鍋爐過熱蒸汽溫度操縱系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

進(jìn)程操縱課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書——鍋爐過熱蒸汽溫度操縱系統(tǒng)院系：化工學(xué)院化工機(jī)械系班級(jí)：10自動(dòng)化（1）姓名：李正智學(xué)號(hào)：1020301016日期：2021/12/2-2021/12/15指導(dǎo)教師：王淑欽教師引言蒸汽溫度是鍋爐平安、高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要緊參數(shù)，因此對(duì)蒸汽溫度操縱要求嚴(yán)格。太高的蒸汽溫度會(huì)造成過熱器、蒸汽管道及汽輪機(jī)因過大的熱應(yīng)力變形而損壞；蒸汽溫度太低，又會(huì)引發(fā)燒效率降低，阻礙經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。鍋爐操縱現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，采納傳統(tǒng)的基于模擬技術(shù)的操縱器、儀器儀表或單片機(jī)，不僅結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，效率比較低，而且靠得住性也不高。本次課程設(shè)計(jì)的要緊目的是鍋爐蒸汽溫度操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。蒸汽過熱系統(tǒng)包括一級(jí)過熱器、減溫器、二級(jí)過熱器。鍋爐汽溫操縱系統(tǒng)要緊包括過熱蒸汽和再熱蒸汽溫度的調(diào)劑。主蒸汽溫度與再熱蒸汽溫度的穩(wěn)固對(duì)機(jī)組的平安經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是超級(jí)重要的。過熱蒸汽溫度操縱的任務(wù)是維持過熱器出口蒸汽溫度在許諾的范圍之內(nèi)，并愛惜過熱器，使其管壁溫度不超過許諾的工作溫度。過熱蒸汽溫度是鍋爐汽水系統(tǒng)中的溫度最高點(diǎn)，過熱蒸汽溫度太高或太低，對(duì)鍋爐運(yùn)行及蒸汽設(shè)備是不利的。蒸汽溫度太高會(huì)使過熱器管壁金屬?gòu)?qiáng)度下降，以至燒壞過熱器的高溫段，嚴(yán)峻阻礙平安。一樣規(guī)定過熱器的溫度與規(guī)定值的臨時(shí)誤差不超過±10℃，長(zhǎng)期誤差不超過±5℃【1】。若是過熱蒸汽溫度偏低，那么會(huì)降低電廠的工作效率，同時(shí)使汽輪機(jī)后幾級(jí)的蒸汽濕度增加，引發(fā)葉片磨損。據(jù)估量，溫度每降低5℃，熱經(jīng)濟(jì)性將下降約1%；且汽溫偏低會(huì)使汽輪機(jī)尾部蒸汽溫度升高，乃至使之帶水，嚴(yán)峻阻礙汽輪機(jī)的平安運(yùn)行。一樣規(guī)定過熱汽溫下限不低于其額定值10℃。通常，高參數(shù)電廠都要求維持過熱汽溫在540℃的范圍內(nèi)。由于汽溫對(duì)象的復(fù)雜性，給汽溫操縱帶來(lái)許多的困難，其要緊難點(diǎn)表此刻以下三個(gè)方面：（1）阻礙汽溫轉(zhuǎn)變的因素很多，例如，蒸汽負(fù)荷、減溫水量、煙氣側(cè)的多余空氣系數(shù)和火焰中心位置、燃料成份等都可能引發(fā)汽溫轉(zhuǎn)變。（2）汽溫對(duì)象具有大延遲、大慣性的特點(diǎn)，尤其隨著機(jī)組容量和參數(shù)的增加，蒸汽的過熱受熱面的比例加大，使其延遲和慣性更大，從而進(jìn)一步加大了汽溫操縱的難度。（3）汽溫對(duì)象在各類擾動(dòng)作用下（如負(fù)荷、工況轉(zhuǎn)變等）反映出非線性、時(shí)變等特性，使其操縱的難度加大。一．生產(chǎn)工藝概述1.1.鍋爐生產(chǎn)工藝介紹鍋爐是進(jìn)程工業(yè)中必不可少的動(dòng)力設(shè)備。它所產(chǎn)生的蒸汽不僅可供生產(chǎn)進(jìn)程作為熱源，而且還可作為蒸汽透平的動(dòng)力源。在熱電廠中按鍋爐設(shè)備所利用燃料的種類、燃燒設(shè)備、爐體形式、鍋爐功能和運(yùn)行要求的不同，鍋爐生產(chǎn)有各類不同的流程。常見鍋爐設(shè)備的工業(yè)流程如圖1.1所示[2]：圖1.1鍋爐設(shè)備要緊工藝流程蒸汽發(fā)生系統(tǒng)由給水泵、給水調(diào)劑閥、省煤器、汽包及循環(huán)管組成。燃料和熱空氣依照必然的比例進(jìn)入燃燒室燃燒，產(chǎn)生的熱量傳遞給蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，產(chǎn)生飽和蒸汽Ds，然后通過熱器成必然汽溫的過熱蒸汽D，聚集至蒸汽母管。壓力為Pm的過熱蒸汽，經(jīng)負(fù)荷設(shè)備調(diào)劑閥供給生產(chǎn)負(fù)荷利用。與此同時(shí)，燃燒進(jìn)程中產(chǎn)生的煙氣，將飽和蒸汽變成過熱蒸汽后，經(jīng)省煤器預(yù)熱鍋爐預(yù)熱空氣，最后經(jīng)引風(fēng)機(jī)送往煙筒排入大氣。

