1火电厂主汽温研究背景及意义 火电厂锅炉主汽温控制决定着机组生产的经济性和安全性。由于锅炉的蒸汽容量非常大、过热汽管道很长，主汽温调节对象往往具有大惯性和大延迟，导致锅炉主汽温控制存在很多方面的问题，影响机组的整个工作效率。主汽温系统是表征锅炉特性的重要指标之一，主汽温的稳定对于机组的安全运行至关重要。其重要性主要表现在以下几个方面： (1) 汽温过高会加速锅炉受热面以及蒸汽管道金属的蠕变，缩短其使用寿命。例如，12CrMoV 钢在585℃环境下可保证其应用强度的时间约为10万小时，而在 595℃时，其保证应用强度的时间可能仅仅是 3 万小时。而且一旦受热面严重超温，管道材料的强度将会急剧下降，最终可能会导致爆管。再者，汽温过高也会严重影响汽轮机的汽缸、汽门、前几级喷嘴和叶片、高压缸前轴承等部件的机械强度，从而导致设备损坏或者使用年限缩短。 (2) 汽温过低，会使得机组循环热效率降低，增大煤耗。根据理论估计可知：过热汽温每降低10℃，会使得煤耗平均增加0.2%。同时，汽温降低还会造成汽轮机尾部的蒸汽湿度增大，其后果是，不仅汽轮机内部热效率降低，而且会加速汽轮机末几级叶片的侵蚀。此外，汽温过低会增大汽轮机所受的轴向推力，不利于汽轮机的安全运行。 (3) 汽温变化过大会使得管材及有关部件产生疲劳，此外还将引起汽轮机汽缸的转子与汽缸的胀差变化，甚至产生剧烈振动，危及机组安全运行。 据以上所述，工艺上对汽温控制系统的质量要求非常严格，一般控制误差范围在±5℃。主汽温太高会缩短管道的使用寿命，太低又会降低机组效率。所以必须实现汽温系统的良好控制。而汽温被控对象往往具有大惯性、大延时、非线性，时变一系列的特性，造成对象的复杂性，增加了控制的难度。现代控制系统中有很多关于主汽温的控制方案，本文我们着重研究带状态观测器的状态反馈控制对主汽温的控制[1] 。 2主汽温对象的特性 2.1主汽温对象的静态特性 主汽温被控对象的静态特性是指汽温随锅炉负荷变化的静态关系。过热器的传热形式、结构和布置将直接影响过热器的静态特性。现代大容量锅炉多采用对流过热器、辐射过热器和屏式过热器。对流过热器布置在450℃～1000℃烟气温度的烟道中，受烟气的横向和纵向冲刷，烟气以对流方式将热量传给管道。而辐射过热器则是直接吸收火焰和高温烟气的辐射能。屏式过热器布置在炉膛内上部
第一部分 多容对象动态特性的求取 控制对象是指各种具体热工设备，例如热工过程中的各种热交换器，加热炉、锅炉、贮 液罐及流体输送设备等。尽管它们的结构和生产过程的物理性质很不相同，从控制的观点来 看它们在本质上有许多相似之处。控制对象是自动控制系统中的一个重要组成部分。它的输 出信号通常是生产过程中要求控制的被调量；它的输入信号是引起被调量变化的各种因素 (扰动作用和控制作用)。 对象的动态特性取决于它的内部过程的物理性质，设备的结构参数和运行条件等，原则 上可以用分析方法写出它的动态方程式。但是由于一般热工对象内部过程的物理性质比较复 杂，加之运行过程中的一些实际条件很难全面予以考虑，因此用分析方法并不容易得到动态 特性的精确数学表达式。比较常用的方法是在运行条件下通过实验来获得对象的动态特性。 根据测定到的对象阶跃响应曲线，可以把它拟合成近似的传递函数，根据阶跃响应曲线 求近似传递函数有很多方法，采用的传递函数在形式上也是各式各样 有自平衡能力的高阶对象的阶跃响应曲线如图所示: 无迟延一阶对象阶跃响应曲线 选定的传递函数的形式为 ()() 1N K W S TS = + 即采用一个n 阶等容惯性环节来近似表征。 上式中有三个待定的参数：放大系数K ，时间常数T 和阶数n ，传递函数的放大系数K 的求取方法按前面求取公式确定。 (1)作稳态值的渐近线y(∞)，则 ()() 0Y Y K μ ∞-= ? 在试验获得的阶跃响应曲线上，求得y(t 1)＝0.4y(∞)及y(t 2)＝0.8y(∞)时对应的时间 t 1、t 2 后，利用下式求阶数n ： 利用两点法公式可知（见《热工控制系统》谷俊杰，课本62 页公式）：由曲线可知放大
目录 概述 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -1 中英文摘要 - - - - - - - - - - - - - - - - - -3第一章绪论 - - - - - - - - - - - - - - - - -5 1.1控制系统基本原理及组成 1.2汽温控制系统的被控对象 1.3本课程设计的题目及任务 第二章过热汽温控制 - - - - - - - - - - - - - -8 2.1 过热汽温控制的任务 2.2 过热汽温控制的难点及设计原则 2.3 过热汽温对象模型的建立及其特性 第三章过热汽温控制系统的设计 - - - - - - - - -15 3.1 过热汽温系统的串级控制方案 3.2 具体设计方案 3.3 设计的论证 3.4 控制系统的切换 第四章课程设计总结及体会 - - - - - - - - - - -28 4.1课程设计总结 4.2体会 结束语 - - - - - - - - - - - -- - - - - - - -31 参考文献 - - - - - - - - - - - - - - - - - -32
