第二节计算机仿真技术
计算机仿真是指以计算机为主要工具，运行真实系统或预研系统的仿真模型，通过对计算机输出信息的分析与研究，实现对实际系统运行状态和演化规律的综合评估与预测。它是分析评价现有系统运行状态或设计优化未来系统性能与功能的一种技术手段，在工程设计、电力工业、航空航天、交通运输、经济管理、生态环境、通讯网络和计算机集成等领域中有着广泛的应用。
动态系统计算机仿真是一门以系统科学、计算机科学、系统工程理论、随机网络理论、随机过程理论、概率论、数理统计和时间序列分析等多个学科理论为基础的、以工程系统和各类社会经济系统为主要处理对象的、以数学模型和数字计算机为主要研究工具的新兴的边缘学科。它属于技术科学的范畴。动态系统计算机仿真的目的是通过对动态系统仿真模型运行过程的观察和统计，获得系统仿真输出和掌握模型基本特性，推断被仿真对象的真实参数(或设计最佳参数)，以期获得对仿真对象实际性能的评估或预测，进而实现对真实系统设计与结构的改善或优化。
根据仿真过程中所采用计算机的类型不同，动态系统计算机仿真可分为模拟机仿真、数字机仿真和模拟一数字混合机仿真。随着计算机技术的快速发展，特别是并行处理机和并行处理技术的研究与发展，数字仿真成为了计算机仿真的主流。
建立适合于研究并能较好地体现实际系统各关键特征的模型是系统仿真的基础。模型分析方法是现代科学的基本研究方法之一，它通过对实际系统抽象的或本质的描述，构造出与实际系统之间存在同构或同态关系的、简化的数学模型或物理模型，以模型分析与模型实验为基础，达到对实际系统的认识、控制和优化。
根据研究对象、表示方式和使用途径不同，系统模型有多种不同分类体系。一般地，从表示方式可划分为物理模型和数学模型，计算机仿真中主要采用系统数学模型。系统数学模型根据时间关系可划分为静态模型、连续时间动态模型、离散时间动态模型和混合时间动态模型。根据系统的状态描述及其变化方式，可划分为连续变量系统模型和离散事件系统变化模型。
目前，面向系统的计算机仿真技术既涵盖了连续变量动态系统的仿真也涉及离散事件动态系统的仿真。在连续变量系统模型中，系统各主要因素之间变化关系以及系统的演化规律主要采用方程式描述。例如，微分方程、偏微分方程、差分方程、回归方程等。对于离散事件动态系统模型，由于系统状态的变化域为离散空间，状态变化发生在一串难以预知的离散时间点上，因而难以建立定量变化关系方程，主要采用以网络图为基础的各类流图模型。
电厂机组的各种不同热力系统都是由一些热力设备，如换热器、风机、水泵、阀门、容器等经过管道连接而成，形成一个个流体网络。热力系统的动态过程不仅取决于各热力设备本身的特性，即设备模块;还取决于这些设备的连接方式，即拓扑结构。因此流体网络建模技术成为电厂仿真中的一项重要技术。
本次课题研究的目的在于利用本软件系统进行电厂自动调节系统的参数整定，因侧重点不同，在这里，就不再关于系统建模问题进行展开论述。本章中凡遇到需要建模的问题，将直接给出模型，而不再讨论具体建模过程。
第三节导前气温微分信号调节系统
5.3.1采用中间被调量微分信号的调节系统概述
对于时间常数大、阶次高和迟延大的对象，为了改善其调节品质，可以采用引入中间被调量微分信号的调节系统。例如过热气温调节系统，其中间被调量就是减温器后的气温，气温调节器除接受过热器出口温度信号外，还同时接受减温器后气温的微分信号。图5-1表示采用中间被调量微分信号调节系统的方框图。
这个系统的特点是，调节器除了接受调节对象的主被调量信号外，还接受一个中间被调量的微分信号。由于中间被调量的响应比主被调量快，因此，这个微分信号起着导前作用，以补偿主被调量的滞后。/在稳态时，中间被调量微分信号等于零，调节器维持主被调量为规定值。
设图5-1中调节对象工的传递函数为Gol (s)，调节对象II的传递函数为Got (s)，调节器的传递函数为Gr (s)，微分器的传递函数为Gd (s)，令
从上面两式可以看出，等效主调节器是比例积分型的，等效副调节器是比例积分一比例微分混合型的。如果Ti>Td，则近似于比例微分型:如果Td>Ti，则近似于比例微分型:如果Ti=Td, 则是比例型的。
如果在副回路中存在着频率较高的干扰，致使中间被调信号含有高频成分，那么由于微分器对于高频干扰信号没有抑制作用，而有放大作用，所以不宜采用具有中间被调量微分信号的调节系统。
5. 3. 2过热气温调节的任务、调节对象的动态特性及调节方案
