现对主蒸汽温度的调节。
第二个PID 控制器负责进一步调节再热蒸汽温度,以保持其稳定性。
通过这种方式,系统可以快速地调整过热汽温度以保持其稳定性。
二、控制算法在过热汽温串级控制中,控制器的选择至关重要。
控制器需要具有快速响应、准确性和可靠性,以确保系统的稳定性。
目前,最常用的控制器算法是基于模型预测控制(MPC)的控制方式。
MPC控制器需要建立一个过热汽温度的动态模型,并通过该模型来预测未来的状态。
在预测过程中,MPC控制器考虑了过去、现在和未来三个时段,根据这些信息对控制系统进行调节,以实现最优的温度控制。
MPC控制器使用优化算法来搜索最优解,以尽可能地减小系统误差。
总体而言,MPC是一种有前途的过热汽温度控制方法,具有一定的优势和实用价值。
然而,对于普通电站和控制系统的实际应用,MPC控制器的计算复杂度很高,需要大量的计算资源。
因此,目前还需要针对MPC控制器展开更多的研究,以提高其效率和实用性。
综上所述,过热汽温串级控制是一种有效的控制方式,可以帮助调节电站发电过程的稳定性,优化系统的能耗效率。
浅析过热汽温串级控制的控制方案

根据控制信号,执行器调节蒸 汽流量,实现对过热蒸汽温度
的控制。
控制系统的调试与优化
系统调试
在系统硬件和软件联调过程中,对系统进行测试 和调试,确保系统功能的完整性和稳定性。
控制参数优化
根据实际运行情况,对控制参数进行优化,提高 系统的控制精度和响应速度。
报警阈值调整
根据实际运行安全需求,对报警阈值进行调整, 确保系统在异常情况下的及时预警。
有重要意义。
在实际工业生产过程中,过热汽温控制 存在许多难点和挑战,如温度变化非线 性、时变性、外部干扰等问题,这些问 题影响了过热汽温控制的准确性和稳定
性。
针对这些问题,研究过热汽温串级控制 方案对于提高过热汽温控制性能、促进 能源利用效率、保证工业生产安全等方
面具有重要意义。
研究内容与方法
研究内容
串级控制的基本原理
串级控制的概念
串级控制是一种多级控制系统, 其中两个控制器串联在一起,第 一个控制器的输出作为第二个控
制器的设定值,以此类推。
串级控制的优点
串级控制能够改善控制品质,提 高系统的抗干扰能力,增强系统
的鲁棒性。
串级控制的应用
在过热汽温控制中,采用串级控 制方案可以有效地提高系统的控
浅析过热汽温串级控制的控制方案
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目 录
• 引言 • 过热汽温控制系统的基本理论 • 过热汽温串级控制方案 • 过热汽温串级控制方案的实现 • 过热汽温串级控制方案的应用案例 • 结论与展望 • 参考文献
01
引言
研究背景与意义
过热汽温控制是现代能源工业中的重要 问题,随着能源结构的转变和能源需求 的增加,过热汽温的控制对于提高能源 利用效率、保证工业生产安全等方面具
锅炉过热蒸汽温度控制系统设计

锅炉过热蒸汽温度控制系统设计一、系统结构设计:测量元件:可选择蒸汽温度传感器,将锅炉内蒸汽的温度信号转换为电信号,反映蒸汽温度的变化,常用的传感器有热电偶和热电阻。
执行元件:通常选择调节阀门作为执行元件,根据来自控制器的控制信号,调节阀门的开度,控制蒸汽流量,进而调节蒸汽温度。
控制器:根据测量元件获取到的蒸汽温度信号,通过内部算法进行计算,得到相应的控制信号,将该信号传输给执行元件,使其根据控制信号,控制阀门的开度,从而实现对蒸汽温度的控制。
二、控制原理设计:控制原理决定了系统的稳定性和控制精度。
通常采用PID控制算法,对温度进行控制。
P(比例)控制:根据蒸汽温度与设定值之间的偏差,以比例的方式控制执行元件,提供调节信号,使得蒸汽温度逐渐接近设定值。
