单元机组汽温控制系统的设计毕业论文(编辑修改稿)

单元机组汽温控制系统的设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

倾角应一致并同时动作。 当燃烧器倾角已达到最低极限值时，再热汽温仍然高于额定值时，再热器事故喷水减温器将自动投入运行，以保持汽温和保 护再热器。 （ 2）改变喷燃器的运行方式。 当沿炉膛高度布置有多排喷燃器时，可以将不同高度的喷燃器组投入或停止工作，即通过上、下排喷燃器的切换，来改变火焰中心位置。 当汽温高时应尽量先投用下排的燃烧器，汽温低时可切换成上排喷燃器运行，也可以采取对距过热器位置不同的喷燃器进行切换的方法，当投用靠近炉膛后墙的喷燃器时，由于这时火焰中心位置离过热器近火焰行程短，将使炉膛出口的烟温相对的高些。 而切换成前墙或靠近前墙的喷燃器运行时，则火焰中心位置离过热器相对的远些，炉膛出口烟温就相对的低些。 （ 3）变化配风工况。 对于四角布 置切圆燃烧方式，在总风量不变的情况下，可以用改变上、下排二次风分配比例的办法来改变火焰中心位置。 当汽温高时，一般可开大上排二次风，关小下排二次风，以压低火焰中心。 当汽温低时，一般则关小上排二次风，开大下排二次风，以抬高火焰中心。 进行调整时，应根据实际设备的具体特性灵活掌握。 改变烟气量。 若改变流经过热器的烟气量，则烟气流速必然改变，使对流传热系数变化，从而改变了烟气对过热器的放热量。 烟气量增多时，烟气流速大，使汽温升高；烟气量减少时，烟气流速小，使汽温降低。 改变烟气量即改变烟气流速的方法有： （ 1）采用 烟气再循环。 采用烟气再循环调节汽温的原理是从尾部烟道（通常是从省煤器后）抽出一部分低温烟气，用再循环风机送回炉膛，并通过对再循环烟气量内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 16 的调节来改变流经过热器的烟气流量，改变烟气流速。 此外，当送入炉膛的低温再循环烟气量改变时，还使炉膛温度发生变化，炉内辐射吸热与对流吸热的比例将改变，从而使汽温发生变化。 由此，改变再循环烟气量，可以同时改变流过过热器的烟气流量和烟气含热量，因而可以调节汽温。 （ 2）烟气旁路调节。 采用这种方法是将过热器处的对流烟道分隔成主烟道和旁路烟道两部分。 在旁路烟道中的受热面之后装有烟气挡板 ，调节烟气挡板的开度，即可改变通过主烟道的烟气流速，从而改变主烟道中受热面的吸热量。 由于高温对流烟道中烟气的温度很高，烟气挡板极易变形或烧坏，故这一方法只用于布置在锅炉尾部对流烟道中的低温过热器或低温再热区段，而在我国目前的超高压机组中，则仅用于低温再热器区段。 采用烟气旁路来调节再热汽温时，还会影响到过热汽温。 为了增加再热汽温的调节幅度并减小对过热汽温的影响，应使主烟道中的再热器有较大的受热面，而旁路烟道中的过热器受热面则应小些。 （ 3）调节送风量。 调节送风量可以改变流经过热器的烟气量，即改变烟气流速，达到 调节过热汽温的目的。 调节送风量首先必须满足燃烧工况的要求，以保证锅炉机组运行的安全性和经济性。 而用以调节汽温，一般知识作为辅助手段。 当汽温问题成为运行中的主要矛盾时，才用燃烧调节来配合调节汽温。 利用送风量调节汽温是有限度的，超过了范围将造成不良后果。 因为过多的送风量不但增加了送、吸风机是耗电量，降低了电厂的经济性，而且增大了排烟热损失，降低锅炉热效率。 特别是燃油锅炉对过剩空气量的控制就更为重要。 过剩空气量的增加，不但加速空气预热器的腐蚀，还有可能引起可燃物在尾部受热面的堆积，导致尾部受热面再燃烧。 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 17 第二章 过热汽温控制系统的基本方案 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：串级汽温控制系统和采用导前微分信号的汽温控制系统。 由于过热汽温控制通道的迟延和惯性很大，被调量信号反应慢，因此选择减温器后的汽温作为局部反馈信号，形成了上述的两种双回路控制系统。 下面将分别加以介绍。 串级汽温控制系统 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。 但随着工业技 术的不断更新，生产不断强化，工业生产过程对工业参数提出了越来越严格的要求，并且由于生产过程中各参数间的关系复杂化及控制对象迟延和惯性的增大，都使得单回路控制系统显得无能为力，因而产生了许多新的、较复杂的控制系统，如串级控制、导前微分控制、复合控制、分段控制、多变量控制等。 