内蒙古工业大学热工控制课程设计过热气温 六

1.2 过热汽温的动态特性
影 响 过 热 器 出 口 蒸 汽 温 度 变 化 的 原 因 很 多 ，如 蒸 汽 流 量 变 化 、燃 烧 工 况 变 化 、锅 炉 给 水 温 度 变 化 、进 入 过 热 器 的 蒸 汽 温 度 变 化 、流 经 过 热 器 的 烟 汽 温度和流速变化、锅炉受热面结垢等。但归纳起来，主要有三个方面： （ 1） 蒸 汽 流 量 （ 负 荷 ） 扰 动 下 过 热 汽 温 对 象 的 动 态 特 性 。 当 锅 炉 负 荷 扰 动 时 ，蒸 汽 流 量 的 变 化 使 沿 整 个 过 热 器 管 路 长 度 上 个 点 的 蒸 汽 流 速 几 乎 同 时 改 变 ，从 而 改 变 过 热 器 的 对 流 放 热 系 数 ，是 过 热 器 各 点 的 蒸 汽 温 度 几 乎 同 时 改 变 ，因 而 汽 温 反 应 较 快 。过 热 器 出 口 汽 温 的 阶 跃 响 应 曲 线 有 滞 后 、 有 惯 性 、 有 自 平 衡 能 力 ， 且 τ/Tc 较 小 。
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过热器
过热器
蒸汽
2
1
PI1
PI2
Kz
减 温 水 WB
图 1-4 串 级 过 热 汽 温 控 制 系 统
图 1-5 主 汽 温 串 级 控 制 系 统 原 理 框 图
串 级 控 制 系 统 能 改 善 控 制 品 质 ，主 要 是 由 于 有 一 个 能 快 速 动 作 的 内 回 路
1.3 过热汽温控制系统的目的
过热蒸汽温度自动控制的任务是维持过热器出口蒸汽温度在允许范围 内 ，并 且 保 护 过 热 器 ，是 使 管 壁 温 度 不 超 过 允 许 的 工 作 温 度 。过 热 蒸 汽 温 度 是 锅 炉 运 行 质 量 的 重 要 指 标 之 一 ，过 热 蒸 汽 温 度 过 高 或 过 低 都 会 显 著 地 影 响 电 厂 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 和 汽轮机的高压部分金属损坏， 因 而 过 热 汽 温 的 上 限 一 般 不 应 超 过 额 定 值 5℃ 。 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 10 ℃ 。 过 热 汽 温 的 额 定 值 通 常 在 500℃ 以 上 ，例 如 高 压 锅 炉 一 般 为 540℃ ，就 是 说 要 是 过 热 汽 温 保 持 在 540± 5℃ 的范围内。
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也 同 时 变 化 ， 所 以 汽 温 反 应 较 快 ， 其 时 间 常 数 Tc 和 延 迟 τ均 比 其 他 扰 动 小 。
图 1-2 烟 气 热 量 扰 动 下 过 热 汽 温 阶 跃 响 应 曲 线
（ 3） 减 温 水 量 扰 动 下 的 过 热 汽 温 动 态 特 性 。 当 减 温 水 量 扰 动 时 ，改 变 了 高 温 过 热 器 的 入 口 汽 温 ，从 而 影 响 了 过 热 器 出 口 汽 温 。其 特 点 也 是 有 延 迟 、有 惯 性 、有 自 平 衡 能 力 的 。但 是 由 于 现 代 大 型锅炉的过热汽管路很长，因而当减温水量扰动时，汽温反应较慢 。