鍋爐設(shè)備的控制任務(wù)：根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷的要求，供應(yīng)一定壓力或溫度的蒸汽，同時(shí)要使鍋爐在安全、經(jīng)濟(jì)的條件下運(yùn)行。按照這些控制要求，鍋爐設(shè)備將有如下主要的控制系統(tǒng)：⑴鍋爐汽包水位操縱系統(tǒng)：主若是維持汽包內(nèi)部的水位平穩(wěn)，使積水量適應(yīng)鍋爐的蒸汽汽量，維持汽包中水位在工藝許諾的范圍內(nèi)；⑵鍋爐燃燒系統(tǒng)的操縱：其操縱方案要知足燃燒所產(chǎn)生的熱量，適應(yīng)蒸汽負(fù)荷的需要，使燃料與空氣量維持必然的比值，保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性和鍋爐的平安運(yùn)行，使引風(fēng)量與送風(fēng)量相適應(yīng)，維持爐膛負(fù)壓在必然范圍內(nèi)；⑶過熱蒸汽系統(tǒng)操縱：要緊使過熱器出口溫度維持在許諾范圍內(nèi)，并保證管壁溫度不超過工藝許諾范圍；⑷鍋爐水處置進(jìn)程：要緊使鍋爐給水的水性能指標(biāo)達(dá)到工藝要求。1.2過熱器的介紹過熱器概念：鍋爐中將蒸汽從飽和溫度進(jìn)一步加熱至過熱溫度的部件。過熱器概述：過熱蒸汽溫度的高低取決于鍋爐的壓力、蒸發(fā)量、鋼材的耐高溫性能和燃料與鋼材的比價(jià)等因素，對(duì)電站鍋爐來(lái)講,低壓鍋爐的溫度一樣為350~375℃，過熱器前布置有大量對(duì)蒸汽管制，進(jìn)入過熱器的煙溫約在700℃上下。中壓鍋爐多為燒煤粉或重油的室燃爐，其過熱氣溫為450℃，這時(shí)的爐膛輻射傳熱的煙溫可達(dá)1000℃左右[3]。高壓鍋爐，尤其超高壓鍋爐，加熱水的熱量和過熱熱量增大很多，而蒸發(fā)燒減少，當(dāng)有中間再過熱時(shí)，情形更為突出，這時(shí)必需把一部份過熱器受熱布置在爐膛內(nèi)，是吸收部份輻射熱。為了提高電廠熱力循環(huán)的效率，蒸汽的初參數(shù)不斷提高。蒸汽壓力的提高要求相應(yīng)的提高過熱蒸汽溫度，不然蒸汽在汽輪機(jī)膨脹終了的濕度就會(huì)太高，阻礙汽輪機(jī)的平安。但蒸汽溫度的增高要受到過熱器鋼材高濕強(qiáng)度性能的限制，因此采納了中間再熱，即高壓高溫蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)膨脹至某一中間壓力后，引到布置在鍋爐煙道內(nèi)的再熱器，再一次加熱升溫，然后又回到汽輪機(jī)的中、低壓缸，繼續(xù)膨脹至凝汽器壓力，如此蒸汽膨脹終了的濕度可操縱在許諾范圍內(nèi)。超高壓機(jī)組采納中間再熱時(shí)，理論上可使循環(huán)經(jīng)濟(jì)性相對(duì)提高6%~8%，在實(shí)際設(shè)備中，由于有壓降損失，熱經(jīng)濟(jì)性的提高比理論值稍低。過熱器能夠依照它所采納的傳熱方式分為對(duì)流過熱器、半輻射過熱器及輻射過熱器三種?，F(xiàn)代大容量高參數(shù)鍋爐的過熱器要緊由對(duì)流過熱器，屏式過熱器，包覆過熱器，頂棚過熱器，聯(lián)箱及減溫器組成。由于過熱器管壁金屬在鍋爐受壓部件中經(jīng)受的溫度最高，因此必需采納耐高溫的優(yōu)質(zhì)低碳鋼和各類鉻鉬合金鋼等，在最高的溫度部份有時(shí)還要用奧氏體鉻鎳不銹鋼。鍋爐運(yùn)行中若是管子經(jīng)受的溫度超過材料的持久強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度或表面氧化所允許的溫度限值，那么會(huì)發(fā)生管子爆裂等事故。二．蒸汽溫度操縱系統(tǒng)的組成與對(duì)象靜動(dòng)態(tài)特性2.1.過熱蒸汽溫度操縱的意義與任務(wù)鍋爐過熱蒸汽溫度是阻礙機(jī)組生產(chǎn)進(jìn)程平安性和經(jīng)濟(jì)性的重要參數(shù)?，F(xiàn)代鍋爐的過熱器是在高溫、高壓的條件下工作的，過熱器出口的過熱蒸汽溫度是機(jī)組整個(gè)汽水行程中工質(zhì)溫度的最高點(diǎn)，也是金屬壁溫的最高處。過熱器采納的是耐高溫高壓的合金剛材料，過熱器正常運(yùn)行的溫度已接近材料所許諾的最高溫度。