I(积分)控制:通过检测蒸汽温度实际值与设定值之间的积分误差,增加控制量的变化率,使其更快地接近和稳定在设定值附近。
D(微分)控制:通过检测蒸汽温度实际值的变化斜率,预测温度变化的趋势,并作出相应的调整,避免温度波动过大。
三、调节器及阀门选型:为了使温度控制更加准确和稳定,调节器和阀门的选型也很重要。
调节器:根据控制要求,选择具有一定控制精度和稳定性的调节器。
常见的调节器有PID调节器、模糊控制器等。
阀门:选用具有快速响应、调节精度高、可靠性强的阀门。
锅炉过热蒸汽温度控制系统中常见的阀门类型有电动调节阀和气动调节阀。
根据系统的操作要求和工艺流程,选择适合的阀门类型,并确保其具有良好的密封性和耐高温性能。
除了以上设计方面的考虑,还应注意系统的安全性和可靠性。
应配备相应的安全阀和过热保护装置,避免锅炉过热引发危险事故。
同时,锅炉过热蒸汽温度控制系统应进行合理的备份和冗余设计,确保系统在故障或异常情况下仍能维持正常运行。
综上所述,锅炉过热蒸汽温度控制系统的设计需要考虑系统结构、控制原理、调节器及阀门的选型等多个因素,从而实现锅炉蒸汽温度的精确控制,确保系统的安全性和稳定性。
蒸汽温度控制系统

第四节 再热汽温控制
一、再热蒸汽温度控制任务
保持再热器出口汽温为给定值。
二、再热汽温的影响因素
(1)机组负荷的变化(蒸汽流量变化)对再热汽温有很大的 影响;
(2)烟气热量变化也是影响再热蒸汽温度的重要因素。 由于再热器是纯对流布置,再热器入口工质状况取决
二、过热汽温对象特性
主要扰动有三种: (1)烟气热量扰动:燃烧器运行方式变化、
燃料量变化、燃料种类或成分变化、风量 变化等等这些变化最终均反映在烟气热量 的变化; (2)蒸汽流量(负荷)扰动; (3)减温水流量扰动。
D
GD(s)
Q
GQ(s)
W
GW(s)
+ θ
+ +
1.蒸汽流量(负荷)扰动下的汽温特性
γθ2
γθ1
+ f1(x) - PI1
D 蒸汽流量D
∑
+ +-
PI4
+
+ -
PI2
KZ
一级减温水调 节阀
二级减温 水调节阀
KZ
θ0
图13 按温差控制的过热汽温分段控制系统
D
第三节 举例
一、过热蒸汽流程
一级减温器 初级过热器
分割屏过热器 后屏过热器二级减温器
θ5
θ4
θ3
θ2
末级过热器 θ1 至汽机
蒸汽
(s) Q(s)
KQ 1 TQS
e Q s
0
τQ
t
图 4 烟气热量扰动下过热汽温响应曲线
3.减温水量扰动下的过热汽温特性
Wj
0
t
ΔWj
θ
TC
G(s) (s) K es
浅析过热汽温串级控制的控制方案

浅析过热汽温串级控制的控制方案随着控制技术的不断发展,过热汽温串级控制方案被广泛应用于电力工业中,以提高部件性能和最大化效益。
过热汽温串级控制方案采用一系列关键设备和技术进行热控制,包括高温过热器、控制阀门、水冷却器和温度传感器等。
本文将浅析过热汽温串级控制的控制方案,以期探讨其主要特点和应用。
过热汽温串级控制方案的主要特点1.多级管道控制:过热汽温串级控制采用多级管道控制,以确保热平衡和温度稳定。
该方案可有序地将过热汽温度分配到各个段以满足系统的需求,实现了烟气热梯度的良好分配,提高了整个系统的热效益。
2.智能控制:过热汽温串级控制方案还采用智能控制技术,当出现异常情况时,自动进行告警,减少电站的维修和检测所需的时间和成本。
通过控制阀门,大大提高了系统的控制准确性和精确性,从而提高了电站的运行效率。
3.加热装置:过热汽温串级控制中加热装置是非常重要的组成部分,通过加热装置的设置,可以使过热器各区间间保持相对的稳定,必要时,可以进行快速响应和控制。
4.温度传感器:串联式的温度控制方案中,设备或部位之间的温度相互关联。
