汽温控制系统

第四章汽温控制系统第一节过热汽温控制系统第二节再热汽温控制系统第一节过热汽温自动控制系统一、过热汽温自动控制的任务与对象的动态特性1、过热汽温控制的意义与任务2、过热汽温控制对象的静态和动态特性（1）静态特性锅炉负荷与过热汽温的关系过剩空气系数与过热汽温的关系给水温度与过热汽温的关系燃烧器的运行方式与过热汽温的关系第一节过热汽温自动控制系统（2）动态特性蒸汽流量扰动下过热汽温对象的动态特性烟气传热量扰动下过热汽温对象的动态特性减温水流量扰动下汽温对象的动态特性在各种扰动下，汽温对象是有迟延、有惯性和自平衡能力的。蒸汽流量扰动：迟延时间20秒烟气侧扰动：迟延时间15-25秒减温水扰动：迟延时间30-60秒控制汽温的手段：烟气侧调节（烟气调节挡板、摆动式燃烧器）喷水减温调节第一节过热汽温自动控制系统1、具有导前微分信号的双回路控制系统2、串级汽温控制方案二、过热汽温控制系统的基本方案过热汽温控制的关键是解决系统大迟延、大惯性的问题。第一节过热汽温自动控制系统θ：主蒸汽温度，系统的主信号θ1：减温器出口温度，导前汽温信号1、具有导前微分信号的双回路控制系统如果不加入导前汽温信号，控制系统就是一个只根据主汽温度进行控制的单回路调节系统，由于调节对象存在大迟延、大惯性，不可能获得满意的调节效果，甚至不能投入自动。加入导前汽温的微分信号后，由于导前汽温能迅速反映扰动的影响，所以能有效改善调节品质。动态过程中，PID调节器根据导前信号的微分信号和主蒸汽信号动作，稳态时，导前汽温的微分信号为0，因此过热器出口主汽温度一定等于设定值。第一节过热汽温自动控制系统2、串级汽温控制方案PID2PID1θ：主蒸汽温度，系统的主信号θ1：导前汽温信号在该方案中，只要导前汽温发生变化，副调节器PID2就去改变减温水调节阀的开度，改变减温水量，初步维持后段过热器入口（减温器出口）处的汽温，对后段过热器出口主汽温起粗调作用。后段过热器出口主汽温由主调节器PID1控制。只要后段过热器出口汽温未达到设定值，主调节器PID1的输出就不断地变化，使副调节器不断地去改变减温水量，直到主汽温恢复到主汽温设定值为止。稳态时，减温器出口的汽温，即导前汽温可能与原来数值不同，而主汽温一定等于设定值。第一节过热汽温自动控制系统由于导前汽温能比主汽温提前反映扰动对主汽温的影响，尤其是减温水扰动，显然串级控制系统可以减小主汽温的动态偏差。在串级汽温控制系统中，两个回路的任务及对象的动态特性不同。副调节器的任务是快速消除落在内回路内的扰动影响，要求控制过程的持续时间较短，但不要求无偏差，故可选用比例调节器，也可用比例、积分、微分调节器。主调节器的任务是维持主汽温为设定值，一般选用比例积分微分调节器，在采用计算机控制系统后，还可选用更复杂的控制算法。第一节过热汽温自动控制系统三、过热蒸汽温度控制系统举例第一节过热汽温自动控制系统对于现代大型锅炉，由于过热器管道长，结构复杂，迟延和惯性更大，为了完成控制主蒸汽温度和保护过热器两个任务，多采用分段控制系统（多级减温）。一级减温：减温器布置在低过出口集箱至全大屏过热器进口集箱的连接管上，左右各一只，其作用是保护屏式过热器，防止屏过超温，同时改善二级减温控制系统的控制品质。在运行中作汽温的粗调，是过热汽温的主要调节手段。ECR：14.49T/H二级减温：减温器全大屏过热器出口，共2只。其作用是保证主蒸汽（高过出口）温度等于设定值，在运行中作汽温的细调节。ECR:7.75T/H第一节过热汽温自动控制系统（一）一级减温控制系统1、信号部分被调量：二级减温器入口的蒸汽温度θ1给定值：机组的负荷函数，可由运行人员进行手动偏置。前馈信号：机组负荷、送风量、燃烧器摆角第一节过热汽温自动控制系统2、串级控制部分主调节器副调节器主调节器PIDl的输入偏差信号e1是二级减温器入口的蒸汽温度给定值θl与实际值θ0的偏差。