第二章_主汽温

第二章 汽包锅炉蒸汽温度控制系统
二、控制系统的分析
1. 改善控制对象的动态特性
在过热汽温自动控制系统中加入汽温微分信号后， 在过热汽温自动控制系统中加入汽温微分信号后，仍可以 视为单回路控制系统进行分析， 视为单回路控制系统进行分析，但会改变过热汽温被控对象的 动态特性，其原理方框图如下图所示： 动态特性，其原理方框图如下图所示：
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三、两种汽温自动控制系统的比较
（1）双回路系统转化为串级系统来看待时，其等效主、副 双回路系统转化为串级系统来看待时，其等效主、 调节器均是PI调节器。因此，双回路系统的副回路， PI调节器 调节器均是PI调节器。因此，双回路系统的副回路， 其快速跟踪和消除干扰的性能不如串级系统； 其快速跟踪和消除干扰的性能不如串级系统；在主回 路中，串级系统的主调节器可具有微分作用， 路中，串级系统的主调节器可具有微分作用，故控制 品质也比双回路系统为好， 品质也比双回路系统为好，特别对于惯性迟延较大的 系统，双回路系统的控制质量不如串级系统。 系统，双回路系统的控制质量不如串级系统。 串级控制系统主、 （2）串级控制系统主、副两个控制回路的工作相对比较独 因此系统投运时的整定、调试直观方便， 立，因此系统投运时的整定、调试直观方便，而双回 路控制系统的两个回路在参数整定时相互影响， 路控制系统的两个回路在参数整定时相互影响，不易 掌握。 掌握。 从仪表硬件结构上看， （3）从仪表硬件结构上看，采用导前汽温微分信号的双回 路系统较为简单。 路系统较为简单。
GWB
K = = e −τs WB ( s) 1 + Tc s
θ (s)
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第二节
串级过热汽温控制系统
一、系统的结构和工作原理
主调节器: 主调节器: 维持过热汽温 等于其给定值。 θ2等于其给定值。
副调节器: 根据θ 副调节器: 根据θ1和主 调节器PI2 PI2输出信号的变 调节器PI2输出信号的变 化调节减温水量。 化调节减温水量。
θ ( s)
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2. 烟气热量扰动 在烟气热量Qy（烟气温度和流速变化）产生阶跃扰动下， 过热汽温θ变化的响应曲线如下图所示： 特点：有迟延、有惯性、 特点：有迟延、有惯性、 有自平衡能力。 有自平衡能力。 迟延时间约：10-20s， 迟延时间约：10-20s，惯 性时间常数： 性时间常数：<100s
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1. 副调节器的整定
2. 主调节器的整定
I2
ρ百度文库 γθ1
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第三节 采用导前汽温微分信号的双回路过热 汽温控制系统 一、系统的组成
系统中引入了导前蒸 汽温度的微分信号作为调 节器的补充信号， 节器的补充信号，以改善 控制质量。 控制质量。
γθ1
γθ 2
1
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2. 双回路系统是串级控制系统的变形
采用导前微分信号的过热汽温自动控制系统转换为串级调 节系统后等效方框图如下图所示： 节系统后等效方框图如下图所示：
WD ( s )
1
双回路控制系统在快速跟踪和消除干扰的性能方面不如 串级控制系统，且在双回路参数整定时，参数相互影响， 串级控制系统，且在双回路参数整定时，参数相互影响，不 易掌握，因此很少采用。 易掌握，因此很少采用。
影响过热蒸汽温度的主要扰动有三种： 影响过热蒸汽温度的主要扰动有三种： 蒸汽流量（负荷）扰动； 蒸汽流量（负荷）扰动； 燃烧器运行方式、燃料量变化、风量变化等） 烟气热量扰动（燃烧器运行方式、燃料量变化、风量变化等）； 减温水流量扰动。 减温水流量扰动。
三、过热汽温控制对象的静态特性
根据传热方式分：过热器可分为对流式、 根据传热方式分：过热器可分为对流式、辐射式和半辐 射式过热器三种。 射式过热器三种。 对于不同的过热器，蒸汽流量对蒸汽温度的影响如下图： 对于不同的过热器，蒸汽流量对蒸汽温度的影响如下图：
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二、过热蒸汽温度控制方案
1.一级减温控制系统 1.一级减温控制系统