串级控制系统对改善控制品质有独到之处，本节将对其组成、特点及整定进行讨论 串级 汽温 控制系统的基本结构及原理 火电厂过热汽温串级控制系统的结构图 21 所示 ： 图 21 过热汽温串级控制系统 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 18 该汽温串级控制系统中，有主、副两个 调节器。 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， 其输入偏差信号为 2I 0I ，输出信号为 1TI ，副调节器采用 PI 或 P 控制规律， 接受导前汽 温信号 1I 和主调节器输出信号 I 1T ，输出为 2TI。 当过热汽 温升高时， 2I 增加，主调节器输出 1TI 减小，副调节器输出 2TI 增加，减温水量增加，过热汽温下降。 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， 即： 2I = 0I ； 1I = 1TI 由此也可以认为主调节器的输出 1TI 是导前汽温 1I 的给定值。 过热汽温串级控制系统的原理方框图 如图 22 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。 系统中以减温器的喷水作为控制手段，因为减温器离过热器出口较远，且过热器管壁热容较大，主汽温对象的滞后和惯性较大。 若采用单回路控制主汽温 1q (即将 1q 作为主信号反馈到调节器 PI1,PI1 直接去控阀门开度 )无法取得满意的控制品质。 为此再取一个对减温水量变化反映快的中间温度信号 2q 作为导前信号，增加一个调节器 PI2 组成如图 22 所示的串级控制系统。 调节器 PI2 根据 2q 信号控制减温水阀，如果有某种扰动使汽温 2q 比 1q 提早反映（例如：内扰为喷水量 W 的自发性变化），那么由于 PI2 的提前动作，扰动引起的 2q 波动很快消除，从而使主汽温 1q 基本不受影响。 另外， PI2 的给定值受调节器 PI1 的影响，后者根据 1q 改变 2q 的给定值，从而保证负荷扰动时，仍 能保持 X 满足要求。 可见，串级系统中采用了两级调节器，各有其特殊任务。 图 22 过热汽温串级控制系统的原理方框图 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 19 串级汽温控制系统的设计 为充分发挥串级控制系统的优点，在设计实施控制系统时，还应适当合理的设计主、副回路及选择主、副调节器的控制规律。 主、副回路的设计原则 （ 1）副参数的选择，应使副回路的时间常数小，控制通道短，反应灵敏。 通常串级控制系统是被用来克服对象的容积迟延和惯性。 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。 因此，在设计串级控制系统时，应设法找到一个反应灵敏的副参数，使得干扰在影响主参数之前就得到克服，副回路的这种超前控制作用，必然使控制质量有很大的提高。 （ 2）副回路应包含被控对象所受到的主要干扰。 串级控制系统对进入副回路的扰动有很强的克服能力，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。 但这将与要求副回路控制通道短，反应快相矛盾，应在设计中加以协调。 在具体情况下，副回路的范围应当多 大，取决于整个对象的容积分布情况以及各种扰动影响的大小。 副回路的范围也不是愈大愈好。 太大了，副回路本身的控制性能就差，同时还可能使主回路的控制性能恶化。 一般应使副回路的频率比主回路的频率高的多，当副回路的时间常数加在一起超过了主回路时，采用串级控制就没有什么效果了。 （ 3）主、副对象的时间常数应适当匹配。 由于串级系统中主、副回路是两个相互独立又密切相关的回路。 如果在某种干扰作用下，主参数的变化进入副回路时，会引起副回路中参数振幅增加，而副参数的变化传到主回路后，又迫使主参数变化幅度增大，如此循环往复，就会使 主、副参数长时间大幅度波动，这就是所谓串级系统的“共振现象”。 一旦发生了共振系统就失去控制，不仅使系统控制品质恶化，如不及时处理，甚至可能导致生产事故，引起严重后果。 