E1=θ0-θ1E2=θ1j-OPID1+f一级减温器出口温度θ1j与主调节器输出的差，加上前馈信号f形成副调节器PID2的输入偏差信号e2。第一节过热汽温自动控制系统当某种扰动引起二级减温器入口蒸汽温度θ1上升时，主调节器输入偏差减小，PIDl的输出下降，引起副调节器的输入偏差增大，PID2的输出增加，使减温水增加，一级减温器出口汽温θ1j立即下降，经延时使二级减温器入口汽温θ1下降。θ1j下降使副调节器的输入偏差e2减小。这样，在主汽温的迟延期间内，当主调节器输出还在减小时，θ1j也在同时减小，抑制了副调节器输出的进一步增加，从而防止了减温水过调。第一节过热汽温自动控制系统系统引入机组负荷、送风量、喷燃器摆角等外扰信号作为前馈信号是十分有用的。这些扰动信号变化都会引起过热蒸汽温度的明显变化，因此将其引入系统，可以用来抑制它们对过热蒸汽温度的影响，改善一级过热蒸汽温度的控制品质。如送风量增加时，过热汽温会上升，将送风量信号作为前馈信号引入系统，使f上升，副调节器输入偏差增大、输出增加，增加减温水量，就可有效抑制汽温升高，改善系统在送风量扰动下的控制品质。第一节过热汽温自动控制系统防超温保护回路由图中虚线框内的加法器∑、调节器PID3、4℃和0％给定器、限幅器、切换器等组成。正常情况下这一回路不起作用，它由切换器T控制，输出为零。只有当某种原因导致二级减温器入口蒸汽温度比给定值高出4℃以上时，PID3才会有大于零的输出，使一级减温喷水调节阀动态过开，以防止屏式过热器超温。防超温保护回路的控制作用受到限幅器的限制，以避免喷水调节阀的动作太大。(3)防超温保护回路第一节过热汽温自动控制系统（二）二级减温控制系统二级过热器出口蒸汽温度控制是锅炉出口蒸汽温度的最后一道控制手段，为了保证汽轮机的安全经济运行，要求尽可能提高锅炉出口蒸汽温度的控制品质。为此，二级减温控制系统的前馈信号采用了基于焓值计算的较为完善的方案。其基本思想是：通过较为准确的计算，确定未段过热器入口处应具有的温度值，将其作为副调节器的设定值。首先控制好未段过热器入口温度，使得过热蒸汽在这一温度值的基础上，经过末段过热器吸热后，其出口汽温正好达到或接近要求的定值。若仍有偏差，再由主调节器来消除。第一节过热汽温自动控制系统实现这一思想的关键是末段过热器入口汽温定值的估算。根据蒸汽特性，某一状态下的蒸汽温度可由焓值和压力两个参数求出。在这里，末段过热器入口处压力等于出口处的主汽压力加上蒸汽从入口流到出口产生的压损，而入口焓值则是出口焓值减去蒸汽流经末段过热器的焓增值。有了这两个参数就可根据蒸汽图表查出入口汽温定值。蒸汽特性表可用拟合方法存入计算机中，或用蒸汽参数计算公式计算；压损可根据蒸汽流量和阻力特性计算；出口蒸汽焓值可据出口主蒸汽压力和要求的主汽温度定值，由蒸汽表查得。第一节过热汽温自动控制系统不难看出，问题的关键是对焓增值的估计。在此，对影响焓增的几种因素作一分析。流经末段过热器的蒸汽焓增与锅炉输入热量直接有关。输入热量增加，焓增加大。一般用风量间接代表锅炉输入热量，风量信号可从燃烧控制系统的测量信号中获取。炉内过剩空气系数，将影响到末段过热器入口处的烟速，过剩空气系数增大，会使进入高温对流过热器的烟速升高，因而可为它提供更多的热量。过剩空气系数可用主蒸汽流量与风量比值来间接表示。火焰中心的位置将影响入口烟温。火焰中心高，炉膛出口烟温升高，则本应由水冷壁吸收的热量，被烟道中的其他部分，包括末段过热器吸收了，热量的再分配，使蒸汽流经末段过热器后的焓增值增大。火焰中心的位置难以测量，只能作粗略估计，可以用最高两层燃烧器的燃料量与总燃料量的比值作为反映火焰中心位置的间接信号。再热汽温控制系统在采用烟气挡板或燃烧器倾角控制再热汽温时，对过热汽温也有影响，可用再热汽温控制指令间接反映这种影响。机组负荷的快速变化会引起过热汽温的变化；在锅炉燃料量快速增加时，若用户(汽轮机)的用汽量不变，则由于烟气中的热量迅速增加，使得过热蒸汽的温度上升；反之，用汽量迅速增加时，若锅炉输入热量不增或增加缓慢，则会使得过热汽温降低。