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热 器 的 烟 温 升 高 ，因 而 使 过 热 器 的 汽 温 上 升 ，而 过 热 器 本 事 发 生 积 灰 或 结 渣 将使过热汽温下降。 b、 饱 和 蒸 汽 用 量 。 当 锅 炉 的 吹 灰 器 或 其 它 辅 机 使 用 饱 和 蒸 汽 时 ， 为 了 供应饱和蒸汽就需要增加燃料，其结果将使过热汽温升高。 c、 排 污 量 。 排 污 对 过 热 汽 温 的 影 响 和 使 用 保 护 蒸 汽 一 样 ， 但 由 于 排 污 水的焓较低，故影响较小。 d、 燃 烧 性 质 对 过 热 汽 温 的 影 响 。 当 由 煤 粉 改 燃 油 时 ， 由 于 炉 膛 内 的 辐 射吸热百分率增大，过热汽温将降低。 e、 尾 部 烟 道 中 再 热 汽 温 控 制 挡 板 位 置 对 过 热 汽 温 的 影 响 。 例 如 ， 当 关 小再热器烟道挡板（一般相应增大过热器挡板）时，过热汽温会升高。
图 1-1 蒸 汽 流 量 扰 动 下 过 热 汽 温 阶 跃 响 应 曲 线
（ 2） 烟 气 热 量 扰 动 下 的 过 热 汽 温 的 动 态 特 性 。 烟气热量扰动（烟汽温度和流速产生变化）时，由于烟流速和温度的 变 化 也 是 沿 整 个 过 热 器 同 时 改 变 的 ，因 而 沿 过 热 器 整 个 长 度 使 烟 气 传 递 热 量
第一章 过热汽温控制系统特性分析
1.1 过热汽温的静态特性
（ 1） 锅 炉 负 荷 与 过 热 汽 温 的 关 系 锅 炉 负 荷（ 一 般 可 用 总 分 量 代 表 ）增 加 时 ，炉 膛 中 燃 烧 的 增 加 ，但 炉 膛 中 的 最 高 温 度 没 有 多 大 变 动 ，炉 膛 辐 射 放 热 量 相 对 变 化 不 大 ，使 得 炉 膛 出 口 烟 温 增 高 。这 说 明 负 荷 增 加 时 ，每 千 克 燃 料 的 辐 射 放 热 百 分 率 减 少 ；而 在 炉 膛 后 的 对 流 换 热 区 中 ，由 于 烟 温 和 烟 速 的 提 高 ，每 千 克 燃 料 的 对 流 放 热 百 分 率 将 增 大 。因 此 ，对 于 对 流 式 过 热 器 来 说 ，当 锅 炉 的 负 荷 增 加 时 ，出 口 汽 温 的稳态值升高； 辐射式过热器则具有相反的汽温特性， 即当锅炉负荷增加时， 会 使 出 口 汽 问 的 稳 态 值 降 低 。两 种 过 热 器 的 串 联 配 合 ，可 以 取 得 较 平 的 汽 温 特性，但在一般采用这两种过热器串联的锅炉中，过热器出口的蒸汽温度， 在某个负荷范围内，随锅炉负荷的增加将有所升高。 （ 2） 过 剩 空 汽 系 数 与 过 热 汽 温 的 静 态 关 系 过剩空汽量改变时燃烧生成的烟气量亦改变，然而所有对流受热面吸热 改 变 ，而 且 对 离 锅 炉 出 口 较 远 的 受 热 面 影 响 显 著 。目 前 大 多 数 锅 炉 的 过 热 器 均以对流吸热为主，当增大过剩空汽量时，将使过热汽温上升。 （ 3） 给 水 温 度 与 汽 温 的 关 系 提 高 给 水 温 度 将 使 过 热 汽 温 下 降 ，这 是 因 为 产 生 每 千 克 蒸 汽 所 需 的 燃 料 量 减 少 了 ，流 经 过 热 器 的 烟 气 量 也 减 少 了 。因 此 ，是 否 投 入 高 压 给 水 加 热 器 会使给水温度相差很大，这对过热汽温有明显影响。 （ 4） 燃 烧 器 的 运 行 方 式 与 过 热 汽 温 的 静 态 关 系 在 炉 膛 内 投 入 高 度 不 同 的 燃 烧 器 或 改 变 燃 烧 器 倾 角 (再 热 器 温 调 节 的 需 要 )会 影 响 炉 内 温 度 分 布 和 炉 膛 出 口 烟 温 ，因 而 也 会 影 响 过 热 汽 温 ，火 焰“ 中 心”相对提高时，过热汽温将升高。 （ 5） 进 入 过 热 器 的 蒸 汽 的 热 焓 与 过 热 汽 温 的 静 态 关 系 一 定 压 力 下 ，过 热 器 入 口 蒸 汽 焓 值 增 加 ，将 使 出 口 汽 温 增 加 ；采 用 喷 水 减 温 ，喷 水 量 增 加 ，进 入 过 热 器 的 蒸 汽 热 焓 降 低 ，过 热 汽 温 下 降 。同 一 负 荷 下 ，当 锅 炉 汽 包 压 力 较 低 时 ，进 入 过 热 器 蒸 汽 的 饱 和 蒸 汽 焓 值 比 较 高 压 力 下 的饱和蒸汽的焓值要高， 但汽包产生的蒸汽减少了， 所以出口主汽温将增加。 （6 ）其它因素与过热汽温的静态关系 a、 受 热 面 清 洁 程 度 。 过 热 器 之 前 的 受 热 面 发 生 积 灰 或 结 渣 时 ， 进 入 过
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存 在 。由 图 可 以 看 出 ，导 前 汽 温 2 信 号 能 快 速 反 映 扰 动 ，尤 其 是 减 温 水 侧 的 自 发 性 扰 动 WB1 ， 只 要 2 变 化 ， 内 回 路 就 立 即 动 作 ， 用 副 调 节 器 WT 2 （ s） 的 输出去控制减温水量， 使 2 维持在一定范围内， 从而使过热汽温 1 基本不变。 当 主 汽 温 1 偏 离 给 定 值 时 ， 则 由 主 调 节 器 WT 1( s ) 发 出 校 正 信 号 V 1 ， 通 过 副 调 节 器 及 执 行 器 改 变 减 温 水 量 ，使 主 汽 温 最 终 恢 复 到 给 定 值 。主 调 节 器 的 输 出 信号 V1相当于副调节器的可变给定值。 可 见 ，在 串 级 过 热 汽 温 控 制 系 统 中 ，内 回 路 的 任 务 是 尽 快 消 除 减 温 水 量 的自发性扰动和其他进入内回路的各种扰动，对过热汽温的稳定起粗调作 用 ， 副 调 节 器 一 般 可 采 用 P或 PD调 节 器 ； 而 外 回 路 的 任 务 是 保 持 过 热 汽 温 等 于 给 定 值 ， 所 以 主 调 节 器 可 采 用 PI或 PID调 节 器 。
图 1-3 减 温 水 量 扰 动 下 过 热 汽 温 阶 跃 响 应 曲 线
对 于 一 般 高 、中 压 锅 炉 ，减 温 水 流 量 扰 动 时 ，汽 温 的 延 迟 时 间 τ ≈10~20s ，
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T c < 100s 。 可 见 ， 当 负 荷 扰 动 或 烟 气 量 扰 动 时 ， 汽 温 的 反 应 较 快 ； 而 减 温 水 量扰动时， 汽温的反应较慢。 因而从过热汽温控制对象动态特性的角度考虑， 改 变 烟 气 侧 参 数（ 改 变 烟 温 或 烟 气 流 量 ）的 控 制 手 段 是 比 较 理 想 的（ 因 为 负 荷信号由用户决定，不能作为控制量） ，但具体实现较困难，所以尽管对象 的 特 性 不 太 理 想 ，但 还 是 目 前 广 泛 被 采 用 的 过 热 蒸 汽 温 度 控 制 方 法 。采 用 喷 水 减 温 时 ，由 于 对 象 控 制 通 道 有 较 大 的 延 迟 和 惯 性 以 及 运 行 中 要 求 有 较 小 的 汽 温 控 制 偏 差 ，所 以 采 用 单 回 路 控 制 系 统 往 往 不 能 获 得 较 好 的 控 制 品 质 。针 对 过 热 汽 温 控 制 对 象 控 制 通 道 惯 性 延 迟 大 、被 调 量 信 号 反 馈 慢 的 特 点 ，应 该 从对象的控制通道中找出一个比被调量反应快的中间电信号作为调节器的 补充反馈信号，以改善对象控制通道的动态特性，提高控制系统的质量。