为确保串级系统不受共振现象的威胁，一般取  123 ~ 10ddTT (21) 式子中： 1dT 为主回路的振荡周期 ； 2dT 为副回路振荡周期，要满足式子（ 21） ，除了在副回路设计中加以考虑之外，还与主、副调节器的整定参数有关。 主、副调节器的选型 串级控制系统中，主调节器和副调节器的任务不同，对于它们的选型即控制规律的选择也有不同考虑。 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 20 （ 1） 副调节器的选型 副调节器的任务是要快速动作以迅速消除进入副回路内的扰动，而且副参数并不要求无差，所以一般都选 P 调节器，也可采用 PD 调节器，但这增加了系统的复杂性，在一般情况下，采用 P 调节器就足够了，如果主、副回路频率相差很大，也可以考虑采用 PI 调节器。 （ 2）主调节器的选型 主调节器的任务是准确保持被调量符合生产 要求。 凡是需采用串级控制的生产过程，对控制的品质都是很高的，不允许被调量存在静差。 因此主调节器必须具有积分作用，一般都采用 PI 调节器。 如果控制对象惰性区的容积数目较多，同时又有主要扰动落在副回路以外的话，就可以考虑采用 PID 调节器。 主、副回路调节器调节规律的选择原则 （ 1）主参数控制质量要求不十分严格，同时在对副参数的要求也不高的情况下，为使两者兼顾而采用串级控制方式时，主、副调节器均可以采用比例控制。 （ 2）要求主参数波动范围很小，且不允许有余差，此时副调节器可以采用比例控制，主调节器采用比例积分 控制。 （ 3）主参数要求高，副参数亦有一定要求这时主、副调节器均采用比例积分形式。 串级汽温控制系统的整定 在 如图 23 所示的 串级系统中，因为两个调节器串在一起，在一个系统中工作，相互之间或多或少的有些影响，因此在串级系统的整定要比简单系统复杂些。 图 23 串级控制系统方框图 两部整定法 当串级系统中副回路的控制过程比主回路快的多时，可按下述步骤分别独立整定主、副调节器参数。 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 21 （ 1）先整定副调节器 当副回路受到阶跃扰动时，在较短时间内副回路 控制过程就告结束。 在此期间，主回路基本上不参加动作，由图 23 得整定副回路时的方框图，如图 24 （ a） 所示。 可按单回路系统的整定方法整定副调节器 2TWs。 （ 2）整定主调节器 当主回路进行控制时，副回路几乎起理想随动作用，由图 23 可得 从而求得副回路的闭和传递函数 222() 1( ) ( )mYsR s W s （ 22） 图 24 主副调节器分别 独立整定时的方框图 即在主回路中副回路可看作一个比例环节，由此画出整定主回路时的方框图，如图 24（ b）所示。 可按单回路系统的整定方法整定主调节器 1TWs的参数。 按上述步骤整定系统后，通常应满足 213 （ 1 、 2 分别为主、副回路主导衰减振荡成分的频率）。 要达到此要求整定时应考虑以下几个问题： ① 对象的动态特性。 控 制对象前区动态特性 02()Ws与整个控制对象的动态特性0 01 02( ) ( ) ( )W s W s W s 相比，应有较小的迟延和惯性。 ② 调节器类型的选择。 副调节器 2()TWs可选用 P（或 PD）调节器，主调节器应选用 PI 调节器，以使副回路有较高的衰减振荡频率。 ③ 整定指标的选择。 副回路可取较低的稳定性裕量（例如  ）而主回路则取较高的稳定性裕度（例如  ）。 另外，按此方法整定串级系统时还应考虑控制对象惰性区动态特性的求取。 在图24 中，控制对象导前区的特性 02()Ws可直接由实验测得，而惰性区的特性 01()Ws不一定能直接由实验获得，但整个控制对象的动态特性 0 01 02( ) ( ) ( )W s W s W s 总是可以由2 2 2( ) ( ) ( )mR s Y s W s内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 22 实验测得，因此对象惰性区的动态特性 01()Ws原则上可以由 0()Ws和 02()Ws算出： 00102()() ()WsWs Ws （ 23） 例如：锅炉过热蒸汽温度控制对象及其导前区的动态特性常可表示为0010 0 1 0 20()( ) ( ) ( ) ( ) (1 ) nKsW s W s W s s T s    （ 24） 222022()() ( ) (1 ) nsKWs s T s 。