汽包锅炉蒸汽温度控制系统

θ
+
+
W
GW(s)
１．蒸汽流量（负荷）扰动下的汽温特性 (1) 静态特性
(2) 动态特性
以对流式过热器为例
D
ΔD 0 T TD t
GTD ( s )
0 τ
D
KD T (s) e D s D( s ) 1 TD S
t
2．烟气热量扰动下汽温特性
Qy
ΔQy
0
T
TQ
t
0 τ
Q
KQ T (s) s GTQ ( s) e Q Q( s) 1 TQ S
二、过热汽温串级控制系统
W
j
0 ΔWj
t T1 G1(s)
Wj
G2(s)
T2
T
T
2
T
1
G(s) 图10－8 过热汽温控制对象方框图 t
0
图10－7 减温水对汽温T1和汽温T2的影响
G2 ( s)
T2 ( s) K2 W j ( s) (1 T2 s)n2
G1 ( s)
T1 ( s) K1 T2 (s) (1 T1s)n1
∑4
再热喷水调节阀
摆动燃烧器
图10－24 摆动燃烧器的再热汽温控制原理
第五节 再热汽温控制系统实例
1．燃烧器摆角控制系统
A侧再热汽温 B侧再热汽温 蒸汽流量 ∑/n A △ K ∫ f(x )
∑
手动切换
T A
A角
B角
C角
D角
图10－25 燃烧器摆角控制系统
减温器出口汽温
A侧再热汽温
A侧再热汽温2
二、要求 （１）主蒸汽各级温度、再热蒸汽温度指示准确， 记录清晰。 （２）减温水控制阀门、燃烧器倾角或尾部烟道控 制挡板有足够的控制裕量。 具体要求： １）调节阀流量特性曲线的线性工作段应该大 于全行程的70%，回程误差不大于调节阀最大流 量的3%。 ２）调节阀指令、位置反馈偏差不应过大，一 般应不大于3%。 ３）调节阀死行程应小于全行程的5%。 ４）调节阀全关时，漏流量应小于调节阀最大 流量的10%。
一、检测元件性能检查 检测元件主要是热电偶、减温水流量、执行机构位置反 馈测量装置等。 温度测点位置是否合理和测温元件的安装质量，直接 影响着自动控制系统的投入和正常运行；正常运行中，汽 温的变化范围很小，为提高测量的灵敏度，应对温度变送 器进行零点迁移和量程压缩，应根据各测点温度的变化范 围确定各个变送器的量程。 减温水控制阀门是控制系统能否投入运行的关键，应 及时检修，并保证质量符合要求。在锅炉启动后应及早进 行试验。 减温水流量测量确保正确，通过DCS显示并结合阀门开 度，根据经验进行判断。
滑参数停机中，要严格控制主蒸汽温度的下降 速度(1.0～1.5℃／min)和再热汽温下降速度 （1.0～2.0℃／min）。温降速度控制得如何，是 滑参数停机成败的关键。而温度的控制与锅炉的 运行、调整密切相关。应随锅炉的汽温特性对汽 温进行分段控制，主要以燃料的增、减来控制负 荷、压力以及蒸汽温度的变化，减温水仅作汽温 细调手段，且减温水量要保持在一定范围内，即 10%～20%主蒸汽流量内，不宜过大。同时，降 负荷时，应注意监视下列参数：主、再热蒸汽压 力、温度，汽包壁温差，汽轮机轴振动，高、低 压缸胀差，上、下缸温差，低压缸排汽温度，轴 向位移，轴承金属温度等。
t
3．减温水量扰动下的过热汽温特性
Wj
0
ΔWj
t
GTW j ( s)
T (s) K e s W j ( s ) 1 Tc s
T
TC
GTW j ( s )
0
τ
D
T (s) K W j ( s ) (1 Ts )n
t
第二节 过热汽温控制方案
一、过热汽温调节手段
采用减温器作为过热汽温的调节手段时，要 求有足够的调节余量，一般在减温水门关死的 情况下，锅炉出力最大时，汽温要高于给定值 约30－40℃。
－
－K2
PID1
－K1
±△ PIHale Waihona Puke Baidu2
烟温
送风量V
f1(x)
－
∑
×
烟气 流量 VG KZ
KZ 挡板 图10－22 利用烟气再循环的再热汽温控制系统
喷水调节阀
3. 采用摆动燃烧器调节手段的再热汽温控制系统
减温器后再热汽温
主蒸汽流量
再热汽温
送风量
f(x ) A ∑1 A ∑2 PID1
PID2
∑3 PID3