若是過熱蒸汽溫度太高，容易損壞過熱器，也會(huì)使蒸汽管道、汽輪機(jī)內(nèi)某些零部件產(chǎn)生過大的熱膨脹而損壞，阻礙機(jī)組的平安運(yùn)行。若是過熱蒸汽溫度太低，將會(huì)降低機(jī)組的熱效率，一樣蒸汽溫度降低5-10℃，熱效率約降低1%，不僅增加燃料的消耗量，浪費(fèi)能源，而且還將使汽輪機(jī)最后幾級(jí)的蒸汽濕度增加，加速汽輪機(jī)葉片的水蝕。另外，過熱汽溫的降低還會(huì)致使汽輪機(jī)高壓級(jí)部份蒸汽的焓值減小，引發(fā)反動(dòng)度增大，軸向推力增大，也對(duì)汽輪機(jī)平安運(yùn)行帶來(lái)不利的阻礙。因此，過熱蒸汽溫度太高或太低都是生產(chǎn)進(jìn)程所不許諾的。2.2過熱蒸汽溫度操縱對(duì)象的靜動(dòng)態(tài)特性2.2.1靜態(tài)特性2.2.1.1鍋爐負(fù)荷與過熱汽溫的關(guān)系[4]鍋爐負(fù)荷增加時(shí)，爐膛燃燒的燃料增加，可是，爐膛中的最高的溫度沒有多大的轉(zhuǎn)變，爐膛輻射放熱量相對(duì)轉(zhuǎn)變不大，因此爐膛溫度增高不大。這確實(shí)是說(shuō)負(fù)荷增加時(shí)每千克燃料的輻射放熱百分率減少，而在爐膛后的對(duì)流熱區(qū)中，由于煙溫和煙速的提高，每千克燃料的對(duì)流放熱百分率將增大。因此，關(guān)于對(duì)流式過熱器來(lái)講，當(dāng)鍋爐的負(fù)荷增加時(shí)，會(huì)使出口汽溫的穩(wěn)態(tài)值升高；輻射式過熱器那么具有相反的汽溫特性，即當(dāng)鍋爐的負(fù)荷增加時(shí)，會(huì)使出口汽溫的穩(wěn)態(tài)值降低。若是兩種過熱器串聯(lián)配合，能夠取得較平坦的汽溫特性，但一樣在采納這兩種過熱器串聯(lián)的鍋爐中，過熱器出口蒸汽溫度在某個(gè)負(fù)荷范圍內(nèi)，仍隨鍋爐負(fù)荷的增加有所升高。2.2.1.2多余空氣系數(shù)與過熱汽溫的靜態(tài)關(guān)系多余空氣量改變時(shí)，燃燒生成的煙氣量改變，因此所有對(duì)流受熱面吸熱隨之改變，而且對(duì)離爐膛出口較遠(yuǎn)的受熱面阻礙顯著。因此，當(dāng)增大多余空氣量時(shí)將使過熱汽溫上升。2.2.1.3給水溫度與汽溫關(guān)系提高給水的溫度，將使過熱汽溫下降，這是因?yàn)楫a(chǎn)生每千克蒸汽所需的燃料量減少了，流過過熱器煙氣也就減少了。也能夠以為：提高給水溫度后，在相同燃料下，鍋爐的蒸發(fā)量增加了，因此過熱汽溫將下降。那么是不是投入高壓給水加熱器將使給水溫度相差專門大，這對(duì)過熱汽溫有顯著的阻礙。2.2.1.4燃燒器的運(yùn)行方式與過熱汽溫的靜態(tài)關(guān)系在爐膛內(nèi)投入高度不同的燃燒器或改變?nèi)紵鞯臄[角會(huì)阻礙爐內(nèi)溫度散布和爐膛出口煙溫，因此也會(huì)阻礙過熱汽溫，火焰中心相對(duì)提高時(shí)，過熱汽溫將升高。2.2.2動(dòng)態(tài)特性目前，火電機(jī)組廠普遍采納噴水減溫方式來(lái)操縱過熱蒸汽溫度。阻礙汽溫轉(zhuǎn)變的因素很多，但要緊有蒸汽流量、煙氣傳熱量和減溫水量等。在各類擾動(dòng)下，汽溫操縱對(duì)象是有煙池、慣性和自平穩(wěn)能力的。2.2.2.1蒸汽流量擾動(dòng)下的蒸汽溫度對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性大型鍋爐都采納復(fù)合式過熱器，當(dāng)鍋爐負(fù)荷增加時(shí)，鍋爐燃燒率增加，通過對(duì)流式過熱器的煙氣量增加，而且煙氣溫度也隨負(fù)荷的增大而升高。這兩個(gè)因素都使對(duì)流式過熱器的氣溫升高。但是，當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，爐膛溫度升高的并非明顯，由爐膛輻射傳給過熱器的熱量比鍋爐蒸汽量增加所需熱量少，因此使輻射式過熱器出口溫度下降?？梢姡@兩種型式的過熱器對(duì)蒸汽流量的擾動(dòng)的反映恰好相反，只要設(shè)計(jì)上配合適當(dāng)，就能夠使過熱其出口汽溫隨蒸汽流量轉(zhuǎn)變的阻礙減小。因此在生產(chǎn)實(shí)踐中，通常把對(duì)流式過熱器與輻射式過熱器結(jié)合利用，還增設(shè)屏式過熱器，且對(duì)流方式下吸收的熱量比輻射方式下吸收的熱量多，綜合而言，過熱器出口汽溫是隨流量D的增加而升高的。動(dòng)態(tài)特性曲線如圖2-1（a）所示。蒸汽流量擾動(dòng)時(shí)，沿過熱器長(zhǎng)度上各點(diǎn)的溫度幾乎是同時(shí)轉(zhuǎn)變的，延遲時(shí)刻較小，約為15s左右。