概述 单元机组是由锅炉、汽轮发电机和辅助设备组成的庞大的设备群。由于其工艺流程复杂，设备众多，管道纵横交错，有上千个参数需要监视、操纵或控制，而且电能生产还要求有高度的安全可靠性和经济性，因此，目前，采用以分散微机为基础的集散型控制系统（TDCS）组成一个完整的控制、保护、监视、操作及计算等多功能自动化系统。 在现代火力发电厂热工控制中，锅炉过热蒸汽温度是影响锅炉生产过程安全性和经济性的重要参数,也是整个汽水行程中工质的最高温度，对电厂的安全经济运行有重大影响。由于过热器正常运行时的温度已接近材料允许的极限温度，因此，必须相当严格地将过热汽温控制在给定值附近。过热汽温偏高会使蒸汽管道、汽轮机内某些零部件产生过大的热膨胀变形而损坏，威胁机组的安全运行。过热汽温偏低则会降低机组的热效率，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所不允许的。 过热蒸汽温度一般可以看作多容分布参数受控对象，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。现代锅炉机组大多采用那些大容量、高参数、高效率的大型锅炉，其过热器管道加长，结构也更复杂。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、大延迟特性之外，往往表现出一定的非线性和时变特性，因此，过热汽温控制是锅炉各项控制中较为困难的任务之一。针对上述情况设计的过热汽温控制系统，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，同时又要求对减温水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。因此，能否对过热汽温进行有效的控制，研究如何改善过热汽温系统的控制品质，对电厂能否安全稳定运行来说是至关重要的，在经济性上也有十分重要的意义。
主蒸汽温度控制系统 本机组的锅炉为单汽包、单炉膛、再热式自然循环锅炉。由汽包分离分离出的蒸汽依次流过顶棚、热回收包覆面、初级过热器、屏式过热器和未级过热器，最后达到一定的温度离开锅炉。 两级喷水减温器分别布置于初过出口、屏过入口处和屏过出口、未级过热器入口处，如图1所示。主蒸汽温度控制系统，通过这两级喷水减温，将未级过热器出口主蒸汽温度控制在某个定值上，并且保护整个过热器管路乃至主蒸汽管道及汽机金属不被高温损坏。 该系统分两级喷水控制，每级喷水又分左右两侧控制，如图1所示，同一级的两侧减温控制设计思想是相同的。一、二级减温水控制系统是相互独立的，现分别予以剖析。 1．1一级减温水控制 一级减温水的作用，简单地说是将一级减温器出口温度即屏过入口温度控制在某个定值上。图2为原理性框图。 这个温度定值通常是锅炉负荷（用汽机第一级压力P1代表），主汽压力P，主汽压偏差△P的函数（P1、P、△P）。其中，定值与负荷的关系，如图2中的曲线所示，而与压力的关系待定。但在特殊工况下，这个定值还要受最小减温水量和最大减温水量的限制。 ①最小一级减温水量限制 限制最小减温水量的目的是为了防止屏式过热器被高温烧坏，因屏过接受炉内高温火焰辐射，防止屏过内蒸汽温度过高尤为重要，因此最小一级减温水量限制又可理解成屏过出口最高蒸汽温度限制。图2中，A1为屏过出口所允许的最高汽温值。当屏过出口汽温高于这个最高值后，PID1将逐渐减小输出，最后在小值选择器之后，将取代通常的定值（P1、P，
△P），即去降低一级减温器出口温度定值，PID0将去增加一级减温水量，从而降低整个屏过段的蒸汽温度。 ②最大一级减温水量限制 限制最大一级减温水量目的是为了防止屏过入口汽温过低以致低于此处当前压力下水蒸汽的饱和点，所以又可将最大一级减温水量限制理解成屏过入口最低温度限制。图2中，f(x)输出为相应压力下屏过入口蒸汽的饱和温度，在此基础上再加上A2（约11℃）的过热度，这个和值在大值选择器中与前级的小选输出进行比较，取大值输出。这样就可限制屏过入口蒸汽温度定值，使其不致低于饱和点，从而防止了屏过入口蒸汽带水。 如果不出现两种极端情况，即屏过出口汽温过高或屏过入口汽温过低，定值将是f（P1、P、△P）。 实际屏过入口温度与其定值求偏差后，经PID0调节器运算，其输出去调节一级减温水量最终使屏过入口实际汽温与其定值相等。 由此可见，一级减温水控制回路只是一个单回路调节系统，虽然虽然在框图中有两个PID调节器“串联”在一起，但并不是串级控制系统。
作者简介: 李学明(1965),襄樊发电有限责任公司高级工程师,华北电力大学(北京)在读博士研究生。过热蒸汽温度控制系统优化 李学明1,刘吉臻1,李志军1,朱广华2,李 军2 (11华北电力大学,北京 102206;21襄樊发电有限责任公司,湖北襄樊 441141) [摘 要] 针对300MW 火电机组锅炉过热汽温系统二级减温器后两侧温度的差异情况,确定了过热汽 温控制系统的优化方案:增加1个副调节器,使每个二级喷水阀单独由1个串级回路的副调节器输出进行 控制。优化后的系统可以对温度高的一侧增加喷水量,对温度低的一侧减少喷水量,保证二级喷水总量不变。该方案经仿真实验后应用于实际,取得了明显效果。该优化方案适用于采用分散控制系统且有分隔屏过热器的锅炉。 [关键词] 火电机组;过热蒸汽;温度控制;控制系统优化;调节[中图分类号]T K323 [文献标识码]A [文章编号]1002 3364(2004)05 0042 03 目前,世界各国制造的大容量高参数锅炉过热蒸汽温度多数控制在540℃ 以上。为保证汽轮机的安全经济运行,在规定负荷下,对过热蒸汽温度提出了较高的要求,即要将其控制在额定值的+5℃～-10℃范围内。但过热蒸汽系统是一个有迟延、有惯性的复杂热力系统,实际运行中经常出现超温和温度过低的情况。本文介绍襄樊电厂在3号锅炉上对过热蒸汽温度控制系统所做的试验、分析及优化工作。 1 过热汽温热力系统结构 襄樊电厂3号炉是上海锅炉厂生产的SG 1025/17.53M842亚临界自然循环汽包炉,过热蒸汽压力和温度分别是17.53MPa 和540℃。过热汽温热力系统结构如图1所示,从锅炉汽包的汽水分离器分离出来的蒸汽经低温过热器加热后,由一级减温器减温后,分别进入左右(A 、B )侧分隔屏过热器加热。二级减温器控制分隔屏过热器出口过热蒸汽温度。过热蒸汽经二级减温器后进入联箱中混合,再进入高温过热器,在高温过热器中加热后,经过热蒸汽管道进入汽轮机高压缸。 图1 过热汽温热力系统结构 2 过热蒸汽温度控制 过热蒸汽温度设计采用喷水减温,即通过改变减温水阀门开度来改变减温水量,控制蒸汽温度。一级喷水阀控制采用典型的串级控制系统,系统中有主副2个调节器,分隔屏过热器出口温度测量值作为主信 号,一级喷水阀出口温度信号是导前信号,主调节器输出作为副调节器的定值。汽机第一级压力信号经函数修正后作为主调节器的定值。二级喷水阀控制与一级喷水阀控制相似,不同之处在于导前信号取的是二级喷水阀后温度的平均值。图2是二级喷水阀串级控制 技术交流 42 热力发电?2004(05)
B侧再热汽温调节系统内扰试验方案 1试验项目 B侧再热汽温调节系统减温水流量内扰试验。 2试验目的 检验B侧再热汽温调节系统的调节品质。 3试验仪器及数据记录 a）试验设备：工程师站1台，操作员站1台。 b）记录参数：机组负荷，B侧再热汽温，B侧再热汽温设定值，B侧再热减温器后汽温，B侧再热减温水调节门指令及开度。 4试验条件 a）锅炉运行正常，机组负荷在在70%ECR-100%ECR范围内，且负荷稳定； b）主蒸汽各级温度、再热汽温度指示准确； c）减温水调节门有足够的调节裕量； d）M/A操作站工作正常，跟踪信号正确，无切手动信号。 5试验步骤 a）投入B侧再热汽温调节系统自动。 b）运行人员将B侧再热汽温设定值设定为572℃，并等待B侧再热出口汽温稳定10—20分钟。 c）运行人员将B侧再热汽温调节系统切至手动，并迅速增加减温水流量10%（额定值）后重新将B侧再热汽温调节系统投入自动。 d）热控专业试验人员同时计算减温水流量恢复到扰动前的值的时间，并打印记录曲线。
6质量指标 a）锅炉稳定运行时，再热蒸汽温度允许偏差为：±5℃。 b）执行器不应频繁动作。 c）内扰：减温水扰动10％时，再热汽温从投入自动开始到扰动消除时的过渡过程时间应不大于2min； d）定值扰动：再热汽温给定值改变±4℃时，控制系统衰减率Ψ=0.75~1、稳定时间为：小于12min。 e）机组协调控制系统负荷变动速率小于或等于1%ECR/min时，再热汽温最大偏差不应超过±5℃； f）机组协调控制系统负荷变动速率小于或等于3%ECR/min时，再热汽温最大偏差不应超过±10℃； 7安全措施 a）试验正式开始前将试验方案发至各相关部门； b）试验前由生产经营部生技分部组织参加试验人员详细讨论试验方案； c）试验过程中参加试验人员听从当值值长的统一指挥； d）建议在试验过程中增加一名运行人员，一人操作，一人监视。 e）试验过程中如遇危及设备和人身安全的不安全因素应立即终止试验。 f）发生以下情况时，运行人员可根据实际情况将调节系统切至手动： ──锅炉稳定运行时，再热汽温超出报警值； ──减温水调节门已全开，而汽温仍继续升高或减温水调节门已全关，而汽温仍继续下降； ──控制系统工作不稳定，减温水流量大幅度波动，汽温出现周期性不衰减波动； ──减温水调节门内漏流量大于其最大流量的15%； ──锅炉运行不正常，再热汽温低于额定值。 g）试验后水位调节系统参数与状态恢复原运行方式。 8试验分工 a）指挥：当值值长； b）操作：当值运行人员； c）记录曲线设定：维修部热控分部； d）参数记录：热控专业试验人员；
超临界机组主汽温控制 超临界机组过热汽温的调节 1.1、过热汽温的粗调（即煤水比的调节） 对于直流锅炉，控制主蒸汽温度的关键在于控制锅炉的煤水比，而煤水比合适与否则需要通过中间点温度来鉴定。在直流锅炉运行中，为了维持锅炉过热蒸汽温度的稳定，通常在过热区段中取一温度测点，将它固定在相应的数值上，这就是通常所谓的中间点温度。实际上把中间点至过热汽出口之间的过热区段固定，相当于汽包炉固定过热器区段情况类似。在过热汽温调节中，中间点温度实际是与锅炉负荷有关，中间点温度与锅炉负荷存在一定的函数关系，那么锅炉的煤水比B/G 按中间点温度来调整，中间点至过热器出口区段的过热汽温变化主要依靠喷水减温调节。对于直流锅炉，其喷水减温只是一个暂时措施，要保持稳定汽温的关键是要保持固定的煤水比。其原因是：从图1可以看出直流炉G=D ，如果过热区段有喷水量d ，那么直流炉进口水量为(G-d)。如果燃料量B 增加、热负荷增加，而给水量G 未变，这样过热汽温就要升高，喷水量d 必然增加，使进口水量(G-d)的数值就要减少，这样变化又会使过热汽温上升。