第八章气温控制系统

第八章汽包锅炉过热蒸汽温度自动控制系统8.1汽包锅炉过热蒸汽基本流程以某300MW汽轮发电机组的汽包锅炉为例，其过热蒸汽流程图如下图所示：过热蒸汽流程图8.2过热蒸汽温度自动控制的基本任务汽包锅炉过热蒸汽温度自动控制的基本任务是维持过热器出口蒸汽温度在允许范围内，并且保护过热器，使管壁温度不超过允许的工作温度。过热蒸汽温度过高，会造成过热器、蒸汽管道和汽轮机高压部分的金属损坏，因而过热汽温的上限一般不超过额定值5℃；过热蒸汽温度过低，会降低全厂的热效率并影响汽轮机的安全经济运行，因而过热汽温的下限一般不低于额定值10℃。8.3过热汽温调节对象的动态特性汽包锅炉过热汽温调节对象的动态特性是指各种引起过热汽温变化的原因与过热汽温变化之间的动态关系。下面重点分析蒸汽流量D、烟气热量Qy和减温水量WB三种扰动下过热汽温θ

变化的动态特性：（1）蒸汽流量D扰动下过热汽温的动态特性在蒸汽流量D产生阶跃扰动下，过热汽温θ

变化的响应曲线如下图所示：

蒸汽流量扰动下过热汽温响应曲线

蒸汽流量D扰动下，过热汽温调节对象动态特性的特点是:

有滞后、有惯性、有自平衡能力。当锅炉负荷增加时，通过对流式过热器的烟气温度和流速都增加，因此对流式过热器出口汽温升高；但对于辐射式过热器，炉膛内烟温升高增加的辐射传热量小于蒸汽流量增加所需的吸热量，因此辐射式过热器出口汽温下降。（2）烟气热量Qy扰动下过热汽温的动态特性在烟气热量Qy产生阶跃扰动下，过热汽温θ

变化的响应曲线如下图所示：

烟气热量扰动下过热汽温响应曲线

烟气热量Qy扰动下，过热汽温调节对象动态特性的特点是:

有迟延、有惯性、有自平衡能力。由于烟气热量变化时，沿过热器长度使烟气和过热蒸汽之间的传热量同时变化，因此过热汽温θ反应较快，其时间常数Tc和迟延时间τ均较小。（3）减温水量WB扰动下过热汽温的动态特性在减温水量WB产生阶跃扰动下，过热汽温θ

变化的响应曲线如下图所示：

减温水量扰动下过热汽温响应曲线

减温水量WB扰动下，过热汽温调节对象动态特性的特点是:

有迟延、有惯性、有自平衡能力。由于现代大型锅炉过热器管路很长，因此减温水量WB变化时过热汽温θ反应较慢，其时间常数Tc和迟延时间τ均较大。8.4串级过热汽温自动控制系统的分析整定串级过热汽温自动控制系统以过热汽温θ2为被调量，根据喷水减温器出口温度θ1调节减温水量，其系统结构图如下：串级过热汽温自动控制系统结构图主调节器:维持过热汽温θ2等于其给定值。副调节器:根据θ1和主调节器PI2输出信号的变化调节减温水量。

喷水减温器出口温度θ1可以快速反应对过热汽温的扰动，只要θ1变化，就可以通过副调节器PI1调节减温水量，维持θ1在一定范围以内，从而使过热汽温θ2基本不变，提高控制品质。对应的汽包锅炉串级过热汽温自动控制系统的原理方框图如下图所示：串级过热汽温自动控制系统原理方框图内回路：导前区传递函数W1(s)、温度变送器、副调节器WT1(s)执行器比例系数KZ、喷水调节阀比例系数Kμ

。主回路：惰性区传递函数W2(s)、温度变送器、主调节器WT2(s)内回路。系统的组成：（1）内回路的分析整定内回路原理方框图对于内回路可以看作由被控对象和广义调节器组成的单回路控制系统进行整定，广义调节器的传递函数为：因此广义调节器是一个比例作用调节器，其等效比例带为：通过减温水量WB的阶跃扰动试验，可以得到导前区汽温θ1的阶跃响应曲线如下图所示：根据以上阶跃响应曲线，由单回路控制系统的整定方法，可以得到比例调节器等效比例带的计算公式：(P175表6-6)因此副调节器WT1(s)的比例带为：（2）主回路的分析整定主回路原理方框图如果主调节器为PID调节器，其传递函数为：则主回路广义调节器的等效比例带为：忽略导前区的惯性和迟延，则简化后导前区传递函数为：此时主回路原理方框图可以简化为：上图中对应的主回路广义调节器的传递函数为：此时主回路广义调节器中各参数可以通过试验得到的等效被控对象W0(s)的输出端过热汽温θ2在减温水量WB扰动下的阶跃响应曲线，按单回路控制系统整定方法进行计算：(P175表6-6)因此主调节器WT2(s)的各参数为：8.5串级控制系统的特点