圖2-1在擾動(dòng)下溫度的轉(zhuǎn)變曲線2.2.2.2煙氣側(cè)熱量擾動(dòng)下蒸汽溫度對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性當(dāng)燃料量、送風(fēng)量或煤種等發(fā)生轉(zhuǎn)變時(shí)，都會(huì)引發(fā)煙氣流速和煙氣溫度的轉(zhuǎn)變，從而改變了傳熱情形，致使過熱器出口溫度的轉(zhuǎn)變。由于煙氣傳熱量的改變是沿著整個(gè)過熱器長(zhǎng)度方向上同時(shí)發(fā)生的，因此汽溫轉(zhuǎn)變的遲延很小，一樣在15-25s之間。煙氣側(cè)擾動(dòng)的汽溫響應(yīng)曲線如圖2-1（a）所示。它與蒸汽量擾動(dòng)下的情形類似。2.2.2.3蒸汽溫度在減溫水量擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性當(dāng)減溫水量發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，盡管減溫器出口處汽溫已發(fā)生轉(zhuǎn)變，但要通過較長(zhǎng)的過熱器管道才能使出口汽溫發(fā)生轉(zhuǎn)變，其擾動(dòng)地址（過熱器入口）與測(cè)量蒸汽溫度的地址（過熱器出口）之間有著較大的距離，現(xiàn)在過熱器是一個(gè)有純滯后的多容對(duì)象。.動(dòng)態(tài)曲線圖如圖2-1（b）所示。當(dāng)擾動(dòng)發(fā)生后，要隔較長(zhǎng)時(shí)刻才能是蒸汽溫度發(fā)生轉(zhuǎn)變，滯后時(shí)刻比較大，滯后時(shí)刻約為30-60s。綜上所述，可歸納出以下幾點(diǎn)：（1）過熱器出口蒸汽溫度對(duì)象不管在哪一種擾動(dòng)下都有延遲和慣性，有自平穩(wěn)能力。而且改變?nèi)魏我粋€(gè)輸入?yún)?shù)（擾動(dòng)），其他的輸入?yún)?shù)都可能直接或間接的阻礙出口蒸汽溫度，這使得操縱對(duì)象的動(dòng)態(tài)進(jìn)程十分復(fù)雜。（2）在減溫水流量擾動(dòng)下，過熱器出口蒸汽溫度對(duì)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操縱點(diǎn)之間的距離，能夠改善其動(dòng)態(tài)特性。（3）在煙氣側(cè)熱量和蒸汽流量擾動(dòng)下，蒸汽溫度操縱對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性比較好。三．過熱蒸汽溫度操縱原理簡(jiǎn)介過熱蒸汽溫度操縱系統(tǒng)采納兩級(jí)噴水減溫，如此做的目的有兩個(gè)，一是為了使汽溫調(diào)劑更靈敏，減小熱慣性，二是為了愛惜過熱器。第一級(jí)噴水減溫器布置在前屏過熱器以后，調(diào)劑量較大且調(diào)劑惰性大，用來(lái)調(diào)劑因負(fù)荷、給水溫度和燃料性質(zhì)轉(zhuǎn)變而引發(fā)的汽溫轉(zhuǎn)變，為粗調(diào)。另外它還有愛惜屏式過熱器和對(duì)流過熱器受熱面的作用。第二級(jí)噴水減溫器布置在高溫對(duì)流過熱器（末級(jí)過熱器）之前，這一級(jí)熱慣性小，可保證出口汽溫能取得迅速調(diào)劑。減溫器共有四只，每級(jí)安裝兩只，每只噴水量為每級(jí)噴水量的一半。減溫水源為自制冷凝水。目前，過熱汽溫的操縱方案很多，而且隨著自動(dòng)操縱技術(shù)和運(yùn)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)展，新的操縱方式不斷顯現(xiàn)，汽溫操縱的質(zhì)量也不斷提高。傳統(tǒng)的汽溫操縱系統(tǒng)有兩種：?jiǎn)位芈凡倏v系統(tǒng)和串級(jí)汽溫操縱系統(tǒng)[5]。3.1單回路操縱系統(tǒng)單回路操縱系統(tǒng)是各類復(fù)雜操縱系統(tǒng)的基礎(chǔ)，由于其操縱簡(jiǎn)單而取得普遍應(yīng)用。由圖3.1可知，這種調(diào)劑方式是最不睬想的。圖3.1單回路操縱系統(tǒng)原理圖理論上減溫器應(yīng)盡可能地安裝在靠近蒸汽出口處，但需在過熱器材料平安的基礎(chǔ)上，如此會(huì)取得較好的動(dòng)態(tài)特性。但作為操縱對(duì)象的過熱器由于管壁金屬的熱容量比較大，使其有較大的熱慣性，加上管道有必然較長(zhǎng)時(shí)刻的傳遞滯后，同時(shí)在單回路操縱系統(tǒng)，調(diào)劑器在同意過熱器出口蒸汽溫度的轉(zhuǎn)變后，調(diào)劑器才會(huì)開始動(dòng)作，去操縱減溫水的水流量轉(zhuǎn)變又要通過一段時(shí)刻才能阻礙到蒸汽溫度的轉(zhuǎn)變，如此既不能及早發(fā)覺擾動(dòng)，又不能及時(shí)反映操縱的成效，將使蒸汽溫度發(fā)生不能許諾的動(dòng)態(tài)誤差，即便整個(gè)系統(tǒng)采納PID算法。