因此喷水量变化只是维持过热汽温的暂时稳定（或暂时维持过热汽温为额定值），但最终使其过热汽温稳定，主要还是通过煤水比的调节来实现的。而中间点的状态一般要求在各种工况下为微过热蒸汽。 加热区段过热区段G-d d D 图1 超临界压力锅炉工作示意图 超临界压力直流锅炉中间点温度选择为内置式分离器的出口温度，以该点作为中间点有以下几方面的好处： (1) 能快速反应出燃料量的变化。当燃料量增加时，水冷壁最先吸收燃烧释放出的辐射热，分离器出口温度的变化比依靠吸收对流热量的过热器快得多。 (2) 中间点选在两极减温器之前，基本上不受减温水流量变化的影响，即使发生减温水量大幅度变化，按锅炉给水量=给水泵入口流量-减温水量，中间点温度送出的调节信号仍保证正确的调节方向。 (3) 当锅炉负荷大于37%MCR 时,分离器呈干态，分离器出口处于过热状态，这样在分离器干态运行的整个负荷范围内，中间点具有一定的过热度，而且该点靠近开始过热的点。从直流锅炉汽温控制的动态特性可知：过热汽温控制点离开工质开始过热点越近，汽温控制时滞越小，即汽温控制的反应明显。 根据中间点温度可以控制燃料——给水之间的比例。在运行中，当负荷变化时，如煤水比维持或控制得不准确，中间点温度就会偏离设定值。中间点温度的偏差信号指示运行人员或计算机及时调节煤水比，消除中间点温度的偏差。如能控制好中间点温度（相当于固定过热器区段），就能较方便地控制其后各点的汽温值。但需要强调的是，中间点温度的设定值与锅炉特性和负荷有关，如变压运
引言 近年来，随着电力工业的飞速发展，大容量火电机组已成为各电厂中的主要机组，它对系统运行的安全性、经济性和系统的自动化程度提出了更高的要求。与此同时，对过热汽温控制系统的要求也越来越高。 火电厂锅炉汽温控制系统具有大迟延、大惯性的特点，且影响汽温变化的扰动因素很多，如蒸汽负荷、烟气温度和流速、火焰中心位置、减温水量、给水温度等等，这些扰动会极大影响机组的安全、经济运行。正常运行时的锅炉燃烧系统须使出口的过热汽温维持在一定范围内，该参数的控制质量直接影响着机组运行的安全性和经济性。过热蒸汽温度过高，可能造成过热器、蒸汽管道及汽轮机的高压部分金属损坏；过热蒸汽温度过低，会降低汽轮机的效率，加剧对叶片的侵蚀。 针对过热汽温调节对象调节通道惯性迟延大、被调量信号反馈慢的特点，应该从对象的调节通道中找出一个比被调量反应快的中间点信号作为调节器的补充反馈信号，以改善对象调节通道的动态特性，提高调节系统的质量。 目前采用的过热蒸汽温度调节系统主要有两种方案: 一种是串级控制, 另一种是导前汽温微分信号控制。本设计所采用的汽温控制方案为导前汽温微分控制。这种控制系统的结构特点是：只用了一个调节器，调节器的输入取了两个信号。一个信号是主汽温经变送器直接进入调节器的信号，另一个信号则是减温器后的温度经微分器后送入调节器的信号。 本设计通过理论计算与仿真研究相结合的方法，将导前微分控制应用于过热汽温控制方案中，改善了控制对象的动态特性和控制品质。该方案的可行性和该控制系统的优点，为进一步研究和设计这种控制系统提供了理论基础。
第一章过热汽温控制系统概述 1.1 过热蒸汽温度控制的任务 现代锅炉的过热器是在高温、高压条件下工作的，锅炉出口的过热蒸汽温度是整个汽水行程中共质的最高温度，对于电厂的安全经济运行有重大影响。 锅炉过热器是由辐射过热器、对流过热器和减温器等组成。其任务是将汽包出来的饱和蒸汽加热到一定数值，然后送往汽机去作功。通常称减温器前的过热器为前级过热器，减温器后的过热器为后级过热器。由于过热器承受高温高压，它的材料采用耐高温、高压的合金钢。过热器正常运行的温度已接近钢材允许的极限温度，强度方面的安全系数也很小，因此，必须相当严格地将过热汽温控制在给定值附近。中、高压锅炉过热汽温的暂时偏差不允许超过±10℃，长期偏差不允许超过±5℃，这个要求对于汽温控制系统来说是非常高的。汽温过高会使过热器和汽机高压缸承受过高的热应力而损坏，汽温偏低会降低机组热效率，影响经济运行。 图1-1所示为锅炉过热蒸汽温度控制系统的结构图。 图1-1 过热汽温控制系统
课程实验总结报告 实验名称:过热汽温控制系统实践 课程名称:专业综合实践：大型火电机组热控系统设计及实现（3）
1 概述 (2) 2 一级过热减温控制 (2) 2.1 相关图纸 (2) 2.2 控制系统原理 (2) 2.3 控制系统结构 (3) 2.4 控制逻辑与分析 (3) 3 实验过程 (7) 3.1 对象特性实验 (7) 3.2 对象传递函数 (7) 3.3 参数整定 (8) 3.3.1 正反作用确定 (8) 3.3.2 实验步骤 (8) 3.3.3 原PID参数 (8) 4 总结 (10) 4.1 正反作用分析 (10) 4.2 串级控制优点 (10)
1 概述 过热汽温(过热蒸汽的温度)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，本次实验我们设计采用串级控制以提高系统的控制性能。在双鸭山600MW超临界机组的过热蒸汽系统中，采用了二级喷水减温来控制主汽温，使用的控制策略均为串级控制。 2 一级过热减温控制 2.1 相关图纸 SPCS-3000控制策略管理-8号站-145页、146页 2.2 控制系统原理 过热减温A侧控制系统是串级PID控制系统。通过调节一级减温喷水调节阀，改变一级减温器喷水流量，控制一级减温器出口温度。然后主蒸汽经过过热器，进而达到调节二级减温器入口侧蒸汽温度。两个控制器串联工作，主控制器的输出作为副控制器的设定值，由副控制器的输出去操纵电动门，从而对主被控变量具有更好的控制效果。在减温水串级控制系统中，副回路具有快速控制作用，当蒸汽温度发生变化时能快速实现调节作用，同时它能有效地克服进入副回路的扰动的影响，改善了对象的动态特性。
