锅炉过热蒸汽温度控制系统
蒸汽锅炉PID温度控制系统设计
目旳：
对锅炉过热蒸汽温度控制系统进行分析和设计，而对 锅炉过热蒸汽旳良好控制是确保系统输出蒸汽温度稳 定旳前提。所以本设计采用串级控制系统，这么能够 极大地消除控制系统工作中旳多种干扰原因，使系统 能在一种较为良好旳状态下工作，同步锅炉过热器出 口蒸汽温度在允许旳范围内变化，并保护过热器管壁 温度不超出允许旳工作温度。
调整器接受过热器出口蒸汽温度t变化后，调整器才开始动作， 去控制减温水流量W ，W旳变化又要经过一段时间才干影响到 蒸汽温度t，这么既不能及早发觉扰动，又不能及时反应控制旳 效果，将使蒸汽温度t发生很大旳动态偏差，影响锅炉生产旳安 全和经济运营。
燃烧工况
温度设定值
控制信号
喷水流量
控制器
执行器
过热器
温度变送器
在本设计用到串级控制系统中，主对象为送入负荷设 备旳出口温度，副对象为减温器和过热器之间旳蒸汽 温度，经过控制减温水旳流量来实现控制过热蒸汽温 度旳目旳。
蒸汽锅炉工艺流程及控制要求
蒸汽锅炉工艺流程及控制要求
锅炉是一种具有多输入、多输出且变量之间相互关联 旳被控对象。 过热蒸汽温度控制系统：主要使过热器出口温度保持 在允许范围内，并确保管壁温度不超出工艺允许范围；
被控对象建模
根据在减温水量扰动时，过热蒸汽温度有较大旳容积迟延， 而减温器出口蒸汽温度却有明显旳导前作用，完全能够构成 以减温器出口蒸汽温度为副参数，过热蒸汽温度为主参数旳 串级控制系统
温度设定值
温度主调节器
副调节器
减温水流量
蒸汽流量或者烟
扰动
气热量扰动
阀 门
减温器 2
过热蒸汽温度
过热器 1
温度变送器 温度变送器
蒸汽温度自动控制系统
WT1S
1
1
时,1
21K
1
2.21K
;Ti1
T1K 1.2
WT1S
1
1
1
1 Ti1S
时,
（3）主、副回路投入后再作适当调整。
能源与动力工程学院 （二）衰减曲线法
步骤与临界曲线法略同，不同之处要注意！
串级控制系统产生共振效应的条件是：
1.副回路的工作频率ω2接近于共振频率ω； 2.主回路的工作频率ω1接近于副回路的工作频率ω2，即 T1P≈3T2P 。
实际生产中，通常把两种过热器结合使用，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。
能源与动力工程学院
（2）动态特性 影响汽温变化的扰动因素很多，例如蒸汽负荷，烟气温度和
流速，给水温度，炉膛热负荷，送风量，给水母管压力和减温 水量。
归纳: 蒸汽流量，烟气传热量和减温水三个方面的扰动。 1）蒸汽流量扰动
能源与动力工程学院
（二）现场试验整定法
1、边界稳定法（临界曲线法） （１）先决定副调节器的比例带
主、副回路全部投入闭环，主调节器的参数设置:δ1置于较大位 置，Ti1=∞，Td1=0，副调节器的δ2 置于较大位置，且Ti2=∞，Td2=0， 而后便将副调节器的比例带由大往小调，使副回路产生不衰减振荡 （同时观察2），并记下此时的δ2K（临界比例带），T2K（振荡周 期），则副调节器的参数设置为：
2、锅炉过热汽温串级控制系统原理图
温度定值
主P调I1
副P调I2 执行器
内扰 阀门
θ2
减 导温前器区
过惰热性器区
θ1
变送器
变送器
锅炉安全控制技术——过热蒸汽温度安全控制
锅炉安全控制技术——过热蒸汽温度安全控制现代锅炉的过热器在高温高压条件下工作。
过热器出口温度是全厂工质温度的最高点，也是金属壁温的最高处，在过热器正常运行时已接近材料允许的最高温度。
如果过热蒸汽温度过高，容易烧坏过热器，也会引起汽轮机内部零件过热，影响安全运行；温度过低则会降低全厂热效率，所以电厂锅炉一般要求过热蒸汽温度偏差保持在±5℃以内。
过热蒸汽温度自动控制系统是锅炉控制中的难点。
目前，很多实际系统并没有达到控制指标的要求。
其主要原因有下述两方面。
(1)扰动因素多变化大表18—1列出了各种扰动因素对过热蒸汽温度的静态影响关系。
(2)控制通道滞后大控制过热蒸汽温度的手段总是调节减温水量。
控制通道的动特性与减温器的安装位置有关。
假若能将减温器装于过热器的出口，显然控制通道的滞后要小得多。
但是这样的工艺流程对过热器的安全是不利的。
为了保护过热器不超温，工艺上总是将减温器安装在过热器的人口，这将带来控制对象较大的滞后。
过热蒸汽控制对象特性可用一阶加线滞后来近似。
线滞后r和时间常数丁的大小还与减温器的形式有很大关系。
表面式减温器的滞后较大，，约为60s，T约为130s；混合式减温器滞后较小，t约为30s，T约为100s。
过热蒸汽温度安全控制系统的基本方案见图18—15和图18—16。
图18—15的方案是两个温度的串级控制。
设计该方案的前提是减温器到过热器之间有预留孔，允许安装测温元件测取θ2。