未级过热器出口焓值考虑多种影响因素后估算出的焓增值未级过热器入口焓值第一节过热汽温自动控制系统(三)过热汽温控制连锁逻辑为了防止减温器喷水调节阀门的漏流影响，在喷水调节阀前后设置了喷水截止阀。通常，需要减温水时(调节阀控制指令大于约5％)，全开截止阀，不需要时，则全关截止阀。1、一级减温喷水控制逻辑如下：当一级过热器出口温度变送器或第一级喷水减温器后的温度变送器故障、喷水调节阀执行器故障、主燃料跳闸(MFT)或负荷小于X(％)(X≈20％MCR)时，一级减温喷水阀M／A站从自动切至手动(MRE)。当一级喷水阀指令大于y(％)(≈5％)，但一级喷水截止阀未开时，一级减温器喷水调节阀置位在1％开度上(对应M／A操作站后切换器选择“MIN”)。当一级喷水阀指令等于0％时，关闭一级减温器前、后截止阀。当主燃料跳闸或负荷小于20％MCR时，PLW(超弛减)信号使一级喷水阀迅速关闭，同时关闭电动截止阀。第一节过热汽温自动控制系统2、二级减温器喷水控制逻辑。二级减温控制系统的喷水控制逻辑如下：当综合前馈信号故障、锅炉出口汽温信号故障、二级减温器后温度信号故障、二级喷水调节阀故障、主燃料跳闸(MFT)或负荷小于X(％)(X≈20％MCR)时，二级减温喷水阀M／A站切至手动(MRE)。当MFT动作或负荷小于X(％)时，输出PLW逻辑，迅速关二级喷水调节阀。当二级喷水阀指令大于Y(％)与二级电动截止阀关闭同时成立，则将二级喷水调节阀设置在1％的最小开度位置上。当MFT动作或负荷小于X(％)条件之一成立时，则关闭所有电动截止阀。当I级(或Ⅱ级)减温器喷水阀指令大于0％时，则全开I级(或II级)喷水截止阀。第二节再热汽温自动控制系统从控制的角度讲，以对被控量影响最大的因素作为控制手段对控制最有利。但在再热蒸汽温度控制中，由于蒸汽负荷是由用户决定的，故不可能用改变蒸汽负荷的方法来控制再热蒸汽温度。因此，再热蒸汽温度控制大都采用改变烟气流量作为主要控制手段。1、采用烟气挡板控制再热汽温2、采用摆动式燃烧器3、采用微量喷水和事故喷水一、再热汽温控制的任务与再热汽温控制方法二、再热汽温控制系统举例第二节再热汽温自动控制系统1、再热汽温烟气挡板控制为了整个机组的安全经济运行，必须将锅炉再热器出口的蒸汽温度控制在运行人员设定的数值上。正常情况下的再热蒸汽温度由烟气挡板控制，再热汽温烟气挡板控制SAMA图如图所示。图中，A、B两侧再热器出口蒸汽温度分别有两个测量值信号，正常时选择大值信号作为烟气挡板控制回路的过程变量值PV。该系统为一带前馈作用的单回路控制系统。前馈作用信号由机组给定负荷经函数发生器后形成，前馈通道能快速消除锅炉负荷信号的变化对再热器出口蒸汽温度的影响。而再热器出口蒸汽温度的稳定最终依靠PID调节回路来校正。再热器出口蒸汽温度设定值SP由两部分组成，其中第一部分是由总燃料量代表的锅炉负荷信号经函数发生器后给出基本设定值。其中第二部分是运行人员根据机组的实际运行工况设定的手动偏置信号。为了防止手动偏置信号的突变对控制系统产生较大的扰动，该设定值经过了速率限制。此外，为了防止运行人员误将设定值操作到合理范围之外，该设定值不允许超过设定的上、下限限值。此外，高温再热器出口温度设定值还受到来自DEH的再热蒸汽温度设定值的下限限制。再热汽烟气挡板除设计了自动控制方式外，还设计有软手动操作方式。当系统切到软手动方式时，PID调节器的输出跟踪烟气挡板控制站的输出。如果系统出现下列情况之一时，再热汽温烟气挡板控制回路强制切到手动。(1)任一侧再热器入口汽温信号故障；(2)机组给定负荷信号故障；(3)主燃料量跳闸(MFT)。烟气挡板的控制指令同时作用于再热器侧与过热器侧烟气挡板，改变流过过热器受热面与再热器受热面的烟气分配比例，从而达到控制再热汽温的目的。两侧烟气挡板的动作方向正好相反，当再热器侧开大时，过热器侧关小。控制