汽包锅炉蒸汽温度自动调节系统 一、蒸汽温度自动调节系统 锅炉蒸汽温度自动调节包括过热蒸汽温度和再热蒸汽温度调节。调节的任务是维持锅炉过热器及再热器的出口汽温在规定的允许范围之内。 1、过热汽温调节任务和特点 过热汽温是锅炉运行质量的重要指标之一。过热汽温过高或过低都会显著地影响电厂的安全性和经济性。过热汽温过高，可能会造成过热器、蒸汽管道和汽机的高压部分金属损坏，因为超温会引起汽轮机金属内部过大的热应力，会缩短使用寿命，还可能导致叶片根部的松动；过热汽温过低，会引起机组热耗上升，并使汽机轴向推力增大而可能造成推力轴承过载。过热汽温过低还会引起汽轮机尾部叶片处蒸汽湿度增加，从而降低汽轮机的内效率，并加剧对尾部叶片的水蚀。所以，在锅炉运行中，必须保持过热汽温长期稳定在规定值附近（一般范围为额定值541±5℃）。过热汽温调节对象的静态特性是指过热汽温随锅炉负荷变化的静态关系。过热器的传热形式、结构、布置都将直接影响过热器的静态特性。对流式过热器和辐射式过热器的过热汽温静态特性完全相反。对于对流式过热器，当负荷增加时，通过其烟气的温度和流速都增加，因而使过热汽温升高。而对于辐射式过热器，由于负荷增加时炉膛温度升高不多，而炉膛烟温升高所增加的辐射热量小于蒸汽负荷增大所需要的吸热量。我们的过热器系统采取了对流式、辐射式和屏式（半辐射式）交替串联布置的结构，这有利于减小过热器出口汽温的偏差，并改善了过热汽温调节对象的静态特性。 引起过热蒸汽温度变化的原因很多，如蒸汽流量变化、燃烧工况变化、进入过热器的蒸汽温度变化、流过过热器的烟气温度和流速变化等。归结起来，过热汽温调节对象的扰动主要来自三个方面：蒸汽流量变化（机组负荷变化），加热烟气的热量变化和减温水流量变化（过热器入口汽温变化）。 过热汽温调节对象的动态特性是指引起过热汽温变化的扰动与过热汽温之间的动态关系。在各种扰动下的过热汽温调节对象动态特性的特点是有迟延和惯性，典型的过热汽温阶跃反应曲线如下图所示。． 当机组负荷扰动时，蒸汽流量的变化使沿整个过热器管路长度上各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，使过热器各点的蒸汽温度也几乎同时改变。所以，在机组负荷扰动下，过热汽温的迟延和惯性比较小。当烟气热量扰动（烟气温度和流速发生变化）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，与蒸汽流量变化对传热影响的情况类似，所以过热汽温的反应也是较快的。当减温水流量扰动时，改变了高温过热器的入口汽温，从而影响了过热器出口汽温。由于过热器管路很长，因此汽温的反应是较慢的。 由此，在不同扰动作用下，过热汽温动态特 ）有较大的差别，例、K性参数的数值（τ、Tc远大于如：减温水扰动时汽温反应的迟延时间t 烟气侧扰动时的迟延时间。使调正确选择调节过热汽温的手段，因此，（即调节机构动作节机构动作后能及时影响汽温 应尽可能小）是τ时，汽温动态特性的迟延时间调节对象在调节作用下的迟但目前广泛采用喷水减温作为调节过热汽温的手段，很重要的。太大，如果只根据汽温偏差来改变喷水量往往不能满足生产上的要和时间常数Tct延时间以便好地控制汽温的因此，在设计自动调节系统时应该设法减小调节对象的惯性迟延，求。变化。 、过热汽温调节基本方案2从过热汽温调节对象的阶跃试验曲线可以看出：若从动态特性的角
气温调整原则 蒸汽温度的调整应以烟气侧为主，蒸汽侧为辅。烟气侧的调整主要是改变火焰中心的位置和流过过热器和再热器的烟气量，蒸汽侧的调整，是根据蒸汽温度的变化情况适当调整相应减温器的减温水量，达到调整蒸汽温度的目的，再热汽温应以烟气侧进行调整，以提高机组的经济性，再热器系统喷水减温只做辅助调整。 正常运行时维持锅炉侧主再汽温为538±5℃之间，主再热汽温偏差≯14℃，最大≯28℃。若锅炉主再热汽温≥550℃时，减温水调整无效时，必要时应立即停止上层磨机运行，以降低汽温 当气温达到550°且仍有上升趋势时，应报机组长，值长，加大调整幅度，促使气温恢复至正常值。 当汽温达到547—557°范围内，运行不能超过15min。主再热汽温达到565°运行15min仍不能恢复至正常值或仍上升时，应立即打闸停机。 汽温降至530°时，应及时调整，机组满负荷时，降510°应减负荷运行，在减负荷过程中如有回升趋势应停止减负荷，汽温每降低1°减负荷5mw，450°负荷应减到0，降至430°仍不能恢复时应打闸停机。 正常运行时过热汽温，再热汽温调整应由自动装置完成，自动投入时加强监视。发现异常，事故时及时解列自动，手动调节汽温。 过热器和再热器喷水管路中闭锁阀是用于喷水不流入汽轮机，以免损坏汽轮机的叶片， 当锅炉主燃料切断MFT时，降闭锁阀关闭。 