图18—16方案用减温水流量作副回路。
由于锅炉进水系统往往合用一根总管，然后分两路：一路作为锅炉汽包的进水；另一路是减温水，这就造成锅炉液位控制系统和过热蒸汽温度系统的严重关联。
而设置这种流量副回路可大大削弱这种关联的影响。
烟道气温度日，往往是该温度系统的重要扰动，在这里通过设置前馈控制减少它的影响。
需要指出的是，由于不同的工艺情况，过热蒸汽温度被控过程的难控程度具有极大差异。
假若减温器采用混合器，而且在减温器出口又允许安装测温元件，对这种情况只要采用图18—15方案，即能得到很满意的控制效果。
锅炉过热蒸汽温度控制系统设计研究毕业设计开题报告
重点解决的问题
主要内容：
1、建立被控对象数学模型。
2、基于单片机设计总体方案，进行PID控制规律的选用与数字化。
3、硬件设计，包括单片机输入信号接口电路、外围电路等。
4、软件设计，包括初始化及主程序、控制程序、A/D和D/A转换程序及其他处理程序。
5利用PROTUES仿真。
重点解决的问题：
锅炉是我国工业生产和生活上应用面最广、数量最多的热力设备，是石油化工、发电等工业过程必不可少的重要动力设备，其产物蒸汽不但可以作为蒸馏、干燥、反应、加热等过程的热源，而且还可以作为驱动设备的动力源。
过热蒸汽温度控制是锅炉控制系统不可缺少的重要组成部分，其性能和可靠性已成为保证锅炉安全性和经济性的重要因素。由于锅炉往往负荷变化大，起停频繁，依靠人工操作很难保证其安全、稳定地在经济工况下长期运行。温度过高，会使蒸汽带水过多，汽水分离差，使后续的过热器管壁结垢，影响了生产安全；温度过低又将破坏部分水冷壁的水循环不能满足工艺要求，严重时会发生锅炉爆炸，从而造成重大事故。因此，工业过程对锅炉控制系统都有很高的要求，在锅炉运行中，保证过热蒸汽的温度在正常的范围内具有非常重要的意义。
完成论文的初稿；
修改、完善毕业设计并送指导老师审阅；
完成论文的PPT文件，准备毕业答辩。
指
导
教
师
意
见
***同学查阅了大量与课题相关的文献资料，对设计意图和课题意义清
楚明确，设计了初步的研究方案，预见了难点和关键问题，并拟定了工作计划，
为开题做了充分准备。目前已达到开题要求，同意开题。
指导教师签名：
年 月 日
1、了解锅炉过热蒸汽的工艺过程，对被控对象进行分析，设计控制方案。
热工控制系统第八章 汽温控制系统PPT课件
W X 1 S x y 1 1 S S 1 W T 1 S W W T 1 T S 2 W S T W 2 D S 1 W S D W 1 D S 2 W S D 2 W m S 1 S W Z S
(8-2) (8-3)
对于一个定值系统，扰动造成的影响应该越小越好，而定值部分应尽量保持恒定，因
1 WB 1
W0(s)
θ2
γθ2
上图中对应的主回路广义调节器的传递函数为：
W T2
sW 2B
1
2
1T1isTds
则主回路广义调节器的等效比例带为：
2
2 1 1 2
此时主回路广义调节器中各参数可以通过试验得到的等效被
控对象W0(s)的输出端过热汽温θ2在减温水量WB扰动下的阶跃响 应曲线，按单回路控制系统整定方法进行计算：(P175表6-6)
（8-5）
则有：
W b 2SK zK T 2K fK 2 1 K T 2K fK 2K m 2K z
T 2 1 K T 2K fK 2K m 2K z S 1
令： K b 2 1 K K T z2 K K T 2 fK K 2 fK K m 2 2K z,T b 2 1 K T 2K T f2 K 2K m 2K z
Iθ 2 -
I 2 1 1
内回路
γθ2
W2(s) θ2
主回路原理方框图 如果主调节器为PID调节器，其传递函数为：
WT2
s
1
2
1T1is
Tds
忽略导前区的惯性和迟延，则简化后导前区传递函数为：
W1
s
1
WB
1
1
此时主回路原理方框图可以简化为：
锅炉过热蒸汽温度控制系统的设计与仿真
低（５～ＩＯ）￣Ｃ，效率就降低约 １％，因此严格 控制过热汽温在给定值 间 ｒ约为 ２０ｓ，具有较 良好的动态特性。但实际运行 中，蒸汽负荷
附近是大型火电机组运行 的重要任务之一［１Ｊ。
是变化的，因此不宜用来控制过热汽温 。
过热蒸汽温度控制 中，被控对象具 有非 线性 、时变性 、滞后 ２－２ 烟气传 热量扰 动的动态 特性
ｍｏｎｉｔｏｒｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｂｙ Ｋｉｎｇｖｉｅｗ．Ｔｈ ｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔ ｈｅ ＦＵＺＺＹ－ＰＩＤ ｃｏｎ ｔｒｏｌｌｅｒ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ
ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ，ｔｉｍｅ ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｃｅ ， 桫 ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｈａｓ ｂｅｔｔｅｒ ｓｅ Ｌ ａｄａｐｔｉｖｅ ｃａ ｐａ ｃｉｔｙ ａ ｎｄ
第 ４期 ２０１６年 ４月
机 械 设 计 与 制 造
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ ＆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
２６５
锅 炉过 热 蒸 汽 温度控 制 系统 的设 计 与仿 真
刘丽桑 ，张锦 枫
（福建工程学院 福建省数字化装备重点实验室 ，福建 福州 ３５０１１８）
摘 要 ：过热蒸汽温度 的高低直接影响着火电机组的安全性和经济性 。由于过 热蒸汽温度对象具有非线性 、时变等复杂 特 性 ，设 计了一种采用模糊 ＰＩＤ控制策略 的串级控制方案 ，分析 了锅炉过热蒸汽温度在 不同扰动作 用下的动 态特 性 ，设 计 了 ＦＵＺＺＹ—ＰＩＤ控制 器，对 ＰＩＤ控制器参数进行 了整定，并对 ＦＵＺＺＹ－ＰＩＤ控制器和常规控制器的控制效果进行 了仿真 比较 ，最后利用组态王 Ｋｉｎｇｖｉｅｗ开发 了相应的过热蒸汽温度监控 系统。结果表明 ，ＦＵＺＺＹ—ＰＩＤ自适应能力强 ，提高 了系 统对非线性、时变性和不确定性等的处理能力，改善 了控 制效果 ，具有更好的动态特性。 关键词 ：过热蒸汽 ；温度控制；ＦＵＺＺＹ－ＰＩＤ；串级控制 ；Ｋｉｎｇｖｉｅｗ 中图分类号 ：ＴＨ１６；ＴＰ３６８．１；ＴＫ３ 文献标识码 ：Ａ 文章编 号：１００１—３９９７（２０１６）０４—０２６５—０３
锅炉蒸汽温度自动控制系统——模糊控制
锅炉蒸汽温度自动控制系统摘要：电厂实现热力过程自动化，能使机组安全、可靠、经济地运行。
锅炉是火力发电厂最重要的生产设备，过热蒸汽温度是锅炉运行质量的重要指标之一，过热蒸汽温度控制是锅炉控制系统中的重要环节。
在实现过程控制中，由于电站锅炉系统的被控对象具有大延迟，大滞后、非线性、时变、多变量耦合的复杂特性，无法建立准确的数学模型，对这类系统采用常规PID控制难以获得令人满意的控制效果。
在这种情况下，先进的现代控制理论和控制方法已经越来越多地应用在锅炉汽温控制系统。
本文以电厂锅炉汽温系统为研究对象，对其进行了计算机控制系统的改造。
考虑到锅炉汽温系统的被控对象特点，本文分别采用了常规PID控制器和模糊-PID控制器，对两种控制系统对比研究，同时进一步分析了一般模糊-PID控制器的控制特点，在此基础之上给出了一种改进算法，通过在线调整参数，实现模糊-自调整比例常数PID控制。
在此算法中，比例常数随着偏差大小而变化，有效地解决了在小偏差范围内，一般的模糊-PID控制器无法实现的静态无偏差的问题，提高了蒸汽温度控制系统的控制精度。
关键词:锅炉蒸汽温度模糊控制随着我国经济的高速发展，对重要能源“电”的要求快速增长，大容量发电机组的投入运行以及超高压远距离和赢流输电的混和电网的建设，以三峡电网为中心的全国性电力系统的形成，电力系统的不断扩大，对其自动控制技术水平的要求也越来越高。
同时，地方性的自备热电厂亦有长足发展，随着新建及改造工程的进行，其生产过程自动控制与时俱进，小容量机组“麻雀虽小，五脏俱全”，自备热电厂其自身特点：自供电、与主电网的关系疏及相互影响小，供热及采暖季节性等，可以提供更多的应用、尝试新技术、新产品的机会和可能性。
这样做的重要目标是提高和保证电力，热力及牛产过程的安全可靠、经济高效。
为了适应发展并实现上述目标，必须采取最新的技术和控制手段对电力系统的各种运铲状态和设备进行有效的自动控制。
火力发电厂在我国电力工业中占有主要地位，是我国重点能源工业之一。
锅炉过热蒸汽温度控制系统课程设计
锅炉过热蒸汽温度控制系统课程设计过程控制课程设计说明书——锅炉过热蒸汽温度控制系统院系：化工学院化工机械系班级：10自动化（1）姓名：李正智学号：1 0 2 0 3 0 1 0 1 6日期：2013/12/2-2013/12/15指导老师：王淑钦老师引言蒸汽温度是锅炉安全、高效、经济运行的主要参数，因此对蒸汽温度控制要求严格。
过高的蒸汽温度会造成过热器、蒸汽管道及汽轮机因过大的热应力变形而毁坏；蒸汽温度过低，又会引起热效率降低，影响经济运行。
