畢業(yè)論文：過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

1、摘要隨著世界經(jīng)濟開展，能源利用日益緊張，改善與提高當前應用廣泛的鍋爐控制系統(tǒng)的控制能力對于提高鍋爐熱效率、節(jié)省能源以及提高工廠經(jīng)濟效益等方面具有重要的實際意義。本文首先選取了吉化250廠的65t/h鍋爐為研究對象，分析了鍋爐的三大控制系統(tǒng):鍋爐給水控制采用以附加蒸汽流量的前饋-串級三沖量控制系統(tǒng)，消除了虛假液位帶來的影響；燃燒控制采用以帶有氧量修正的并列-串級燃燒控制系統(tǒng)，保證了燃燒的充分、平安、經(jīng)濟性；過熱蒸汽溫度控制采用以蒸汽溫度為主控參數(shù)的串級控制系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力和控制精度。最后通過仿真證實了該設(shè)計方案在實際工業(yè)中的可行性，可以推廣應用。關(guān)鍵詞：鍋爐 ；汽包水位 ；燃燒系統(tǒng)

2、；過熱蒸汽溫度 AbstractWith the development of world economy，use of energy is increasingly nervous，Improve and improve the current widely used control system of boiler control for improving thermal efficiency of boiler、to save energy and improve the economic effectiveness in the factory and so on has impor

3、tant practical significance.At first, this paper selected the sunup 250 plant of 65 t/h boiler as the research object, Analysis of the three control system of boiler: boiler feed water control using additional steam flow of feedforward - the cascade three impulse control system, The effects of elimi

4、nating the false level; Oxygen combustion control adopts with modified parallel - cascade combustion control system, To ensure the combustion fully, security and economy; Superheated steam temperature control adopts steam temperature as the main control parameters of the cascade control system, To i

5、mprove the anti-interference ability of the system and control accuracy. Finally, the simulation confirms the feasibility of design scheme in the actual industry, Can be applied.Key Words：boiler；The drum water level ；Combustion system ；Superheated steam temperature 目錄摘要1Abstract21 緒論1 鍋爐控制系統(tǒng)現(xiàn)狀1 鍋爐工藝

6、流程簡介2 研究意義3 本文研究的內(nèi)容及關(guān)鍵問題42 鍋爐控制方案設(shè)計5 汽包水位控制系統(tǒng)5 汽包水位控制對象的動態(tài)特性5 給水控制系統(tǒng)設(shè)計8 燃燒控制方案設(shè)計13 燃燒控制系統(tǒng)的控制任務13 鍋爐燃燒系統(tǒng)控制對象特性16 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的設(shè)計18 過熱蒸汽溫度方案設(shè)計22 過熱蒸汽溫度控制對象的動態(tài)特性23 過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計253 鍋爐控制系統(tǒng)的仿真28 仿真工具簡介283.1.1 MATLAB簡介283.1.2 Simulink簡介28 控制系統(tǒng)仿真29 汽包水位控制系統(tǒng)仿真30 燃燒控制系統(tǒng)的仿真33 過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的仿真374 鍋爐控制系統(tǒng)的平安保護41 保護意義41

7、 保護工程415 鍋爐控制系統(tǒng)的儀表選型43結(jié)論44參 考 文 獻45附錄 鍋爐結(jié)構(gòu)原理圖47致謝481 緒論1.1 鍋爐控制系統(tǒng)現(xiàn)狀隨著經(jīng)濟的迅猛開展，自動化控制水平越來越高，用戶對鍋爐控制系統(tǒng)的工作效率要求也越來越高，為了提高鍋爐的工作效率，較少對環(huán)境的污染問題，所以利用計算機與組態(tài)軟件技術(shù)對鍋爐生產(chǎn)過程進行自動控制有著重要的意義。其優(yōu)越性主要在于：首先，通過對鍋爐燃燒過程進行有效控制，使燃燒在合理的空燃比條件下進行，可以提高燃燒效率。由于工業(yè)鍋爐耗渣油量大，燃燒熱效率每提高1%都會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。其次，鍋爐控制過程的自動化處理以及監(jiān)控軟件良好的人機界面使運行參數(shù)在CRT上的集中監(jiān)測，

8、操作人員在監(jiān)控計算機上能根據(jù)控制效果及時修改運行參數(shù)，這樣能有效地減少人工的疲勞和失誤，提高生產(chǎn)過程的實時性、平安性。隨著計算機控制技術(shù)應用的普及、可靠性的提高及價格的下降，工業(yè)鍋爐的微機控制必將得到更加廣泛的應用。鍋爐作為重要的動力設(shè)備，其控制的根本要求是供給合格的蒸汽，使鍋爐蒸發(fā)量適應負荷的需求。為此，生產(chǎn)過程的各個主要參數(shù)必須嚴格控制。鍋爐設(shè)備是一個多輸入、多輸出的復雜控制對象，這些輸入變量與輸出變量之間是相互關(guān)聯(lián)的。如果蒸汽負荷發(fā)生變化，必將引起汽包水位、蒸汽壓力和蒸汽溫度等的變化；燃料量的變化不僅影響蒸汽壓力，同時還會影響汽包水位、蒸汽溫度、爐膛負壓；給水量的變化不僅影響汽包水位，而

9、且對蒸汽壓力、蒸汽溫度等亦有影響；所以鍋爐設(shè)備是多輸入，多輸出且相互關(guān)聯(lián)的控制對象。鍋爐的自動化控制從上世紀三、四十年代就開始了，當時大都為單參數(shù)儀表控制，進入上世紀五十年代后，美國、前蘇聯(lián)等國家都開始進行對鍋爐的操作和控制做了進一步研究。 鍋爐控制技術(shù)的開展經(jīng)歷了幾個歷史階段：1 、純手動階段在六十年代以前，由于自動化技術(shù)與電子技術(shù)開展不成熟，人們的自動化觀念還比擬淡薄，這段時期的鍋爐一般采用純手動的控制方式，即操作工人通過經(jīng)驗決定送風、給水、引風、給煤的多少，通過手動操作器等方式來到達控制鍋爐的目的。這樣就要求司爐人員必須有豐富的經(jīng)驗，增加了工人的勞動強度，事故率高，更談不上保證鍋爐的高效

10、率運行。2、 自動化單元組合儀表控制階段 隨著自動化技術(shù)與電子技術(shù)的開展，國外已經(jīng)開發(fā)并廣發(fā)應用了全自開工業(yè)鍋爐控制技術(shù)。60年代前期，我國工業(yè)鍋爐的控制技術(shù)開始開展，60年代后期我國引進了國外的全自動燃油工業(yè)鍋爐的控制技術(shù)，70年代后期已經(jīng)研制了一些工業(yè)鍋爐的自動化儀表，正式將自動化技術(shù)應用于工業(yè)鍋爐控制領(lǐng)域，因而熱效率有所提高，事故率也有所下降。但是，由于采用單元組合儀表靠硬件來實現(xiàn)控制功能，可靠性低，精度不高，而且只能完成一些簡單的控制算法，不能實現(xiàn)一些較先進的算法和控制技術(shù)，控制效果仍然不理想。3、 采用微機測控階段隨著電子技術(shù)的開展，高集成度、高可靠性、價格低廉的微型計算機、單板機、