如此的操縱方案會(huì)阻礙到鍋爐生產(chǎn)的平安，而且還不夠經(jīng)濟(jì)。3.2串級(jí)操縱系統(tǒng)由圖3.2能夠看出，鍋爐蒸汽溫度串級(jí)操縱系統(tǒng)采納兩級(jí)調(diào)劑器串在一路的；兩級(jí)調(diào)劑器各有其特殊的任務(wù)，調(diào)劑器1直接操縱調(diào)劑閥的動(dòng)作，同時(shí)調(diào)劑器2操縱著調(diào)劑器1的設(shè)定值，從而形成了特殊的雙閉環(huán)系統(tǒng)，其中副環(huán)由調(diào)劑器1和減溫水出口溫度組成，調(diào)劑器2和出口蒸汽溫度形成的閉環(huán)為主環(huán)。主環(huán)和副環(huán)一路組成了一個(gè)完整的串級(jí)操縱系統(tǒng)。其中調(diào)劑器1為副調(diào)劑器，主調(diào)劑器是調(diào)劑器2。圖3.2過熱蒸汽溫度串級(jí)操縱系統(tǒng)原理圖串級(jí)操縱系統(tǒng)的原理方框圖如圖3.3所示，具有內(nèi)外兩個(gè)回路。內(nèi)回路由導(dǎo)前汽溫變送器、副調(diào)劑器、執(zhí)行器、減溫水調(diào)劑閥及減溫器組成；外回路由主汽溫對(duì)象、汽溫變送器、主調(diào)劑器及整個(gè)內(nèi)回路組成。由圖可知，主調(diào)劑器的輸出即副調(diào)劑器的給定，而副調(diào)劑器的輸出直接送往調(diào)劑閥。其中主調(diào)劑器的的給定值使是一個(gè)定值，因此主回路是一個(gè)定值操縱系統(tǒng)。而副回路的給定值是由主調(diào)劑器的輸出給定的，因此它隨主調(diào)劑器輸出的轉(zhuǎn)變而轉(zhuǎn)變，為一個(gè)隨動(dòng)操縱系統(tǒng)。圖3.3串級(jí)操縱系統(tǒng)方框圖系統(tǒng)中以減溫器的噴水作為操縱手腕，通過減溫水的操縱達(dá)到操縱蒸汽溫度的成效。由于汽溫對(duì)象具有較大的延遲和慣性，主調(diào)劑器多采納PID操縱規(guī)律，副調(diào)劑器采納PI或P操縱規(guī)律。在主、副調(diào)劑器均具有PI操縱規(guī)律的情形下，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)固時(shí)，主、副調(diào)劑器的輸入誤差均為零。從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確度和有效性。再者，在串級(jí)操縱系統(tǒng)中，兩個(gè)調(diào)劑器串聯(lián)工作，可是以主調(diào)劑器為主導(dǎo)，保證主變量為目的，在整個(gè)操縱進(jìn)程兩個(gè)調(diào)劑器和諧一致，相互配合，假設(shè)干擾來(lái)自副回路，副調(diào)劑器第一進(jìn)行粗調(diào)，主調(diào)劑器再進(jìn)一步進(jìn)行細(xì)調(diào)。相關(guān)于過于簡(jiǎn)單的單回路操縱系統(tǒng)，串級(jí)操縱系統(tǒng)的操縱質(zhì)量明顯優(yōu)越。具體體此刻：⑴由于副回路的存在，減少了操縱對(duì)象的時(shí)刻常數(shù)，縮短了操縱通道，使操縱作用加倍明顯；⑵在必然程度上提高了系統(tǒng)的工作頻率，使震蕩周期明顯縮短，調(diào)劑時(shí)刻也有必然程度上的縮短，系統(tǒng)的快速性相對(duì)增強(qiáng)了；⑶整個(gè)操縱系統(tǒng)對(duì)二次干擾即包括在副回路范圍內(nèi)的擾動(dòng)具有很強(qiáng)的克服能力，這是單回路操縱系統(tǒng)所不能實(shí)現(xiàn)的；⑷對(duì)負(fù)荷或操作條件的轉(zhuǎn)變有必然的自適應(yīng)能力。綜上所述，串級(jí)操縱系統(tǒng)更適應(yīng)鍋爐蒸汽溫度的操縱。四．過熱蒸汽溫度操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)操縱參數(shù)的確信4.1.1主變量的選擇依照串級(jí)操縱系統(tǒng)選擇主變量的原那么：在條件許諾的情形下，第一應(yīng)盡可能選擇能直接反映操縱目的的參數(shù)為主變量；第二，要選擇與操縱目的有某些單值對(duì)應(yīng)關(guān)系的間接單數(shù)作為主變量；最后，所選的主變量必需要足夠的轉(zhuǎn)變靈敏度。因此，在本系統(tǒng)中需選擇送入負(fù)荷設(shè)備的出口溫度作為主變量。該參數(shù)能夠直接反映本系統(tǒng)的操縱目的。