内蒙古工业大学热工控制课程设计过热气温6

1摘要热工控制系统专业课程设计主要目的是了解并掌握以下三部分内容，第一部分是串级过热汽温控制系统的参数整定，在这一部分重点要注意的是通过判断内回路惯性和外回路惯性判断过热汽温内外回路是不是可以分别整定。进而完成控制系统的整定、主调节器的整定、副调节器的整定。第二分是过热汽温控制系统特性分析，通过看课本和参考书对过热器温的动态特性进行详细的分析，并画出了调节对象的阶跃特性曲线。第三部分是300MW单元机组过热汽温控制系统方案设计分别画出了三个串级汽温的调节系统原理图，并对工作过程进行详细的分析和介绍，最后对系统的优缺点进行了简要的介绍。此次热工控制系统课程设计可能有许多不精确或者不完善的地方，希望老师给予批改和纠正。关键词：热工控制系统；300MW单元机组；过热汽温动态特性；串级过热汽温控制系统2目录第一章串级过热汽温控制系统的参数整定……………………………………11.1控制系统的整定………………………………………………………11.2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…………………………………42.1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………………………73.1300MW单元机组过热蒸汽流程…………………………………………73.2过热汽温控制系统方案…………………………………………………73.3过热汽温控制系统分析…………………………………………………8参考文献…………………………………………………………………………123第一章串级过热汽温控制系统的整定2.1控制系统的整定串级过热汽温控制系统方框图如图2-1所示，系统中各环节的传递函数为：图2-1串级过热汽温控制系统原理方框图221)(sWT；)11(1)(111sTsWiT；0010259()()()(/)(118.4)WsWsWsCVs；0228()(/)(114)WsCVs；)/(1.021CV；1KKz先判断内、外回路的惯性差别：1021)(1sWT)(2sWTzKK)(02sW)(01sW2142221428nT518.492nT故知不满足223nTnT的条件。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01()Ws的特性来确定主控制器1()TWs的参数，使实际等效对象为此，要先求出惯性区01()Ws的参数。此时广义被控对象的传递函数为：*0010102()()()()WsWsWsWs529(118.4)8(114)ss=521.125(118.4)(114)ss可得其特征参数为111111.125;5;18.4KnT查表2-1得15n时，有11110.410;3.692ccTTT由此可得113.692cTT而等效主调节器的传递函数为*111**1211111()(1)()(1)TTililWsWsTsTs可得**11;ililTT下面用响应曲线法查表可求得主调节器的整定参数。据110.218cT，查表可得等效主调节器的整定参数为*111111()0.0812.6()0.6ccTT50.4100.082.61.1250.750.4100.6*10.80.83.69218.493()ilcTTs从而得主调节器的整定参数为*11*75%93()ililTTs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221()TWs，于是等效控制器为1212111()()()(1)TeTTiWsWsWsTs式中，1、1iT已求出。近似希望等效对象的传递函数为28()(114)oeWss表2-1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按22,n查表2-1得0.104cT，0.282T。若按近似计算法整定，由表1-6，0.75，0.2cT时。211111.11.190.10.1040.061.69cT6第二章过热汽温控制系统特性分析2.1过热汽温的静态特性（1）锅炉负荷与过热汽温的关系锅炉负荷（一般可用总分量代表）增加时，炉膛中燃烧的增加，但炉膛中的最高温度没有多大变动，炉膛辐射放热量相对变化不大，使得炉膛出口烟温增高。这说明负荷增加时，每千克燃料的辐射放热百分率减少；而在炉膛后的对流换热区中，由于烟温和烟速的提高，每千克燃料的对流放热百分率将增大。因此，对于对流式过热器来说，当锅炉的负荷增加时，出口汽温的稳态值升高；辐射式过热器则具有相反的汽温特性，即当锅炉负荷增加时，会使出口汽问的稳态值降低。两种过热器的串联配合，可以取得较平的汽温特性，但在一般采用这两种过热器串联的锅炉中，过热器出口的蒸汽温度，在某个负荷范围内，随锅炉负荷的增加将有所升高。（2）过剩空汽系数与过热汽温的静态关系过剩空汽量改变时燃烧生成的烟气量亦改变，然而所有对流受热面吸热改变，而且对离锅炉出口较远的受热面影响显著。目前大多数锅炉的过热器均以对流吸热为主，当增大过剩空汽量时，将使过热汽温上升。