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的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;过热蒸汽温度过低，会引起电厂热耗上升，并使汽轮机轴向推力增大而造成推力轴承过载，还会引起汽轮机末级蒸汽适度增加，从而降低汽轮机的内效率，加剧对叶片的侵蚀。
所以，在锅炉运行中，必须保持过热气温稳定在稳定值附近。一般要求过热器温与规定值的暂时偏差不超过士10 0C，长期偏差不超过土5 0C o过热蒸汽温度的自动调节使锅炉自动调节的困难任务之一，主要是因为:
(1)造成过热蒸汽温度变化的扰动因素很多，而各种扰动之间又互有影响，使对象的动态过程很复杂。
(2)锅炉结构设计与自动调节的要求存在一定矛盾。为使调节作用的迟延最小，希望把减温器布置在过热器的出口或尽量接近出口;但从过热器的金属壁温不超过允许值的安全角度出发，则希望把减温器布置在某段过热器的入口，以便保护过热器。
(3)调节对象和测温元件的迟延比较大，测温元件又有较大的惯性，这样在扰动发生之
后，温度不能立即发生变化，因此要保持很小的蒸汽温度偏差是很困难的。
过热气温调节对象的动态特性是指引起过热气温变化的扰动与气温之间的动态关系。引起过热蒸汽温度变化的原因包括蒸汽流量变化、燃烧工矿变化、进入过热器的蒸汽温度变化、流过过热器的烟气的温度和流速变化等。归结起来，过热气温调节对象的扰动主要来自三个方面:蒸汽流量变化(符合变化)，加热烟气的热量变化和减温水流量变化(过热器入口气温变化)。从过热气温动态特性的角度考虑，改变烟气侧参数(改变烟温或烟气流速)的调节手段是比较理想的，但具体实现比较困难，所以一般很少被采用。喷水减温对过热器的安全运行比较有利，所以尽管对象的调节特性不够理想，但还是目前被广泛采用的过热蒸汽温度调节方法。采用喷水减温时，由于对象调节通道有较大的延迟和惯性以及运行中要求有较小的气温控制偏差，所以采用单回路调节系统往往不能获得较好的调节品质。针对过热气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自动调节系统主要有两种方案:采用导前气温的微分信号作为补充信号的调节系统方案和串级调节系统方案。本节我们将介绍前一种方案，关于串级调节系统方案，我们将在下一节中给予详细介绍。
5. 3. 3采用导前气温微分信号的双回路气温调节系统
具有导前微分信号的双冲量气温调节系统，也叫双冲量气温自动调节系统，该系统如图5-1所示。这个系统引入了导前气温的微分信号作为调节器的补充信号，以改善调节质量。因为e1和02的变化趋势是一致的，且e1的反应比e2快得多，因此它能迅速的反映02的变化趋势。引入了。1的微分信号后，将有助于调节器的动作快速性。在动态时，调节器将根据d e 1/dt和02与82的给定值之间的偏差而动作;但在静态时，d e 1/dt信号消失，过热气温e2必然等于给定值。如果不采用导前信号e1的微分信号a e 1/dt，则在静态时，调节器将保持e 1+e2等于给定值，而不能保持e2等于给定值。
采用导前气温微分信号的双回路气温调节系统方框图如图5-2所示:
这个系统包括两个闭合的调节回路:一个是由对象调节通道的导前区G1 (s)、导前气温
变送器Y 01、微分器Gd (s)、调节器Gr (s)、执行器Kz和减温水调节阀Ku组成的副回路;另一个是由对象调节通道的惰性区G2 (s)、主气温变送器r e2、和副回路组成的主回路。
加入导前气温微分信号可改善调节对象的动态特性。对于上图所示的调节系统，当去掉导前气温的微分信号时，系统就成为单回路调节系统，调节对象的惯性迟延较大。当系统加入导前气温微分信号之后，调节器将同时接受两个输入信号，系统也成了双回路结构。但对这个双回路系统作适当的变换后，发现仍可把它当作一个单回路系统来处理，如图5-3所示。只是此时由于微分信号的引入改变了调节对象的动态特性。这个新的等效调节对象的输入仍然是减温水流量信号W,l，但输出信号为
在静态时，微分器输出为零，所以等效调节对象的输出8z，二8z;在动态过程中，等效调节对象的输出中除了主气温信号e:外，还叠加导前气温的微分信号d e }/dt。由于e:的惯性迟延比e:要小得多，因而等效对象的输出e:，的惯性迟延比e:的小得多。因此，加入导前气温微分信号的作用可以理解为改变了调节对象的动态特性。等效调节对象在减温水流量扰动下的输出ez，比主气温e:的动态响应有很大的改善。所以，在调节对象惯性迟延比较大的情况下导前气温微分信号的双回路气温调节系统的调节品质远比单回路气温调节系统为好。
5. 3. 4导前气温调节系统子模块