4.1.2副變量的選擇副回路應(yīng)該把生產(chǎn)系統(tǒng)的要緊干擾包括在內(nèi)，應(yīng)力求把轉(zhuǎn)變幅度最大、最猛烈和最頻繁的干擾包括在副回路內(nèi)，以充分發(fā)揮副回路改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的作用，保證主參數(shù)的穩(wěn)固，為發(fā)揮這一特殊作用，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，副參數(shù)的選擇應(yīng)使得副回路盡可能多的包括一些擾動(dòng)。同時(shí)要求主、副對(duì)象的時(shí)刻常數(shù)應(yīng)適當(dāng)匹配。而且應(yīng)保證副變量的選擇能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝上的合理性、可能性和經(jīng)濟(jì)性。綜上所述，應(yīng)選擇減溫器和過熱器之間的蒸汽溫度作為副變量。4.1.3操縱變量的選擇操縱變量和擾動(dòng)變量是工業(yè)進(jìn)程的兩大輸入變量。其中，干擾時(shí)刻存在的，它是阻礙系統(tǒng)平穩(wěn)操作的要緊因素，而操縱變量的要緊作用是克服干擾的阻礙，是系統(tǒng)能從頭穩(wěn)固運(yùn)行的因素。選擇操縱變量的大體原那么為：⑴選擇對(duì)所選定的被控變量阻礙較大的輸入量作為操縱變量；⑵在⑴的前提下，選擇轉(zhuǎn)變范圍較大的輸入量作為操縱變量，以便于操縱；⑶在⑴的基礎(chǔ)上選擇對(duì)被控變量作用效應(yīng)較快的輸入變量作為操縱變量，使操縱系統(tǒng)響應(yīng)較快；綜上所述，應(yīng)選擇減溫水的輸入量作為操縱變量。4.2執(zhí)行器的選擇在本系統(tǒng)中，調(diào)劑閥是系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是依照調(diào)劑器所給定的信號(hào)大小和方向，改變閥門的開度，來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)劑流體流量的裝置。調(diào)劑閥的口徑大小，直接決定著操縱介質(zhì)流過它的能力。為了保證系統(tǒng)有較好的流通能力，需要使操縱閥兩頭的壓降在整個(gè)管線的總壓降中占有較大的比例。在正常工況下一樣要求調(diào)劑閥開度應(yīng)處于15%—85%之間，具體應(yīng)依如實(shí)際需要的流通能力的大小進(jìn)行選擇。調(diào)劑閥按驅(qū)動(dòng)方式可分為：氣動(dòng)調(diào)劑閥、電動(dòng)調(diào)劑閥和液動(dòng)調(diào)劑閥，即以緊縮空氣為動(dòng)力源的氣動(dòng)調(diào)劑閥，以電為動(dòng)力源的電動(dòng)調(diào)劑閥，以液體介質(zhì)(如油等)壓力為動(dòng)力的電液動(dòng)調(diào)劑閥；由于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)有防爆要求，因此應(yīng)選擇氣動(dòng)執(zhí)行器。此設(shè)計(jì)中的串級(jí)操縱系統(tǒng)主若是通過換熱來(lái)達(dá)到操縱的目的，過熱蒸汽在過熱器內(nèi)與減溫水進(jìn)行熱互換被冷卻，調(diào)劑閥安裝在減溫水的管道上，用換熱后的蒸汽溫度來(lái)操縱減溫水的水量，在氣源中斷時(shí)，調(diào)劑閥應(yīng)處于開啟位置更平安些，宜選用氣關(guān)式調(diào)劑閥。4.3操縱儀表的選擇4.3.1溫度變送器的選擇溫度變送器可分為電動(dòng)和氣動(dòng)，經(jīng)常使用的操縱儀表有電動(dòng)Ⅱ型、Ⅲ型。再串級(jí)系統(tǒng)中，選用的儀表不同，具體的實(shí)施方案也不同。電動(dòng)Ⅱ型和電動(dòng)Ⅲ型儀表就其功能而言是大體上相同的，可是就其操縱信號(hào)而言是存在不同的。具體表此刻：電動(dòng)Ⅱ型的典型操縱信號(hào)為0~10mADC,電動(dòng)Ⅲ型的典型操縱信號(hào)時(shí)4~20mADC。另外，與Ⅱ型儀表相較Ⅲ型儀表操作、保護(hù)更為方便、簡(jiǎn)捷，同時(shí)Ⅲ型儀表還有較完善的跟蹤、維持電路，使得手動(dòng)切換更為方便，隨時(shí)都能夠進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而且保證無(wú)干擾。綜上所述，在本設(shè)計(jì)中需選用電動(dòng)Ⅲ型儀表。4.3.2溫度傳感器的選擇溫度傳感器有熱電偶和熱電阻兩種。在本設(shè)計(jì)中，最好選用熱電偶溫度傳感器。