第06章 锅炉蒸汽温度控制系统

图6-4 减温水量变化对过 热汽温的影响
特点： 有延迟，有惯性和有自平衡能力，延迟时间约 为30~60s。减温水量是常用的调节量。
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2．再热蒸汽温度控制对象的动态特性
再热蒸汽温度控制对象的动态特性依控制方式的 不同动态特性也不同。 图6-5是125MW机组的动态 特性，当挡板从0％－100 ％变化时，再热汽温变化 58℃，滞后时间80s；其 传递函数可用四阶惯性环 节的传递函数表示：
3．串级控制系统具有一定的自适应能力
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三、串级控制系统主副回路和主副调节器选择 1. 主副回路的选择原则 (1) 副回路应该把生产过程的主要干扰包括在内， 力求把变化幅度最大、最剧烈和最频繁的干扰包括在副 回路内，充分发挥副回路改善系统动态特性的作用，保 证主参数的稳定; (2) 选择副回路时，应力求把尽量多的干扰包括进 去，以尽量减少它们对主参数的影响，提高系统抗干扰 能力; (3) 主副对象的时间常数应适当匹配，串级控制系 统与单回路控制系统相比，其工作频率提高了，但这与 主副对象的时间常数选择是有关的。原则是两者相差大 一些，效果好一些。
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（３）减温水量扰动下过热汽温对象的动态特性 常用的减温方法有两种： 喷水式减温和表面式减温，前 者的效果比后者好，喷水式减 温器一般装在末级过热器高温 段前面，一方面保护了过热器 高温段，另一方面又改善了调 节性能。这种过热器的安装方 法与在饱和侧装设表面式减温 器相比，延迟时间能减小1/4。
图6-5 烟流挡板控制再热汽温的动态特性
W (s ) =
K (1 + T s )4
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§6.2
主蒸汽温度的串级控制
在大型锅炉中，过热 器管道较长，结构亦复杂， 为了改善控制品质，一般 采用分段控制，即将整个 过热器分成若干段，每段 设臵一个减温器，分别控 制各段的汽温，以维持主 汽温为给定值。 一、系统结构 主蒸汽温度串级控制 的基本结构(最后一级)如 图6-6所示。。
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第六章 锅炉蒸汽温度控制系统
§6.1 概 述
§6.2 主蒸汽温度的串级控制 §6.3 主蒸汽温度的导前微分控制 §6.4 主蒸汽温度系统的实际举例 §6.5 再热蒸汽温度控制 §6.6 再热蒸汽温度控制实际举例
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副回路：
WD2 (s) Wm2 (s) Wd (s) WT (s) Wz (s) Wf (s)
主回路：
WD1 (s) Wm1 (s) WT (s) Wz (s) Wf (s) WD2 (s)
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2．再热蒸汽温度控制的任务 随着蒸汽压力的提高，为了提高机组热循环的经济
性，减少汽轮机末级叶片中蒸汽湿度，高参数机组一般
采用中间再热循环。将高压缸出口蒸汽引入锅炉，重新 加热至高温，然后再引入中压缸膨胀做功。一般再热蒸
汽温度随负荷变化较大，当机组负荷降低30%时，再热
蒸汽温度如不加以控制，锅炉再热器出口汽温将降低 28∽35 ℃(相当于负荷每降低10%时，汽温降低10℃)。 所以大型机组必须对再热汽温进行控制。
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二、蒸汽温度控制对象的动态特性 1. 主蒸汽温度控制对象的动态特性 主要为蒸汽流量、烟气传热量和减温水扰动。 （１）蒸汽扰动下对象的动态特性 引起蒸汽流量变化的原因有二：一是蒸汽母管的压力 变化，二是汽轮机调节汽门的开度变化。结构形式不同的 过热器，在相同蒸汽流量D的扰动下，汽温变化的静态特 性是不同的。对于对流式过热器的出口温度，随着蒸汽流 量D的增加，通过过热器的烟气量也增加，导致气温升高； 对于辐射式过热器，蒸汽流量D增加时，炉膛温度升高较 少，炉膛辐射给过热器受热面的热量比蒸汽流量的增加所 需的热量要少，因此辐射式过热器的出口汽温反而下降， 对流式过热器和辐射式过热器的出口汽温对负荷变化的反 应是相反的，其静态特性如下。
图6-6 串级控制系统结构图
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原理框图如图6-7所示
图6-7 串级控制系统原理方框图
主参数(主变量)： 串级控制系统中起主导作用的被调参 数称为主参数。 副参数(副变量)： 其给定值随主调节器的输出而变化， 能映主信号数值变化的中间参数称为 副参数。这是一个为了提高控制质量 而引起的辅助参数。
时亦称随动回路。
主对象： 主参数所处的那一部分工艺设备，它的输入信号
(惰性区) 为副变量，输出信号为主参数，记为WD1(s)
副对象(导前区)： 副参数所处的那一部分工艺设备，它的 输入信号为调节量，其输出信号为副参数(副变 量)，记为WD2(s)
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有延迟，有惯性， 有自平衡能力。
图6-1 蒸汽量变化与对流过热器及辐射过 热器出口汽温变化的静态特性
图6-2 蒸汽量变化对过热器 汽温的影响
实际生产中，通常把两种过热器结合使用，还增 设屏式过热器，且对流方式下吸收的热量比辐射方式 下吸收的热量要多，因此综合而言，过热器出口汽温 是随流量D的增加而升高的。动态特性如图6-2所示。 注意：蒸汽流量的扰动不能作为调节信号用。
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§6.1 概
述