从总体上看，串级控制系统仍然是一个定值控制系统，主参数在干扰作用下的控制过程与单回路控制系统的过程具有相同的指标和形式，但与单回路控制系统比较，串级控制系统具有以下特点：1、串级系统具有很强的克服内扰的能力：我们可以把串级控制系统用方框图表示成一般的形式，如图所示。WT1(S)WT2(S)WZ(S)Wf(S)WD2(S)WD1(S)Wm1(S)Wm2(S)--X1X2Z2Y2Y1图串级控制系统原理方框图图中Z2是进入副环的扰动，从副回路看，传递函数为：这里要注意的是扰动Z2除了能直接影响副参数以外，又通过WD1影响主参数。(8-1)5-2输出对于扰动Z2的传递函数：输出对输入x1的传递函数：(8-2)(8-3)对于一个定值系统，扰动造成的影响应该越小越好，而定值部分应尽量保持恒定，因此，式8-2越接近于0，式8-3越接近于1（令Wm1＝1），则控制系统性能越好。也即用以表征克服干扰能力的式子：的值越大越好。现有即为两个调节器的乘积。如果则：若采用单回路控制系统则其表征克服干扰能力的式子：5-2一般晒有：所以寸可得丹出如厌下结桂论：系统粗的开毯环放社大倍眉数越镰大，偿稳态喉误差蛮越小缴，克顷服干远扰的竹能力眨也就蔑越强哑，副侍调节敞器的富放大波倍数歌整定令的越们大，供这个找优点将越显碑著。2、串着级控希制系秤统可惠以减梢小副揉回路丙的时谁间常怀数，生改善虑对象聋动态槐特性睛，提萄高系雾统的绞工作偏频率。设对堤象是珍惯性农环节栗，其帽它均讽为比搅例环胖节，构即芒：（8-御4）由图5-毫3得：（8-粥5）则有侮：令：则：5-吴2WT1(S尸)WT2(S筒)WZ(S源)Wf(S)W‘D2(S矿)WD1(S乒)Wm1(S晓)-X1Z2Y2由此忧看出夜，Tb2＜T2，也鉴即内鲁回路谱闭环候传递膜函数份的时隐间常吓数小黑于不线加控虾制前醉的传援递函写数中牌的时喂间常慢数。齿从而胜改善硬了动恐态特震性。浪原因穗在于璃原来降的被油控对屑象是WD2与WD1串联显，加吵上副由调节比器后棕变成Wb2与Wd1串联捷，总乎的惯雨性时鸣间减廊小了树。由于短系统丽的时临间常纠数变寻小了师，它洲的工枯作频赶率将福有所讯提高观，证朗明如咐下：Y2图5-替4串级兔控制钢系统姿简化们方框积图从图5-险4简化张的方属框图满可得举系统惹特征竹方程篇式：(8筑-6纵)将式8-垫1代入亭式8-扒6并化技简得塑：将式8-径4代入碌上式欧并化软简得估：(8俩-7嫌)5-厚2化成闪二阶帝系统凶的标木准形晨式：练，由杀式8-息7可得荒：则：利用方同样睁的方认法可将以求绍得单盛回路丽控制其系统摊的工锡作频雕率庙：假定毛串级漏控制用和单选回路演控制盼以同畅样的率衰减派率工亭作，妹即令任：显然湿：由此揉可见才，串缠级控津制系罪统由哭于改溪善了汗对象侨的特杂征，拿从而各使整桨个系夏统的虑工作科频率吸比单较回路御系统刚的工谅作频翼率有们所提拌高，袭且副桌控制贺器的赔放大型倍数KT2越大捧，工岁作频饼率越翠高。（8-皮8）5-脱2这一下特点冰还说至明即扁使在鬼外扰闷作用克下，恩由于求副回良路减竖小了水对象稼的时白间常兵数，贴使整圣个系由统的扰工作茶频率啄得以虎提高班，因姓此仍贩能改声善整棕个系麦统过腐度过誓程的云品质嘴。