11、單片機、工業(yè)專用控制計算機的出現(xiàn)以及在我國的廣泛應用，為鍋爐控制領(lǐng)域開辟了一片廣闊的天地。運用計算機技術(shù)，開發(fā)出高效率、高可靠性、全自動的微機工業(yè)測控系統(tǒng)同時得到重視。80年代后期至今，國內(nèi)已經(jīng)陸續(xù)出現(xiàn)了各種各樣的鍋爐微機測控系統(tǒng)，明顯地改善了鍋爐的運行狀況，但還不夠完善，并對環(huán)境和抗干擾要求較高。4、 分散控制階段 分散控制系統(tǒng)DCS稱集成控制系統(tǒng)，其本質(zhì)是采用分散控制和集中管理的設(shè)計思想，分而自治和綜合協(xié)調(diào)的設(shè)計，采用層次化的體系結(jié)構(gòu)，從下到上依次分為直接控制層、操作監(jiān)控層、生產(chǎn)管理層、和決策管理層。DCS是以多臺DDC計算機為根底，集分散型控制系統(tǒng)。目前分散控制系統(tǒng)大多采用可編程控制器進

12、行系統(tǒng)設(shè)計，工控機PLC的組合，不但系統(tǒng)體積小、可靠性高，而且造價較低，得到了廣闊用戶的青睞。1.2 鍋爐工藝流程簡介 鍋爐是一種承受一定工作壓力的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，其作用就是有效地把燃料中的化學能轉(zhuǎn)換為熱能，或再通過相應設(shè)備將熱能轉(zhuǎn)化為其它生產(chǎn)和生活所需的能量形式，長期以來在生產(chǎn)和居民生活中都起很重要的作用。鍋爐是工業(yè)過程中不可缺少的動力設(shè)備，鍋爐的任務是根據(jù)外界負荷的變化，輸送一定質(zhì)量和相應數(shù)量的蒸汽。它所產(chǎn)生的蒸汽不僅能夠為蒸餾、化學反響、枯燥等過程提供熱源，而且還可以作為風機、壓縮機、泵類驅(qū)動透平的動力源，其工藝流程圖如下圖。圖1.1 鍋爐設(shè)備主要工藝流程圖1-燃燒嘴 2-爐膛 3-汽包

13、4-減溫器 5-爐墻 6-過熱器 7-省煤器 8-空氣預熱器由圖1.1可知：燃料與熱空氣按一定比例送入鍋爐燃燒室燃燒，生成的熱量傳遞給蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，產(chǎn)生飽和蒸汽Ds，然后經(jīng)過過熱器，形成一定氣溫的過熱蒸汽D，再聚集到蒸汽母管。壓力為Pm的過熱蒸汽，經(jīng)負荷設(shè)備控制，供給負荷設(shè)備用。與此同時，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)省煤器預熱鍋爐給水和空氣預熱器預熱空氣，最后經(jīng)引風機送往煙囪，排入大氣。1.3 研究意義 鍋爐是化工、煉油、發(fā)電等工業(yè)生產(chǎn)過程中比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，又可作為蒸餾、化學反響枯燥和蒸發(fā)等過程的熱源。隨著工業(yè)生產(chǎn)

14、規(guī)模的不斷擴大，生產(chǎn)設(shè)備的不斷革新，作為全廠動力和熱源的鍋爐，亦向著大容量、高效率開展。為了確保平安、穩(wěn)定生產(chǎn)，鍋爐設(shè)備的控制系統(tǒng)就顯得愈加重要。由于鍋爐的燃料種類、燃燒設(shè)備、制粉系統(tǒng)、爐體型式、鍋爐功能和運行要求的不同，鍋爐有各種各樣的流程。按燃料種類分，在各個工業(yè)部門中，應用最多的是燃油鍋爐、燃氣鍋爐和燃煤鍋爐。在石油化工、煉油的生產(chǎn)過程中，往往產(chǎn)生各種不同的殘油、殘渣、釋放氣及煉廠氣。為充分利用這些燃料，所以有油、氣混合燃燒鍋爐和油、氣、煤混合燃燒鍋爐。在化工、造紙、制糖等工藝過程中，還會產(chǎn)生各種可燃的廢料，可利用這些“燃料產(chǎn)生的熱量或在生產(chǎn)過程中化學反響所生成的熱量，來生產(chǎn)各個部門所需

15、的蒸汽，因此又形成了廢熱鍋爐。所有這些鍋爐，燃料種類各不相同，但蒸汽發(fā)生系統(tǒng)和蒸汽處理系統(tǒng)是根本相間的。從1978年改革以來，我國年均經(jīng)濟增長率達9%以上，目前已經(jīng)是世界上第六大經(jīng)濟體和第三大貿(mào)易國，中國興起成為了當今世界的熱門話題。隨著科學技術(shù)的飛速開展，帶動社會生產(chǎn)的開展，人類對能源的需求不斷增加，世界上興旺國家為了解決能源緊張而帶給各行業(yè)的沖擊，都努力在開發(fā)能源的同時，致力于節(jié)能新方法的研究。根據(jù)不完全統(tǒng)計，我國目前有各類鍋爐近40萬臺，每年的煤耗量達3億多噸，占我國原煤產(chǎn)量的三分之一。由于煤質(zhì)變化大，設(shè)備陳舊，不僅供熱勞動條件差，勞動強度大，而且鍋爐效率低。因此，在滿足工藝要求的前提下

16、，為了提高鍋爐的熱效率，降低能源消耗，把工人從繁重的勞動中解救出來，促進文明生產(chǎn)，實現(xiàn)鍋爐自動控制十幾個亟待解決的問題。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計一臺10t/h的鍋爐，假設(shè)能提高效率1%，每年就能節(jié)省煤200t左右，約合人民幣50000多元，經(jīng)濟效益是很明顯的。又如對燃渣油鍋爐進行改造，實行自動控制，在不需人工干預的情況下，隨時調(diào)整給水量、燃料量、送風量及引風量，維持水位、蒸汽壓力、蒸汽溫度及負壓的恒定，就有可能將鍋爐的熱效率提高5%以上。另外，使鍋爐到達經(jīng)濟燃燒狀態(tài)，還可以減少煙氣中的含塵量，減少空氣污染?？偨Y(jié)國內(nèi)外鍋爐控制經(jīng)驗，結(jié)合實際，設(shè)計出適合鍋爐的控制硬件系統(tǒng)，并實現(xiàn)先進控制算法，提高鍋爐的自動

