鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)

1、摘要鍋爐是一種應(yīng)用最廣的熱能裝置,人們通常將燃料比喻做工業(yè)的“糧食”,那么鍋爐就相當(dāng)于工業(yè)的“腸胃”。目前,工業(yè)鍋爐是能源轉(zhuǎn)換和能源消耗的重要設(shè)備。為了保證鍋爐的安全、經(jīng)濟運行,鍋爐的水位、溫度、壓力、流量都要嚴格的控制,不應(yīng)該有較大的波動,應(yīng)該嚴格控制在一個精確的范圍內(nèi),只有這樣才能安全生產(chǎn)。工業(yè)鍋爐是能源轉(zhuǎn)換和消耗的重要設(shè)備,對鍋爐的水位、溫度、壓力、流量都要嚴格的控制,不僅能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量,改善操作人員的工作環(huán)境和條件,而且可以使鍋爐燃燒效率最佳。我國各行各業(yè)廣泛使用著大量中小型工業(yè)鍋爐。鍋爐工藝復(fù)雜、控制要求較高。若用微機技術(shù)進行改造,使之實現(xiàn)自動化,不僅可加強運行安全可靠性、提高供汽

2、質(zhì)量、減輕勞動強度,有利于環(huán)境保護和節(jié)能;而且也不必對鍋爐作大幅度改造、不需要增添過多設(shè)備;是一項利國利民、經(jīng)濟實惠的理想舉措。為了保證鍋爐的安全、經(jīng)濟運行,鍋爐的水位、溫度、壓力、流量都需要監(jiān)控, 鍋爐在正常運行時,為了保證其安全和經(jīng)濟,必須維持主要運行參數(shù)在規(guī)定值。主要運行參數(shù)為水位、壓力、溫度等。隨著蒸汽負荷極其因素的變化,水位、壓力、溫度將發(fā)生變化偏離設(shè)定值。此時,應(yīng)及時調(diào)整給水量,燃料供給量和通風(fēng)量,使主要參數(shù)返回到規(guī)定值。在這次設(shè)計中,主要考慮鍋爐過熱蒸汽溫度控制對其他的變量不加考慮。為改善調(diào)節(jié)品質(zhì),引入導(dǎo)前汽溫微分信號,組成汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的又一種策略。由汽溫被調(diào)對象的動態(tài)特性可知,

3、導(dǎo)前汽溫可以提前反映擾動,取其微分信號引入調(diào)節(jié)器后,由于微分信號動態(tài)時不為零穩(wěn)態(tài)時為零,所以動態(tài)時可使調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用超前,穩(wěn)態(tài)時可使過熱器出口汽溫等于給定值,從而改善調(diào)節(jié)品質(zhì)。將減溫器出口溫度的微分信號作為前饋信號,與過熱器出口溫度相加后作為過熱器溫度控制器測量,當(dāng)減溫器出口溫度有變化時,才引入前饋信號。穩(wěn)定工況下,該微分信號為零,與單回路控制系統(tǒng)相同。關(guān)鍵字:過熱蒸汽控制串級控制反饋控制影響因素系統(tǒng)參數(shù)一.課程設(shè)計任務(wù)與要求1.1內(nèi)容(1.介紹工業(yè)過程控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則及方法(2.根據(jù)所提供的工藝設(shè)備的主要工藝流程圖設(shè)計一套控制系統(tǒng)1.2任務(wù)蒸汽過熱系統(tǒng)則是鍋爐系統(tǒng)安壘正常運行,確保蒸

4、汽品質(zhì)的重要部分。本設(shè)計主要考慮的部分是鍋爐過熱蒸汽系統(tǒng)的控制,要求保證過熱蒸汽溫度穩(wěn)定;1.3要求根據(jù)下列所提供的設(shè)備主要工藝流程圖,對工藝熱工參數(shù)進行檢測顯示,完成所要求的控制系統(tǒng), 畫出控制系統(tǒng)圖;在設(shè)計說明書中分析方案設(shè)計的理由、控制器控制規(guī)律的選擇、控制器正反作用的選擇、選擇器類型的選擇。對鍋爐設(shè)備熱工參數(shù)進行檢測,要求上盤顯示。(1.鍋爐給水壓力,15MPa(2.飽和蒸汽壓力,12MPa(3.過熱蒸汽壓力,11MPa(4.爐膛負壓,-70Pa(5.鼓風(fēng)機出口壓力,4KPa(6.一級過熱器出口蒸汽溫度,540(7.一級過熱器前煙氣溫度,960(8.上級省煤器后煙氣溫度,470(9.下