滑参数停机是降温、降压过程，对于锅炉、 汽轮机各金属部件则是降温冷却过程，会 对锅炉的厚壁元件及汽轮机各零部件内产 生一定的热应力，并影响汽轮机零部件的 疲劳强度、热变形及转子与汽缸的胀差、 机组的振动等。由于这些因素，对降温、 降压及降负荷速率均有一定要求。
滑参数停机过程中汽温会发生波动，原因主要有: （１）减温水量过大。有时减温水量能达到该运行 工况下主汽流量的40%左右，减温后蒸汽温度接 近对应压力下的饱和温度。同时，由于滑参数停 机是变负荷工况，汽温受到燃料、燃烧状况、风 量及给水温度等因素影响较大。尤其是在主给水 切换至旁路引起给水泵转速调节范围较大时，都 会引起减温水量大幅度变化，造成汽温突降。
二级减温水
二、过热汽温控制系统方案
一级减温器出口汽温 主蒸汽流量 分隔屏过热器出口汽温 K A ∑ （ 1） △ K ∫ PID1 总风量 燃烧器摆角 f(x ) N f(t ) (1) (3) f(t ) (2)
∑
∑
(4)
(2)
∑
△ K ∫ PID2
手动切换 T NO f(x ) 一级减温水调节阀 图10－16 一级减温控制系统简图 A
关于锅炉的实际汽温特性，由于大型锅炉 受锅炉结构、燃料性质、燃烧方式及受热 面布置等影响，各锅炉的汽温特性有一定 差别。有些锅炉实际运行参数与设计参数 有较大偏差，如在同负荷下锅炉的实际汽 温曲线与滑参数曲线汽温差别较大，必然 导致减温水量过大；有的机组在中、低负 荷时，主汽温度已达到额定温度。
在降负荷过程中，随工质压力、温度的降 低，金属材料及工质的贮热会释放，使变 负荷工况下与稳定运行时，减温水量不同。 在30%额定负荷下，如果减温水量较大， 在将给水切换至旁路而造成水位不稳时， 或给水泵转速大幅度调节造成减温水量较 大变化时，都极易造成蒸汽温度波动或突 降。
过热器Ⅰ
减温器
T3 T2
过热器Ⅱ
T1
蒸汽
γT2 PI2 KZ 减温水 调节阀 图10－9串级过热汽温控制系统
γT1 PI1
三、过热汽温分段控制系统
（1）过热汽温分段控制系统
Ⅰ段过热器 一级减温器 T4 Ⅱ段过热器 二级减温器 T3 T2 Ⅲ段过热器 T1
γT4 PI4
γT3 PI3
γT2
PI2
γT1 PI1
（２）滑参数停机汽温设定曲线的参数未考 虑锅炉的汽温特性。该曲线是由汽轮机制 造厂提供的理想控制曲线，而汽温调节是 由锅炉侧实现的。在中、低负荷时，如果 曲线需要的温度与实际汽温相差较大，调 整汽温到需要温度需较大的减温水量，从 而造成汽温难于控制。因此，汽轮机制造 厂提供的滑参数停机曲线只能作为参考曲 线，应在此基础上，按锅炉的实际汽温特 性及汽温曲线，对理想控制曲线进行修正， 从而得到汽温设定值曲线，不能只是随负 荷而变化的一条简单直线。
汽包锅炉蒸汽温度控制系统
第一节 过热汽温系统概述
一、过热汽温控制的任务
以600MW机组国产汽包锅炉为例，其过热汽温额定值为541℃ （主汽压力为17.3Mpa），在负荷为额定值的60-100%范围变化时，过 热汽温不超过额定值的-10－+5℃，长期偏差不允许超过±5℃。为了防 止过快的蒸汽温度变化速率造成某些高温工作部件产生较大热应力，还 对温度变化的速率进行限制，一般限制在3℃/min内。
二级减温器出口汽温
末级过热器出口汽温
总风量
燃烧器摆角
主蒸汽流量
A
△ K ∫ PID1 ∑ (2) (3) f(t ) f(t )
(1)
∑
(2) f(x )
(1)
∑ △
K ∫
手动切换 T
PID2
A NO
f(x ) 二级减温水调节阀 图10-17 二级减温控制系统简图
第四节 再热汽温一般控制方案
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 状况取决于汽轮机高压缸排汽工况，因而再热汽 温的变化幅度较过热汽温大的多。
f2(x) KZ 喷水阀
KZ 再热挡板
过热挡板
图10－19 采用烟气挡板控制再热汽温控制方案
2. 采用烟气再循环调节手段的再热汽温控制系统
VG 再循环烟气量
0 0 主汽流量 0 主汽压力 主汽温度 t