17、化水平，以及效率，合理利用資源，到達鍋爐控制系統(tǒng)平安、節(jié)能、環(huán)保運行，這具有重要的經(jīng)濟效益和深遠的社會效益。1.4 本文研究的內(nèi)容及關(guān)鍵問題1、 主要內(nèi)容本次設(shè)計包括工藝流程圖的繪制和施工圖設(shè)計，其中以控制方案設(shè)計為重點，進行儀表選型、系統(tǒng)連接和安裝等方面的圖紙設(shè)計并從平安角度進行連鎖系統(tǒng)設(shè)計，從而完成鍋爐的汽包水位、蒸汽溫度、蒸汽壓力、燃燒過程的自控工程設(shè)計工作，其中設(shè)計圖紙內(nèi)容和深度符合施工圖設(shè)計要求，其中所涉及到的工藝參數(shù)均為實際工況參數(shù)。2、 關(guān)鍵問題鍋爐汽包水位控制、爐膛負壓控制、蒸汽溫度控制、蒸汽壓力控制、燃燒過程控制、平安保護及經(jīng)濟效應和儀表的正確選型。2 鍋爐控制方案設(shè)計2.1

18、 汽包水位控制系統(tǒng)汽包鍋爐給水自動控制的任務是維持汽包水位在一定的范圍內(nèi)變化，汽包水位是鍋爐運行中的一個重要的監(jiān)控參數(shù)，它間接地表示了鍋爐負荷和給水的平衡關(guān)系，維持汽包水位是保持汽機和鍋爐平安運行的重要條件。鍋爐汽包水位過高，影響汽包內(nèi)汽水別離裝置的正常工作，造成出口蒸汽中水分過多，結(jié)果使過熱器受熱面結(jié)垢而導致過熱器燒壞，同時還會使過熱汽溫產(chǎn)生急劇變化，直接影響機組運行的經(jīng)濟性和平安性；汽包水位過低，那么可能使鍋爐水循環(huán)工況破壞，造成水冷壁管供水缺乏而燒壞。2.1.1 汽包水位控制對象的動態(tài)特性從理論上已經(jīng)分析了對汽包水位產(chǎn)生擾動的兩個因素,給水擾動、蒸汽流量擾動；在影響汽包水位的諸多因素中，

19、以鍋爐蒸發(fā)量蒸汽流量D和給水流量W為主，汽包水位作為被控變量、給水流量作為調(diào)節(jié)變量、蒸汽流量作為干擾量，下面?zhèn)戎赜懻摻o水流量與蒸汽流量作用下的水位變化的動態(tài)特性，方框圖如下圖。圖2.1 汽包水位根本控制函數(shù)模型圖中，Wf(S)為蒸汽流量擾動函數(shù)，W0(S)為給水流量擾動下水位變化函數(shù)。1、 給水流量擾動下水位變化的動態(tài)特性，即控制通道的特性給水量W的擾動是給水自動控制系統(tǒng)中影響汽包水位的主要擾動之一,因為它是來自控制側(cè)的擾動,又稱內(nèi)擾。如果把汽包和水位看作單容量無自衡對象，水位階躍響應曲線將如圖中的1線。在給水量擾動下水位變化的階躍響應曲線如下圖。圖給水流量作用下水位階躍響應曲線2線為水位受到

20、給水量階躍擾動后的實際響應曲線,可以認為是由1線和3線合成的。由2線可以清楚地看出給水被控對象內(nèi)擾的特點是由于給水溫度比汽包內(nèi)飽和水的溫度低，所以給水量變化后，使循環(huán)管內(nèi)的汽包總體積減少導致水位下降。因此實際水位響應曲線如圖中2線，即當突然加大給水量后，汽包水位一開始不立即增加，而要呈現(xiàn)出一段起始慣性段。如果給水量和蒸汽量不能平衡,水位將不能穩(wěn)定。由給水階躍響應曲線可求出滯后時間和響應時間。延長H曲線的直線段與時間軸的交點A,與縱坐標的交點B,那么以O(shè)A=、OB=,的大小與省煤器的構(gòu)造形式及鍋爐容量的大小有關(guān)。給水溫度越低，純滯后時間越大。通常在15100S之間。對于沸騰式省煤器=100200

21、S, 對于非沸騰式省煤器=30100S。響應時間=() 2.1水位在給水擾動情況下的傳遞函數(shù)如公式2.2所示。 W0(S)= 2.22 、蒸汽流量擾動下水位變化的動態(tài)特性，即干擾通道的動態(tài)特性。蒸汽流量擾動主要來自蒸汽透平的負荷變化,屬于外部擾動,這是一個經(jīng)常發(fā)生的擾動。在蒸汽流量發(fā)生擾動的情況下,水位的階躍響應曲線如下圖。 圖蒸汽流量作用下水位的階躍響應曲線H1只考慮物質(zhì)不平衡的水位響應曲線；H2只考慮蒸發(fā)面下汽包容積Vs變化的水位響應曲線；H1+H2實際水位響應曲線；當蒸汽透平的用汽量突然增加,鍋爐的蒸發(fā)量大于給水量,從汽包的水量來看,水位變化曲線如圖中H1所示。但是當鍋爐的蒸發(fā)量突然增加

22、時,由于Vs的增加而使水位變化曲線如圖中的H2所示,當鍋爐負荷變化時，實際顯示出的水位響應曲線如H所示(H=H1+H2)。當負荷增加時,雖然汽包的進水量小于蒸發(fā)量但在一開始水位不僅不下降,反而迅速上升,這種現(xiàn)象稱為“虛假液位,這是由于負荷增加時水面下汽包的容積Vs增加得很快。當汽泡的容積與負荷相適應而到達穩(wěn)定后,水位就主要隨物質(zhì)不平衡的關(guān)系的變化而下降。應當指出,當負荷突然改變時,Vs的改變而引起水位的改變是很快的,圖中H2的時間常數(shù)大約只有1020S。“虛假液位“變化的幅度與鍋爐的汽壓和蒸發(fā)量變化的大小有關(guān),對于一般100230t/h的中高壓鍋爐,當負荷突然變化10%時,虛假水位現(xiàn)象可使水位