锅炉负荷小于20%B?MCR时，降闭锁阀关闭 当喷水调整阀开度不大于5%时，才能将闭锁阀开启 主再热汽温最高不允许超过546°，546—552°一年累计不超过400小时，主再热汽温不允许在15min内由额定汽温升至566°或下降至510°，否则停机，超过566°一年累计不超过80小时，15min内快速波动一年不超过80小时。 主再热主气门前温差达42°，最多可运行15min，否则应停机且4小时内部能发生两次。减负荷时，主再热汽温之差≯28°，最高时≯42°，这种情况仅限于再热低于过热，机组空载时，主再热汽温差不超过83° 主汽温的调整 1、过热蒸汽温度调整分三级调整，第一级在前屏入口作为粗调，第二级喷水在后屏过热器入口，第三级喷水在后屏和末级过热器之间。设计容量：第一级喷水量约总喷水量的2/3,第二级与第三级喷水量约占总喷水的1/3.第一级喷水调整后屏过热器出口温度，第二级喷水调节后屏过热器出口汽温偏差，第三级喷水作为对高过出口汽温的细调，一级喷水主要通过降低前屏入口汽温来控制后屏壁温不超。 2.调整汽温时，应合理使用各级减温水，特别应注意减温水压差的变化，确保各受热面不超温，正常情况下控制低过前汽温不超过设计值，后屏过热器出口汽温不超过设计值，末级过热器出口汽温在538±5°，之间，过热器减温水总量不超过主汽流量的10% 3.使用减温水时，减温水流量不可猛开猛关，要注意给水压力，减温水量和减温器前后温度的变化，防止汽温急剧波动 4.汽机高加退出时，过热器温会升高，应及时调整燃烧和减温水量，控制汽温在规定的范围内，当高加投入时，操作相反。 5.煤粉变粗，炉膛总送风量增加，炉膛炉低漏风增加，启动上层制粉系统，增加上部燃烧器的出力，关小上部二次风，燃烧倾角上摆均会引起炉膛火焰中心上移，过热气温升高，应及时调整减温水量，控制汽温在规定值，反之汽温下降操作相反。
锅炉汽温调整的方法和注意事项汽温是机、炉安全经济运行所必须监视与调整的主要参数之一，由于影响汽温的因素多，影响过程复杂多变，调节过程惯性大，这就要求汽温调节应勤分析、多观察，树立起超前调节的思想。在机组工况发生变化时，应加强对汽温的监视与调整，分析其影响因素与变化的关系，摸索出汽温调节的一些经验，来指导我们的调整操作。下面,我们对一些典型工况进行分析,并提出一些指导性措施。由于汽温变化的复杂性,大家在应用过程中要结合实际遇到的情况学会灵活变通,不可生搬硬套。 一、机组正常运行中的汽温调节 汽温调节可以分为烟气侧调整、蒸汽侧的调整，烟气侧的调节过程惯性大，通常情况下需要3-5分钟左右温度才会开始变化；而蒸汽侧的调节相对比较灵敏。因此正常运行过程中，应保持减温水调整门具有一定的开度，一般应大于7%；如果减温器已经关完或开度很小时，由于阀门的特性原因它的调节能力减弱，也就是减温水流量变化相对较小，此时应观察同侧另一级减温水流量是否偏大，并及时对其的减温水流量进行重新分配，另外还可以对燃烧进行调整（在炉膛氧量允许时可适当加大风量，或调整风门使火焰中心上移），使汽温回升、减温器开启。如果各级减温器开度均比较大时（若大于60%），
同时也应从燃烧侧调整，或对炉膛进行吹灰，以达到关小各级减温器，使其具有足够的调节余量。 总之，在机组正常运行时，各级减温后的蒸汽温度在不同工况下是不相同的。应加强对各级减温器后蒸汽温度的监视，并做到心中有数，以便在汽温异常时作为调整的参考。建议在负荷发生变化时应将减温水且为手动调整，避免汽温大幅度波动。 二、变工况时汽温的调节。 变工况时汽温波动大,影响因素众多,值班员应在操作过程中分清主次因素,对症下药,及早动手,提前预防.必要时采取过调手段处理,不可贻误时机,酿成超温事故。变工况时汽温的变化主要是锅炉的燃烧负荷与汽轮机的机械负荷不匹配所造成的。一般情况下，当锅炉的热负荷大于汽轮机的机械负荷时，汽温为上升趋势，两者的差值越大，汽温的上升速度越快。目前机组在投入BLR方式下运行时，机组负荷变化频繁且幅度较大。下面对几种常见情况分析如下: 1、正常加减负荷时的汽温调节。 正常加负荷时，在汽轮机调门开度增加，锅炉压力下降自调系统开始增加燃料量、风量。而汽温的变化要滞后于燃烧侧的热负荷的增加。对于过热器来说，由于蒸发量的增加，对过热汽温有一定的补偿能力，所以过热汽温的变化是滞后与负荷变化速度的（它随着负荷的增加燃料量、蒸汽压力、蒸汽流量的增加而增快的）。也就是说负荷
课程设计任务书 题目: 锅炉过热蒸汽温度控制系统设计 摘要 本文是针对锅炉过热蒸汽温度控制系统进行的分析和设计。控制系统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。 关键字：过热蒸汽控制串级控制系统自动控制主控-串级切换 目录 1 生产工艺介绍 .................................................. 错误！未定义书签。 1.1 锅炉设备介绍............................................................................ ３ 1.2 蒸汽过热系统的控制................................................................ ５2控制原理简介 ..................................................................................... ６ 2.1控制方案选择............................................................................. ６ 2.1.1单回路控制方案................................................................. ６
