过热汽温控制课程设计

概述 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -1 中英文摘要 - - - - - - - - - - - - - - - - - -3第一章绪论 - - - - - - - - - - - - - - - - -5 1.1控制系统基本原理及组成

1.2汽温控制系统的被控对象

1.3本课程设计的题目及任务

第二章过热汽温控制 - - - - - - - - - - - - - -8 2.1 过热汽温控制的任务

2.2 过热汽温控制的难点及设计原则

2.3 过热汽温对象模型的建立及其特性

第三章过热汽温控制系统的设计 - - - - - - - - -15 3.1 过热汽温系统的串级控制方案

3.2 具体设计方案

3.3 设计的论证

3.4 控制系统的切换

第四章课程设计总结及体会 - - - - - - - - - - -28 4.1课程设计总结

4.2体会

结束语 - - - - - - - - - - - -- - - - - - - -31 参考文献 - - - - - - - - - - - - - - - - - -32

单元机组是由锅炉、汽轮发电机和辅助设备组成的庞大的设备群。由于其工艺流程复杂，设备众多，管道纵横交错，有上千个参数需要监视、操纵或控制，而且电能生产还要求有高度的安全可靠性和经济性，因此，目前，采用以分散微机为基础的集散型控制系统（TDCS）组成一个完整的控制、保护、监视、操作及计算等多功能自动化系统。

在现代火力发电厂热工控制中，锅炉过热蒸汽温度是影响锅炉生产过程安全性和经济性的重要参数,也是整个汽水行程中工质的最高温度，对电厂的安全经济运行有重大影响。由于过热器正常运行时的温度已接近材料允许的极限温度，因此，必须相当严格地将过热汽温控制在给定值附近。过热汽温偏高会使蒸汽管道、汽轮机内某些零部件产生过大的热膨胀变形而损坏，威胁机组的安全运行。过热汽温偏低则会降低机组的热效率，增加燃料消耗量，浪费能源，同时会使汽轮机最后几级的蒸汽湿度增加，加速汽轮机叶片的水蚀，从而缩短汽轮机叶片的使用寿命，所以过热蒸汽温度过高或过低都是生产过程所不允许的。

过热蒸汽温度一般可以看作多容分布参数受控对象，其动态特性描述可用多容惯性环节表示，该对象具有明显的滞后特性。现代锅炉机组大多采用那些大容量、高参数、高效率的大型锅炉，其过热器管道加长，结构也更复杂。在锅炉运行中，影响过热器出口蒸汽温度的因素很多，有蒸汽流量、燃烧状况、锅炉给水温度、流经过热器的烟气温度、流量、流速等等。在这些因素的共同作用下，过热汽温对象除了具有多容、大惯性、大延迟特性之外，往往表现出一定的非线性和时变特性，因此，过热汽温控制是锅炉各项控制中较为困难的任务之一。针对上述情况设计的过热汽温控制系统，既要求对烟气侧扰动及负荷扰动等较大外扰具有足够快的校正速度，同时又要求对减温水内扰有较强的抑制能力，从而使系统具有足够的稳定性和良好的控制品质，并能保证系统运行的安全性。因此，能否对过热汽温进行有效的控制，研究如何改善过热汽温系统的控制品质，对电厂能否安全稳定运行来说是至关重要的，在经济性上也有十分重要的意义。

摘要

随着我国电力工业的迅速发展，越来越多的高参数大容量机组陆续投产。从发展趋势看, 600MW 及以上等级的火电机组已成为大电网的主力机组。

锅炉过热蒸汽温度是影响锅炉生产过程安全性和经济性的重要锅炉过热蒸汽温度是影响锅炉生产过程安全性和经济性的重要参数,现代锅炉的过热器是在高温、高压的条件下工作。必须通过自动化手段加以控制，维持其出口蒸汽温度在生产允许的范围内。因此，需要采用适当的减温方式改变过热器入口的蒸汽温度。从而控制出口的过热蒸汽温度。

本课程设计以600MW火电机组锅炉串级过热气温调节系统为研究对象，根据已知的参数对其进行设计，以达到准确控制过热气温目的。

关键词：过热汽温；串级控制系统；动、静态特性

第一章绪论

1.1控制系统基本原理及组成

在工业生产过程中，为了保证生产的安全性、经济性，保持设备的稳定运行，必须对标志生产过程进行情况的一些物理参数进行调节，使它们保持在所要求的额定值附近，或按照一定的要求变化，如火电厂中汽轮机的转速，锅炉蒸汽的温度、压力，汽包的水位，炉膛负压等。在设备运行中这些参数要经常受到各种因素的影响而偏离额定值，此时，运行人员就及时进行操作，对它们加以控制，使这些参数保持为所希望的数值。这一操作过程就是调节，这个调节任务可以由人工操作来完成，称为人工调节，假若用一套自动控制装置来代替人工操作，就是自动调节。

自动控制系统一般由测量变送装置、控制器、执行器、被控对象等组成。其控制系统方块图如下所示。

图1-1过程控制系统组成框图

其中，y(t)为被控参数，变送器单元将被控参数检测出来并变换成便于远送的统一信号z(t)；z(t)与给定信号x(t)比较的偏差e(t)=z(t)-x(t)；e(t)经控制器运算后输出控制作用u(t)；u(t)控制

执行器调节阀的开度，改变流体的流量q(t),从而使被控参数y(t)回到给定值x（t）附近，q(t)称为控制参数；从被控参数检测点至调节阀之间的管道或设备，称为被控过程，可简称过程；作用于过程且使被控参数y(t)变化得作用称为扰动。控制参数q(t)作用是使被控参数稳定于给定值附近，称为内部扰动；扰动作用f(t)企图使得被控参数y(t)偏离给定值x(t)，称为外部扰动。控制系统中控制作用就是要克服外部扰动f(t)对被控参数

y(t)的影响，保证其尽快回到给定值。

必须指出：

(1) 两个框图之间的一条带箭头的连线表示其相互关系和信号传递方向，并不表示两框之间的物料联系。

(2) 各框之间信号作用是单向的，即各框的输入信号会影响其输出信号，而输出信号会反过来影响输入信号。

(3) 调节阀控制的介质流量可以是流入过程，也可以是从过程流出来。若被控物料是输入过程的，则正好与箭头方向一致；若被控物料从过程流出来，则与箭头的方向不一致。而输出信号会反过来影响输入信号。

1.2汽温控制系统的被控对象

对于控制系统来说，对一个系统的控制品质的好坏取决于被控对象的认识，对被控对象有了好的了解和认识，就可以很好的对它进行控制，如果不能够很好认识控制系统的被控对象，对控制系统的设计和分析都是有很大难度的。

600MW机组的汽温控制系统一般由过热器、高温过热器、低温再热器和高温再热器组成。如下图所示为一机组的汽温控制系统的被控对象。

整个过程工质的流程：

水冷壁→过热器→汽轮机高压缸→再热器→汽轮机中、低压缸

图1-2汽温控制对象工质流程图

过热器是锅炉中将一定压力下的饱和水蒸气加热成相应压力下的过热水蒸气