使用高质量的温度传感器,使得系统能够对温度变化作出即时响应。
过热汽温串级控制的应用领域过热汽温串级控制的应用领域非常广泛,主要应用于电力工业,如燃料电站和核电站等。
1.燃料电站:在燃料电站中,过热汽温串级控制方案可以帮助控制过热器的温度,提高燃烧效率,延长燃烧系统的使用寿命,同时能够降低燃料成本。
这种控制方式可以确保短时间内热管道的持续稳定运行,开启了大容量电站运行的先河。
2.核电站:在核电站中,过热器是核反应堆的关键部件之一,也是高效能发电的重要组成部分。
过热汽温串级控制技术可以帮助控制过热器的温度,确保反应堆在高温下的稳定运行,延长设备寿命,同时保证最小的关机时间和最佳的发电效率。
结论过热汽温串级控制方案是一种创新的、高效的控制方案。
它能够帮助电站管理人员实现精准控制、高效运营,同时能够提高热平衡和温度稳定性。
汽温控制系统

1 蒸汽温度控制系统设计1.1 控制系统任务保证机组的安全经济运行,要求主蒸汽温度为设定值。
过热汽温调节的任务是维持过热器出口蒸汽温度再允许范围内,并且保护过热器,使管壁温度不超过允许的工作温度。
过热温度过高,可能造成过热器、蒸汽管道和汽轮机的高压部分金属损坏,因而过热温度的上限不应超过额定值5C 。
过热蒸汽温度过低,又会降低全厂的热效率并影响汽轮机的安全经济运行,因而过热汽温的下限一般不低于额定值10C 。
过热汽温的额定值通常在500C 以上。
1.2 控制系统构成控制系统的构成,主要由被控对象——过热器管道,执行机构——执行器(电动喷水阀门),检测变送组件——热电偶或温度变送器,控制系统核心部件——调节器(电动控制器)组成。
其中,被调量(测量值)——主汽温度,调节量(控制信号)——喷水流量,干扰信号——炉膛燃烧情况。
1.3 控制系统结构框图图1-1汽温控制系统结构框图1.4 控制过程简要分析当主汽温度的测量值等于设定值时,喷水阀门不动,系统处在动态平衡状态。
此时,若炉膛燃烧情况发生变化,使汽温上升,造成给定值和测量值产生偏差,则偏差信号经过控制器的方向性判断及数学运算后,产生控制信号使喷水阀门以适当形式打开,喷水量增加。
测量值最终回到设定值,系统重新回到平衡状态。
2 控制系统工作原理系统中有两个调节器,构成两个闭环回路。
内回路祸福回路,包括控制对象、副参数变送器、副调节器、执行器和喷水阀,它的任务是尽快消除减水温度的干扰,在调节过程中起初调作用;外回路或主回路,包括主对象、主参数变送器、主调节器、副回路,其作用是保持过热器出口汽温等于给定值。
主调节器接受被控量出口汽温以及给定值信号,主调的输出给定汽温与喷水减温器出口汽温共同作为副调节器输入,副调节器输出汽温信号控制执行机构位移,从而控制减温水调节阀门的张开闭合程度。
当炉膛燃烧剧烈,过热器管道过热,有喷水量的自发性增加造成干扰,如果不及时加以调节,出口温度将会降低,但因为喷水干扰引起的汽温降低快于出口汽温的降低,温度测量变送器输出的汽温信号会降低,副调节器输出也降低,通过执行器使喷水阀门开度减少,则喷水量降低,使扰动引起的汽温变化波动很快消除,从而使主汽温基本上不受影响。
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第一部分 多容对象动态特性的求取
控制对象是指各种具体热工设备,例如热工过程中的各种热交换器,加热炉、锅炉、贮 液罐及流体输送设备等。
尽管它们的结构和生产过程的物理性质很不相同,从控制的观点来 看它们在本质上有许多相似之处。
控制对象是自动控制系统中的一个重要组成部分。
它的输 出信号通常是生产过程中要求控制的被调量;它的输入信号是引起被调量变化的各种因素 (扰动作用和控制作用)。