23、變化3040mm。蒸汽流量擾動時,水位變化的動態(tài)特性傳遞函數(shù)為： WD(S)= 2.3T2H2特性的時間常數(shù)，約為1020s；K2H2特性的放大系數(shù)；響應速度。圖所示的蒸汽流量擾動下水位階躍響應曲線只是定性地說明水位變化的特點,在實際進行動態(tài)試驗時是很難造成蒸汽流量階躍擾動的。如果只改變負荷設(shè)備的用汽量,就會引起汽壓的變化,這時虛假水位現(xiàn)象就會更嚴重些。2.1.2 給水控制系統(tǒng)設(shè)計根據(jù)汽包鍋爐給水控制對象動態(tài)特性的特點,可以提出給水控制系統(tǒng)的一些根本設(shè)計方法:由于對象的內(nèi)擾動態(tài)特性存在一定的延遲和慣性,所以給水控制系統(tǒng)假設(shè)采用以水為被調(diào)量的單回路系統(tǒng),那么控制過程中水位將出現(xiàn)較大的動態(tài)偏差,給

24、水流量波動較大。因此,對給水內(nèi)擾動態(tài)特性延遲和慣性大的鍋爐應采用串級或其它控制方案。由于對象在蒸汽負荷擾動(外擾)時,有“虛假液位現(xiàn)象。因此給水控制采用以水位為被調(diào)量的單回路系統(tǒng)。那么在擾動的初始階段，調(diào)節(jié)器將使給水流量向與負荷變化方向相反的方向變化,從而擴大了鍋爐進出流量的不平衡。所以在設(shè)計給水控制系統(tǒng)時,應考慮采用以蒸汽流量為前饋信號的前饋控制,以改善給水控制系統(tǒng)的品質(zhì)。(1) 單沖量控制系統(tǒng)單沖量水位控制系統(tǒng)是以汽包水位測量信號為唯一的控制信號,即水測量信號經(jīng)變送器送到水位調(diào)節(jié)器,調(diào)節(jié)器根據(jù)汽包水位測量值與給定值偏差去控制給水調(diào)節(jié)閥,改變給水量以保持汽包水位在允許的范圍內(nèi)。單沖量水位控制

25、系統(tǒng)是汽包水位自動控制系統(tǒng)中最簡單、最根本的一種形式，控制原理如圖。 圖2.4 單沖量控制系統(tǒng)原理圖1、單沖量汽包水位控制系統(tǒng)的優(yōu)點：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,對鍋爐汽包容量比擬小、汽包水位受到擾動后的反響速度比擬慢、“虛假液位現(xiàn)象不很嚴重的小型鍋爐,采用單沖量水位控制是能滿足生產(chǎn)要求的。2、 單沖量汽包水位控制存在著一些缺點：單沖量控制方案只根據(jù)水位信號控制給水量,在鍋爐負荷變化大,即階躍擾動很大時,由于鍋爐的“虛假液位現(xiàn)象,例如負荷蒸汽增加時,水位一開始先上升,調(diào)節(jié)器只根據(jù)水位作為控制信號,就去關(guān)小閥門減少給水量,等到假水位消失后，由于蒸汽量增加，送水量反而減少，將使水位嚴重下降，波動很厲害，嚴重時甚

26、至會使汽包水位降到危險程度以致發(fā)生事故。因此對于停留時間短、負荷變動較大的情況，這樣的系統(tǒng)不能適應，水位不能保證。2雙沖量控制系統(tǒng)針對單沖量控制系統(tǒng)不能克服“虛假液位的影響，如果根據(jù)蒸汽流量作為校正作用，就可以糾正“虛假液位“引起的錯誤動作，而且也能提前發(fā)現(xiàn)負荷的變化，從而大大改善了控制品質(zhì)。將蒸汽流量信號引入，就構(gòu)成了雙沖量控制系統(tǒng)，控制原理圖如下圖。 圖 雙沖量控制系統(tǒng)原理圖 Ic液位控制器的輸出； IF-蒸汽流量變送器的輸出； I0-初始偏置值； C1、C2-加法器系數(shù)雙沖量控制系統(tǒng)是采用互補原理對假液位現(xiàn)象進行控制的。當出口蒸汽流量突然增大時,它將使液位上升(假液位)。此時控制系統(tǒng)根據(jù)

27、變化量大小,使給水量也增大一定數(shù)值,由于當給水量突然增大時,將使汽包液位下降(假液位),這樣經(jīng)過疊加作用,將使汽包液位根本維持不變,從而到達克服假液位的目的。鍋爐汽包雙沖量液位控制系統(tǒng)是在單沖量液位控制的根底上引入蒸汽流量作為前饋信號,能消除“虛假液位對調(diào)節(jié)的不良影響,縮短了過渡過程時間,改善控制系統(tǒng)的靜態(tài)特性,提高了調(diào)節(jié)質(zhì)量。在給水壓力比擬平穩(wěn)時,用于小型低壓鍋爐較好。但是也存在著缺點,控制閥的工作特性不一定為線性，要做到靜態(tài)補償比擬困難；對于給水系統(tǒng)的干擾仍不能很好克服。當給水量擾動頻繁時 , 控制系統(tǒng)不能很好的調(diào)節(jié)液位，滿足不了液位在(H=)附近波動,不宜采用雙沖量控制。3三沖量控制系統(tǒng)

28、鍋爐汽包三沖量液位控制系統(tǒng)是在雙沖量液位控制根底上引入了給水流量信號,由水位、蒸汽流量和給水流量組成了三沖量液位控制系統(tǒng),在這個系統(tǒng)中,汽包水位是被控主變量；蒸汽流量、給水流量是兩個輔助量信號,實質(zhì)上三沖量控制系統(tǒng)是前饋加反響控制系統(tǒng),可分為單級和串級兩種控制系統(tǒng)。三沖量汽包給水控制系統(tǒng),采用蒸汽流量信號對給水流量進行前饋控制,當蒸汽負荷突然發(fā)生變化,蒸汽流量信號使給水調(diào)節(jié)閥一開始就向正確方向移動,即蒸汽流量增加,給水調(diào)節(jié)閥開大,抵消了由于“虛假液位引起的反向動作,因而減小了水位和給水流量的波動幅度；當水壓干擾使給水流量改變時,調(diào)節(jié)器能迅速消除干擾。如給水流量減少,調(diào)節(jié)器立即根據(jù)給水流量減少的

29、信號,開大給水閥門,使給水量保持不變。另外,給水流量信號也是調(diào)節(jié)器動作后的反響信號,能使調(diào)節(jié)器及早知道控制的效果,所以三沖量給水控制系統(tǒng),調(diào)節(jié)器動作快,還可防止調(diào)節(jié)過頭,減少波動和失控。調(diào)節(jié)器輸出的控制信號與蒸汽流量信號的變化方向相同，當給水流量發(fā)生自發(fā)性擾動時,調(diào)節(jié)器也能立即動作,控制給水流量使給水流量迅速恢復到原來的數(shù)值,從而使汽包水位根本不變。當汽包水位增加時,為了維持水位,調(diào)節(jié)器的正確操作應使給水流量減小,單級三沖量給水控制原理如下圖。 圖 單級三沖量給水控制原理圖圖所示是三沖量控制系統(tǒng)方案，這是一種前饋蒸汽流量與串級控制組成的復合控制系統(tǒng)，對于給水系統(tǒng)的干擾有比擬好的克服。圖2.7