锅炉控制现场环境恶劣，采用传统的基于模拟技术的控制器、仪器仪表或单片机，不仅结构比较复杂，效率比较低，并且可靠性也不高。
本次课程设计的主要目的是锅炉蒸汽温度控制系统的设计。
蒸汽过热系统包括一级过热器、减温器、二级过热器。
锅炉汽温控制系统主要包括过热蒸汽和再热蒸汽温度的调节。
主蒸汽温度与再热蒸汽温度的稳定对机组的安全经济运行是非常重要的。
过热蒸汽温度控制的任务是维持过热器出口蒸汽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，过热蒸汽温度过高或过低，对锅炉运行及蒸汽设备是不利的。
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。
一般规定过热器的温度与规定值的暂时偏差不超过±10℃，长期偏差不超过±5℃【1】。
如果过热蒸汽温度偏低，则会降低电厂的工作效率，同时使汽轮机后几级的蒸汽湿度增加，引起叶片磨损。
据估计，温度每降低5℃，热经济性将下降约1%；且汽温偏低会使汽轮机尾部蒸汽温度升高，甚至使之带水，严重影响汽轮机的安全运行。
一般规定过热汽温下限不低于其额定值10℃。
通常，高参数电厂都要求保持过热汽温在540℃的范围内。
由于汽温对象的复杂性，给汽温控制带来许多的困难，其主要难点表现在以下三个方面：（1）影响汽温变化的因素很多，例如，蒸汽负荷、减温水量、烟气侧的过剩空气系数和火焰中心位置、燃料成分等都可能引起汽温变化。
锅炉汽温调节系统
汽包锅炉蒸汽温度自动调节系统一、蒸汽温度自动调节系统锅炉蒸汽温度自动调节包括过热蒸汽温度和再热蒸汽温度调节。
调节的任务是维持锅炉过热器及再热器的出口汽温在规定的允许范围之内。
1、过热汽温调节任务和特点过热汽温是锅炉运行质量的重要指标之一。
过热汽温过高或过低都会显著地影响电厂的安全性和经济性。
过热汽温过高，可能会造成过热器、蒸汽管道和汽机的高压部分金属损坏，因为超温会引起汽轮机金属内部过大的热应力，会缩短使用寿命，还可能导致叶片根部的松动；过热汽温过低，会引起机组热耗上升，并使汽机轴向推力增大而可能造成推力轴承过载。
过热汽温过低还会引起汽轮机尾部叶片处蒸汽湿度增加，从而降低汽轮机的内效率，并加剧对尾部叶片的水蚀。
所以，在锅炉运行中，必须保持过热汽温长期稳定在规定值附近（一般范围为额定值541±5℃）。
过热汽温调节对象的静态特性是指过热汽温随锅炉负荷变化的静态关系。
过热器的传热形式、结构、布置都将直接影响过热器的静态特性。
对流式过热器和辐射式过热器的过热汽温静态特性完全相反。
对于对流式过热器，当负荷增加时，通过其烟气的温度和流速都增加，因而使过热汽温升高。
而对于辐射式过热器，由于负荷增加时炉膛温度升高不多，而炉膛烟温升高所增加的辐射热量小于蒸汽负荷增大所需要的吸热量。
我们的过热器系统采取了对流式、辐射式和屏式（半辐射式）交替串联布置的结构，这有利于减小过热器出口汽温的偏差，并改善了过热汽温调节对象的静态特性。
引起过热蒸汽温度变化的原因很多，如蒸汽流量变化、燃烧工况变化、进入过热器的蒸汽温度变化、流过过热器的烟气温度和流速变化等。
归结起来，过热汽温调节对象的扰动主要来自三个方面：蒸汽流量变化（机组负荷变化），加热烟气的热量变化和减温水流量变化（过热器入口汽温变化）。
过热汽温调节对象的动态特性是指引起过热汽温变化的扰动与过热汽温之间的动态关系。
在各种扰动下的过热汽温调节对象动态特性的特点是有迟延和惯性，典型的过热汽温阶跃反应曲线如下图所示。
锅炉过热蒸汽温度系统的串级自抗扰控制
Ｓ ＨＥＮ ｉｈ ｎ，Ｓ Ｊｃ ｅ ＯＮＧ ｎ Ｇａ ｇ，Ｐ ＥＮＧ ｎ Ｍｅ ｇ
（ ｃ ｏ ｌｏ ｔｍａｉｎ Ｅ ｇｎ ｅｉｇｏ ｒ ｅｓｅｎ Ｕ ｉｅｓｔ，Ｊｌ ３ ０ ２，Ｃ ｉａ Ｓ ｈ ｏ ｆＡｕｏ ｔ ｎ ｉｅ ｒ ｆ ｔ ａｔｒ ｎｖ ｒｉ ｏ ｎ Ｎｏ ｈ ｙ ｉｎ １ ２ １ ｉ ｈｎ ）
ｌｖｌ ｃ ｖ ｉｕｂ ｎ ｅｒ ｅｔ ｎｃｎｒ１ ｉ ｌ ｉ ｈｗ ａ ｔｉ ｍ ｔｏ ｎｏ ｓ ｔ ｎ ｉｕｂｎ ｅｒ ｅｔ ｎａ ｄ ｅｅ ａｔ ｅｄｓ ｒａｃ ｊｃｉ ｏ ｔ ．Ｓｍｕ ｔ ｎｓｏ ｓ ｈ ｔｈｓ ｅ ｄｅｊｙ ｒ ｇｄ ｔｒａｃ ｊｃｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｏ ｏ ａｏ ｔ ｈ ｓｏ ｓ ｅ ｏ
ｔ ａ ，ｌｒｅｉｅｔ ｎ ｏ ｇｄ ｔｎｉｎ，ｔｉ ｐ ｐ ｒｐ ｏ ｏ ｅ ｅｃ ｓａ ｅａ ｔ ｅｄｓ ｒａ ｃ ｅｅ ｔ ｎｃ ｎｒ１ ｈ ｉ ｌｇ ａｇ ｎ ｒｉ ａ ｄ ｌｎ ｅｅ ｔ ｍｅ ａ ｏ ｈｓ ａ ｅ ｒｐ ｓｓｔ ａ ｃ ｄ ｃｉ ｉｔ ｂ ｎ ｅｒｊｃｉ ｏ ｔ ．Ｔ ｅ ｈ ｖ ｕ ｏ ｏ