5、級空氣預(yù)熱器后煙氣溫度。160(10.引風(fēng)機入口煙氣溫度,150(11.給水流量,150t/h(12.過熱蒸汽流量,143t/h(13.鍋爐汽包水位,±300mm二.鍋爐設(shè)備介紹鍋爐是石油化工、發(fā)電等工業(yè)過程必不可少的重要動力設(shè)備,它所產(chǎn)生的高壓蒸汽既可作為驅(qū)動透平的動力源,又可作為精餾、干燥、反應(yīng)、加熱等過程的熱源。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大,作為動力和熱源的過濾,也向著大容量、高參數(shù)、高效率的方向發(fā)展。鍋爐設(shè)備根據(jù)用途、燃料性質(zhì)、壓力高低等有多種類型和名稱,工藝流程多種多樣,常用的鍋爐設(shè)備的蒸汽發(fā)生系統(tǒng)是由給水泵、給水控制閥、省煤器、汽包及循環(huán)管等組成。燃料與空氣按照一定比例送入

6、鍋爐燃燒室燃燒,生成的熱量傳遞給蒸汽發(fā)生系統(tǒng),產(chǎn)生飽和蒸汽,形成一點觀其文的過熱蒸汽,在匯集到蒸汽母管。過熱蒸汽經(jīng)負荷設(shè)備控制,供給負荷設(shè)備用,于此同時,燃燒過程中產(chǎn)生的煙氣,除將飽和蒸汽變成過熱蒸汽外,還經(jīng)省煤器預(yù)熱鍋爐給水和空氣預(yù)熱器預(yù)熱空氣,最后經(jīng)引風(fēng)送往煙囪,排入大氣。 鍋爐設(shè)備主要工藝流程圖鍋爐設(shè)備的控制任務(wù)是根據(jù)生產(chǎn)負荷的需要,供應(yīng)一定壓力或溫度的蒸汽,同時要使鍋爐在安全、經(jīng)濟的條件下運行。為達到這些控制要求,鍋爐設(shè)備將有多個不同的控制系統(tǒng),如下:(1.供給蒸汽量適應(yīng)負荷變化需要或保持給定負荷。(2.鍋爐供給用汽設(shè)備的蒸汽壓力保持在一定范圍內(nèi)。(3.過熱蒸汽溫度保持在一定范圍。(4

7、.汽包水位保持在一定范圍內(nèi)。(5.保持鍋爐燃料的經(jīng)濟性和安全性。(6.爐膛負壓保持在一定范圍。三.設(shè)計原理3.1鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng),要求保證過熱蒸汽溫度穩(wěn)定;鍋爐蒸汽出口壓力控制系統(tǒng),要求保證蒸汽出口壓力保持在一定范圍內(nèi),同時實現(xiàn)邏輯提量和邏輯減量;鍋爐蒸汽出口壓力控制系統(tǒng),要求保證蒸汽出口壓力保持在一定范圍內(nèi),同時實現(xiàn)燃燒過程的經(jīng)濟運行;鍋爐爐膛負壓控制系統(tǒng),要求保證爐膛負壓在一定范圍內(nèi),以保證鍋爐的安全運行。鍋爐安全連鎖控制系統(tǒng),以防止回火和脫火。本設(shè)計根據(jù)任務(wù)要求主要對鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)進行設(shè)計與分析。3.2過熱蒸汽溫度控制任務(wù)過熱蒸汽溫度控制的主要任務(wù)是維持過熱器出口溫度在

8、允許的范圍之內(nèi),并保護過熱 器 ,使其管壁溫度不超過允許的工作溫度。過熱蒸汽溫度是鍋爐汽水系統(tǒng)中的溫度最高點, 蒸汽溫度過高會使過熱器管壁金屬強度下降,以至燒壞過熱器的高溫段,嚴重影響安全;過熱蒸汽溫度偏低,則會降低發(fā)電機組能量轉(zhuǎn)換效率。據(jù)分析,氣溫每降低5,熱經(jīng)濟性將 下降 1 %;且汽溫偏低會使汽輪機尾部蒸汽濕度增大,甚至使之帶水,嚴重影響汽輪機的安全運行。該機組要求控制過熱蒸汽溫在5 3 8 5 4 8 的范圍內(nèi)。鍋爐過熱器出口蒸汽溫度稱為主蒸汽溫度,主蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度統(tǒng)稱為蒸汽溫度。正常運行中,蒸汽溫度應(yīng)維持在額定值,允許波動范圍一般為+5-10。過熱蒸汽溫度的控制任務(wù)是維持過熱

