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
系数K,利用两点法可确定t1，t2，利用如下公式计算对象阶次和惯性时间。
2
1.07510.521T N T T *??
=+ ?-??
122.16T T T N +≈
上式求得的n 值不是整数时，应选用与其最接近的整数。
某主汽温对象不同负荷下导前区和惰性区对象动态特性如下：
37%： 导前区： 2
5.1
779551
S S -++ 惰性区： 87654
1.051
1052513693056791485283138501091836335285032463032785717119679S S S S S
-++++ 32
10135188895204601
S S S +++
对于上述特定负荷下主汽温导前区和惰性区对象传递函数，可以用两点法求上述主汽温 对象的传递函数，传递函数形式为()()
1N
K
W S TS =+，利用Matlab 求取阶跃响应曲线，
然后利用两点法确定对象传递函数。 Matlab 应用如下所示:
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 系数K=5.1,利用两点法可确定t1=38.1，t2=82.5，
2
1.07510.521T N T T *??
=+ ?-??
≈2 122.16T T T N +≈
≈27.9
()()
0Y Y K μ
∞-=
?=5.1
即可根据阶跃响应曲线利用两点法确定其传递函数：
()()
2
5.1
27.91w s s =
+
惰性区：
同理可得:
K=1.051 t1=395 t2=582 N=8 T=56.5 ()()
8
1.051
56.51w s s =+
第二部分 单回路系统参数整定
利用第一部分建立的对象传递函数，进行参数整定。为便于分析，可以采用第一部分建 立的主汽温对象的惰性区对象（为一多容惯性环节）进行参数整定。 本指导书以第一部分整定确定的对象()()
8
1.051
56.51w s s =
+为例，进行参数整定。
一、临界比例带法确定调节器参数
采用等幅振荡法通过试凑法逐步确定等幅振荡时比例调节器的比例增益，和计算确定的 调节器参数进行比较。对于对象()()
8
1.051
56.51w s s =
+，计算确定8
1
1.051cos 8kp π=
?
? ?
?
?
将计算确定的参数kp =1.793,投入系统运行,系统结构如下图所示。
其中In1 Out1 模块如下图得到：
仿真后系统输出为：
根据等幅振荡是比例增益和系统输出曲线确定的等幅振荡周期T=760，可以查表确定当系统衰
减率φ= 0.75时调节器参数kp=0.8538 ki=0.0019kd=97.3343
根据查表确定的调节器参数，投入闭环运行，观察运行效果:
第三部分串级控制系统参数整定
一、主蒸汽温度串级控制系统参数整定
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：
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：
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。
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
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。
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)
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
实验一 串级过热汽温控制系统的设计与参数整定 一、实验目的 1) 熟悉串级控制系统的组成和工作原理。 2) 掌握串级回路理论整定方法，获得理想整定参数。 3) 掌握Matlab 设计系统框图的方法。 二、实验设备 计算机 三、实验原理 过热汽温控制对象导前区的迟延和惯性比惰性区要小，而且副调节器又选用P 或PD 控制规律，在这种情况下，内回路的控制过程要比外回路的控制过程快得多。此时，串级汽温控制系统可以采取内、外回路分别整定的方法进行整定。控制系统原理如图1所示 图1 串级过热汽温控制系统原理框图 其中各环节的传递函数为： 2 212110 1223 22 0111 1 (); ()(1) 9()()()(/)(115)(125) 8()(/)(115)0.1(/) 1 T T i O O O O Z W s W s T S W s W s W s C V S S W s C V S V C K K θθμδδγγ?= = + ==++=+=== 当ψ＝0·75时，主、副调节器的理论整定参数为，10.5δ=，20.04δ=，174()i T s =。 四、实验内容和步骤 1) 打开Matlab ，然后单击 图标或者在命令行键入simulink ，启动simulink 程序。 2) 新建一个文件，按照图2设计系统框图。
