火电厂锅炉过热汽温控制系统设计

摘要过热蒸汽温度控制系统是单元机组不可缺少的重要组成部分，其性能和可靠性已成为保证单元机组安全性和经济性的重要因素。过热蒸汽温度较高时，机组热效率则相对较高，但过高时，汽机的金属材料又无法承受，气温过低则影响机组效率。过热蒸汽温度的稳定对机组的安全经济运行非常重要，所以对其控制有较高的要求。但是由于过热蒸汽温度是一个典型的大迟延、大惯性、非线性和时变性的复杂系统，本次设计采用串级控制以提高系统的控制性能，在系统中采用了主控-串级控制的切换装置，使系统可以适用于不同的工作环境。通过使用该系统，可以使得锅炉过热器出口蒸汽温度在允许的范围内变化，并保护过热器营壁温度不超过允许的工作温度。关键词：过热蒸汽温度，减温水，串级控制系统，PIDAbstractThesuperheatedsteamtemperaturecontrolsystemisanimportantandindispensableunitaircrewpart,itsperformanceandreliabilityhasbecomeensuresafetyandeconomicbehavioroftheunitaircrewimportantfactors.Thesuperheatedsteamtemperatureishigher,thethermalefficiencyisrelativelyhigh,butishigh,themetalmaterialsandtheturbineunabletobear,thetemperatureistoolowwillinfluencetheunitefficiency.Thesuperheatedsteamtemperaturestabilityoftheunitsafeandeconomicoperationisveryimportant,soforthecontrolhavehigherrequirements.Butbecausethesuperheatedsteamtemperatureisatypicaltime-delayed,largeinertia,nonlinearandchangeablecomplexsystem,thisdesignUSESthecascadecontrolinordertoimprovethecontrolperformanceofthesystem,inthesystembythemaster-cascadecontrolofswitchingdevice,makethesystemcanbeusedindifferentworkingenvironment.Byusingthissystem,canmaketheboileroverheatingexportsteamtemperatureinallowedwithinthescopeofthechange,andtheprotectionofsuperheaterwalltemperaturenotmorethanallowthecampofworkingtemperature.Keywords:thesuperheatedsteamtemperature,reducewarmwater,cascadecontrolsystem,PID目录摘要.............................................................................IAbstract........................................................................II1绪论...........................................................................11.1选题的背景及意义..........................................................11.2国内外研究现状............................................................21.3本次设计的目的............................................................31.4本次设计所做的工作........................................................32汽温控制系统的组成与对象动态特性................................................42.1汽温调节的概念和方法......................................................42.1.1从蒸汽侧调节汽温....................................................42.1.2从烟气侧调节汽温...................................................62.2过热器的分类及其基本结构..................................................82.2.1过热器的分类........................................................82.2.2过热器的基本结构..................................................112.3过热蒸汽温度控制系统的基本结构和工作原理................................122.3.1过热器一级减温控制系统............................................122.3.2过热器二级减温控制系统............................................132.4过热蒸汽温度控制对象的动静态特性........................................152.4.1静态特性..........................................................152.4.2动态特性..........................................................153过热汽温控制系统的基本方案.....................................................193.1串级汽温控制系统.........................................................193.2串级控制系统的基本结构和原理............................................193.3串级汽温控制系统的设计..................................................213.4串级汽温控制系统的整定..................................................224器件的选型...................................................................254.1温度检测变送器的选择....................................................254.2控制器的选型...........................................................274.3执行器的选型...........................................................284.4阀门定位器的选型........................................................295主蒸汽温度控制系统的仿真和改进................................................315.1串级PID系统仿真........................................................315.2基于Smith预估计补偿器的串级汽温控制系统................................345.3基于改进型Smith预估器的串级汽温控制系统.................................38结论............................................................................42致谢........................................................................43参考文献....................................................................44附录........................................................................45附录A...................................................................451绪论1.1选题的背景及意义过热汽温的控制就是维持过热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。过热蒸汽温度是影响大型锅炉生产过程安全性和经济性的重要参数，因为过热器是在高温、高压条件下工作的，过热器出口的过热蒸汽温度是全厂整个汽水流程中工况温度的最高点，也是金属管壁温度的最高处。过热蒸汽温度过高的话，则容易烧坏过热器，也会使蒸汽管道、汽轮机内某些零部件产生过大的热膨胀变形而损坏，影响机组的安全运行，因而过热汽温的上限不应超过额定值5℃。相反过热蒸汽温度过低的话，又会降低全厂的热效率，增加燃料消耗量，浪费能源，同时会使汽轮机最后几级的蒸汽湿度增加，加速汽轮机叶片的水蚀，从而缩短汽轮机叶片的使用寿命，所以过热蒸汽温度过高或过低都是生产过程不允许的。此外，如果过热蒸汽温度变化过大，还会引起汽轮机转子和汽缸的涨差变化，甚至会产生剧烈振动，危及到机组的运行安全。因此，必须相当严格地将过热汽温控制在给定值附近。一般中、高压锅炉过热蒸汽温度的暂时偏差不允许超过±10℃，长期偏差不允许超过±5℃，这个要求对过热蒸汽温度控制系统来说是非常高的。过热蒸汽的温度一般可以看作是多容分布参数的受控对象，其动态特性描述可用多容惯性环节表示，该对象具有明显的滞后特性。在锅炉运行中，影响过热器出口蒸汽温度的因素很多，有蒸汽流量、燃烧状况、锅炉给水温度、流经过热器的烟气温度、流量、流速等等。在这些因素的共同作用下，过热汽温对象除了具有多容、大惯性、大延迟的特性之外，往往还表现出一定的非线性和时变特性，因此，过热蒸汽温度控制系统是锅炉各项控制系统中较为复杂的控制系统之一。所以针对上述情况设计的控制系统，既要求对烟气侧扰动及负荷扰动等较大外扰具有足够快的校正速度，同时又要求能够对减温水的内扰有较强的抑制能力，从而使系统具有足够的稳定性和良好的控制品质，并能保证系统运行的安全性。1.2国内外研究现状国内外广大专家学者和现场工作人员主要关注的热点问题是：面对具有大延迟、工况参数对模型参数有较大影响的过热汽温，如何稳定、准确、快速地对其进行有效的控制。在火电厂中，各种类型的PID控制器因其参数物理意义明确、易于调整，依然