9、器出口汽溫在允許范圍內(nèi),并且保護過熱器使管壁溫度不超過允許的工作溫度.過熱蒸汽溫度是鍋爐給水通道中溫度最高的地方.過熱器正常運行時的溫度一般接近于材料所允許的最高溫度.因此,過熱蒸汽溫度的上限一般不應(yīng)超過額定值5(額定值為450 .如果汽溫偏低,則會降低全廠的熱效應(yīng)和影響汽輪機的安全運行,因而過熱蒸汽溫度的下限一般不低于額定值10。過熱蒸汽溫度控制的主要任務(wù)就是: 克服各種干擾因素,將過熱器出口蒸汽溫度維持在規(guī)定允許的范圍內(nèi),從而保持 蒸氣品質(zhì)合格。保護過熱器管壁溫度不超過允許的工作溫度。本次設(shè)計以控制減溫水流量的變化來闡述對過熱蒸汽溫度的自動調(diào)節(jié)3.3 影響過熱蒸汽的主要因素3.3.1蒸汽量

10、擾動當(dāng)蒸汽量擾動時,沿過熱器管道整個長度各點的溫度幾乎同時變化 其特點是有遲延,有慣性,有自平衡能力,且T較小。當(dāng)鍋爐的蒸汽量增加時,對流式過熱器和輻射式過熱器的出口汽溫隨蒸汽量變化的方向是相反的。蒸汽量增加時,通過對流式過熱器的煙量增加,煙溫也隨之升高,這兩具因素都使對流過熱器汽溫升高。但是,由于蒸汽量增加時,爐膛溫度升高較少,輻射傳熱量的增加比蒸汽量增加所需的吸熱量增加要少,因此,當(dāng)蒸汽量增加,輻射式過熱器出口汽溫是下降的。 通過對流過熱器的受熱面積大于輻射過熱器的受熱面積,對流方式比輻射方式吸熱量為多,因此,總的汽溫將隨蒸汽量增加而升高。蒸汽量擾動時過熱蒸汽溫度動態(tài)特性,但不用蒸汽量作為

11、過熱蒸汽溫度的調(diào)節(jié)量,這里的蒸汽量代表鍋爐負荷,其大小由外部負荷決定。3.3.2.給水溫度正常情況下,給水溫度一般不會有大的變動;但當(dāng)高壓加熱器因故障退出運行時,給水溫度就會降低。對于直流鍋爐,若燃料不變,由于給水溫度降低時,加熱段會加長、過熱段縮短,因而過熱汽溫會隨之降低,負荷也會降低。3.3.3.過?？諝庀禂?shù)過?？諝庀禂?shù)的變化直接影響鍋爐的排煙損失。影響對流受熱面與輻射受熱面的吸熱比例。當(dāng)過?？諝庀禂?shù)增大時,除排煙損失增加、鍋爐效率降低外爐膛水冷壁吸熱減少,造成過熱器進口溫度降低、屏式過熱器出口溫度降低;雖然對流過熱器吸熱量有所增加,但在煤水比不變的情況下,末級過熱器出口汽溫會有所下降。過

12、?？諝庀禂?shù)減小時的結(jié)果與增加時的相反。若要保持過熱汽溫不變,則需重新調(diào)整煤水比。3.3.4.煙氣側(cè)擾動由于過熱器是一個熱交換器,過熱器出口汽溫反映了工質(zhì)從過熱器中帶走的熱量和從煙氣側(cè)吸收的熱量之間的平衡關(guān)系。當(dāng)煙氣流量或煙氣溫度發(fā)生擾動時,過熱蒸汽溫度發(fā)生變化。其特點是:有遲延、有慣性、有自平衡能力。由于煙氣側(cè)擾動是沿過熱器整個長度使煙氣傳熱量發(fā)生變化,所以過熱蒸汽溫度響應(yīng)較快,其遲延和慣性比其它擾動要小,但一般不用煙氣側(cè)作為調(diào)節(jié)手段來調(diào)節(jié)過熱蒸汽溫度。改變煙量或煙溫時,會影響燃燒工況,與燃燒控制互相干擾,另外,煙氣側(cè)擾動也將影響再熱蒸汽溫度。現(xiàn)有電廠熱控系統(tǒng)僅用煙氣側(cè)作為調(diào)節(jié)再熱蒸汽溫度的手