緣故在于熱電偶的測(cè)溫范圍廣（－200℃～1300℃,特殊情形下－270℃～2800℃），耐高溫，精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，改換方便，壓簧式感溫元件，抗震性能好，能夠?qū)崮苻D(zhuǎn)換為電能，用所產(chǎn)生的熱電勢(shì)測(cè)量溫度[6]。熱電阻也能夠作為溫度傳感元件。大多數(shù)電阻的阻值隨溫度轉(zhuǎn)變而轉(zhuǎn)變，若是某材料具有電阻溫度系數(shù)大、電阻率大、化學(xué)及物理性能穩(wěn)固、電阻與溫度的關(guān)系接近線性等條件，就能夠夠作為溫度傳感元件用來(lái)測(cè)溫，稱為熱電阻。熱電阻分為金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩類。大多數(shù)金屬熱電阻的阻值隨其溫度升高而增加，而大多數(shù)半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減少。在利用熱電偶時(shí)，由于冷端暴露在空氣中，受周圍環(huán)境溫度波動(dòng)的阻礙，且距熱源較近，其溫度波動(dòng)也較大，給測(cè)量帶來(lái)誤差，為了降低這一阻礙，通經(jīng)常使用補(bǔ)償導(dǎo)線作為熱電偶的連接導(dǎo)線。補(bǔ)償導(dǎo)線的作用確實(shí)是將熱電偶的冷端延長(zhǎng)到距離熱源較遠(yuǎn)、溫度較穩(wěn)固的地址。補(bǔ)償導(dǎo)線的作用如圖4.1所示。用補(bǔ)償導(dǎo)線將熱電偶的冷端延長(zhǎng)到溫度比較穩(wěn)固的地址后，并無(wú)完全解決冷端溫度補(bǔ)償問題，為此還要采取進(jìn)一步的補(bǔ)償方法。具體的方式有：查表法、儀表零點(diǎn)調(diào)整法、冰浴法、補(bǔ)償電橋法和半導(dǎo)體PN結(jié)補(bǔ)償法。采納熱電阻法測(cè)量溫度時(shí)，一樣將電阻測(cè)溫信號(hào)通過電橋轉(zhuǎn)換成電壓，當(dāng)熱電阻的鏈接導(dǎo)線很長(zhǎng)時(shí)，導(dǎo)線電阻對(duì)電橋的阻礙不容輕忽。為了排除導(dǎo)線電阻帶來(lái)的測(cè)量誤差，不管熱電阻和測(cè)量一邊之間的距離遠(yuǎn)近，必需使導(dǎo)線電阻的阻值符合規(guī)定的數(shù)值，若是不足，用錳銅電阻絲湊足。同時(shí)，熱電阻必需用三線接法，如圖4.2所示，熱電阻用三根導(dǎo)線引出，一根連接電源，不阻礙電橋平穩(wěn)，另外兩根被別離置于電橋的兩臂內(nèi)，使引線電阻值隨溫度轉(zhuǎn)變對(duì)電橋的阻礙大致抵消。圖4.1補(bǔ)償導(dǎo)線的作用圖4.2熱電阻三線制接法具有采納K型熱電偶。緣故在于：⑴K型熱電偶能夠直接測(cè)量各類生產(chǎn)中從0℃到1300℃范圍的液體蒸汽和氣體介質(zhì)和固體的表面溫度。⑵K型熱電偶具有線性度好，熱電動(dòng)勢(shì)較大，靈敏度高，穩(wěn)固性和均勻性較好，抗氧化性能強(qiáng)，價(jià)錢廉價(jià)等優(yōu)勢(shì)，能用于氧化性惰性氣氛中。4.4主、副操縱器操縱規(guī)律的選擇由于在操縱系統(tǒng)中，主、副調(diào)劑器的任務(wù)不同，對(duì)它們各自的選擇也應(yīng)有不同的考慮。主調(diào)劑器的任務(wù)是準(zhǔn)確維持被調(diào)量符合生產(chǎn)要求。凡是需采納串級(jí)操縱的生產(chǎn)進(jìn)程，對(duì)操縱的品質(zhì)都是很高的，不許諾被調(diào)量存在靜差。因此主調(diào)劑器必需具有積分作用，一樣都采納PI調(diào)劑器。若是操縱對(duì)象惰性區(qū)的容積數(shù)量較多，同時(shí)又有要緊擾動(dòng)落在副回路之外的話，就能夠夠考慮采納PID調(diào)劑器。副調(diào)劑器的任務(wù)是要快速動(dòng)作以迅速排除進(jìn)入副回路內(nèi)的擾動(dòng)，而且副參數(shù)并非要求無(wú)差，因此一樣都選P調(diào)劑器，也可采納PD調(diào)劑器，但這增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，在一樣情形下，采納P調(diào)劑器就足夠了，若是主、副回路頻率相差專門大，也能夠考慮采納PI調(diào)劑器。4.5操縱器正、反作用的選擇關(guān)于一個(gè)完整的串級(jí)操縱系統(tǒng)，主、副操縱器的正、反作用的判定應(yīng)該是先副后主。副回路的正、反作用的選擇：副回路的具體情形決定了副操縱器的正、反作用，而與主回路無(wú)關(guān)。為了使副回路能組成一個(gè)穩(wěn)固的系統(tǒng)，因此副回路的開環(huán)放大系數(shù)符號(hào)必需是“正”。