一、蒸汽温度控制的任务 1. 主蒸汽温度控制的任务 维持过热器出口温度在允许的范围之内，并保护过热 器，使其管壁温度不超过允许的工作温度。 过热蒸汽温度是锅炉汽水系统中的温度最高点，蒸汽 温度过高会使过热器管壁金属强度下降，以至烧坏过热器 的高温段，严重影响安全。 过热蒸汽温度偏低，则会降低发电机组能量转换效率， 据分析，汽温每降低5℃，热经济性将下降1%；且汽温偏 低会使汽轮机尾部蒸汽湿度增大，甚至使之带水，严重影 响汽轮机的安全运行。一般规定大容量高参数火力发电机 +5 o 组都要求保持过热蒸汽温在 540- 10 C 的范围内。
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§6.4
主蒸汽温度系统的实际举例
下面以某电厂350MW机组主汽温控制系统为例，对系 统进行分析。 一、主汽温自动控制系统概况 该电厂350MW机组主汽温控制系统是三菱DIASYS－UP 型DCS中闭环控制系统（CCS）中的子系统。该系统的主 要任务是严格地将主汽温度控制在给定值附近，暂时偏 差不允许超过±10℃，长期偏差不允许超过±5℃，这个 要求对于主蒸汽温度控制系统来说是非常高的。该厂的 主汽温控制系统的过热器由三级（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级）组成， 采用两级（一、二级）喷水减温调节，每级分为左、右 两侧，两侧对称布臵，结构相同，特性相近，如下图所 示。
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§6.3
一、系统结构
主蒸汽温度的导前微分控制
图6-13
导前微分控制系统结构简图
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内扰
导前区对象
惰性区对象
图6-14
导前微分控制系统原理方框图
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1. 一级喷水减温控制系统
二级减温器 入口温度
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（２）烟气量扰动下过热汽温对象的动态特性
引起烟气传热量变化的原因 很多，如给粉机给粉不均匀，煤 中水分的改变，蒸汽受热面结垢， 过剩空气系数改变，汽包给水温 度变化，燃烧火焰中心位臵的改 变等。尽管引起烟气传热量变化 的原因很多，但对象特征总的特 点是：有延迟，有惯性，有自平 图6-3 烟气流量变化 衡能力。它的特征曲线如图6-3 对过热汽温的影响 所示。 从烟气侧来的扰动量使沿整个长度过热器的传热量 发生变化，汽温变化反应较快，延迟时间有10-20s，可 以用来作为调节量信号。
二、串级控制系统的特点 串级控制仍然是一个定值控制系统，主参数在干 扰作用下的控制过程与单回路控制系统的过程具有相 同的指标和形式，但与单回路系统比较，串级控制系 统具有以下特点： 1．串级控制系统具有很强的克服内扰的能力 2．串级控制系统可减小副回路的时间常数，改善对象 动态特性，提高系统的工作频率。
动作的调节器称为副调节器，记为WT2(s)
主回路(外回路)： 断开副调节器的反馈回路后的整个回
路称为主回路。
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副回路： 由副参数，副调节器及其所包括的一部分对象等 (内回路) 环节所组成的闭合回路称为副回路，副回路有
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一级减温器出口温度 TE 二级减温器入口温度 TE 二级减温器出口温度 三级过热器出口温度 TE TE
一级过热器 一级减温器 汽包
二级过热器 二级减温器
三级过热器
汽机
一级喷水控制阀
二级喷水控制阀主汽温热力系统图 Nhomakorabea二、主汽温自动控制系统分析 由于机组容量大，过热器管道比较长，为了易于控制， 把过热器分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等三级，设有两级喷水减温器， 采用分段控制系统。这样，主汽温控制系统由一级喷水减 温控制系统和二级喷水减温控制系统组成。其SAMA图如下 图所示，图中只画出了左侧系统结构组成图，右侧与左侧 一样，故省略，没有画出。
二、导前微分控制系统的特点 1. 引入导前微分信号缩短 了迟延时间，等效地改善了 控制对象的动态特性 在汽温导前微分控制系 统中，当减温水量发生阶跃 扰动时，I1、I2 变化如图615所示。 迟延时间缩短后，可控 性变好，控制品质将得到改 善。
图6-15 减温水量扰动时各信号
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2．引入导前微分信号能减小动态偏差，改善控制品质 曲线1、2分别为 θ1、 θ* 自平衡飞升特性曲线； 曲线3、4为加导前微分 信号前后的调节曲线； 曲线5、6则为加导前微 分信号前后θ1的过渡过 程曲线。
图6-16 阀门开度阶跃扰动下汽温特性
由于迟延时间和惯性都减小了，因而在调节器参数 相同的情况下，加入微分信号可以减小过渡过程时间， 改善控制品质。 3．导前微分控制系统有很强的克服内扰的能力
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主调节器： 根据主参数与给定值的偏差而动作，其输 (主控制器) 出作为副调节器的给定值的调节器称为主 调节器，记为WT1(s) 副调节器： 其给定值由主调节器的输出决定，并根据
(副控制器) 副参数与给定值(即主调节器输出)的偏差
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2. 主、副回路调节器调节规律的选择原则 （1）主参数控制质量要求不十分严格，同时在 对副参数的要求也不高的情况下，为使两者兼顾而采 用串级控制方式下，主、副调节器均可采用比例控制。 （2）要求主参数波动范围很小，且不允许有余 差(稳态误差)，此时副调节器可采用比例控制，主调 节器采用比例积分控制。 （3）主参数要求高，副参数亦有一定要求， 这时主副调节器均采用比例积分控制。