过热气温4.doc

学校代码： 10128学 号： 201030307019课程设计说明书题 目： 300MW单元机组过热汽温控制系统设计学生姓名： 任强学 院： 能动学院班 级： 能环10-3指导教师： 施永红 2014年 1 月 7 日内蒙古工业大学课程设计（论文）任务书课程名称：热工控制系统专业课程设计 学院： 能动学院 班级： 能环10-3 学生姓名： 任强 _ 学号： 201030307019 _ 指导教师：施永红、王胜捷一、题目300MW单元机组过热汽温控制系统设计二、目的与意义本设计是针对“热工控制系统”课程开设的课程设计，是培养学生综合运用所学理论知识分析问题、解决问题的一个重要的教学环节。通过本课程设计，使学生能更好的掌握热工控制系统的组成、控制方式和控制过程，使学生得到一次较全面、系统的独立工作能力的培养。 三、要求 已知条件：（1）串级过热汽温控制系统方框图如图1-1所示，系统中各环节的传递函数为：K图1-1； ；（2）300MW单元机组过热蒸汽流程：汽包所产生的饱和蒸汽先流经低温对流过热器进行低温过热，然后依次流经前屏过热器、后屏过热器和高温过热器后送入汽轮机。屏式过热器和高温对流过热器均为左、右两侧对称布置。在前屏过热器、后屏过热器和高温对流过热器的入口分别装设了级、级和级喷水减温器，其中级喷水减温器是左、右两侧对称布置。主要内容：1、 根据图1-1及已知的传递函数完成串级汽温控制系统主、副调节器的参数整定。2、 根据已知的300MW单元机组过热蒸汽流程设计串级过热汽温分段控制系统。要求：1、严格遵守作息时间，在规定地点认真完成设计；设计共计一周。2、按照统一格式要求，完成设计说明书一份。四、工作内容、进度安排 1、根据图1-1及已知的传递函数完成串级汽温控制系统主、副调节器的参数整定；（1天）2、 根据已知的300MW单元机组过热蒸汽流程设计串级过热汽温分段控制系统：确定控制系统的方案，画出控制系统结构图，说明系统的组成，分析系统各部分的作用及工作原理；（3天）3、编写课程设计说明书。（1天）五、主要参考文献1 罗万金.电厂热工过程自动调节. 中国电力出版社.1991.2 王志祥、朱祖涛.热工控制设计简明手册.水利电力出版社.1995.审核意见系（教研室）主任（签字） 指导教师下达时间 年 月 日指导教师签字：_摘 要采用导前气温微分信号的双回路过热气温控制系统，这个系统引入了导前气温的微分信号作为调节器的补充信号，能够迅速反映被调量的变化趋势并有助于过热气温调节的快速性。根据所选择的调节器对导前气温微分控制系统的调节器参数进行整定，在参数整定时根据所满足的条件将导前气温微分信号控制系统等效为串级控制系统，然后采用主副回路分别进行整定。在进行设计时应该先了解过热气温的特性，利用导前微分控制系统对过热气温进行分段控制，即将整个过热器分为若干段每段设置一个减温器，分别控制各段的气温，以维持主气温为给定值。它的任务是维持过热器出口温度在允许的范围之内，并且保护过热器，使管壁温度不超过允许的工作温度，而最终达到设计要求。关键词：300MW单元机组；过热汽温动态特性 ；串级过热汽温控制系统目 录第一章 串级过热汽温控制系统的参数整定 1 1.1 控制系统的整定 1 1.2 主调节器的整定 11.3 副调节器的整定 2第二章 过热汽温控制系统特性分析 4 2.1 过热汽温的动态特性 4 第三章 300MW单元机组过热汽温控制系统方案设计 7 3.1 300MW单元机组过热蒸汽流程 7 3.2 过热汽温控制系统方案 7 3.3 过热汽温控制系统分析 8参考文献 12300MW单元机组过热汽温控制系统设计第一章串级过热汽温控制系统的参数整定1.1控制系统的整定 串级过热汽温控制系统方框图如图1-1所示，系统中各环节的传递函数为：K图1-1 ； ； ； ；先判断内、外回路的惯性差别： 由上可知,不满足的条件，即内外回路不可分别整定，这种情况内外回路的相互影响不能忽视，应采用补偿对象法进行整定。 根据对象惯性区的特性来确定主控制器的参数，使实际等效对象为此，要先求出惯性区的参数。1.2主调节器的整定=可得其特征参数为 查表2-1得时，有 由此可得 而等效主调节器的传递函数为可得 下面用响应曲线法查表可求得主调节器的整定参数。