3)系统设计完毕后，此处调节为1000，点击左边箭头启动， 双击示波器观察波形。 4)对上图中PID模块进行调试，使超调量为45%左右，调节时间500以内，衰减比4：1 左右。根据下表所给范围选择7组数据，进行调试。 A.先整定主调节器，然后整定副调节器。 B.对于每个调节器，先整定P值，将比例控制作用由小变到大，观察各次响应，直至得 到反应快、超调小的响应曲线。 C.然后整定I值，减小积分时间加大积分作用，并相应调整比例系数，反复试凑至得到 满意的相应，确定比例和积分的参数。 注意：调节PID模块时，将调节器传递函数展开，公式P+I/s+Ds对应P，I，D三个参数。 五、实验报告要求 1)记录下ψ＝0·75，0.9时最后整定值。 2)绘制出整定后的波形，并求出相应的超调量，调节时间，衰减比。 3)分析P和I参数对输出的影响。
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
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 土?？C之间，主再热汽温偏差》14C，最大＞????? 若锅炉主再热汽温》550 C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1 5min 。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%??- ?????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。 6?主汽温度高时应及时采取以下措施：
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
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 +
直流锅炉汽温的调节特点 一：直流锅炉汽温静态特性 在直流炉中，汽温的调节是和汽包炉有很大的区别的，首先我们先来看看直流炉汽温的静态特性： 由于直流锅炉各级受热面串联连接，水的加热与汽化、蒸汽的过热三个阶段的分解点在受热面中的位置不固定而随工况变化。因此，直流锅炉汽温的静态特性不同与汽包锅炉。对有再热器的直流锅炉，建立热平衡式： G(h gr—h gs)=BQ ar,netηgl 式中 G ——给水流量，等于蒸汽流量，kg/s; h gr——主蒸汽焓，kj/kg; h gs——给水焓，kj/kg; B ——锅炉燃料量，kg/s; Q ar,net——燃料收到基低位发热量，kj/kg； ηgl ——锅炉热效率，% 对上面公式分析如下： 1)假设新工况的燃料发热量、锅炉热效率、给水焓都和原工况相同，而负荷不同。则有以下几种情况：B'/G'=B/G,即新工况的燃料量和给水量比例和原工况相等（也就是说燃水比保持不变），则h′gr =h gr。因此，在上述假定条件下，主蒸汽温度保持不变。所以，直流锅炉负荷变化时，在锅炉燃料发热量、锅炉热效率、给水焓不变的条件下，保持适当的燃水比，主汽温度可保持稳定。这也是直流锅炉运行特性与汽包锅炉的运行特性不同之一。 2)如果新工况的燃料发热量变大,则h′gr >h gr，主蒸汽温度增高；假如新工况锅炉热效率下降,则h′gr 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。 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； 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 " 目录 概述 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -1中英文摘要 - - - - - - - - - - - - - - - - - -3第一章绪论 - - - - - - - - - - - - - - - - -5控制系统基本原理及组成 汽温控制系统的被控对象 本课程设计的题目及任务 … 第二章过热汽温控制 - - - - - - - - - - - - - -8过热汽温控制的任务 过热汽温控制的难点及设计原则 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过热汽温系统的串级控制方案 具体设计方案 设计的论证 】 控制系统的切换 第四章课程设计总结及体会 - - - - - - - - - - -28课程设计总结 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 锅炉过热蒸汽温度控制系统 在燃煤锅炉运行中，过热蒸汽温度是一个很重要的控制参数。过热蒸汽温度是锅炉运行质量的重要指标之一，过热蒸汽温度较高，可能造成过热器蒸汽管道损坏；过热蒸汽温度过低，会降低内功率。所以在锅炉运行中，必须保持过热蒸汽温度稳定在规定值附近。 本文介绍模糊控制在中小型燃煤锅炉过热蒸汽温度中的应用，采用模糊控制系统的思路，并用此方法控制燃煤锅炉的过热蒸汽温度，使得锅炉过热蒸汽温度即使在扰动幅度较大的情况下仍能保持平稳。模糊控制的控制算法不依赖于对象的数学模型,算法简单,易于实现,且对干扰和对象模型时变具有较强的适应性，它能根据输出偏差的大小进行自动调节，使输出达到给定值。