锅炉过热蒸汽温度控制系统课程设计(编辑修改稿)

锅炉过热蒸汽温度控制系统课程设计(编辑修改稿)内容摘要：

目的有两 个，一是为了使汽温调节更灵敏，减小热惯性，二是为了保护过热器。 第一级喷水减温器布置在前屏过热器之后，调节量较大且调节惰性大，用来调节因负荷、给水温度和燃料性质变化而引起的汽温变化，为粗调。 另外它还有保护屏式过热器和对流过热器受热面的作用。 第二级喷水减温器布置在高温对流过热器（末级过热器）之前，这一级热惯性小，可保证出口汽温能得到迅速调节。 减温器共有四只，每级安装两只，每只喷水量为每级喷水量的一半。 减温水源为自制冷凝水。 目前，过热汽温的控制方案很多，而且随着自动控制技术和计算机技术的不断发展，新的控制方法不断 出现，汽温控制的质量也不断提高。 传统的汽温控制系统有两种：单回路控制系统和串级汽温控制系统 [5]。 单回路控制系统 单回路控制系统是各种复杂控制系统的基础，由于其控制简单而得到广泛应用。 由图 可知，这种调节方法是最不理想的。 图 单回路控制系统原理图 理论上减温器应尽可能地安装在靠近蒸汽出口处，但需在过热器材料安全的基础上，这样会得到较好的动态特性。 但作为控制对象的过热器由于管壁金属的热容量比较大，使其有较大的热惯性，加上管道有一定较长时间的传递滞后，同时在单回路控制系统，调节器在 接受过热器出口蒸汽温度的变化后，调节器才会开始动作，去控制减温水的水流量变化又要经过一段时间才能影响到蒸汽温度的变化，这样既不能及早发现扰动，又不能及时反映控制的效果，将使蒸汽温度发生不能允许的动态偏差，即使整个系统采用 PID 算法。 这样的控制方案会影响到锅炉生产的安全，而且还不够经济。 串级控制系统 由图 可以看出，锅炉蒸汽温度串级控制系统采用两级调节器串在一起的；两级调节器各有其特殊的任务，调节器 1 直接控制调节阀的动作，同时调节器 2 控制着调节器 1的设定值，从而形成了特殊的双闭环系统，其中副 环由调节器 1 和减温水出口温度组成，调节器 2 和出口蒸汽温度形成的闭环为主环。 主环和副环一起构成了一个完整的串级控制系统。 其中调节器 1 为副调节器，主调节器是调节器 2。 图 过热蒸汽温度串级控制系统原理图 串级控制系统的原理方框图如图 所示，具有内外两个回路。 内回路由导前汽温变送器、副调节器、执行器、减温水调节阀及减温器组成；外回路由主汽温对象、汽温变送器、主调节器及整个内回路组成。 由图可知，主调节器的输出即副调节器的给定，而副调节器的输出直接送往调节阀。 其中主调节器的的给定值使是一个定值，所以主回 路是一个定值控制系统。 而副回路的给定值是由主调节器的输出给定的，所以它随主调节器输出的变化而变化，为一个随动控制系统。 主 调 节 器 调 节 阀 减 温 器出 口 蒸 汽温 度主 温 度变 送 器设 定 值副 温 度变 送 器副 调 节器过 热 器 图 串级控制系统方框图 系统中以减温器的喷水作为控制手段，通过减温水的控制达到控制蒸汽温度的效果。 由于汽温对象具有较大的延迟和惯性，主调节器多采用 PID 控制规律，副调节器采用 PI 或P 控制规律。 在主、副调节器均具有 PI 控制规律的情况下，当系统达到稳定时，主、副调节器的输入偏差均为零。 从而提高了整个系统的准确度和实用性。 再者，在 串级控制系统中，两个调节器串联工作，但是以主调节器为主导，保证主变量为目的，在整个控制过程两个调节器协调一致，互相配合，若干扰来自副回路，副调节器首先进行粗调，主调节器再进一步进行细调。 相对于过于简单的单回路控制系统，串级控制系统的控制质量明显优越。 具体体现在： ⑴由于副回路的存在，减少了控制对象的时间常数，缩短了控制通道，使控制作用更加明显； ⑵在一定程度上提高了系统的工作频率，使震荡周期明显缩短，调节时间也有一定程度上的缩短，系统的快速性相对增强了； ⑶整个控制系统对二次干扰即包括在副回路范围内的扰动具 有很强的克服能力，这是单回路控制系统所不能实现的； ⑷对负荷或操作条件的变化有一定的自适应能力。 综上所述，串级控制系统更适应锅炉蒸汽温度的控制。 四． 过热蒸汽温度控制系统的设计 主变量的选择 根据串级控制系统选择主变量的原则：在条件允许的情况下，首先应尽量选择能直接反映控制目的的参数为主变量；其次，要选择与控制目的有某些单值对应关系的间接单数作为主变量 ； 最后，所选的主变量必须要足够的变化灵敏度。 所以，在本系统中需选择送入负荷设备的出口温度作为主变量。 该参数可 以直接反映本系统的控制目的。 副变量的选择 副回路应该把生产系统的主要干扰包括在内，应力求把变化幅度最大、最剧烈和最频繁的干扰包括在副回路内，以充分发挥副回路改善系统动态特性的作用，保证主参数的稳定，为发挥这一特殊作用，在系统设计时，副参数的选择应使得副回路尽可能多的包括一些扰动。 同时要求主、副对象的时间常数应适当匹配。 并且应保证副变量的选择能实现生产工艺上的合理性、可能性和经济性。 综上所述，应选择减温器和过热器之间的蒸汽温度作为副变量。 操纵变量的选择 控制变量和扰动变量是工业过程的 两大输入变量。 其中，干扰时刻存在的，它是影响系统平稳操作的主要因素，而操纵变量的主要作用是克服干扰的影响，是系统能重新稳定运行的因素。 选择操纵变量的基本原则为： ⑴选择对所选定的被控变量影响较大的输入量作为操纵变量； ⑵在⑴的前提下，选择变化范围较大的输入量作为控制变量，以便于控制； ⑶在⑴的基础上选择对被控变量作用效应较快的输入变量作为控制变量，使控制系统响应较快； 综上所述，应选择减温水的输入量作为操纵变量。 执行器的选择 在本系统中，调节阀是系统的执行机构，是按照调节器所给定的信号大小和方 向，改变阀门的开度，来实现调节流体流量的装置。 调节阀的口径大小，直接决定着控制介质流过它的能力。 为了保证系统有较好的流通能力，需要使控制阀两端的压降在整个管线的总压降中占有较大的比例。 在正常工况下一般要求。