3、串斩级控纯制系贞统具踪蝶有一康定的宜自适倚应能繁力：串级购控制睛系统夹主回恼路是没一个财定值雀系统弃，其祝副回批路是组一个斤随动惹系统窃，它甜的定杯值是伐主调正节器创的输螺出，亲是一绳个变栏化量给，主佳调节镜器按户照被吃控对元象的咏特性嫌和扰雄动变姻化的馆情况吧，不还断地虑纠正望着副享调节捷器的抽给定钱值，升副调准节器岁使系扁统时糕间常傲数缩敢短，脑能很组快克夫服扰奴动，润改善掩动态蚊特性怕，这热就是企一种纹自适阳应能贺力，何而采江用单附回路疲控制卸系统凶就没良有这贵种随章动控详制系恳统的钥作用调。这境种自斜适应艇能力泽可以猾从系颤统的连稳态兔偏差狗上看膜出来简。图5为一温个串哗级控抽制系蛋统，揉主、终副调普节器甲若都绿用P调节动，由猫控制姜理论墙，系肚统输达出量沿的稳捡态偏乌差计耻算如写下：KT2WD2(S吊)WD1(S撇)KT1Y2Y1Z2X1--图5串级玻控制霞的特炊殊形败式把副犁回路继看成效是一丝式个动填态环努节，神这个凶环节撇的输神出为棋：令5-摇2则有本：假定Z2是一卸个单笼位阶纺跃扰见动，气系统课输出辽量的脖稳态司值大拦小就萄能体娱现出绍稳差法偏差肥的大挽小。泳为便煌于计算归，设均是称比例垃增益拆为1的惯禽性环见节，宫有：代入粉各环栋节的泻值，冰最后追结果猜为：若采口用单拳回路稍控制啄，在肉同样位条件居下采咸用同滚样的欺方法多，可底以得弟到它毁的稳墓态输端出为欲：因此弯，y1(∞淡)＜y’1(∞死)，也愈就是泰说，揪串级估系统极的稳偷态偏能差比痕单回蚀路系这统的施稳态垮偏差躺要小泳得多猪，其黎原因阔在于趋前者估具有态一定暑的自暖适应咏能力垮。5-茎28.舒6串级善过热小汽温辈自动壁控制贞系统饶的试密验整损定试验虹整定越方法森不需搭要测粒试被裹控对庙象的仰阶跃挖响应怀曲线大，将罢控制民系统角投入俊闭环巷后，隐用临寒界比络例带鱼法便态可确砖定调辈节器佩的各石参数估，主勺要步崭骤如僻下：（1）副应调节膀器参浙数的垃整定将主桂回路餐断开,内回虹路投斤入闭任环，嘉主调鹅节器打的参鸭数分买别设粥置为δ2＝10句0％，Ti＝∞，Td＝0，副调硬节器堆比例著带δ1取一蛾较大因值。改变摧副调捉节器违的比环例带δ1，使吧内回循路产旧生等叙幅振革荡,记下搁此时的比永例带晕。副调湾节器开的比化例带岂。（2）主陶调节卵器参拾数的图整定副调毒节器漫的比楼例带δ1设置萝于整毅定值掀。主调穷节器参的参销数分融别设臭置为δ2＝10捷0％，Ti＝∞，Td＝0。将主图回路绪与内俱回路挠同时奇投入血闭环陆，逐害渐减羡小主锈调节务器的腊比例然带δ2，使颂主回资路产雀生等串幅振阅荡,记下裂此时狼的比章例带斩和旁调节料过程的周逢期Ts。根据勾以下末公式封计算店主调伏节器葱的各鹅参数悬值：调整叮好主愤、副若调节帖器参隔数，口将控闻制系章统投肆入运杠行，折观察丛调节烛过程，判适当铅修正池调节被器的秀整定鸦参数。8.曾7采用僵导前逐汽温撒微分膜信号敏的过阳热汽中温自藏动控床制系咸统采用喊导前萄汽温现微分愈信号超的过类热汽慎温自踪蝶动控缴制系脏统的拜原理溪方框缝图如连下图详所示型：内回台路：导前避区传凑递函朗数W1(s酒)、温捎度变间送器帆、微添分器WD(s)执行成器比邀例系宅数KZ、喷双水调全节阀到比例超系数Kμ。主回愉路：恳惰性柜区传搏递函狮数W2(s顾)、温停度变烂送器窑、调耀节器WT(s)内回胶路。系统鸡的组恰成：系统听的特悟点：（1）加入大微分废信号陪，改酒善了练被控臣对象击的动孝态特照性在过滤热汽中温自落动控挤制系座统中讨加入炎汽温批微分珠信号炉后，墨仍可碍以视窄为单围回路错控制等系统蜘进行衬分析都，但结会改逼变过大热汽血温被狠控对拴象的房诚动态收特性驼，其总原理库方框扭图如厦下图亭所示投：根据议上图腹，等老效被选控对俱象的备传递酬函数央为：此时顺调节厕器WT(s)的参亿数可圾以根氏据等弊效被盲控对亩象的转动态痒特性W等(s炮)按单铺回路符控制幸系统胡整定慎，微坟分器WD(s)参数茂的整村定在砍于形扬成一造个动五态特帆性较创好的戴等效短被控俩对象庆。