据，查表可得等效主调节器的整定参数为 表1-1 时间常数tc、滞后时间t与阶数n、时间常数T的关系N12345678910t/TC00.1040.2180.3190.4100.4930.5700.6420.7100.773t/T00.2820.8051.4302.1002.8103.5604.3105.0825.860tc/T10.7123.6924.485.1205.7006.2506.7107.1607.580 从而得主调节器的整定参数为 1.3副调节器的整定求到近似的希望等效对象后，副控制器仍采用比例作用规律，即，于是等效控制器为式中，、已求出。近似希望等效对象的传递函数为 按查表1-1得 ，。若按近似计算法整定，由表1-6，时。 第2章 过热汽温控制系统特性分析2.1 过热汽温的动态特性影响过热器出口蒸汽温度变化的原因很多，如蒸汽流量变化、燃烧工况变化、锅炉给水温度变化、进入过热器的蒸汽温度变化、流经过热器的烟汽温度和流速变化、锅炉受热面结垢等。但归纳起来，主要有三个方面：2.1.1蒸汽流量（负荷）扰动下过热汽温对象的动态特性当锅炉负荷扰动时，蒸汽流量的变化使沿整个过热器管路长度上个点的蒸汽流速几乎同时改变，从而改变过热器的对流放热系数，是过热器各点的蒸汽温度几乎同时改变，因而汽温反应较快。过热器出口汽温的阶跃响应曲线有滞后、有惯性、有自平衡能力，且/Tc较小。图1-1 蒸汽流量扰动下过热汽温阶跃响应曲线 2.1.2 烟气热量扰动下的过热汽温的动态特性烟气热量扰动（烟汽温度和流速产生变化）时，由于烟气流速和温度的变化也是沿整个过热器同时改变的，因而沿过热器整个长度使烟气传递热量也同时变化，所以汽温反应较快，其时间常数Tc和延迟均比其他扰动小。2.1.3减温水量扰动下的过热汽温动态特性当减温水量扰动时，改变了高温过热器的入口汽温，从而影响了过热器出口汽温。其特点也是有延迟、有惯性、有自平衡能力的。但是由于现代大型锅炉的过热汽管路很长，因而当减温水量扰动时，汽温反应较慢 。图1-2 烟气热量扰动下过热汽温阶跃响应曲线 图1-3减温水量扰动下过热汽温阶跃响应曲线对于一般高、中压锅炉，减温水流量扰动时，汽温的延迟时间1020s，Tc100s。可见，当负荷扰动或烟气量扰动时，汽温的反应较快；而减温水量扰动时，汽温的反应较慢。因而从过热汽温控制对象动态特性的角度考虑，改变烟气侧参数（改变烟温或烟气流量）的控制手段是比较理想的（因为负荷信号由用户决定，不能作为控制量），但具体实现较困难，所以尽管对象的特性不太理想，但还是目前广泛被采用的过热蒸汽温度控制方法。采用喷水减温时，由于对象控制通道有较大的延迟和惯性以及运行中要求有较小的汽温控制偏差，所以采用单回路控制系统往往不能获得较好的控制品质。针对过热汽温控制对象控制通道惯性延迟大、被调量信号反馈慢的特点，应该从对象的控制通道中找出一个比被调量反应快的中间电信号作为调节器的补充反馈信号，以改善对象控制通道的动态特性，提高控制系统的质量。第三章 300MW单元机组过热汽温控制系统方案设计3.1 300MW单元机组过热蒸汽流程300MW单元机组过热蒸汽流程如图3-1所示。汽包所产生的饱和蒸汽先流经低温对流过热器进行低温过热，然后依次流经前屏过热器、后屏过热器和高温过热器后送入汽轮机。在前屏过热器和高温对流过热器的入口分别装设级、级和级喷水减温器。根据以上条件画出其过热蒸汽流程简图如图3-1所示。图3-1 过热蒸汽流程示意图3.2 过热汽温控制系统方案该系统由三段相对独立的导前汽温控制系统构成。第一段控制系统中如图 3-2 所示，以前屏过热器入口汽温作为导前汽温信号，通过控制级喷水量来维持前屏过热器出口汽温为给定值；第二段控制系统中，以后屏过热器入口汽温为导前汽温信号，通过控制级喷水量以维持后屏过热器出口汽温为给定值；第三段控制系统中，以高温对流过热器入口汽温为导前汽温信号，通过控制级喷水量以维持后屏过热器出口汽温给定值。3.3 过热汽温控制系统分析下面分别对三段控制系统进行分析：第一段控制系统的原理如图3-2所示，该段汽温控制系统是以前屏过热器出口汽温为被调量，以前屏过热器入口汽温为导前汽温信号的串级控制系统。取前屏过热器出口汽温值，的给定值信号根据锅炉负荷大小来确定，代表锅炉负荷大小的汽轮机调速级压力信号P1经函数模块f(x)转换后和定值器A给出的定值信号相加作为的给定值信号送入第二段系统的主调节器PI1,主调节器的输出和导前汽温信号送入第二段系统的副调节器的PI2。