30、串級三沖量給水控制原理圖 圖2.8 串級三沖量給水控制方框圖 LC為汽包液位控制器，F(xiàn)C為給水控制器，GHW為給水控制通道傳遞函數(shù)，GHD為蒸汽干擾通道傳遞函數(shù)，同時要引入前饋作用GMD來消除“虛假液位。3、 串級和單級控制系統(tǒng)的比擬串級控制系統(tǒng)是由兩個調(diào)節(jié)器組成,而單級控制系統(tǒng)只有一個控制器，在調(diào)節(jié)精度上不如串級控制系統(tǒng)，抗干擾能力上也沒有串級控制系統(tǒng)強。串級系統(tǒng)主副調(diào)節(jié)器的任務不同,副調(diào)節(jié)器的任務是用以消除給水壓力波動等因素引起的給水流量的自發(fā)性擾動以及當蒸汽負荷改變時迅速調(diào)節(jié)給水流量,以保證給水流量和蒸汽流量的平衡；主調(diào)節(jié)器的任務是校正水位偏差。這樣,當負荷變化時,水位穩(wěn)定值是靠主調(diào)節(jié)器

31、來維持的。通過對各給水控制系統(tǒng)的分析比擬,可確定采用串級三沖量給水控制系統(tǒng)。2.2 燃燒控制方案設(shè)計鍋爐燃燒系統(tǒng)控制的任務是使燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量適應蒸汽負荷的需要,同時還要保證經(jīng)濟燃燒和鍋爐的平安運行。具體控制任務可概括為三個方面：蒸汽母管壓力、鍋爐燃燒的最正確狀態(tài)和經(jīng)濟性、爐膛負壓。2.2.1 燃燒控制系統(tǒng)的控制任務1、穩(wěn)定蒸汽母管的壓力維持蒸汽母管壓力不變,這是燃燒過程自動控制的第一項任務。如果蒸汽壓力變了就表示鍋爐的蒸汽生產(chǎn)量與負荷設(shè)備的蒸汽消耗量不相適應,因此,必須改變?nèi)剂系墓┙o量,以改變鍋爐的燃燒發(fā)熱量,從而改變鍋爐的蒸發(fā)量,恢復蒸汽母管壓力為額定值。蒸汽壓力是反映蒸汽供需關(guān)系平衡

32、與否的重要指標,也是表征蒸汽的重要參數(shù)。汽壓偏高,會加速金屬材料的蠕變；汽壓偏低,說明供需關(guān)系不平衡,設(shè)備消耗的蒸汽量大于現(xiàn)有的產(chǎn)汽量,難以維持長期穩(wěn)定的運行。因此,維持壓力穩(wěn)定是平安生產(chǎn)和維持運行的需要。對于燃渣油鍋爐蒸汽壓力的控制主要通過給渣油量的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)。給渣油量大,供給的熱量多，鍋爐吸熱多，產(chǎn)生的蒸汽壓力增大，相反那么蒸汽壓力減小，當然給渣油量必須與鼓風量配合；一定給渣油量對應最正確鼓風量，鼓風量小，燃燒不完全，鼓風量大帶走過多熱量。而且根據(jù)工藝要求，當負荷增加時，應先增加鼓風量，再增加給渣油量；負荷減小時，先減少給渣油量，后減少鼓風量。2 、維持鍋爐燃燒的最正確狀態(tài)和經(jīng)濟性維護鍋爐

33、燃燒過程的最正確狀態(tài)和經(jīng)濟性是鍋爐燃燒過程自動控制的第二項任務。燃燒的經(jīng)濟性指標難于直接測量,常用鍋爐煙氣中的含氧量,或者燃料量與送風量的比值來表示。如果能夠恰當?shù)乇３秩剂狭颗c空氣量的正確比值,就能到達最小的熱量損失和最大的燃燒效率。反之,如果比值不當,空氣缺乏,結(jié)果導致燃料的不完全燃燒；當大局部燃料不能完全燃燒時,熱量損失直線上升；如果空氣過多,就會使大量的熱量損失在煙氣之中,使燃燒效率降低。一般說來,對燃渣油鍋爐,煙氣中保持小于5%氧氣或40%的過剩空氣左右是最適宜的,這樣熱損失最小。1過剩空氣系數(shù)燃料的充分燃燒需要適量的空氣,鍋爐內(nèi)的燃料也一樣,空氣量多了或少了都不適宜。鍋爐在空氣缺乏的

34、狀況下進行燃燒,將產(chǎn)生CO而不是CO2，造成近2/3的熱值釋放,同時伴隨著冒黑煙,浪費能源。相反,如果在過量空氣的狀況下燃燒,一方面大量未起反響的空氣會帶著大量的熱量從煙道散失,另一方面空氣中的氮在高溫下同過剩的O2起反響,生成各種NOX的氮化物，故在過剩的空氣狀態(tài)下燃燒也會使熱效率降低,浪費能源,污染環(huán)境，過?？諝鈸p失和不完全燃燒損失示意圖如下圖。 圖2.9 過?？諝鈸p失和不完全燃燒損失示意圖可見,為提高其效率,使鍋爐燃燒處于最正確工況,必須維持適當?shù)目諝夂腿剂媳壤P(guān)系,也即維持爐內(nèi)的過?？諝夥€(wěn)定。空氣和燃料的比例關(guān)系通常用過?？諝庀禂?shù)表示,其定義為:=2 煙氣含氧量空氣過剩系數(shù)在實際系統(tǒng)中

35、測量是比擬困難的,以前多采用煙氣成份分析的方法,但此種方法滯后時間比擬長。由于過?？諝庀禂?shù)與煙氣含氧量之間存在一一對應的關(guān)系,所以,近年來大都采用氧化鋯測氧儀來測量煙氣中的含氧量,通過控制煙氣含氧量,來保證最正確的過?？諝庀禂?shù)。煙氣含氧量高,說明送風量大,過量的風會帶走過多熱量；含氧量低,說明燃燒不充分。兩種情況都不能保證經(jīng)濟燃燒,這就需要找出鍋爐燃燒所要的最正確煙氣含氧量。不過在鍋爐負荷變化時,此最正確值也會變化。根據(jù)鍋爐的燃燒特點,在高負荷時,含氧量要稍低一點,而低負荷時,含氧量要稍高一些。因此,一個理想的含氧量校正信號還必須用負荷進行修正,即根據(jù)負荷變化修正含氧量的給定值。一般情況下,可