即副回路中所有環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)符號(hào)的乘積為“正”。在本串級(jí)操縱系統(tǒng)中隨著調(diào)劑閥的開度增加，減溫水的流量會(huì)隨之增加，副對(duì)象即減溫器后端蒸汽會(huì)有必然幅度的降低，因此調(diào)劑閥對(duì)副對(duì)象的作用為負(fù)；而調(diào)劑閥是氣關(guān)閥，其操縱作用為負(fù)；變送器的操縱作用均為正，為了保證開環(huán)放大系數(shù)乘積的符號(hào)為“負(fù)”，因此副調(diào)劑器的操縱作用符號(hào)需為“正”，即副調(diào)劑器的操縱作用為反作用。主回路的正、反作用的選擇：與副回路相同，主回路中主操縱器的正、反作用要依照主回路所包括的各個(gè)環(huán)節(jié)的情形來(lái)確信，同時(shí)由于副回路是一隨動(dòng)系統(tǒng)，因此可將整個(gè)副回路視為一放大系數(shù)為負(fù)的環(huán)節(jié)來(lái)對(duì)待。在本系統(tǒng)中，隨著調(diào)劑閥的開度增加，主對(duì)象即過熱器出口的蒸汽溫度會(huì)降低，因此主對(duì)象的放大倍數(shù)的符號(hào)為負(fù)，為了保證開環(huán)放大系數(shù)乘積的符號(hào)為“正”，因此主操縱器的操縱作用符號(hào)“正”，即操縱器的操縱作用為反作用。4.6過熱器溫度聲光報(bào)警溫度是熱水鍋爐運(yùn)行進(jìn)程中的重要參數(shù)，對(duì)它的測(cè)量和操縱是保證熱水鍋爐平安運(yùn)行的重要手腕。一樣采納溫度操縱器和聲光信號(hào)組成超溫報(bào)警裝置。五．MATLABsimulink仿真以某300MW機(jī)組過熱蒸汽溫度操縱系統(tǒng)為例，由資料【7】可得出過熱蒸汽溫度操縱對(duì)象的的傳遞函數(shù)為：其中減溫器與過熱器之間的操縱對(duì)象的傳遞函數(shù)為：過熱蒸汽出口操縱對(duì)象的傳遞函數(shù)為：5.1那么采納串級(jí)操縱時(shí)的系統(tǒng)框圖成立與仿真結(jié)果當(dāng)階躍輸入為1時(shí)，過熱器與減溫器之間的溫度輸出曲線為：當(dāng)階躍輸入為1時(shí)，過熱蒸汽出口溫度輸出曲線為：由兩曲線課看出，輸出的穩(wěn)態(tài)誤差較大，而且調(diào)劑時(shí)刻較長(zhǎng)，不能達(dá)到理想的操縱成效。5.2采納PID串級(jí)操縱時(shí)的系統(tǒng)框圖成立與仿真結(jié)果內(nèi)環(huán)Kp=10Ki=0.1Kd=0外環(huán)Kp=0.5Ki=0.01Kd=0 當(dāng)階躍輸入為1時(shí)，過熱器與減溫器之間的溫度輸出曲線為：當(dāng)階躍輸入為1時(shí)，過熱蒸汽出口溫度輸出曲線為：當(dāng)采納PID串級(jí)操縱時(shí)，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)刻及調(diào)劑時(shí)刻變小，但在個(gè)人嘗試多次后在操縱成效上仍是未能達(dá)到理想的成效。六．設(shè)計(jì)心得 通過這次課程設(shè)計(jì)，鍋爐設(shè)備有了更全面的了解和熟悉，尤其是用AUTOCAD軟件繪制鍋爐設(shè)備操縱系統(tǒng)的進(jìn)程，使我對(duì)鍋爐設(shè)備各個(gè)部份有了更清楚的熟悉，對(duì)工程畫圖有了熟練的把握。鍋爐設(shè)備依照不同的生產(chǎn)工藝要求，能夠有多重不同的操縱系統(tǒng)，而咱們組的任務(wù)是設(shè)計(jì)鍋爐過熱蒸汽溫度操縱系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)中，通過對(duì)方案的分析與論證，咱們選用串級(jí)操縱系統(tǒng)，這使我對(duì)串級(jí)操縱系統(tǒng)有了更詳細(xì)更深如的了解和熟悉。我個(gè)人設(shè)計(jì)沒有太多的改變書中操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)程，幾乎依照講義《進(jìn)程操縱系統(tǒng)》提供的步驟進(jìn)行，這使我，對(duì)操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)從方案到各類變量的選擇、再到各個(gè)環(huán)節(jié)的選擇及參數(shù)確信、最后到參數(shù)整定，整個(gè)進(jìn)程有了更清楚的把握，對(duì)操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)有了一個(gè)比較清楚的輪廓，這關(guān)于我以后的工作將有專門大的阻礙。固然，設(shè)