（2）采用搅导前妻微分召信号触相当贴于串赖级调膀节系拼统的缩慧变形采用键导前灵微分虾信号泄的过遵热汽陵温自抬动控玩制系醋统转饼换为她串级趴调节拘系统沃后等唇效方梢框图旧如下浴图所捐示：在采绩用导商前汽怨温微陶分信储号的异过热菌汽温储自动动控制节系统肿中，辜微分召器和览调节坑器的渔传递固函数照一般北取如纤下形贴式：等效闻副调社节器弟的传仪递函胞数：一般TD远大愿于Ti(TDs>>食1)，因糊此等睬效副货调节搅器可泉以近广似简同化为比例窑积分陶调节夸器：等效对主调攻节器敢的传焦递函情数：因此肿等效受主调仙节器舞也近谜似为比例绞积分中调节嚼器。8.裕8导前忧微分干过热肌汽温盲自动姐控制疼系统扭的参吨数整南定（一除）按盐补偿欠法进侧行整纳定根据涂以上若分析森，采枯用导掉前汽钟温微切分信宵号的樱过热答汽温奔自动爪控制轰系统宋可以挠按以剥下两娱种方浅法进孩行整遭定。补偿侨法整籍定的恭原则址为：整定技微分箱器WD(s)的参叔数以副形成精一个栗等效悲对象组，使验其在旷动态纵时近衡似为洋导前怒区的踪蝶动态凑特性胸，在仗静态不时近纵似为攻主汽炉温的址动态常特性陕。调挎节器WT(s)的参屡数则身按等顷效对雁象的劫特性堪采用页单回外路控木制系奥统的仗整定沙方法纠进行损整定传。等效猛对象瓣的阶梢跃响浴应曲忘线如岗左图司所示巾，其待传递律函数讨为：式中渗：ρ1——导前校区自煌平衡绘系数总；ρ0——调节修对象尊自平贪衡数页。根据咬上式微分颈器WD(s)应为：根据足左图暗中在逆减温乱水量丈扰动愿下调距节对古象及包其导殊前区线对象惨的阶蒙跃响拢应曲协线，辽可得傅它们词的传姻递函骡数分拢别为疗：（12－1）调节酷对象膛：导蛋前植区：调节窗对象懒惰性婶区的毅传递乳函数醉可以胡根据策以上资两个燃传递讯函数袖得出乖：惰表性徒区：式中堡：ρ2——对象汁惰性溜区自拜平衡胁系数虽。将微氏分器失传递樱函数同和屋调节逐对象掠惰性参区的歌传递星函数分坝别代抢入式徐（12－1）可卧得：如果钞惰性劣区是铺一阶缺环节扑（即n2＝1），衰则可咽以得桃到微谢分器WD(s)的参精数KD和TD分别抬为：如果腊惰性呢区的妹传递苦函数班高于厚一阶第（一泽般n2＝3～4），轰而实边际微分器WD(s)为一肥阶，淘此时兆只能拣实现将近似永补偿稀。将佳式（12－2）等号两单边分芝别展盗开可献得：（12－2）对比乐以上郑两式双中同搏阶项歼系数态可得宴：s项系辣数为类：s2项系啦数为举：因此滋可得袭微分研器WD(s)的参吃数KD和TD分别汽为：根据朱前面存图中洽所示艘等效或对象届阶跃晚响应笨曲线害中各若特性克参数蛇，可需得与燥其配父合的拌广义呀调节指器的敲参数颗计算引公式晓为：当迅时：当宪时：考虑慈到温度筛变送戏器、执行妨器比秤例系湿数KZ、喷怠水调握节阀奖比例扣系数Kμ，则调节方器WT(s)的参奖数计蜘算公仆式为：（二奸）按帅等效匹为串权级调乡丰节系母统进怀行整医定采用颈导前参汽温能微分何信号剑的过分热汽谱温自冒动控松制系茎统中项调节韵器和嘉微分姻器的骂传递威函数肺分别泄为：等效盯主调共节器蜻：当等面效为驶串级兆调节台系统社进行悲整定隔时，油等效秀调节促器的勤传递盐函数闪分别畅为：等效袋副调祥节器便：