利用DCS的过热汽温系统控制系统设计 一、集散控制系统分析 集散控制系统是以微处理器为基础的集中分散控制系统。自70年代中期第一套集散控制系统问世以来，集散控制系统己经在工业控制领域得到广泛的应用，越来越多的仪表和控制工程师已经认识到集散控制系统必将成为过程工业自动控制的主流。集散控制系统的主要特性是它的集中管理和分散控制，而且，随着计算机技术的发展，网络技术己经使集散控制系统不仅主要用于分散控制，而且向着集成管理的方向发展。系统的开放不仅使不同制造厂商的集散控制系统产品可以互相连接，而且使得它们可以方便地进行数据交换。 DCS集散式温度控制系统图 二、DCS系统主要技术指标调研 （1）操作员站及工程师站： CPU PⅢ850以上 内存128M以上 硬盘40G以上 软驱 1.44M 以太网卡INTEL 100M×2块 加密锁组态王加密锁 鼠标轨迹球 键盘工业薄膜键盘 显示器21寸 显示器分辨率1280×1024 过程控制站： CPU PⅢ850以上 内存128M以上 硬盘40G以上 电子盘8M以上 软驱 1.44M 以太网卡INTEL 100M×1块 串行通讯卡485卡×1块（可选） （2）I/O站技术指标 1）EF4000网络 EF-4000网络是多主站、双冗余高速网络，通信波特率为312.5K和1.25M可编程；EF4000网络配合EF4000系列测控站（前端），可以完成工业现场各类信号的采集、处理和各类现场对象的控制任务。 EF4000网络的主要技术指标如下： 挂网主站数≤31 挂网模块数≤100（不带网络中继器），最多240 通讯速率 1.25MBPS和312.5KBPS可编程 基本传输距离 1.2MBPS时≥500m，312.5KBPS时≥1600m 允许中继级数≤4级 双网冗余具备两个通信口互为冗余的功能 网络通讯方式半双工同步 传输介质聚乙稀双绞线 网络隔离度≥500Vrms
引言 在生产和科学技术的发展过程中，自动控制起着主要的作用，目前已广泛应用于工农业生产及其他建设方面。生产过程自动化是保持生产稳定、降低成本、改善劳动成本、促进文明生产、保证生产安全和提高劳动生产率的重要手段，是20世纪科学与技术进步的特征，是工业现代化的标志之一。可以说，自动化水平是衡量一个国家的生产技术和科学水平先进与否的一项重要标志。电力工业中电厂热工生产过程自动化技术相对于其他民用工业部门有较长的历史和较高的自动化水平，电厂热工自动化水平的高低是衡量电厂生产技术的先进与否和企业现代化的重要标志。 设计所讨论的汽温控制系统包括锅炉主蒸汽温度控制系统。主蒸汽温度与再热蒸汽温度的稳定对机组的安全经济运行是非常重要的。过热蒸汽温度控制的任务是维持过热器出口蒸汽温度在允许的范围之内，并保护过热器，使其管壁温度不超过允许的工作温度。过热蒸汽温度是锅炉汽水系统中的温度最高点，蒸汽温度过高会使过热器管壁金属强度下降，以至烧坏过热器的高温段，严重影响安全。一般规定过热器的温度上限不高于其额定值5℃。 如果过热蒸汽温度偏低，则会降低电厂的工作效率，据估计，温度每降低5℃，热经济性将下降约1%；且汽温偏低会使汽轮机尾部蒸汽温度升高，甚至使之带水，严重影响汽轮机的安全运行。一般规定过热汽温下限不低于其额定值10℃。通常，高参数电厂都要求保持过热汽温在540℃的范围内。 由于汽温对象的复杂性，给汽温控制带来许多的困难，其主要难点表现在以下几个方面： （1）影响汽温变化的因素很多，例如，蒸汽负荷、减温水量、烟气侧的过剩空气系数和火焰中心位置、燃料成分等都可能引起汽温变化。 （2）汽温对象具有大延迟、大惯性的特点，尤其随着机组容量和参数的增加，蒸汽的过热受热面的比例加大，使其延迟和惯性更大，从而进一步加大了汽温控制的难度。 （3）汽温对象在各种扰动作用下（如负荷、工况变化等）反映出非线性、时变等特性，使其控制的难度加大。
实验三 过热汽温串级控制系统仿真实验 一、实验目的 1、了解过热汽温串级控制系统的结构组成。 2、掌握过热汽温串级控制系统的性能特点。 3、掌握串级控制系统调节器参数的实验整定方法。 4、分析不同负荷下被控对象参数变化对控制系统控制品质的影响。 二、实验原理 本实验以某300MW 机组配套锅炉的过热汽温串级控制系统为例，其原理结构图如下图所示： 过热器 过热器 喷水 减温器 图3－1 过热汽温串级控制系统原理结构图 由上图，可得过热汽温串级控制系统的方框图如下： 扰动 图3－2 过热汽温串级控制系统方框图