中 图分 类 号 ：Ｔ ２ ３ ７ Ｋ ２ ． 文 献 标 识 码 ：Ａ 文章 编号 ：０ ２— ６ ３ ２ １ ） ４— ２ １ ０ １０ １６ （ ０ １ ０ ０４ — ２
Ｃ ｓａ ｅａ ｔ ｅｄｓ ｒ ａ ｃ ｅｅ ｔ ｎ ｃ ｎ ｒ ｌ ｎ ｂ ｉ ｒｔ ｅ ａ ｃ ｄ ｃｉ ｉ ｕ ｂ ｎ ｅｒｊ ｃｉ ｏ ｔｏ ｏｌ ｈ ｖ ｔ ｏ ｏ ｅ
锅 炉 的元 件 、 与锅炉 相连 的设 备 （ 汽轮 机 等 ） 到 如 受
第五章锅炉蒸汽温度控制系统
W(s)
K (1 Ts)4
17
第五章 锅炉蒸汽温度控制系统
§5-2 蒸汽温度控制
策略
18
第五章 锅炉蒸汽温度控制系统
一、过热蒸汽温度串级控制
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 设置一个减温器，分别控 制各段的汽温，以维持主 汽温为给定值。
23
第五章 锅炉蒸汽温度控制系统
3. 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。
10
第五章 锅炉蒸汽温度控制系统
有延迟，有惯性， 有自平衡能力。
图5-1 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5-2 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5-2所示。
15~25。
过热汽温的影响
由于烟气扰动时，过热汽温的动态特性较好，因此可利
用烟气侧的扰动作为控制汽温的手段，例如采用烟气再
循环和改变燃烧器摆角等，但这些控制方法需要锅炉具
关于锅炉过热蒸汽温度控制系统研究
关键 词 ： 过滤器 ； 温度控制 系统 ； 特性
燃料增加 ， 但是 ， 炉膛 中的最高的温度没有多大的变化 ， 炉膛辐射放 在工业工业过程中锅炉作为关键动力设备 ， 根据用途 、 燃料性 热量相对变化不大， 因此炉膛温度增高不大 。这就是说负荷增 加时 质、 压力 高低等有多种类型和称呼， 造成哦你故意流程多元化形态。 每千克燃料 的辐射放热百分率减少 ，而在炉膛后的对 流热 区中， 由 目前 常用的锅炉设备主要是由给水泵、 给水控制阀 、 省煤器 、 汽包及 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。如果 循环管等组成 。由于锅炉 自身的特点 ， 在使用 中产生高压蒸汽能够 两种过热器串联 配合 ， 可 以取得较平坦 的汽温特性 ， 但 一般在采用 为驱动透平提供强大动力源 ， 同时还可以为精馏 、 干燥、 反应 、 加热 这两种过热器 串联的锅炉中 ， 过热器 出口蒸汽温度在某个负荷范围 等过程提供热源 。当前技术不断提升将锅炉设备技术向着大容量 、 内， 仍 随锅炉负荷的增加有所升高。 高参数、 高效率的方 向发展 。燃料与空气按照一定比例送入锅炉燃 ２ ） 过剩空气系数与过热汽温 的静态关系。过剩空气量 改变时 ， 烧室燃烧 ， 生成的热量传递给蒸汽发生系统 ， 产生饱和蒸汽 ， 经过过 燃烧生成的烟气量改变 ， 因而所有对流受热 面吸热随之改变 ， 而且 热器形成过热蒸汽 ， 在汇集到蒸汽母管 。 对离炉膛出 口较远的受热面影响显著。因此 ， 当增大过剩空气量时
要部分。 过热蒸汽温度的控制任务是维持过热器出口汽温在允许范 就减少 了。也可 以认为 ： 提高给水温度后 ， 在相同燃料下 ， 锅炉的蒸 围内， 并且保护过热器使管壁温度不超过允许 的工作温度． 过热蒸 发量增加了 ， 因此过热汽温将下降。 汽温度是锅炉给水通道中温度最高 的地方 ， 过热器正常运行时的温 ４ ． ２ 动态特陛 度一般接近于材料所允许 的最高温度。 １ ） 蒸汽流量扰动下的蒸汽温度对象的动态特牲。 大型锅炉都采 过热蒸汽温度控制的主要任务就是 ： 用复合式过热器 ， 当锅炉负荷增加时， 锅炉燃烧率增加 ， 通过对流式 １ ） 克服各种干扰 因素 ， 将过热器出口蒸汽温度维持在规定允许 过热器 的烟气量增加 ， 而且烟气温度也随负荷 的增大而升高 。这两 的范 围内 ， 从而保持蒸气品质合格。 ２ ） 保护过热器管壁温度不超过允许的工作温度 。 ２ ． ２ 控制原理简介 １ ） 单回路控制方案。 在运行过程 中。 改变减温水流量 ， 实际上是 改变过热器 出口蒸汽的热焙 ， 亦改变进 口蒸汽温度。从动态特性上 看， 这种调节方法是最不理想 的， 但由于设备简单 ， 因此 ， 应用得最
电厂锅炉蒸汽温度串级控制系统设计