13、段,而利用減溫水量來調(diào)節(jié)過熱蒸汽溫度。3.3.5.火焰中心高度火焰中心高度變化造成的影響與過剩空氣系數(shù)變化的影響相似。在煤水比不變的情況下,火焰中心上移類似于過?？諝庀禂?shù)增加,過熱汽溫略有下降;反之,過熱汽溫略有上升。若要保持過熱溫不變,亦需重新調(diào)整煤水比。3.3.7.受熱面結(jié)渣煤水比不變的調(diào)節(jié)下,爐膛水冷壁結(jié)渣時,過熱汽溫會有所降低;過熱器結(jié)渣或積灰時,過熱汽溫下降較明顯。前者情況發(fā)生時,調(diào)整煤水比就可;后者情況發(fā)生時,不可隨便調(diào)整煤水比,必須在保證水冷壁溫度不超限的前提下調(diào)整煤水比。對于直流鍋爐,在水冷壁溫度不超限的條件下,后四種影響過熱汽溫因素都可以通過調(diào)整煤水比來消除;所以,只要控制、

14、調(diào)節(jié)好煤水比,在相當(dāng)大的負荷范圍內(nèi),直流鍋爐的過熱汽溫可保持在額定值。此優(yōu)點是汽包鍋爐無法比擬的;但煤水比的調(diào)整,只有自動控制才能可靠完成。3.3.8減溫水量擾動采用噴水減溫時,減溫水大多來自給水系統(tǒng)。在給水系統(tǒng)壓力增高時,雖然減溫水調(diào)節(jié)閥的開度未變,但這時減溫水量增加了,汽溫因而降低。噴水減溫器若發(fā)生泄漏,也會在并未操作減溫水調(diào)節(jié)閥的情況下,使減溫水量增大、汽溫降低。3.4設(shè)計原理工業(yè)過程的輸入變量有兩類:控制變量和擾動變量。控制通道和擾動通道的傳遞函數(shù):f s f f f s e s T K s G e s T K s G -+=+=1(;1(0000。其中,干擾時客觀存在的,它是影響系統(tǒng)

15、平穩(wěn)操作的因素,而操縱變量是克服干擾的影響,使控制系統(tǒng)重新穩(wěn)定運行的因素。操縱變量的基本原則為: 選擇對所選定的被控變量影響較大的輸入變量作為操縱變量,0K 盡量大; 在以上前提下,選擇變化范圍較大的輸入變量作為控制變量,以便易于控制; 在的基礎(chǔ)上選擇對被控變量作用效應(yīng)較快的輸入變量作為控制變量,使控制系統(tǒng)響應(yīng)較快00T 盡量小; 綜合以上原則,選擇減溫水的輸入量作為操縱變量。改變過熱器入口蒸汽溫度可以有效地調(diào)節(jié)過熱器出口蒸汽溫度,這是應(yīng)用較廣的一種汽溫調(diào)節(jié)手段,改變?nèi)肟谡羝麥囟瓤捎脟娝畞磉M行。采用減溫器噴水減溫時,要求有足夠的調(diào)節(jié)余量,一般在減溫器停運、鍋爐出力最大時汽溫要高于給定值約304

16、0。 段段噴水調(diào)節(jié)門噴水減溫器(導(dǎo)前區(qū)(惰性區(qū)21W (a 減溫器有表面式和噴水式兩種。減溫器應(yīng)盡可能地安裝在靠近蒸汽出口處,但一定要考慮過熱器材科的安全問題,這樣能夠獲得較好的動態(tài)特蛀。但作為控制對象的過熱器,由于管壁金屬的熱容量比較大,使之有較大的熱慣性。加上管道較長有一定的傳遞滯后,如果用上圖所示的控制系統(tǒng),控制器接受過熱器出口蒸汽溫度變化后,控制器才開始動作,去控制減溫水流量的變化又要經(jīng)過一段時向才能影響到蒸汽溫度這樣,既不能及早發(fā)現(xiàn)擾動,又不能及時反映控制的效果,將使蒸汽溫度發(fā)生不能允許的動態(tài)偏差。影響鍋爐生產(chǎn)的安全和經(jīng)濟運行。四.方案論證4.1串級控制方案過熱器出口蒸汽溫度串級控制