同时，将来自再热汽温控制系统的燃烧器倾角指令BTD作为前馈信号也送到PI2的入口，这样可提前开展I级减温水量，消除负荷侧扰动，提高控制质量。PI2的输出同时送入手/自动操作器AM去控制I级减温器的喷水调节阀A的开度。系统中将前屏过热器出口汽温温差经函数模块f(x)转换后，送入积分器进行积分，然后分别和副调节器PI2的输出进行相加和相减，图3-2中的手/自动操作器除了依据运行条件自动实现手动/自动切换、直接对阀门进行操作外，还可以显示被调量、给定值及阀位信号。图 3-2 第一段过热汽温控制系统当主燃料跳闸（MFT）或汽轮机跳闸或主蒸汽流量25%时，在逻辑信号作用下，AM强迫切手动，T3切向NO，AM输出为0，喷水减温调节阀门A关闭，以防止偏低。为了防止阀门A泄漏的影响，系统中专门设置了降温闭锁阀A，在逻辑信号控制下，需要减温水时打开，不需要时则闭死。 图3-3 第二段过热汽温控制系统第二段控制系统的原理如图3-3所示，该段控制系统是以后屏过热器出口汽温为被调量，以后屏过热器入口汽温为导前汽温信号的串级控制系统。因为后屏过热器为左、右两侧对称布置, 所以正常情况下切换开关T1、T2切向NC，取左、右两侧后屏过热器出口汽温的平均值，当任何一侧变送器故障时，通过逻辑信号使该路T切向NO，取正常一侧的汽温信号，同时发出声、光报警，系统切手动，待故障变送器切除后，系统才正常运行。系统中将左、右两侧后屏过热器出口汽温温差经函数模块f(x)转换后,送入积分器进行积分,然后分别和副调节器PI2的输出进行相加后，分别送入1AM和2AM，这样当某一侧发生内扰时(例如减温水量的自发性扰动)，可加强该侧减温水调节阀的动作，快速消除扰动，而另一侧减温水调节阀基本不动作，从而减少了左、右两侧后屏过热器出口汽温在调节过程中的相互影响，同时保证了左、右两侧后屏过热器出口汽温相差不大。当主燃料跳闸(MFT)、汽轮机跳闸或主蒸汽流量低于25%时，在逻辑信号作用下，1AM和2AM强迫切手动，T3切向NO，1AM和2AM输出均为0，喷水减温调节阀门A和B关闭，以防止值偏低。为了防止阀门A和B漏流的影响，系统中专门设置了降温闭锁阀A和B,在逻辑信号控制下, 需要减温水时其将全部打开,不需要时其将全部关闭。图 3-4 第三段过热汽温控制系统第三段控制系统和第二段控制系统结构稍有不同。由于第三段系统对负荷扰动反应较第二段灵敏,并且要求的控制精度比第二段系统要高,故第三段系统采用了一个主调节器、两个副调节器,主调节器的输出同时送入两个副调节器, 两个副调节器还分别接受左、右两侧高温对流过热器的入口汽温2为导前汽温信号,它们的输出经手/自动操作器去分别控制左、右两侧级喷水减温阀A和B的开度,这样当任一侧发生内扰时,可以快速消除, 防止另一侧发生不必要的操作,有效地避免了高温对流过热器出口汽温在调节过程中的相互影响。由于和第二段系统中采取的方案不一样,所以第三段系统比第二段系统更好地克服了左、右两侧气温在调节过程中的相互干扰。第三段控制系统的设计原理如图3-4所示，该段控制系统是以高温过热器出口汽温为被调量，以高温过热器入口汽温为导前汽温信号的串级控制系统。因为高温过热器为左、右两侧对称布置， 所以正常情况下切换开关T1、T2切向NC，取左、右两侧高温过热器出口汽温的平均值，当任何一侧变送器故障时，通过逻辑信号是该回路T切向NO，取正常一侧的汽温信号，同时发出声、光报警、系统切手动，待故障变送器切除后，系统才正常运行。当主燃料跳闸或汽轮机主蒸汽流量25%时，在信号作用下，1AM和2AM强迫切手动，T3切向NO，1AM和2AM输出均为0，喷水减温调节阀门A和B关闭。为了防止阀门A和B泄漏的影响，系统中专门设置了降温闭锁阀A和B，在逻辑信号控制下，需要减温水时则全部打开，不需要时则全部闭死。在整个过热汽温控制系统中，屏式过热器以辐射过热为主，而高温对流过热器以对流传热为主。对于这种传热方式不同的过热器，为防止负荷变化时级减温器的喷水量级减温器的喷水量相差很大，主调节器的输出信号（3CV）经函数模块f(x)转换后送到第二段控制系统的副调节器PI2的入口。这样，当负荷增加时，主汽温上升，系统中主调节器的输出