δ/KD相当于等效副调节器的比例带，增加KD将使内回路调节过程的衰减率降低，调节速度加快。Ti

相当于等效副调节器的积分时间，对内回路的影响与一般单回路控制系统相同。

KD

相当于等效主调节器的比例带，增加KD

将使外回路调节过程的衰减率和稳定性提高，但使主汽温的调节速度下降，动态偏差增加。TD相当于等效主调节器的积分时间，增加会提高外回路的衰减率，延长主汽温的调节过程。此时斩可以场根据唉对象导前戚区动裳态特桃性和主汽挥温动败态特隙性，按宏照串沃级调零节系饿统的数整定迈方法附，分里别求课得等效泻副调熄节器和等效涂主调宴节器的各铁个参谈数。（三祸）利坡用补骨偿法床整定挣原则杰进行昌试验批整定在现纱场利察用补趴偿法循整定也原则挂进行流试验拾整定踪蝶时，福不需竟要测驻定汽梢温调夏节对吵象的境动态肤特性东，主嚼要步预骤如醉下：将调叛节器当的输穗出与孩执行更器断召开，窑使调圾节器恩的比堆例带δ＝10帐0％，积分煌时间Ti＝∞窝。调节席微分编器的巨参数KD和TD，使订调节蓝器输网出的藏阶跃虫响应境曲线输接近平易滑的絮单调腊曲线份。根据衣阶跃齐响应箭曲线绞，按仍照单粪回路阴控制它系统卡的整肃定方卵法计充算出调节箭器的陶参数δ和Ti。8.梳9过热秩蒸汽它温度忍自动础控制开系统福实例以某葡汽包护锅炉递过热霉蒸汽左温度该分段游自动略控制为系统雅为例盾，其蝴第二旋段控胜制系光统原攻理图赌如下化图所每示：8.籍10汽包屑锅炉吸再热蓄蒸汽尽温度够自动害控制材系统8.糕10集.1再热蹲蒸汽挣温度袄自动接控制元的基研本任障务再热奸蒸汽饺温度嗓自动的控制跑系统孝的基仇本任斜务是蕉保持宴再热逆器出汽口的甚蒸汽镜温度霞为给医定值冬。再热较汽温障的动可态特震性与哄过热或汽温创相似雕，也幅为有恼惯性谱、有债迟延肃、有死自平林衡能摘力的条被控把对象庆。受殿热面残积灰畜、给茧水温情度变跌化、胸燃料筐改变丛和过亡量空朱气系脸数的改变化伯都会瓦影响棋再热疼蒸汽备温度捆。目前蛾主要近采用男改变寇烟气道挡板闯、烟可气再诞循环继和摆霸动燃起烧器宣三种绞方式领对再樱热蒸通汽温恒度进排行调发节。8.池10纤.2采用蛾烟气秋挡板终的再纺热蒸病汽温慎度自牙动控觉制系吧统采用译烟气薄挡板流的再躬热蒸裹汽温刚度自好动控俭制系债统通纤过改坛变烟暖气挡诵板的别开度咳来调卷节流嘉过过土热器疼受热备面和脂再热姜器受近热面敲的烟栽气分颤配比若例，铅从而团达到线控制烂再热害蒸汽辛温度寨的目毫的。捞其烟顿道布迁置示炭意图目和控轿制系卡统原增理图戚分别蔬如下脚图所烧示：过热鸽蒸汽送和再店热蒸斧汽汽故温特爷性的葡比较1－过筐热蒸觉汽；2－再第热蒸百汽烟道谈布置原示意章图采用太烟气量挡