对象的动态特性取决于它的内部过程的物理性质,设备的结构参数和运行条件等,原则 上可以用分析方法写出它的动态方程式。
但是由于一般热工对象内部过程的物理性质比较复 杂,加之运行过程中的一些实际条件很难全面予以考虑,因此用分析方法并不容易得到动态 特性的精确数学表达式。
比较常用的方法是在运行条件下通过实验来获得对象的动态特性。
根据测定到的对象阶跃响应曲线,可以把它拟合成近似的传递函数,根据阶跃响应曲线 求近似传递函数有很多方法,采用的传递函数在形式上也是各式各样 有自平衡能力的高阶对象的阶跃响应曲线如图所示:
无迟延一阶对象阶跃响应曲线
选定的传递函数的形式为
()()
1N
K
W S TS =
+
即采用一个n 阶等容惯性环节来近似表征。
上式中有三个待定的参数:放大系数K ,时间常数T 和阶数n ,传递函数的放大系数K 的求取方法按前面求取公式确定。
(1)作稳态值的渐近线y(∞),则
()()
0Y Y K μ
∞-=
∆
在试验获得的阶跃响应曲线上,求得y(t 1)=0.4y(∞)及y(t 2)=0.8y(∞)时对应的时间 t 1、t 2 后,利用下式求阶数n :
利用两点法公式可知(见《热工控制系统》谷俊杰,课本62 页公式):由曲线可知放大
系数K ,利用两点法可确定t1,t2,利用如下公式计算对象阶次和惯性时间。
2
1.07510.521T N T T *⎛⎫
=+ ⎪-⎝⎭
122.16T T T N +≈
上式求得的n 值不是整数时,应选用与其最接近的整数。
某主汽温对象不同负荷下导前区和惰性区对象动态特性如下:
37%: 导前区: 2
5.1
779551
S S -++ 惰性区: 87654
1.051
1052513693056791485283138501091836335285032463032785717119679S S S S S
-++++ 32
10135188895204601
S S S +++
对于上述特定负荷下主汽温导前区和惰性区对象传递函数,可以用两点法求上述主汽温 对象的传递函数,传递函数形式为()()
1N
K
W S TS =+,利用Matlab 求取阶跃响应曲线,
然后利用两点法确定对象传递函数。
Matlab 应用如下所示:
利用两点法公式可知(见《热工控制系统》谷俊杰,课本62 页公式):由曲线可知放大 系数K=5.1,利用两点法可确定t1=38.1,t2=82.5,
2
1.07510.521T N T T *⎛⎫
=+ ⎪-⎝⎭
≈2 122.16T T T N +≈
≈27.9
()()
0Y Y K μ
∞-=
∆=5.1
即可根据阶跃响应曲线利用两点法确定其传递函数:
()()
2
5.1
27.91w s s =
+
惰性区:
同理可得:
K=1.051 t1=395 t2=582 N=8 T=56.5 ()()
8
1.051
56.51w s s =+
第二部分 单回路系统参数整定
利用第一部分建立的对象传递函数,进行参数整定。
为便于分析,可以采用第一部分建 立的主汽温对象的惰性区对象(为一多容惯性环节)进行参数整定。
本指导书以第一部分整定确定的对象()()
8
1.051
56.51w s s =
+为例,进行参数整定。
一、临界比例带法确定调节器参数
采用等幅振荡法通过试凑法逐步确定等幅振荡时比例调节器的比例增益,和计算确定的 调节器参数进行比较。
对于对象()()
8
1.051
56.51w s s =
+,计算确定8
1
1.051cos 8kp π=
⎛
⎫ ⎪
⎝
⎭
将计算确定的参数kp =1.793,投入系统运行,系统结构如下图所示。
其中In1 Out1 模块如下图得到:
仿真后系统输出为:
根据等幅振荡是比例增益和系统输出曲线确定的等幅振荡周期T=760,可以查表确定当系统衰
减率φ= 0.75时调节器参数kp=0.8538 ki=0.0019kd=97.3343
根据查表确定的调节器参数,投入闭环运行,观察运行效果:
第三部分串级控制系统参数整定
一、主蒸汽温度串级控制系统参数整定
本实验以某300MW 机组配套锅炉的过热汽温串级控制系统为例,其原理结构图如下图所示:
图 3-1 过热汽温串级控制系统原理结构图
由上图,可得过热汽温串级控制系统的方框图如下:
图3-2 过热汽温串级控制系统方框图
在MATLAB 软件的Simulink 工具箱中,打开一个Simulink 控制系统仿真界面,根据图
3-2 所示的过热汽温串级控制系统方框图建立仿真组态图如下,其中主汽温对象选取100%负荷下的导前区和惰性区对象传递函数。
图3-3 过热汽温串级控制系统仿真组态图
上图中,惰性区对象的传递函数为:
利用选中这六个模块后,选择右键Create Subsystem 即可创建对象,惰性区对象也可
用上图中六个模块表示。
串级控制系统参数整定步骤如下:
1、首先整定内回路,即副调节器参数的整定
将图3-3 所示过热汽温串级控制系统仿真组态图中主回路反馈系数r1 设为0(即断开主回路
的反馈),同时令主调节器的比例系数1kp =1,积分系数1ki =0,微分系数1kd =0。
将阶跃信号输出模块(Step )的终值(Final value )设为过热蒸汽温度的稳态值535℃,仿真时间设为1000s ,逐渐增加副调节器的比例系数2kp ,在响应曲线显示器Scope1 中观察温度t2 的变化,使温度t2 尽快达到稳定,并尽量接近稳态值419.28℃,此时的比例系数2kp 即为副调节器的比例系数为4.4457。
根据副调节器参数,投入内回路闭环运行,观察运行效果:
2、整定外回路,即主调节器参数的整定
将图3-3 所示过热汽温串级控制系统仿真组态图中主回路反馈系数r1 改为1(即将主 回路反馈投入),副调节器的比例系数2kp 保持上一步的整定参数不变,仿真时间设1000s , 逐渐增加主调节器的比例系数1kp ,在响应曲线显示器Scope 中观察温度t1 的变化,直至 响应曲线出现等幅振荡,记下此时的比例系数1kp =2.02,同时通过响应曲线可以确定振荡周期Tk =220 ,
1kp =2.02,振荡周期Tk =220
查表即可确定调节器参数值(见谷老师热工控制系统课本177 页表6-7)。
带入以下公式即可以计算主调节器的各参数: 主调节器比例系数11 2.1kp k δ=
=0.9667;积分系数:1
1 1.26ki Tk k δ==0.007323; 微分系数14Tk
Kdl k
δ==31.9007
3、完成过热汽温串级控制系统的参数整定后,在1500s 时加入减温水扰动,即将阶跃信
号输出模块(Step1)的响应时间(Step time)设为1500,终值(Final value)设为2500,仿真后在响应曲线显示器Scope 中观察减温水量增加后对过热蒸汽温度t1 的影响。
观察运行效果:
第四部分某电厂热工系统SAMA图分析
对汽包锅炉给水控制系统SAMA图分析,根据自己的理解画出其结构简图。
如图所示:
实用文档
总结
通过对过热汽温控制系统的分析与研究,了解到了过热汽温控制的原理以及相关设备的特点并且对系统的组成有一定的了解。
再对锅炉给水控制系统的读图中,又对锅炉给水系统的工作原理及系统组成有所掌握。
达到了实验的预期目的。
参考文献:
[1]单元机组协调控制,谷俊杰、彭学志、鲁许鳌[编],华北电力大学
[2]热工控制系统,谷俊杰、彭学志、朱予东、周俊霞[编] ,华北电力大学
标准。