本科毕业设计论文题目电厂锅炉蒸汽温度串级控制系统设计专业名称学生姓名指导教师毕业时间毕业设计任务书一、题目电厂锅炉蒸汽温度串级控制系统设计二、指导思想和目的要求通过毕业设计使学生对所学自动化基本知识和专业理论加深理解，掌握工业生产过程控制系统设计和仿真的基本方法，培养独立开展设计工作的能力。
要求在毕业设计中：1.分析研究火力发电厂锅炉蒸汽温度控制要求，特点及控制系统设计方法，设计电厂锅炉蒸汽温度串级控制系统，达到要求的主要技术指标；2.开展控制系统方案论证，建立系统数学模型，进行温度控制系统分析；3.设计串级控制系统控制规律，进行参数整定；4.进行数学仿真，验证设计；5.撰写毕业设计论文。
三、主要技术指标1．350MW机组锅炉过热蒸汽温度保持在00C±；5505在减温水流量变化时，锅炉过热蒸汽温度控制系统能稳定运行，衰减系数9.0ϕ；=75~.02．过程动态性能指标为：1)温度波动最大偏差不超过04C；2)过渡过程时间不大于min2；3. 锅炉稳定运行时，过热蒸汽温度应在给定值的02C范围内四、进度和要求1.1-3周：收集查阅资料；2.4-6周：完成总体方案设计和建模；3.7-8周：完成系统分析和控制规律设计；4.9-11周：完成仿真验证及修改；5.12-13周：完成毕业设计论文.五、主要参考书及参考资料⑴金以慧等，《过程控制》，清华大学出版社，2000年；⑵张栾英，孙万云，《火电厂过程控制》，中国电力出版社，2004年；⑶于希宁，刘红军，《火电场自动控制理论》，中国电力出版社，2004年.学生指导教师系主任电厂锅炉温度串级控制系统设计摘要本文是针对锅炉蒸汽温度控制系统进行的分析和设计，而对锅炉蒸汽的良好控制是保证系统输出蒸汽温度稳定的前提，所以本系统采用串级控制系统，这样可以极大的消除控制系统工作中的各种干扰因素，是系统能在一个较为良好的状态下工作，同时锅炉过热器出口蒸汽温度在允许的范围内变化，并保护过热器管壁温度不超过允许的工作温度。
火电厂锅炉过热汽温控制系统设计解读
摘要过热蒸汽温度控制系统是单元机组不可缺少的重要组成部分，其性能和可靠性已成为保证单元机组安全性和经济性的重要因素。
过热蒸汽温度较高时，机组热效率则相对较高，但过高时，汽机的金属材料又无法承受，气温过低则影响机组效率。
过热蒸汽温度的稳定对机组的安全经济运行非常重要，所以对其控制有较高的要求。
但是由于过热蒸汽温度是一个典型的大迟延、大惯性、非线性和时变性的复杂系统，本次设计采用串级控制以提高系统的控制性能，在系统中采用了主控-串级控制的切换装置，使系统可以适用于不同的工作环境。
通过使用该系统，可以使得锅炉过热器出口蒸汽温度在允许的范围内变化，并保护过热器营壁温度不超过允许的工作温度。
关键词：过热蒸汽温度，减温水，串级控制系统，PIDAbstractThe 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 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 control 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 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 temperature.Key words: the superheated steam temperature, reduce warm water, cascade control system, PID目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1 选题的背景及意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.3 本次设计的目的 (3)1.4 本次设计所做的工作 (3)2 汽温控制系统的组成与对象动态特性 (4)2.1汽温调节的概念和方法 (4)2.1.1 从蒸汽侧调节汽温 (4)2.1.2 从烟气侧调节汽温 (6)2.2过热器的分类及其基本结构 (8)2.2.1 过热器的分类 (8)2.2.2 过热器的基本结构 (11)2.3 过热蒸汽温度控制系统的基本结构和工作原理 (12)2.3.1 过热器一级减温控制系统 (12)2.3.2 过热器二级减温控制系统 (13)2.4 过热蒸汽温度控制对象的动静态特性 (15)2.4.1 静态特性 (15)2.4.2 动态特性 (15)3 过热汽温控制系统的基本方案 (19)3.1 串级汽温控制系统 (19)3.2 串级控制系统的基本结构和原理 (19)3.3 串级汽温控制系统的设计 (21)3.4 串级汽温控制系统的整定 (22)4 器件的选型 (25)4.1 温度检测变送器的选择 (25)4.2 控制器的选型 (27)4.3 执行器的选型 (28)4.4 阀门定位器的选型 (29)5 主蒸汽温度控制系统的仿真和改进 (31)5.1 串级PID系统仿真 (31)5.2 基于Smith预估计补偿器的串级汽温控制系统 (34)5.3 基于改进型Smith预估器的串级汽温控制系统 (38)结论 (42)致谢 (43)参考文献 (44)附录 (45)附录A (45)1 绪论1.1 选题的背景及意义过热汽温的控制就是维持过热出口蒸汽温度在允许范围内，并且保护过热器，使管壁温度不超过允许的工作温度。