36、以用如下簡單的線性關(guān)系來修正: 2.4 圖 含氧量與負荷的關(guān)系 其中，0SP為含氧量設(shè)定值，0SPI為含氧量設(shè)定值上限，OSPL為含氧量設(shè)定值下限，F(xiàn)pv為蒸汽流量，F(xiàn)PVI為蒸汽流量上限，F(xiàn)PVL為蒸汽流量下限。當蒸汽流量在上下限間變化時，含氧量設(shè)定值也在上下限間線性變化。3、維持爐膛負壓在一定范圍爐膛負壓的變化,反映了引風量與送風量的不相適應。通常要求爐膛負壓保持在2040Pa的范圍內(nèi)。這時燃燒工況,鍋爐房工作條件,爐子的維護及平安運行都最有利。如果爐膛負壓太小,爐膛容易向外噴火,既影響環(huán)境衛(wèi)生,又可能危及設(shè)備與操作人員的平安。負壓太大,爐膛漏風量增大,增加引風機的電耗和煙氣帶走的熱量。因

37、此,需要維持爐膛壓力在一定的范圍之內(nèi)。這三項控制任務是相互關(guān)聯(lián)的,它們可以通過控制燃料量、送風量和引風量來完成,對于燃燒過程自動控制系統(tǒng)的要求是:在負荷穩(wěn)定時,應使燃料量、送風量和引風量各自保持不變,及時地補償系統(tǒng)的內(nèi)部擾動,這些內(nèi)部擾動引起的燃料量、送風量和引風量的變化等。在負荷變化的外擾作用時,那么應使燃料量、送風量和引風量成比例的改變,既要適應負荷的要求,又要使三個被控量:蒸汽母管壓力、爐膛負壓和燃燒經(jīng)濟性指標保持在允許范圍內(nèi)。2.2.2 鍋爐燃燒系統(tǒng)控制對象特性鍋爐汽包蒸汽壓力是燃燒系統(tǒng)控制對象的主要被調(diào)量,分析燃燒系統(tǒng)控制對象的動態(tài)特性,是確定燃燒控制方案的主要依據(jù)。為此,下面分析一

38、下在主要擾動作用下,汽包蒸汽壓力變化的動態(tài)特性。引起蒸汽壓力變化的因素是很多的,如燃料量、送風量、給水量、蒸汽流量以及各種使燃燒工況變化的原因。它的主要擾動是燃料量的改變(稱為內(nèi)擾動)和蒸汽流量的改變(稱為外擾動)。1、燃料量改變時蒸汽壓力變化的動態(tài)特性鍋爐在正常運行時,當進入爐膛的燃料量發(fā)生變化,那么爐膛發(fā)熱量立即改變,幾乎沒有遲延和慣性,即為比例。而蒸發(fā)局部可以看作是一個儲熱量的容積,反映儲熱量多少的主要參數(shù)是汽包壓力P。蒸汽壓力變化的動態(tài)特性與鍋爐的供汽條件有關(guān),如果用汽量D不變,而燃料量改變產(chǎn)生內(nèi)擾時,蒸汽壓力成積分規(guī)律變化,蒸汽壓力變化的階躍反響曲線如下圖。圖2.11 蒸汽調(diào)節(jié)閥開度

39、不變時，在燃料量階躍擾動時，蒸汽壓力的反響曲線如果用汽設(shè)備的調(diào)節(jié)閥開度不變,那么隨著汽壓P的升高,蒸汽流量也將增加,這時蒸汽壓力成指數(shù)規(guī)律變化,它的反響曲線如下圖。從圖中可知,當蒸汽流量帶走的熱量等于燃料增加的熱量時,蒸汽壓力又在新的數(shù)值上穩(wěn)定下來,系統(tǒng)到達新的平衡。2 蒸汽流量改變時蒸汽壓力變化的動態(tài)特性蒸汽流量改變時對蒸汽壓力擾動稱為外擾。外擾的情況是負荷設(shè)備的蒸汽閥門開度改變，下面就分析這種情況下蒸汽壓力變化的動態(tài)特性。如果負荷設(shè)備的蒸汽調(diào)節(jié)閥開度突然改變,鍋爐的汽壓也隨即改變,其反響曲線如下圖。當調(diào)節(jié)閥開度突然開大,那么從汽包中流向負荷設(shè)備的蒸汽流量D立即增加D。但是由于燃料量沒有增加

40、,因此汽包蒸汽壓力逐漸下降,從汽包中流出的蒸汽量也逐漸減少,最后蒸汽流量只能恢復原值，也就是說燃料量不改變,在平衡狀態(tài)時,鍋爐供給的蒸汽流量也不會改變。至于閥門開度增大后,短時間增加的蒸汽量是依靠鍋爐蒸發(fā)局部儲熱量減少(壓力降低)放出來的。 圖 負荷設(shè)備蒸汽閥門開度階躍變化時，鍋爐汽壓的反響曲線以上分析的只是主要被控參數(shù)蒸汽壓力的動態(tài)特性,至于燃燒系統(tǒng)另外兩個被控參數(shù),燃燒經(jīng)濟性指標和爐膛負壓,是保證良好燃燒和平安操作的內(nèi)部參數(shù),只要送風量、引風量隨時與燃料量在變化時保持適當比例,就能使燃燒經(jīng)濟性指標和爐膛負壓不會有較大變化。2.2.3 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的設(shè)計組成燃燒控制系統(tǒng)的根本原那么是首先

41、要求它能迅速地適應外部負荷的擾動,且在動態(tài)過程下能保證燃燒的經(jīng)濟性及各被控參數(shù)在允許的指標。1 控制方案設(shè)計1無“氧量修正的并列-串級燃燒控制系統(tǒng) 該系統(tǒng)是以控制燃料量和空氣量的比例來保證燃燒的經(jīng)濟性，控制系統(tǒng)原理圖如所示。圖2.13 無“氧量修正的并列-串級燃燒控制系統(tǒng)原理圖圖2.14 無“氧量修正的并列-串級燃燒控制結(jié)構(gòu)圖主調(diào)節(jié)器PI1根據(jù)母管壓力PM與給定值的偏差對各臺并列運行鍋爐按比例發(fā)出增、減負荷的信號(中用NolNo3表示對l3號爐的負荷要求信號),各并列運行鍋爐接受主調(diào)節(jié)器來的負荷要求信號。 燃料調(diào)節(jié)器PI2接受負荷要求信號和燃料反響信號M,其任務是使燃料與“負荷要求相適應。送風