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一级减温控制系统采用前馈 串级控制，目的是维持后屏过热器 一级减温控制系统采用前馈—串级控制，目的是维持后屏过热器 系统采用前馈— 出口蒸汽温度T3在设定值上，采用前馈—串级控制。上图中， 出口蒸汽温度T3在设定值上，采用前馈—串级控制。上图中，PID1 T3在设定值上 PID2分别为主调和副调 分别为主调和副调。 和PID2分别为主调和副调。 主调接受的测量值是分隔屏过热器出口蒸汽温度T4 T4， T4信号经 主调接受的测量值是分隔屏过热器出口蒸汽温度T4，用T4信号经 比例器后代表后屏过热器出口蒸汽温度T3 主调PID1 T3。 PID1的输出与总风 比例器后代表后屏过热器出口蒸汽温度T3。主调PID1的输出与总风 燃烧器摆角前馈信号组合构成副调PID2的设定值， PID2的设定值 量、燃烧器摆角前馈信号组合构成副调PID2的设定值，副调的测量 值为一级减温器出口蒸汽温度T5 T5。 值为一级减温器出口蒸汽温度T5。副调输出控制一级减温水调节阀 的开度，通过调节一级减温水流量控制蒸汽温度T3 T3。 的开度，通过调节一级减温水流量控制蒸汽温度T3。 一级减温控制系统切换为手动状态的条件是： 一级减温控制系统切换为手动状态的条件是： 导前蒸汽温度T5信号故障。 T5信号故障 （1）导前蒸汽温度T5信号故障。 蒸汽温度T4信号故障。 T4信号故障 （2）蒸汽温度T4信号故障。 蒸汽流量信号故障。 （3）蒸汽流量信号故障。 温度设定值与实际值偏差大。 （4）温度设定值与实际值偏差大。 调节阀控制指令与反馈偏差大。 （5）调节阀控制指令与反馈偏差大。 主燃料跳闸（MFT）。 （6）主燃料跳闸（MFT）。 汽机跳闸。 （7）汽机跳闸。 锅炉负荷低于20% 20%。 （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。 NO， 当出现上述条件之一时，切换器T切向NO，强制手动控制。
以某600MW发电机组的过热蒸汽流程图为例 以某600MW发电机组的过热蒸汽流程图为例 600MW
分隔屏过热器布置在炉膛 上方， 上方，后屏过热器布置在炉 膛出口处， 膛出口处，末级过热器是布 置在高温烟道的对流过热器。 置在高温烟道的对流过热器。 分隔屏过热器、 分隔屏过热器、后屏过热器 和末级过热器均在左（ 和末级过热器均在左（A）、 两侧对称布置。 右（B）两侧对称布置。 过热蒸汽温度的调节采用两级4点喷水减温， 侧一级减温水调节阀及A 过热蒸汽温度的调节采用两级4点喷水减温，即A侧、B侧一级减温水调节阀及A侧、 侧二级减温水调节阀。一级减温水调节阀控制二级减温器入口蒸汽温度， B侧二级减温水调节阀。一级减温水调节阀控制二级减温器入口蒸汽温度，二级减温 水调节阀控制锅炉出口过热蒸汽温度。 水调节阀控制锅炉出口过热蒸汽温度。
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第四节 过热汽温分段控制系统
一、过热汽温分段控制系统
以对流式二级过热器为例： 以对流式二级过热器为例：
实际中，应考虑 实际中， 前馈信号的引入。 前馈信号的引入。
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二、按温差控制的分段控制系统
II段过热器为辐射式过热器，III过热器为高温对流过热器。 II段过热器为辐射式过热器，III过热器为高温对流过热器。 段过热器为辐射式过热器 过热器为高温对流过热器
以某300MW汽轮发电机组的汽包锅炉为例， 以某300MW汽轮发电机组的汽包锅炉为例，其过热蒸汽生产流 300MW汽轮发电机组的汽包锅炉为例 程简图和流程图如下图所示： 程简图和流程图如下图所示：
过热蒸汽生产流程简图
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过热蒸汽流程图
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一、过热蒸汽温度控制的任务
维持过热器出口蒸汽温度在允许范围内，并且保护过热器， 维持过热器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。 600MW国产汽包炉 国产汽包炉： 使管壁温度不超过允许的工作温度。如600MW国产汽包炉：长 期偏差不允许超过± 期偏差不允许超过±5℃。
二、影响过热蒸汽温度因素 影响过热蒸汽温度因素
温差虽负荷变化关系