锅炉过热蒸汽温度调节系统基本工作流程
锅炉过热蒸汽温度调节系统基本工作流程下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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锅炉过热蒸汽温度控制系统
在燃煤锅炉运行中，过热蒸汽温度是一个很重要的控制参数。
过热蒸汽温度是锅炉运行质量的重要指标之一，过热蒸汽温度较高，可能造成过热器蒸汽管道损坏；过热蒸汽温度过低，会降低内功率。
所以在锅炉运行中，必须保持过热蒸汽温度稳定在规定值附近。
本文介绍模糊控制在中小型燃煤锅炉过热蒸汽温度中的应用，采用模糊控制系统的思路，并用此方法控制燃煤锅炉的过热蒸汽温度，使得锅炉过热蒸汽温度即使在扰动幅度较大的情况下仍能保持平稳。
模糊控制的控制算法不依赖于对象的数学模型,算法简单,易于实现,且对干扰和对象模型时变具有较强的适应性，它能根据输出偏差的大小进行自动调节，使输出达到给定值。
能提高国内锅炉的燃烧效率、燃料适应性、负荷调节性能、污染、灰渣等众多独特优点而受到越来越广泛的重视，在电力、供热、工厂蒸汽生产中得到越来越广泛的应用。
以某600MW汽轮发电机组的汽包锅炉为例，其过热蒸汽生产流程简图和流程图如下图所示：
过热蒸汽流程图
1． 1 过热蒸汽温度控制的任务
过热蒸汽温度控制的主要任务是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，气温每降低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。
该机组要求控制过热蒸汽温在5 3 8～ 5 4 8℃的范围内。
2 ．2 影响过热蒸汽温度的主要因素
2 ．2． 1 燃料、给水比(煤水比)
只要燃料、给水比的值不变，过热汽温就不变。
只要保持适当的煤水比，在任何负荷和工况下，直流锅炉都能维持一定的过热汽温。
2．2． 2 给水温度
正常情况下，给水温度一般不会有大的变动；但当高压加热器因故障退出运行时，给水温度就会降低。
对于直流锅炉，若燃料不变，由于给水温度降低时，加热段会加长、过热段缩短，因而过热汽温会随之降低，负荷也会降低。
2．2． 3 过剩空气系数
过剩空气系数的变化直接影响锅炉的排烟损失。
影响对流受热面与辐射受热面的吸热比例。
当过剩空气系数增大时，除排烟损失增加、锅炉效率降低外炉膛水冷壁吸热减少，造成过热器进口温度降低、屏式过热器出口温度降低；虽然对流过热器吸热量有所增加，但在煤水比不变的情况下，末级过热器出口汽温会有所下降。
过剩空气系数减小时的结果与增加时的相反。
若要保持过热汽温不变，则需重新调整煤水比。
2．2． 4 火焰中心高度
火焰中心高度变化造成的影响与过剩空气系数变化的影响相似。
在煤水比不变的情况下，火焰中心上移类似于过剩空气系数增加，过热汽温略有下降；反之，过热汽温略有上升。
若要保持过热温不变，亦需重新调整煤水比。
2．2． 5 受热面结渣
煤水比不变的调节下，炉膛水冷壁结渣时，过热汽温会有所降低；过热器结渣或积灰时，过热汽温下降较明显。
前者情况发生时，调整煤水比就可；后者情况发生时，不可随便调整煤水比，必须在保证水冷壁温度不超限的前提下调整煤水比。
对于直流锅炉，在水冷壁温度不超限的条件下，后四种影响过热汽温因素都可以通过调整煤水比来消除；所以，只要控制、调节好煤水比，在相当大的负荷范围内，直流锅炉的过热汽温可保持在额定值。
此优点是汽包锅炉无法比拟的；但煤水比的调整，只有自动控制才能可靠完成。
3． 3 过热蒸汽温度控制策略
6 0 0 Mw超临界发电机组锅炉过热汽温的调节是以调节煤水比为主，用
一二级减温水作细调。
3．3．1过热汽温粗调(煤水比的调节)
煤水比的调节的主要温度参照点是中间点(即内置式分离器出口处)焓值(或温度)。
锅炉负荷大于4 o ％MCR时，分离器呈干态，中间点温度为过热
温度。
具体控制思路见锅炉给水控制系统部分。
3．3．2过热汽温细调
由于锅炉调节中受影响的因素很多，只靠煤水比的粗调是不够的；而且，可