● 主调节器 在图3－2所示的过热汽温串级控制系统中主调节器()1T W s 采用比例积分微分（PID ） 调节器，其传递函数为： ()1111111111 1T d p i d i W s T s K K K s T s s δ??= ++=++ ??? 式中：1p K ——主调节器比例系数(111p K δ=)； 1i K ——主调节器积分系数(1111i i K δ=)； 1d K ——主调节器微分系数(111d d K T δ=)。 ● 副调节器 在图3－2所示的过热汽温串级控制系统中副调节器()2T W s 采用比例（P ）调节器， 其传递函数为： ()222 1 T p W s K δ= = 式中：2p K ——副调节器比例系数(221p K =)。 ● 导前区对象 在图3－2所示的过热汽温串级控制系统中导前区对象()2W s 在50％和100％负荷下 的传递函数分别为： （1）50％负荷下导前区对象传递函数： ()3.076 251s -+ （2）100％负荷下导前区对象传递函数：() 0.815 181s -+ ● 惰性区对象 在图3－2所示的过热汽温串级控制系统中惰性区对象()1W s 在50％和100％负荷下 的传递函数分别为： （1）50％负荷下惰性区对象传递函数： () 3 1.119 421s + （2）100％负荷下惰性区对象传递函数： () 3 1.276 181s +
A侧一级过热汽温调节系统内扰试验方案 1试验项目 A侧一级过热汽温调节系统减温水流量内扰试验。 2试验目的 检验A侧一级过热汽温调节系统的调节品质。 3试验仪器及数据记录 a）试验设备：工程师站1台，操作员站1台。 b）记录参数：机组负荷，A侧一级过热汽温，A侧一级过热汽温设定值，A侧一级减温器后汽温，A侧一级减温调节门指令及开度。 4试验条件 a）锅炉运行正常，机组负荷在在70%ECR-100%ECR范围内，且负荷稳定； b）主蒸汽各级温度、再热汽温度指示准确； c）减温水调节门有足够的调节裕量； d）M/A操作站工作正常，跟踪信号正确，无切手动信号。 5试验步骤 a）投入A侧一级过热汽温调节系统自动。 b）运行人员将A侧一级汽温设定值和测量值稳定在正常值的高限，并维持10—20分钟。 c）运行人员将A侧一级过热汽温调节系统切至手动，并迅速增加减温水流量10%（额定值）后重新将A侧一级过热汽温调节系统投入自动。 d）热控专业试验人员同时计算减温水流量恢复到扰动前的值的时间，并打印记录曲线。
6质量指标 a）锅炉稳定运行时，过热蒸汽温度允许偏差为：±4℃。 b）执行器不应频繁动作。 c）内扰：减温水扰动10％时，过热汽温从投入自动开始到扰动消除时的过渡过程时间应不大于2min； d）定值扰动：过热汽温给定值改变±4℃时，控制系统衰减率Ψ=0.75~1、稳定时间为：小于12min。 e）机组协调控制系统负荷变动速率小于或等于1%ECR/min时，过热汽温最大偏差不应超过±4℃； f）机组协调控制系统负荷变动速率小于或等于3%ECR/min时，过热汽温最大偏差不应超过±8℃； 7安全措施 a）试验正式开始前将试验方案发至各相关部门； b）试验前由生产经营部生技分部组织参加试验人员详细讨论试验方案； c）试验过程中参加试验人员听从当值值长的统一指挥； d）建议在试验过程中增加一名运行人员，一人操作，一人监视。 e）试验过程中如遇危及设备和人身安全的不安全因素应立即终止试验。 f）发生以下情况时，运行人员可根据实际情况将调节系统切至手动： ──锅炉稳定运行时，过热汽温超出报警值； ──减温水调节门已全开，而汽温仍继续升高或减温水调节门已全关，而汽温仍继续下降； ──控制系统工作不稳定，减温水流量大幅度波动，汽温出现周期性不衰减波动； ──减温水调节门内漏流量大于其最大流量的15%； ──锅炉运行不正常，过热汽温低于额定值。 g）试验后水位调节系统参数与状态恢复原运行方式。 8试验分工 a）指挥：当值值长； b）操作：当值运行人员； c）记录曲线设定：维修部热控分部； d）参数记录：热控专业试验人员；
3、过热器、再热器超温问题及防 治 烟温偏差的方法
内容说明 一、影响过热器、再热器汽温变化的原因 控制汽温的重要性，汽温允许偏差，影响汽温变化的因素等。 二、过热器、再热器汽温调节方法 蒸汽侧和烟气侧调温方法与原理，汽温调节方法的选择，汽温调节选择原则等。(简单介绍) 三、过热器、再热器热偏差的原因及其后果 热偏差概念、热偏差形成原因、同屏热偏差、各种形成热偏差原因分析、热偏差后果。
四、炉膛出口烟速、烟温分布不均引起的热偏差及其降低措施 炉膛出口扭转残余及其对烟速、烟温偏差的影响，炉内空气动力特性对偏差的影响，利用反切技术降低扭转残余和偏差。(重点介绍) 五、炉膛、过(再)热器沾污、结渣引起的汽温问题 炉膛和各受热面积灰、结渣对出口烟温的影响。(简单)六、各集箱间流量分配不均引起热偏差及降低措施 影响流量偏差的各种因素、沿集箱长度的静压分布规律和流量分配、降低措施。(简单介绍) 七、各管屏进口汽温不同引起热偏差及降低措施(简单) 八、热偏差引起的汽温分布及管壁壁温计算方法(简单)
1.1影响过热器、再热器 汽温变化的原因 过热器—将饱和蒸汽加热到额定过热温度的锅炉受热面部件； 再热器—将汽轮机高压缸（或中压缸）排汽重新加热到额定再热温度的锅炉受热面部件。 汽温变化原因：锅炉的受热面设计时，规定了锅炉的燃料特性、给水温度、过剩空气系数和各种热损失等额定参数，但实际运行时由于各种扰动，不能获得设计预定的工况，导致锅炉的蒸汽参数发生变化。 内扰—由锅炉设备本身的工作条件变化所引起，如受热面积灰、结渣，烟道漏风等因素； 外扰—由锅炉外部的条件引起时，如用户对锅炉负荷需要的变化随时间而变化。