17、系統(tǒng)如下圖所示。采用兩級調(diào)節(jié)器,這兩級調(diào)節(jié)器串在一起,各有其特殊任務(wù),調(diào)節(jié)閥直接受控制器TC2的控制,而控制器TC2的給定值受到控制器TC1的控制,形成了特有的雙閉環(huán)系統(tǒng),由副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器和減溫器出口溫度形成的閉環(huán)稱為副環(huán)。由主調(diào)節(jié)器和主信號出口蒸汽溫度,形成的閉環(huán)稱為主環(huán),可見副環(huán)是串在主環(huán)之中。控制器TC1稱主調(diào)節(jié)器,控制器TC2稱為副調(diào)節(jié)器。將過熱器出口蒸汽溫度調(diào)節(jié)器的輸出信號,不是用來控制調(diào)節(jié)閥而是用來改變控制器TC1的給定值,起著最后校正作用。 由如下串級控制系統(tǒng)方框圖可知,主控制器的輸出即副控制器的給定,而副控制器的輸出直接送往控制閥。主控制器的給定值是由工藝規(guī)定的,是一個定制,因

18、此,主環(huán)是一個定值控制系統(tǒng);而副控制器的給定值是由主控制器的輸出提供的,它隨主控制器輸出變化而變化,因此,副環(huán)是一個隨動控制系統(tǒng)。 串級控制系統(tǒng)方框圖串級控制方案特點:串級系統(tǒng)是一個雙回路系統(tǒng),實質(zhì)上是把兩個調(diào)節(jié)器串接起來,通過它們的協(xié)調(diào)工作,使一個被控量準(zhǔn)確地保持為給定值。通常串級系統(tǒng)副環(huán)的對象慣性小,工作頻率高,而主環(huán)慣性大,工作頻率低。串級控制系統(tǒng)可以看作一個閉合的副回路代替了原來的一部分對象,起了改善對象特征的作用。除了克服落在副環(huán)內(nèi)的擾動外,還提高了系統(tǒng)的工作頻率,加快過渡過程。在爐溫過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)中,為了獲得更好的控制精度,所以采用串級控制系統(tǒng)以得到良好的控制特性。4.2前饋

19、-反饋控制方案為改善調(diào)節(jié)品質(zhì),引入導(dǎo)前汽溫微分信號,組成汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的又一種策略。由汽溫被調(diào)對象的動態(tài)特性可知,導(dǎo)前汽溫可以提前反映擾動,取其微分信號引入調(diào)節(jié)器后,由于微分信號動態(tài)時不為零穩(wěn)態(tài)時為零,所以動態(tài)時可使調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用超前,穩(wěn)態(tài)時可使過熱器出口汽溫等于給定值,從而改善調(diào)節(jié)品質(zhì)。將減溫器出口溫度的微分信號作為前饋信號,與過熱器出口溫度相加后作為過熱器溫度控制器測量,當(dāng)減溫器出口溫度有變化時,才引入前饋信號。穩(wěn)定工況下,該微分信號為零,與單回路控制系統(tǒng)相同。如下圖,TY是微分器。 前饋-反饋控制系統(tǒng)圖 前饋反饋控制系統(tǒng)方框圖副回路: 主回路: 前饋-反饋控制方案特點1.引入導(dǎo)前微分信號

20、縮短了遲延時間,等效地改善了控制對象的動態(tài)特性,遲延時間縮短后,可控性變好,控制品質(zhì)將得到改善。2.采用導(dǎo)前微分信號相當(dāng)于串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)的變形。3. 當(dāng)減溫器出口溫度有變化時,引入前饋信號。前饋控制可以使減溫器出口溫度的擾動消滅于萌芽中,當(dāng)擾動產(chǎn)生后,過熱器出口溫度還未變化以前,根據(jù)擾動作用的大小對減溫器給水量進行超前控制,補償了擾動作用對被控變量的影響。這樣的控制很及時,而且不受系統(tǒng)滯后的影響。比較以上兩種方案,以下設(shè)計中對前饋-反饋控制方案補充設(shè)計。五.控制系統(tǒng)方案及分析5.1系統(tǒng)方案在大型鍋爐中,過熱器管道較長,結(jié)構(gòu)亦復(fù)雜,為了改善控制品質(zhì),一般采用分段控制,即將整個過熱器分成若干段,每段