能出现过热器出口左、右侧温度偏差。
因此，在后屏过热器的入口处和高温
过热器(末级过热器)的入口处分别布置了一级和二级减温水(每级左、右各一)。
喷水减温器调温惰性小、反应快，开始喷水到喷水点后汽温开始变化只需几
秒钟，可以实现精确的细调。
必须注意的是，要严格控制减温水总量，以
保证有足够的水量冷却水冷壁；投用时，尽可能多投一级减温水，少投二级
减温水，以保护屏式过热器。
3．3．2．1屏式过热器出口温度控制系统
该机组的屏式过热器出口温度控制系统(叉称一级减温控制系统)如图2所示。
该系统由A(左)侧和B(右)侧2套系统构成2套系统的结构相似，都采
用温差串级控制策略。
例如，A(左)二级减温器入口温度与A(左)二级减温器出
口温度的温差信号作为主调节器的过程被控量，主调的输出作为副调节器的
给定值，过热器A(左)一级减温器出口温度为副调节器的被调量，形成串级
调节系统，产生一级喷水减温器的喷水最指令去控制过热器A(左)一级减温器
入口水调节门，使进、出二级减温器的温差随负荷(蒸汽流量)而变化。
这可防
止负荷增加时一级喷水量的减少和二级喷水最的大幅度增加，从而使一级和
二级喷水量相差不大，各段过热器温度相对比较均匀。
设定值可由运行人员
手动设定或由正后的蒸汽流量经(fx)形成蒸汽流量、总风量、燃器倾角(燃料
指令) 经动态滤波处理后，加到主调节器的输出，作为前馈量，其目的是当
负荷变化引起烟气侧扰动时，及时调整喷水最，消除负荷扰动，减小过热汽
温波动。
为了保证机组的经济性，防止过多喷水，由汽水分离器出口压力经(fx)形成饱和温度，再加上l 0℃的过热度后作为喷水的最低温度限。
当发生
锅炉主燃料跳闸(MFT)或汽机跳闸或负荷小于等于y ％时，优先降一级过热
汽温度；当A侧二级减温器出口温度变送器发生故障，或A侧一级减温
出口温度偏差超过低限，或A侧一级减温器阀位偏差超过低限，或A侧一级
减温出口温度变送器发生故障，或A侧二级减温器入口温度变送器发生故障
或优先降温时，A侧一级喷控制阀应强制手动；当B侧二级减温器出口温度
变送器发生故障、或B侧一级减温出口温度偏差超过低限,或B侧一级喷水阀
位偏差超过低限，或B侧一级减温出口温度变送器发生故障，或B侧二级
减温器入口温度变送器发生故障，或优先降时，B侧一级喷水控制阀应强制
手动。
3．3．2． 2 末级过热蒸汽温度控制系统
该厂的末级过热蒸汽温度控制系统(又称二级减温控制系统)如图3所示。
该系统也由结构相似的A(左)侧和B(右)侧2套系统构成，采用典型的串级汽
温控制方案，左末级过热器出口温度为被控最，主调节器的输出作为副调节
器的给定值，过热器左二级减温器出口温度为副调节器的被调节量，形成
串级调节系统。
副调节器产生的指令去调节左二级减温器入口水调节门，改
变左二级喷水减温器的喷水量。
系统的设定值可由运行人员手动设定或由修正后的蒸汽流最经(fx)形成。
蒸汽流量、总风量、燃烧器倾角(燃料指令)经动态滤波补偿处理后，加到
主调节器的输出作为前馈量，其目的是当负荷变化引起烟气侧扰动时能及时
调整喷水量，消除负荷扰动，减小过热汽温波动。
同时，为了保证机组的经
济性，防止过多喷水，系统还设置了最低喷水温度限制，即由汽水分离器出
口压力经(fx)形成饱和温度，再加上l 0 ℃的过热度后作为喷水的最低温度限。
当发生锅炉主燃料跳闸(MFT)或汽机跳闸或负荷小于y ％时，优先降二级减
温系统出口温度；当左末级过热器出口温度变送器发生故障，或左二级减温
出口温度偏差超过低限，或左二级喷水调节阀位偏差超过低限，或左二级减
温系统末级过热器出口温度与设定值偏差超过低限时，左二级喷水控制阀应
强制手动：当有末级过热器出口温度变送器发生故障，或右二级减温出口温
度偏差超过低限，或右二级喷水调节阀位偏差超过低限，或右二级减温系统
末级过热器出u温度与设定值偏差超过低限时，右二级喷水控制阀应强制手动。
3． 3. 2. 3 过热汽温控制框图
如图4所示，模糊控制的性能相当于PD控制，其稳态精度较低，故将PID控制器加入系统中，当系统在大偏差范围内采用模糊控制，在小偏差范围内采用PID控制。
图4 过热蒸汽模糊控制系统方框图
在图 3.1中，Tr为过热蒸汽输入温度给定变量，Tc为输出量，U为控制量，e为模糊控制器输入给定变量与输出量的偏差，其中e(k)= Tr (k)- Tc(k) Fuzzy为模糊控制，PID为PID控制。
当控制系统的输入给定变量时：若e＞k，则系统选择模糊控制方式进行控制；若e＜k，则系统选择PID控制方式进行控制。
经控制系统调节后，得到最优的输出量U，进而输出变量Tc。
上面所讲述的控制系统方
框图可转化为如图5所示系统流程图。
Tr
u
图5过热蒸汽模糊控制系统流程图。