（3）给水温度与汽温的关系提高给水温度将使过热汽温下降，这是因为产生每千克蒸汽所需的燃料量减少了，流经过热器的烟气量也减少了。因此，是否投入高压给水加热器会使给水温度相差很大，这对过热汽温有明显影响。（4）燃烧器的运行方式与过热汽温的静态关系7在炉膛内投入高度不同的燃烧器或改变燃烧器倾角(再热器温调节的需要)会影响炉内温度分布和炉膛出口烟温，因而也会影响过热汽温，火焰“中心”相对提高时，过热汽温将升高。（5）进入过热器的蒸汽的热焓与过热汽温的静态关系一定压力下，过热器入口蒸汽焓值增加，将使出口汽温增加；采用喷水减温，喷水量增加，进入过热器的蒸汽热焓降低，过热汽温下降。同一负荷下，当锅炉汽包压力较低时，进入过热器蒸汽的饱和蒸汽焓值比较高压力下的饱和蒸汽的焓值要高，但汽包产生的蒸汽减少了，所以出口主汽温将增加。（6）其它因素与过热汽温的静态关系a、受热面清洁程度。过热器之前的受热面发生积灰或结渣时，进入过热器的烟温升高，因而使过热器的汽温上升，而过热器本事发生积灰或结渣将使过热汽温下降。b、饱和蒸汽用量。当锅炉的吹灰器或其它辅机使用饱和蒸汽时，为了供应饱和蒸汽就需要增加燃料，其结果将使过热汽温升高。c、排污量。排污对过热汽温的影响和使用保护蒸汽一样，但由于排污水的焓较低，故影响较小。d、燃烧性质对过热汽温的影响。当由煤粉改燃油时，由于炉膛内的辐射吸热百分率增大，过热汽温将降低。e、尾部烟道中再热汽温控制挡板位置对过热汽温的影响。例如，当关小再热器烟道挡板（一般相应增大过热器挡板）时，过热汽温会升高。2.2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：（1）蒸汽流量（负荷）扰动下过热汽温对象的动态特性。8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τ/Tc较小。图1-1蒸汽流量扰动下过热汽温阶跃响应曲线（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τ均比其他扰动小。图1-2烟气热量扰动下过热汽温阶跃响应曲线（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9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1-3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τ≈10~20s，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。2.3过热汽温控制系统的目的过热蒸汽温度自动控制的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，是使管壁温度不超过允许的工作温度。过热蒸汽温度是锅炉运行质量的重要指标之一，过热蒸汽温度过高或过低都会显著地影响电厂的安全性和经济性。过热蒸汽温度过高，可能造成过热器、蒸汽管道和汽轮机的高压部分金属损坏，因而过热汽温的上限一般不应超过额定值5℃。102PI21PI1zK减温水WB2过热器过热器蒸汽过热蒸汽温度过低，又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℃。过热汽温的额定值通常在500℃以上，例如高压锅炉一般为540℃，就是说要是过热汽温保持在540±5℃的范围内。2.4串级过热汽温系统的结构和工作原理根据在减温水量WB扰动时，主蒸汽温度θ1有较大的容积延迟，而减温器出口蒸汽温度θ2却有明显的导前作用，完全可以构成以θ2为副参数、θ1为主参数的串级控制系统，系统结构如图1-4所示。系统中有主、副两个调节器。主调节器PI1用于维持主蒸汽温度θ1，使其等于给定值。副调节器PI2接受主调节器的输出信号和减温器出口温度信号，副调节器的输出控制执行机构KZ的位移，从而控制减温水调节阀门的开度。为了便于分析，我们给出了主汽温串级控制系统原理框图，它有两个闭合回路的控制回路：（1）由对象的导前区02()Ws，导前汽温变送器2，副调节器2()TWs，执行器Kz和减温水调节阀K组成的副回路；（2）由对象的惰性区01()Ws，主汽温变送器1，主调节器1TW（s），以及副回路组成的外回路。11图1-4串级过热汽温控制系统图1-5主汽温串级控制系统原理框图串级控制系统能改善控制品质，主要是由于有一个能快速动作的内回路存在。由图可以看出，导前汽温2信号能快速反映扰动，尤其是减温水侧的自发性扰动1BW，只要2变化，内回路就立即动作，用副调节器2TW（s）的输出去控制减温水量，使2维持在一定范围内，从而使过热汽温1基本不变。当主汽温1偏离给定值时，则由主调节器1()TWs发出校正信号1V，通过副调节器及执行器改变减温水量，使主汽温最终恢复到给定值。主调节器的输出信号1V相当于副调节器的可变给定值。可见，在串级过热汽温控制系统中，内回路的任务是尽快消除减温水量的自发性扰动和其他进入内回路的各种扰动，对过热汽温的稳定起粗调作用，副调节器一般可采用P或PD调节器；而外回路