42、調(diào)節(jié)器PI3接受負荷要求信號和進風量V負反響信號,其任務是使送風量與“負荷要求相適應,從而間接地使送風量與燃料量成適當比例,即保證燃燒的經(jīng)濟性。負壓調(diào)節(jié)器PI4接受爐膛負壓信號,當ST偏離給定值時,它控制引風量Vs，維持負壓ST在給定值。在靜態(tài)平衡時,母管壓力PM等于給定值PMO;爐膛負壓ST等于給定值。而燃料調(diào)節(jié)器的總輸入信號Nol一K1M=0;送風調(diào)節(jié)器的總輸入信號Nol一K2V=0,從而間接地保證了燃料量與送風量成一定比例: K1M=K2V 2.5該系統(tǒng)的動態(tài)過程可簡述如下:當負荷發(fā)生變化時,母管壓力PM很快變化并偏離給定值,使主調(diào)節(jié)器輸出的“負荷要求信號發(fā)生變化,通過燃料調(diào)節(jié)器和送風調(diào)

43、節(jié)器同時改變每臺鍋爐的燃料量和送風量。進風量的變化使爐膛負壓ST偏離給定值,促使引風調(diào)節(jié)器動作去改變引風量Vs,控制過程結(jié)束后,PM和ST恢復到給定值,主調(diào)節(jié)器輸出的負荷要求信號穩(wěn)定在一新的數(shù)值上,M和V與新的負荷要求數(shù)值成比例。該系統(tǒng)中還考慮到燃料量與送風量成一定比例關(guān)系,但是這兩個量成一定比例關(guān)系并不能確保燃燒的經(jīng)濟性,因此,最好能有一個檢查燃料量和送風量是否恰當配備的直接指標,以此來校正送風量。 優(yōu)缺點：無“氧量修正“的并列-串級燃燒控制系統(tǒng)較為簡單，但存在有較大的缺點,即燃料調(diào)節(jié)器以給渣油調(diào)節(jié)機構(gòu)的位置作為反響信號,雖然能夠?qū)θ剂险{(diào)節(jié)過程起著有效的穩(wěn)定作用,但不能消除燃料內(nèi)部的擾動，當

44、燃料方面經(jīng)常發(fā)生擾動時(數(shù)量、質(zhì)量),這種控制系統(tǒng)不能自動保證正常工作。無“氧量修正“的并列-串級燃燒控制系統(tǒng)只適用于燃料量和送風量能夠準確測量,同時燃料品種不變化的鍋爐。2具有“氧量修正的并列-串級燃燒控制系統(tǒng) 根據(jù)實際工藝需求，鍋爐的燃燒控制系統(tǒng)中不僅要考慮燃料控制、爐膛負壓控制、蒸汽壓力控制，且還要考慮到經(jīng)濟性，因此還需要保證給于空氣中O2的量，控制方案中要帶有氧量修正的控制環(huán)節(jié)；所以采用并列串級燃燒能滿足這種要求。具體控制原理圖如下圖，由圖可看出該控制系統(tǒng)中對于燃燒控制能到達一個比擬好的效果，保證了鍋爐燃燒的良好性。圖 燃燒并列串級系統(tǒng)原理圖圖 具有“氧量修正的燃燒并列串級控制系統(tǒng)方框

45、圖在該系統(tǒng)中,氧量校正調(diào)節(jié)器PI5接受測量爐煙含氧量變送器輸出的電流信號。由于最正確含氧量與鍋爐負荷有關(guān),一般負荷增加,最正確含氧量減少,故通過一個函數(shù)轉(zhuǎn)換器f(x)對它進行負荷修正。經(jīng)過修正的氧量信號進入PI5調(diào)節(jié)器與最正確含氧量給定值進行比擬,當產(chǎn)生偏差時,PI5輸出電流給送風調(diào)節(jié)器PI3進行風量校正,但給校正進行得相當緩慢,因為PI3的調(diào)節(jié)作用已根本上保證了風、渣油比例。經(jīng)過校正后的送風量能滿足煙氣中最正確含氧量要求。在靜態(tài)平衡時,送風調(diào)節(jié)器PI3及PI2入口信號的代數(shù)和為零,即No1-KVV+I5=0 (2.6)No1=KMM 2.7KMM-KVV+I5=0 (2.8) (2.9)I5

46、PI5的輸出電流； Kv、Km風量、燃料比例系數(shù)。由上式可以看出,燃料一空氣比值()與氧量校正調(diào)節(jié)器的輸出電流即“氧量修正值有關(guān),這時燃燒經(jīng)濟性由爐煙中最正確含氧量來保證。參加氧量校正器后，根據(jù)煙氣含氧量校正送風量，不僅能消除由于風量測量不準、燃料品質(zhì)變化等因素給燃燒經(jīng)濟性帶來的影響，而且在動態(tài)過程中對經(jīng)濟燃燒亦有一定的校正作用。同時，最正確煙氣含氧量隨負荷的增加而減小，這可以通過改變氧量校正器的給定值，保證在不同負荷下的燃燒經(jīng)濟性。引風調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)引風量，穩(wěn)定爐膛負壓，由送風調(diào)節(jié)器引入的動態(tài)聯(lián)系，可以使負荷變化時引風量跟上送風量的變化、減小爐膛負壓的波動。靜態(tài)時，動態(tài)聯(lián)系信號消失，爐膛負壓仍等

47、于規(guī)定值。且引入氧量校正器后，燃料量和送風量的比值為一常數(shù)，燃燒經(jīng)濟性得到保證，能隨機地調(diào)節(jié)煙氣中氧氣的含量。通過比擬燃燒控制亦采用“氧量修正的并列-串級控制系統(tǒng)，能滿足實際的65t/h的工藝生產(chǎn)需求。2.3 過熱蒸汽溫度方案設(shè)計在鍋爐運行中，過熱蒸汽溫度是一個很重要的控制參數(shù)，過熱蒸汽溫度是鍋爐運行質(zhì)量的重要指標之一，過熱蒸汽溫度較高，可能造成過熱器蒸汽管道損壞；過熱蒸汽溫度過低，會降低內(nèi)功率。所以在鍋爐運行中，必須保持過熱蒸汽溫度穩(wěn)定在規(guī)定值附近。蒸汽過熱系統(tǒng)那么是鍋爐系統(tǒng)平安正常運行，確保蒸汽品質(zhì)的重要局部。 鍋爐過熱蒸汽系統(tǒng)主要由一級過熱器、減溫器和二級過熱器組成， 在鍋爐生產(chǎn)過程中，

48、過熱蒸汽溫度是整個汽水通道中最高的溫度。過熱器溫度過高將導致過熱器易損壞，同時還會危及汽輪機的平安運行。過熱器溫度過低那么將使設(shè)備效率降低，同時使汽輪機后幾級的蒸汽濕度增加，引起葉片磨損，影響經(jīng)濟指標，所以必須把過熱器出口蒸汽的溫度控制在規(guī)定范圍內(nèi)。影響過熱蒸汽溫度的因素很多，過熱器是一個多容且延遲較大的慣性環(huán)節(jié)，設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計與控制要求存在假設(shè)干矛盾，各種擾動因素之間相互影響，而對各種不同的擾動，過熱蒸汽溫度的動態(tài)特性也各不相同。因此，過熱蒸汽溫度控制的主要任務就是： (1) 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：(2) 保護過熱器管壁溫度不超過允