防止了负荷增加时一级喷水量的减少， 防止了负荷增加时一级喷水量的减少，二级喷水量的大幅增 从而使一级和二级喷水量相差不大， 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。 对比较均匀。
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第五节 过热汽温控制系统实例
一、过热蒸汽流程
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第二章 汽包锅炉蒸汽温度自动控制系统
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 引 言
串级过热汽温控制系统 采用导前汽温微分信号的双回路过热汽温 控制系统 过热汽温分段控制系统 过热汽温控制系统实例 再热汽温自动控制实例
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第一节
引
言
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1.导前区传递函数 1.导前区传递函数
K1 , n1 = 1 ~ 2 W1 ( s ) = = n1 WB (1 + T1 s ) ∆ θ1 (随锅炉负荷、工作压力 而变化 ) K1 = ∆WB
2.惰性区传递函数 2.惰性区传递函数
θ1
K2 θ2 W1 ( s ) = = θ1 (1 + T2 s ) n
3.采用串级控制的特点 3.采用串级控制的特点
2
对副回路中的二次干扰具有很强的克服能力； 对副回路中的二次干扰具有很强的克服能力；
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二、串级过热汽温控制系统的整定
内回路：导前区传递函数W1(s)、温度变送器 γ θ 1 、副调节器 内回路：导前区传递函数W (s)、 (s)执行器比例系数 WT1(s)执行器比例系数KZ、喷水调节阀比例系数Kμ。 主回路：惰性区传递函数W (s)、 主回路：惰性区传递函数W2(s)、温度变送器 γ θ 2 、主调节器 (s)内回路 内回路。 WT2(s)内回路。
GQ y
K −τ Q s = = e Q y ( s ) 1 + TQ s
θ ( s)
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3. 减温水量扰动 在减温水量WB产生阶跃扰动下，过热汽温θ 应曲线如右图所示： 变化的响
特点：有迟延、有惯性、 特点：有迟延、有惯性、有自 平衡能力（迟延较大， 平衡能力（迟延较大，与减温 器的位置和过热器管道的长短 有关）。 有关）。 一般锅炉： 一般锅炉： 迟延时间：30-60s， 迟延时间：30-60s， 惯性时间常数： 惯性时间常数：>100s
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PI 3的输入信号之和：
θ 32s − f ( D) − (θ 3 − θ 2 )
稳态时应该满足：
θ 3 − θ 2 = θ 32 s − f ( D)
当负荷增加时，温差减小；意味着 当负荷增加时，温差减小； 一级喷水必须喷得更多一些，将二 一级喷水必须喷得更多一些， 级过热器出口温度维持在较低值。 级过热器出口温度维持在较低值。
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采用导前汽温微分信号的双回路过热汽温控制系统原理框图
内回路：（又称导前补偿回路）导前区传递函数W (s)、 内回路：（又称导前补偿回路）导前区传递函数W1(s)、温度 ：（又称导前补偿回路 微分器W (s)、 变送器 γ θ 1、微分器WD(s)、执行器比例系数KZ、喷 水调节阀比例系数Kμ。 主回路：惰性区传递函数W (s)、 主回路：惰性区传递函数W2(s)、温度变送器 γ θ 2、调节器 (s)内回路 内回路。 WT(s)内回路。
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四、过热汽温控制对象的动态特性 1. 蒸汽流量（负荷）扰动 蒸汽流量（负荷） 以对流式过热器为例，在蒸 汽流量D产生阶跃扰动下，过热 汽温θ变化响的应曲线如下图 所示：
蒸汽流量对过热器温度的影响
特点：有迟延，有惯性， 有自平衡能力 ，且τ和TD均 较小。
K GD = e −τ D s = D( s ) 1 + TD s