蒸汽温度控制系统设计

控制系统课程设计题目：蒸汽温度控制系统设计

系别：电气工程系

专业：自动化

姓名：

学号：

指导教师：

河南城建学院

2013年01月11 日

摘要

本文是针对锅炉过热蒸汽温度控制系统进行的分析和设计。控制系统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。

关键字：过热蒸汽控制串级控制系统自动控制主控-串级切换

目录

1 生产工艺介绍 (1)

1.1 蒸汽过热系统的控制 (1)

2控制原理简介 (1)

2.1控制方案选择 (2)

2.1.1单回路控制方案 (2)

2.1.2串级控制方案 (2)

2.2 串级控制方案论证 (3)

3 控制系统设计 (4)

3.1 系统控制参数确定 (4)

3.1.1 主变量的选择 (4)

3.1.2副变量的选择 (5)

3.1.3操纵变量的选择 (5)

3.2 调节阀的选择 (5)

3.3 控制器设计 (6)

3.3.1 控制器控制规律的选择 (6)

3.3.2 控制器正、反作用选择 (6)

3.3.3 控制器的电路实现 (7)

4 控制仪表的选择 (7)

5 系统控制流程图 (8)

6 总结体会 (8)

6.1 设计总结 (8)

6.2 心得体会 (8)

参考文献 (10)

蒸汽温度控制系统设计

1 生产工艺介绍

1.1 蒸汽过热系统的控制

蒸汽过热系统则是锅炉系统安垒正常运行，确保蒸汽品质的重要部分。本设计主要考虑的部分是锅炉过热蒸汽系统的控制。

蒸汽过热系统包括一级过热器、减温器、二级过热器。控制任务是使过热器出口温度维持在允许范围内，并保护过热器时管壁温度不超过允许的工作温度。

过热蒸汽温度过高或过低，对锅炉运行及蒸汽用户设备都是不利的，过热蒸汽温度过高，过热器容易损坏，汽轮机也因内部过度的热膨胀而严重影响安全运行；过热温度过低，一方面使设备的效率降低，同时使汽轮机后几级的蒸汽湿度增加，引起叶片磨损，所以必须把过热器出口蒸汽的温度控制在规定范围内。

锅炉过热蒸汽系统主要由一级过热器、减温器和二级过热器组成，在锅炉生产过程中，过热蒸汽温度是整个汽水通道中最高的温度。过热器温度过高将导至过热器损坏，同时还会危及汽轮机的安全运行。过热器温度过低则将使设备效率降低，影响经济指标。

影响过热蒸汽温度的因素很多，其中主要的有：过热器是一个多容且延迟较大的惯性环节，设备结构设计与控制要求存在若矛盾，各种扰动因素之闻相互影响，如蒸汽量、燃烧工况、锅炉给水温度、进入过热蒸汽的热焓，流经过热器的烟气温度及流速的变化等。而对各种不同的扰动，过热蒸汽温度的动态特性也各不相同。因此，过热蒸汽温度控制的主要任务就是：

(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。

本设计主要以控制减温水流量的变化来阐述对过热蒸汽温度的自动调节。

2控制原理简介

随着控制理论的发展，越来越多的智能控制技术，如自适应控制、模型预测控制、模糊控制、神经网络等，被引入到锅炉过热蒸汽温度控制中。但这些控制技术主要是为了改善和提高控制系统的控制品质，并没有从引起过热蒸汽温度波动的源头入手。通常，烟气

温度过高是引起过热蒸汽温度过高的主要原因。一般，过热蒸汽温度在烟气扰动下延迟较小，而在减温水量扰动下延迟较大，这种特性将使过热蒸汽温度的控制滞后。

2.1控制方案选择

2.1.1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，如下图所示。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，应用得最多。

减温器有表面式和喷水式两种。减温器应尽可能地安装在靠近蒸汽出口处，但一定要考虑过热器材科的安全问题，这样能够获得较好的动态特蛀。但作为控制对象的过热器，由于管壁金属的热容量比较大，使之有较大的热惯性。加上管道较长有一定的传递滞后，如果用下图所示的控制系统，调节器接受过热器出口蒸汽温度t 变化后，调节器才开始动作，去控制减温水流量w .w 的变化又要经过一段时向才能影响到蒸汽温度t 这样，既不能及早发现扰动，又不能及时反映控制的效果，将使蒸汽温度t 发生不能允许的动态偏差。影响锅炉生产的安全和经济运行。

M

入口蒸汽过热器减温器调节器

减温水出口蒸汽温度

图2-1 改变减温水量控制蒸汽温度系统

实际中过热蒸汽控制系统常采用减温水流量作为操纵变量，但由于控制通道的时间常数及纯滞后均较大，组成单回路控制系统往往不能满足生产的要求。因此常采用串级控制系统，减温器出口温度为副参数，以提高对过热蒸汽温度的控制质量。

2.1.2串级控制方案

过热器出口蒸汽温度串级控制系统的方框图如下图所示。采用两级调节器，这两级调节器串在一起，各有其特殊任务，调节阀直接受调节器1的控制，而调节器1的给定值受到调节器2的控制，形成了特有的双闭环系统，由副调节器调节器和减温器出口温度形成

的闭环称为副环。由主调节器和主信号—出口蒸汽温度，形成的闭环称为主环，可见副环是串在主环之中。

M

入口蒸汽过热器减温器调节器2

减温水

出口蒸汽温度

调节器1温度

变送

器

温度变送器

图2-2 过热蒸汽温度串级调节系统原理图

调节器2称主调节器，调节器1称为副调节器。将过热器出口蒸汽温度调节器的输出信号，不是用来控制调节阀而是用来改变调节器2的给定值，起着最后校正作用。

串级系统是一个双回路系统，实质上是把两个调节器串接起来，通过它们的协调工作，使一个被控量准确地保持为给定值。通常串级系统副环的对象惯性小，工作频率高，而主环惯性大，工作频率低。为了提高系统的控制性能，希望主副环的工作频率相差三倍以上，以免频率相近时发生共振现象面破坏正常工作。串级控制系统可以看作一个闭合的副回路代替了原来的一部分对象，起了改善对象特征的作用。除了克服落在副环内的扰动外，还提高了系统的工作频率，加快过渡过程。

串级控制由于副环的存在，改善了对象的特性，使等效副对象的时间常数减小，系统的工作频率提高。同时，由于串级系统具有主、副两只控制器，使控制器的总放大倍数增大，系统的抗干扰能力增强，因此，一般来说串级控制系统的控制质量要比单回路控制系统高。

在炉温过热蒸汽温度控制系统中，为了获得更好的控制精度，所以采用串级控制系统以得到良好的控制特性。

2.2 串级控制方案论证

串级控制是随着工业的发展，新工艺不断出现，生产过程日趋强化，对产品质量要求越来越高，简单控制系统已不能满足工艺要求的情况下产生的。