21、設(shè)置一個減溫器,分別控制各段的汽溫,以維持主汽溫為給定值。由于鍋爐調(diào)節(jié)中,受到許多因素變化的影響,只靠煤水比的粗調(diào)還不夠;另外,還可能出現(xiàn)過熱器出口左、右側(cè)溫度偏差。因此,在后屏過熱器的入口和高溫過熱器(末級過熱器的入口分別布置了一級和二級減溫水(每級左、右各一。噴水減溫器調(diào)溫惰性小、反應(yīng)快,開始噴水到噴水點后汽溫開始變化只需幾秒鐘,可以實現(xiàn)精確的細調(diào)。所以,在整個鍋爐負荷范圍內(nèi),要用一、二級噴水減溫來消除煤水比調(diào)節(jié)(粗調(diào)所存在的偏差,以達到精確控制過熱汽溫的目的。必須注意的是,要嚴格控制減溫水總量,盡可能少用,以保證有足夠的(22s W s W s W s W s W s W f z T d

22、 m D (211s W s W s W s W s W s W D f z T m D 水量冷卻水冷壁;投用時,盡可能多投一級減溫水,少投二級減溫水,以保護屏式過熱器。 分段形式的前饋-反饋控制系統(tǒng)圖5.2系統(tǒng)控制參數(shù)確定5.2.1.被控變量與操縱變量的選擇(1主被控變量的選擇主被控變量是串級控制系統(tǒng)中要保持平穩(wěn)控制的主要被控變量。串級控制系統(tǒng)主被控變量選擇應(yīng)遵循以下原則:.盡量選擇能直接反映產(chǎn)品質(zhì)量的變量作為主被控變量;.所選的主被控變量能滿足生產(chǎn)工藝穩(wěn)定、安全、高效的要求;控制通道的Ko盡量大,o/To應(yīng)盡量小;過程的To/Tf應(yīng)盡量小擾動進入系統(tǒng)的位置應(yīng)盡量遠離主被控變量。綜合以上原則

23、,應(yīng)選擇過熱器出口蒸汽溫度即送入負荷設(shè)備的出口蒸汽溫度作為主變量。直接反應(yīng)控制目的。(2副被控變量的選擇副被控變量是串級控制系統(tǒng)的輔助被控變量,是副回路的設(shè)計質(zhì)量是保證發(fā)揮串級系統(tǒng)優(yōu)點的關(guān)鍵。副變量的選擇應(yīng)遵循以下原則:應(yīng)盡量包含生產(chǎn)過程中主要的、變化劇烈、頻繁的和幅度大的擾動,并力求包含盡可能多的擾動;應(yīng)使主、副對象的時間常數(shù)匹配;應(yīng)考慮工藝上的合理性、可能性和經(jīng)濟型。綜合以上原則,選擇減溫器和過熱器之間的蒸汽溫度作為副被控變量。(3操縱變量的選擇工業(yè)過程的輸入變量有兩類:控制變量和擾動變量。其中,干擾時客觀存在的,它是影響系統(tǒng)平穩(wěn)操作的因素,而操縱變量是克服干擾的影響,使控制系統(tǒng)重新穩(wěn)定運

24、行的因素。操縱變量的基本原則為: 操縱變量必須是工藝上允許調(diào)節(jié)的變量;選擇對所選定的被控變量影響較大的輸入變量作為操縱變量,即Ko 盡量大;選擇對被控變量有較快響應(yīng)的操縱變量,即過程的o/To 應(yīng)盡量小;過程的To/Tf 應(yīng)盡量小,使過程的Kf*F 盡量小;工藝的合理性和與動態(tài)響應(yīng)的快速性相結(jié)合。綜合以上原則,應(yīng)選擇減溫水的輸入量作為操縱變量。5.2.2.檢測變送環(huán)節(jié)的選擇檢測變送環(huán)節(jié)的作用是將工業(yè)生產(chǎn)過程的參數(shù)(流量、壓力、溫度、物位、成分等經(jīng)檢測變送單元轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號。要求準(zhǔn)確、迅速、可靠。檢測變送儀表的量程應(yīng)滿足讀數(shù)誤差的精度要求,同時應(yīng)盡量選用線性特性。儀表量程越大,Km 越小,而量程

25、越小則Km 越大。控制儀表的主要類型大致分為電動或氣動,電動I 型、II 型、III 型,單元組合儀表或是基地是儀表等。常用的控制儀表有電動II 型、III 型。在串級控制系統(tǒng)中,選用的儀表不同,具體的實施方案也不同。電動III 型和電動II 型儀表就其功能來說基本相同,但是其控制信號不相同,控制II 型典型信號為段段噴水調(diào)節(jié)門噴水減溫器(導(dǎo)前區(qū)(惰性區(qū)W (a ,而電動III 型儀表的典型信號為mADC 204,此外。III型儀表較II 型儀表操作、維護更為方便、簡捷,同時III 型儀表還具有完善的跟蹤、保持電路,使得手動切換非常方便,隨時都可以進行切換,且保證無擾動。所以在本設(shè)計中選用電動