能提高国内锅炉的燃烧效率、燃料适应性、负荷调节性能、污染、灰渣等众多独特优点而受到越来越广泛的重视，在电力、供热、工厂蒸汽生产中得到越来越广泛的应用。 以某600MW汽轮发电机组的汽包锅炉为例，其过热蒸汽生产流程简图和流程图如下图所示： 过热蒸汽流程图 1． 1 过热蒸汽温度控制的任务 过热蒸汽温度控制的主要任务是维持过热器出口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；过热蒸汽温度偏低，则会降低发电机组能量转换效率。据分析，气温每降低5℃，热经济性将下降 1 ％；且汽温偏低会使汽轮机尾部蒸汽湿度增大,甚至使之带水，严重影响汽轮机的安全运行。该机组要求控制过热蒸汽温在5 3 8～ 5 4 8℃的范围内。 2 ．2 影响过热蒸汽温度的主要因素 2 ．2． 1 燃料、给水比(煤水比) 只要燃料、给水比的值不变，过热汽温就不变。只要保持适当的煤水比，在任何负荷和工况下，直流锅炉都能维持一定的过热汽温。 2．2． 2 给水温度 正常情况下，给水温度一般不会有大的变动；但当高压加热器因故障退出运行时，给水温度就会降低。对于直流锅炉，若燃料不变，由于给水温度降低时，加热段会加长、过热段缩短，因而过热汽温会随之降低，负荷也会降低。 2．2． 3 过剩空气系数 过剩空气系数的变化直接影响锅炉的排烟损失。影响对流受热面与辐射受热面的吸热比例。当过剩空气系数增大时，除排烟损失增加、锅炉效率降低外炉膛水冷壁吸热减少，造成过热器进口温度降低、屏式过热器出口温度降低；虽然对流过热器吸热量有所增加，但在煤水比不变的情况下，末级过热器出口汽温会有所下降。过剩空气系数减小时的结果与增加时的相反。若要保持过热汽温不变，则需重新调整煤水比。 2．2． 4 火焰中心高度 火焰中心高度变化造成的影响与过剩空气系数变化的影响相似。在煤水比不变的情况下，火焰中心上移类似于过剩空气系数增加，过热汽温略有下降；反之，过热汽温略有上升。若要保持过热温不变，亦需重新调整煤水比。 2．2． 5 受热面结渣 煤水比不变的调节下，炉膛水冷壁结渣时，过热汽温会有所降低；过热器结渣或积灰时，过热汽温下降较明显。前者情况发生时，调整煤水比就可；后者情况发生时，不可随便调整煤水比，必须在保证水冷壁温度不超限的前提下调整煤水比。对于直流锅炉，在水冷壁温度不超限的条件下，后四种影响过热汽温因素都可以通过调整煤水比来消除；所以，只要控制、调节好煤水比，在相当大的负荷范围内，直流锅炉的过热汽温可保持在额定值。此优点是汽包锅炉无法比拟的；但煤水比的调整，只有自动控制才能可靠完成。 课程设计说明书 题目：300MW单元机组过热汽温控制系统设计 课程设计（论文）任务书 一、题目 300MW 单元机组过热汽温控制系统设计 二、目的与意义 本设计是针对“热工控制系统”课程开设的课程设计，是培养学生综合运用所学理论知识分析问题、解决问题的一个重要的教学环节。通过本课程设计，使学生能更好的掌握热工控制系统的组成、控制方式和控制过程，使学生得到一次较全面、系统的独立工作能力的培养。 三、要求 已知条件： （1）串级过热汽温控制系统方框图如图1-1所示，系统中各环节的传递函数为： 图1-1 221 )(δ=s W T ；)11(1)(111s T s W i T +=δ； 0010259()()()(/)(118.4) W s W s W s C V s ?==+； 0228()(/)(113) W s C V s ?=+； )/(1.021C V ?==θθγγ；1==μK K z （2）300MW 单元机组过热蒸汽流程：汽包所产生的饱和蒸汽先流经低温对流过热器进行低温过热，然后依次流经前屏过热器、后屏过热器和高温过热器后送入汽轮机。在前屏过热器和高温对流过热器的入口分别装设了Ⅰ级和Ⅱ级喷水减温器。 主要内容： 10 θ2θ 1θ )(1s W T )(2s W T z K μK ) (02s W )(01s W 2θγ 1θγ K μ 1、根据图1-1及已知的传递函数完成串级汽温控制系统主、副调节器的参数整定。 2、根据已知的300MW单元机组过热蒸汽流程设计串级过热汽温分段控制系统。 要求： 1、严格遵守作息时间，在规定地点认真完成设计；设计共计一周。 2、按照统一格式要求，完成设计说明书一份。 四、工作内容、进度安排 1、根据图1-1及已知的传递函数完成串级汽温控制系统主、副调节器的参数整定；（1天） 2、根据已知的300MW单元机组过热蒸汽流程设计串级过热汽温分段控制系统：确定控制系统的方案，画出控制系统结构图，说明系统的组成，分析系统各部分的作用及工作原理；（3天） 3、编写课程设计说明书。（1天） 五、主要参考文献 [1] 罗万金.《电厂热工过程自动调节》. 中国电力出版社.1991. [2] 王志祥、朱祖涛.《热工控制设计简明手册》.水利电力出版社.1995. 审核意见 系（教研室）主任（签字） 指导教师下达时间年月日 指导教师签字：_______________过热汽温控制系统实践
A侧一级过热汽温调节系统内扰试验方案
利用DCS的过热汽温系统控制系统设计
过热汽温控制课程设计
锅炉过热蒸汽温度控制系统
300MW单元机组过热汽温控制系统设计
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