49、許的工作溫度。本設(shè)計主要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)。2.3.1 過熱蒸汽溫度控制對象的動態(tài)特性1 蒸汽流量擾動下的蒸汽溫度對象的動態(tài)特性引起蒸汽流量擾動的原因有兩個：一是蒸汽母管的壓力變化：二是汽輪機調(diào)節(jié)閥的開度變化。結(jié)構(gòu)形式不同的過熱器，在相同蒸汽流量的擾動下，汽溫變化的特性是不一樣的。當鍋爐負荷擾動時，蒸汽流量的變化使沿整個過熱器管路長度上各點的蒸汽流速幾乎同時改變，從而改變過熱器的對流放熱系數(shù)，使沿整個過熱器各點的蒸汽溫度幾乎同時改變，因而汽溫反響較快。其傳遞函數(shù)可以表示為： 2.10 KD鍋爐負荷擾動時被控對象的放大系數(shù)；一負荷擾動后對象的滯后時間； TD對象

50、的時間常數(shù)。從階躍響應曲線可知，其特點是：有延遲、有慣性、有自平衡能力，但其延遲和慣性都比擬小，即時間常數(shù)和滯后時間都比擬小,且較小。動態(tài)特性曲線如圖a所示。 (a)蒸汽量D或煙氣傳熱量Q擾動 b減溫水WS擾動 圖2.17 擾動下溫度的變化曲線2 煙氣側(cè)熱量擾動下蒸汽溫度對象的動態(tài)特性當燃料量、送風量或渣油等發(fā)生變化時，都會引起煙氣流速和煙氣溫度的變化，從而改變了傳熱情況，導致過熱器出口溫度的變化。由于煙氣傳熱量的改變是沿著整個過熱器長度方向上同時發(fā)生的，因此汽溫變化的遲延很小，一般在1525s之間。煙氣側(cè)擾動的汽溫響應曲線如圖a所示。它與蒸汽量擾動下的情況類似，它是一個具有自平衡能力、滯后和

51、慣性都不大的對象，其傳遞函數(shù)可表示為一個二階系統(tǒng)，即：W(S)= 2.11為煙氣溫度但對象特征總的特點是：有遲延，有慣性，有自平衡能力，其動態(tài)特性曲線如圖a所示。3 蒸汽溫度在減溫水量擾動下的動態(tài)特性當減溫水量發(fā)生擾動時，雖然減溫器出口處汽溫已發(fā)生變化，但要經(jīng)過較長的過熱器管道才能使出口汽溫發(fā)生變化，其擾動地點過熱器入口與測量蒸汽溫度的地點過熱器出口之間有著較大的距離，此時過熱器是一個有純滯后的多容對象。動態(tài)曲線圖如圖b所示。當擾動發(fā)生后，要隔較長時間才能使蒸汽溫度發(fā)生變化，滯后時間比擬大，滯后時間約為3060s。綜上所述，可歸納出以下幾點：1過熱器出口蒸汽溫度對象不管在哪一種擾動下都有延遲和

52、慣性，有自平衡能力。2在減溫水流量擾動下，過熱器出口蒸汽溫度對象具有較大的傳遞滯后和容量滯后，縮減減溫器與蒸汽溫度控制點之間的距離，可以改善其動態(tài)特性。3在煙氣側(cè)熱量和蒸汽流量擾動下，蒸汽溫度控制對象的動態(tài)特性比擬好。由圖可見，在減溫水流量擾動下，減溫器出口過熱汽溫的響應比過熱器出口汽溫快得多，可以肯定，在噴水減溫過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，以作為導前信號構(gòu)成串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可大大改善控制系統(tǒng)的性能。在減溫水流量擾動下，導前汽溫的傳遞函數(shù)可表示為： 2.12減溫水流量擾動下導前汽溫的放大系數(shù)；為減溫水流量擾動下導前汽溫對象的時間常數(shù)；階數(shù)； 在減溫水流量擾動下，過熱汽溫的傳遞函數(shù)可表示為： 2.13

53、一減溫水流量擾動下過熱蒸汽溫度的放大系數(shù)；為減溫水流量擾動下過熱蒸汽溫度的時間常數(shù)；階數(shù)；2.3.2 過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計目前，過熱汽溫的控制方案很多，新的控制方法不斷出現(xiàn)，汽溫控制的質(zhì)量也不斷提高。傳統(tǒng)的汽溫控制系統(tǒng)有兩種：單回路控制系統(tǒng)和串級控制系統(tǒng)。1 控制方案設(shè)計1單回路控制系統(tǒng)在運行過程中，改變減溫水流量，亦改變進出口蒸汽溫度，如下圖。從動態(tài)特性上看，這種調(diào)節(jié)方法是最不理想的，但由于設(shè)備簡單，因此，應用得最多。減溫器應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平安問題，這樣能夠獲得較好的動態(tài)特蛀。由于管道較長有一定的傳遞滯后，如果用圖的控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)器接受過熱器出口

54、蒸汽溫度變化后，調(diào)節(jié)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)的平安和經(jīng)濟運行。圖2.18 過熱蒸汽溫度單回路系統(tǒng)原理圖實際中過熱蒸汽控制系統(tǒng)常采用減溫水流量作為操縱變量，但由于控制通道的時間常數(shù)及純滯后均較大，組成單回路控制系統(tǒng)往往不能滿足生產(chǎn)的要求。因此常采用串級控制系統(tǒng)，減溫器出口溫度為副參數(shù)，以提高對過熱蒸汽溫度的控制質(zhì)量。2串級控制系統(tǒng)過熱蒸汽溫度串級控制系統(tǒng)的方框圖如下圖。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，調(diào)節(jié)閥直接受調(diào)節(jié)器1的控制，而調(diào)節(jié)器1的給定值受到調(diào)節(jié)器2的控制，形成了特有的雙閉環(huán)系統(tǒng)，由副調(diào)節(jié)器和減溫器出口溫度形成的閉環(huán)稱為副環(huán)。圖2.19 過熱蒸汽溫度串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖圖2.20 過熱蒸汽溫度串級控制系統(tǒng)的方框圖由圖可知，溫度調(diào)節(jié)器1的輸出即溫度調(diào)節(jié)器2的給定，而溫度調(diào)節(jié)器2的輸出直接送往執(zhí)行器。溫度調(diào)節(jié)器1的給定值是由工藝規(guī)定的，是一個定制，因此，