26、III 型儀表。5.2.3.執(zhí)行器的選擇控制閥是自動控制系統(tǒng)中的一個重要組成部分,其作用是根據(jù)控制器輸出的信號,直接控制能量或物料等介質(zhì)的輸送量,達到控制工藝參數(shù)的目的。在本控制系統(tǒng)中,調(diào)節(jié)閥是系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu),是按照控制器所給定的信號大小和方向,改變閥的開度,以實現(xiàn)調(diào)節(jié)流體流量的裝置。(1.調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式選擇對于一個具體的控制系統(tǒng)來說,該選擇氣開閥還是氣關(guān)閥,即在閥的氣源信號發(fā)生故障或控制系統(tǒng)某環(huán)節(jié)失靈時,閥出于全開的位置安全,還是處于全關(guān)的位置安全,要有具體的生產(chǎn)工藝決定,應(yīng)遵循以下幾條原則選擇:首先要從安全生產(chǎn)出發(fā),當(dāng)氣源供氣中斷,或調(diào)節(jié)閥出故障而無輸出等情況下,應(yīng)該確保生產(chǎn)工藝設(shè)

27、備的安全,不至發(fā)生事故;從保證產(chǎn)品質(zhì)量:當(dāng)發(fā)生控制閥處于無源狀態(tài)而恢復(fù)到初始位置時,不應(yīng)降低產(chǎn)品的質(zhì)量;從盡可能的降低原料、產(chǎn)品、動力損耗;綜合以上各種因素,在鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)中,選擇調(diào)節(jié)閥為氣開閥,即Kv>0 (2.調(diào)節(jié)閥的流量特性的選擇根據(jù)控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行原則,擾動或設(shè)定變化時,控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定運行的條件是控制系統(tǒng)各開環(huán)增益之積基本恒定;控制系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定運行的條件是控制系統(tǒng)總開環(huán)傳遞函數(shù)的?；竞愣?。在實際生產(chǎn)中常用的調(diào)節(jié)閥有線性特性、對數(shù)特性和快開特性三種,在本系統(tǒng)中選擇調(diào)節(jié)閥的流量特性為線性特性。(3調(diào)節(jié)閥的口徑大小的選擇,確定控制閥口徑大小也是選用控制閥的一個重要內(nèi)容,

28、其主要依據(jù)閥的流通能力。正常工況下要求控制閥開度處于15%85%之間。因此不宜將控制閥選得過小或者過大;否則,可能會使控制閥運行在全開時的非線性飽和工作狀態(tài),系統(tǒng)失控;或者閥門經(jīng)常處于小開度的工作狀態(tài),造成流體對閥芯、閥座嚴重腐蝕,甚至引起控制閥失靈。(4閥門定位器的選擇閥門定位器是調(diào)節(jié)閥的一種輔助裝置,與調(diào)節(jié)閥配套使用,它接受控制器來的信號作為輸入信號,并以其輸出信號去控制調(diào)節(jié)閥,同時將調(diào)節(jié)閥的閥桿位移反饋到閥門定位器的輸入端而構(gòu)成一個閉環(huán)隨動系統(tǒng),閥門定位器可以消除閥膜頭和彈簧的不穩(wěn)定以及各運動部件的干摩擦,從而提高調(diào)節(jié)閥的精度和可靠性,實現(xiàn)準(zhǔn)確定位;閥門定位器增大了執(zhí)行機構(gòu)的輸出功率,減

29、少了系統(tǒng)的傳遞滯后,加快閥桿的移動速度;閥門定位器還可以改善控制閥的流量特性。5.2.4.控制規(guī)律及控制器作用方向的選擇(1控制器控制規(guī)律的選擇通過以上設(shè)計可知,本次設(shè)計的控制系統(tǒng)為串級控制系統(tǒng)。串級控制系統(tǒng)中,主、副控制器所起的作用是不同的,主控制器起定值控制作用,副控制器對主控制器輸出起隨動控制作用,而對擾動作用起定值控制作用。因此,朱控制變量要求無余差,副被控變量可以在一定范圍內(nèi)變動。為使串級控制系統(tǒng)穩(wěn)定,主控制器通常選用比例積分控制器,對于本系統(tǒng)由于控制通道容量滯后較大,為克服容量滯后,選用比例積分微分控制器作為主控制器。副環(huán)是一個隨動系統(tǒng),它的給定值隨主控制器輸出的變化而變化,為了加