t t
0
t
图10－20 烟气再循环装置
图10－21 烟气再循环对其他参数的影响
再热汽温 A 报警 开热风门 H/L △
控制系统切手动的一般原则是： （1）测量信号出现问题； （2）控制偏差大； （3）调节机构出现问题； （4）设备的一些特殊要求。 因此，一级减温控制系统切手动的条件是： (1) 导前汽温T5信号故障 (2) 汽温T4信号故障 (3) 蒸汽流量信号故障 (4) 温度设定值与实际值偏差大 (5) 调节阀控制指令与反馈偏差大 (6) 主燃料跳闸（MFT） (7) 汽机跳闸 (8) 锅炉负荷低于20％ 当出现上述条件之一时，切换器T切向NO，强制手动控制。
三、再热汽温度调节手段 以改变烟气流量作为主要调节手段 （1）改变烟气挡板位置，从而改变尾部烟道 通过再热器的烟气分流量； （2）改变再循环烟气流量； （3）改变燃烧器的倾斜角度； （4）采用多层布置圆型燃烧器等调节方法。 再热蒸汽温度的另一个调节手段是喷水 减温，但它是一种辅助调节手段。
四、再热汽温控制方案
二、过热汽温对象特性
过热汽温系统是一个多输入单输出对象。 归结起来，影响过热汽温主要扰动有三种： （1）蒸汽流量（负荷）扰动； （2）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； （3）减温水流量扰动。
D
GD(s) +
Q
GQ(s)
总风量
蒸汽流量
∑/n A △
f(t )
(1)
(2) PID1 (3)I1 (1) ∑ △ ∑ ∑ f( x )
K
∫
K
手动切换
∫
NO T
PID2
A (1) NO (2)
强制关 T
A
0％
f(x)
减温水调节阀 图10－26 再热汽温喷水减温控制系统
第六节 汽温控制系统投运准备、 调试及运行问题
6-1 投运准备工作及基本要求
KZ
减温水Wj1 减温水Wj2
KZ
图10-12 过热汽温分段控制系统
（2）按温差控制的分段控制系统
Ⅰ段过热器
一级减温器 T4 Ⅱ段过热器 二级减温器 T3 T2 Ⅲ段过热器 T1
γT4 －
γT3 ＋ PI3 －
γT2
γT1 ＋ f1 (x ) － PI1
f2(x) ∑
蒸汽流量D
D
＋
＋
－
＋
＋ － PI2
２．滑参数启动过程对汽温控制的要求
过热汽温设定值 f1(x)用于定压方式， f2(x)用于滑压方式，
第三节 过热汽温控制系统实例
一级减温器 T5 分割屏过热器 T4
后屏过热器
T3
二级减温器 T2
末级过热器 T1
初级过热器
至汽机
蒸汽
A
M
B
M
A
M
B
M
A
B
A
B
一级减温水 图10-15 过热蒸汽流程图 A、B－减温水调节阀；A、B－ 减温水截止阀
（３）手／自动操作器正常 １）跟踪信号正确。 ２）没有强制切手动信号。 ３）设定值增／减按钮、指令增／减按钮均动 作正 确，增／减幅值合理。 ４）各种数据、图形以及色彩等指示信号正确。 （４）控制回路正常 １）所有相关的信号接线正确。 ２）控制回路组态正确，控制器静态试验动作方 向正确。 ３）控制器参数合理。 ４）控制逻辑检查正确，必要时做静态测试。
PI4
KZ 一级减 温 水调节 阀
KZ 二级减 温 水调节 阀
图10-13 按温差控制的过热汽温分段控制系统
过热汽温设定值问题
（一）机组滑参数停机／启动过程对汽温控制的要求 １．滑参数停机过程对汽温控制的要求
所谓滑参数停机，就是逐渐降低主蒸汽和再热 蒸汽参数进行减负荷，直至达到要求的参数后停机、 停炉。火电机组采用滑参数停机，主要是为了停机 后，使机组参数，如锅炉侧压力、温度，汽轮机侧 汽缸及转子温度等降至较低水平。
1. 采用烟气挡板调节手段的再热汽温控制系统
屏 式 过 热 器 高 温 过 热 器 高 温 再 热 器
低温 再热器
低温 过热器
省煤器 燃烧器
省煤器
再热挡板 至空气预热器
过热挡板
图10－18烟气挡板控制再热汽温烟道布置示意图
主蒸汽流量D A f3(x)
再热汽温
△
PID1
±△ A
－
△ ∑ PID2
f1(x) －K KZ