30、快跟蹤,副控制器一般不帶積分作用。故選擇副控制器為比例控制器。(2主、副控制器正、反作用選擇對于串級控制系統(tǒng),主、副控制器正、反作用的選擇順序應(yīng)該是先副后主?？刂崎y:由上文可知,Kv>0;副被控對象:閥開度增大,減溫水量增加,副被控對象即減溫器后端溫度降低,因此Kp2<0; 副控制器:為保證負反饋,應(yīng)滿足Kc2*Kv*Kp2*Km2>0,而Km2>0,所以Kc2<0,即應(yīng)選副控制器為正作用控制器。主被控對象:減溫器后端溫度升高,過熱器出口溫度升高,因此,Kp1>0;主控制器:為保證負反饋,應(yīng)滿足Kc1*Kp1*Km1>0,而Km1>0,所以Kc1

31、>0,即應(yīng)選主控制器為反作用控制器?？刂破骺刂埔?guī)律選擇:因前饋中有微分環(huán)節(jié),若出現(xiàn)干擾,微分環(huán)節(jié)已經(jīng)有大輸出,而在反饋控制中,為了實現(xiàn)無余差,準(zhǔn)確控制過熱器出口溫度,故控制器選用比例積分器。六、串級控制系統(tǒng)控制器參數(shù)的整定參數(shù)整定,就是通過調(diào)整控制器的參數(shù),改善控制系統(tǒng)的動穩(wěn)態(tài)特性,找到最佳的調(diào)節(jié)過程,使控制品質(zhì)最好。串級控制系統(tǒng)常用的參數(shù)整定方法有3種:逐步逼近法、兩步法和一步法。本串級控制系統(tǒng)選用逐步逼近法,具體整定步驟如下:1、首先斷開主環(huán),閉合副環(huán),按照單回路控制系統(tǒng)的整定方法(通常有經(jīng)驗整定法、臨界比例度法、衰減曲線法、反應(yīng)曲線法整定副控制器參數(shù)。2、閉合主、副回路,保持上一步

32、取得的副控制器參數(shù),按單回路控制系統(tǒng)的整定方法整定主控制器參數(shù)。3、在閉合主、副回路,在主控制器參數(shù)保持的情況下,再次調(diào)整副控制器參數(shù)。4、至此,已完成一個循環(huán),如控制品質(zhì)未達到規(guī)定指標(biāo),返回2繼續(xù)。七.控制儀表的選擇控制儀表的主要類型大致分為電動或氣動,電動I 型、II 型、III 型,單元組合儀表或是基地是儀表等。常用的控制儀表有電動II 型、III 型。電動III 型和電動II 型儀表就其功能來說基本相同,但是其控制信號不相同,控制II 型典型信號為mADC 100,而電動III 型儀表的典型信號為mADC 204,此外。III 型儀表較II型儀表操作、維護更為方便、簡捷,同時III型儀

33、表還具有完善的跟蹤、保持電路,使得手動切換非常方便,隨時都可以進行切換,且保證無擾動。所以在本設(shè)計中選用電動III型儀表。八.控制系統(tǒng)圖及說明8.1 控制系統(tǒng)圖附圖-過熱蒸汽控制系統(tǒng)圖8.2 說明1、對鍋爐設(shè)備熱工參數(shù)進行檢測,上盤顯示:儀表盤上標(biāo)號各自對應(yīng)的參數(shù)如下;、鍋爐給水壓力,15MPa、飽和蒸汽壓力,12MPa、過熱蒸汽壓力,11MPa、爐膛負壓,-70Pa、鼓風(fēng)機出口壓力,4KPa、一級過熱器出口溫度,540、一級過熱器前煙氣溫度,960、上級省煤器后煙氣溫度,470、下級空氣預(yù)熱器后煙氣溫度,160、引風(fēng)機入口煙氣溫度,150、給水流量,150t/h、過熱蒸汽流量,143t/h、鍋爐汽包水位, 300mm其中,(6即圖中的601,也為串級的標(biāo)號。2、對于溫度檢測器,需要有溫度傳感器,在儀表內(nèi),用虛線;對于顯示表,在控制室,用實線;對