本小节将介绍本套软件系统中电厂典型自动调节系统模块中的导前气温调节系统子模块。在图2-7所示的主界面下，通过鼠标单击电厂调节系统菜单下的导前气温调节系统子菜单，或者在按钮区点击电厂典型调节系统下拉按钮框中的导前气温调节系统，都可以进入如图5-4所示的仿真环境。
上述两个环节均利用S IMIJL工NK的封装机制封装好成子系统，用户如需更改数学模型设置，可选择“Edii”菜单下的“Look Under Mask”选项，或者使用快捷键"Ctrl+U"，将出现封装的子系统的内部实现，用户可根据需要进行修改。如果需要设置其他环节的参数，可直接用鼠标双击该环节，在弹出的属性设置对话框中进行设置。
在采用导前微分信号的双回路系统中，需要整定的参数有微分器的k。和T。值，以及调节器的T:和6值。具体的整定方法这里不再加以详细介绍，使用者可以根据自己的习惯采用“补偿法”或其他方法。使用者也可以在整定参数过程中，进一步理解各参数的变化对系统动态特性的影响。
第四节电站主气温串级调节系统
5. 4. 1串级调节系统概述
串级调节系统的调节品质较好，它在热工自动控制中得到了广泛的应用。对于时间常数较大，阶次较高和有较大延迟的调节对象，在某些场合下即使采用PID调节规律依然不能得到满意的调节品质，这是可以采用串级调节系统。系统中除了主被调量外，还有一个辅助被调量，辅助被调量对调节作用的响应要比较迅速。例如锅炉过热气温调节系统，当减温水量改变后，过热气温的变化较慢，减温器出口气温的变化较快，这时就可以把减温器出口气温作为过热气温调节系统中的辅助被调量，形成一个调节回路，构成串级调节系统。
它与单回路调节系统的区别在于有两个调节器，有两个闭合回路。有调节单元I、执行器、调节对象I和测量单元I构成的回路称为副回路(或称内回路)，调节单元I称为副调节器，调节对象I的输出信号称为辅助被调量。有调节单元II,副回路、调节对象II和测量单元II构成的回路称为主回路(或称外回路)，调节单元II称为主调节器，调节对象II的输出
信号称为主被调量，调节对象I和调节对象II统称是系统的调节对象。
串级调节系统具有下列特点:
(1)对副回路所受到的扰动具有很强的克服能力。从图5-6可以看出，进入副回路的扰动为u1，主被调量对扰动u1的响应比较慢，辅助被调量对扰动u1的响应相当快。如果没有副回路，扰动u1的影响就需要由主被调量的变化通过主调节器来克服。如果具有副回路，扰动u1的影响就可以很快的由辅助被调量的变化通过辅助调节器来加以克服。
(2)由于副回路起了改善调节对象动态特性的作用，从而提高了整个系统的调节品质。串级调节系统在结构上区别于单回路调节系统的主要标志就是用一个闭合的副回路代替原来的一部分对象。在设计串级调节系统时，必须遵循下列两条原则:一个原则是副回路必须是快通道，包含在副回路中的调节对象时间常数要尽量小于包含在主回路中的调节对象时间常数，也就是说，副回路的通频带要高于主回路的通频带，如果副回路对象时间常数与主回路对象时间常数相差无几，串级调节的副回路就起不到改善调节品质的作用，系统还可能因为主回路和副回路的通频带相近而产生共振;另一个原则就是尽可能的把激剧的扰动纳入副回路中，因为副回路对扰动能及时克服或削弱扰动的影响。
对于电厂中的串级调节系统，生产过程的要求是被调量等于给定值，而对辅助被调量则没有严格的要求。针对这种情况，副调节器应该选用P作用或者PD作用，使内回路尽快地消除扰动，以减少扰动对被调量的影响(实现粗调);而主调节器一般选用PI或者PID作用，使稳态被调量等于给定值。
5.4.2串级气温调节系统
图5-8为过热气温串级调节系统图。气温调节对象由减温器和过热器组成，减温水流量W.l为对象调节通道的输入信号，过热器出口气温为输出信号。为了改善调节品质，系统中也采用减温器出口处气温作为辅助调节信号。
对于串级气温调节系统，都是优于单回路调节系统的。
(1)扰动发生在副回路内，
无论扰动发生在副调节回路还是发生在主调节回路，其调节品质例如当减温水流量WJ 发生自发性波动(可能是减温水压力或蒸汽压力改变)而引起减温水流量扰动变化时，对于单回路气温调节系统，由于没有副调节回路去迅速消除wJ的波动，所以必然要影响到主气温的稳定;对于串级气温调节系统，由于有副回路的存在，而且导前区的惯性又很小，副调节器将能及时动作，快速消除掉减温水流量的自发性波动，从而使过热气温基本不变。
(2)扰动发生在副回路以外，引起过热气温偏离给定值时，串级系统首先由主调节器改变其输出信号，通过副调节回路去改变减温水流量，使过热气温恢复到给定值。这时，主调节器的调节对象的惯性迟延比采取单回路气温调节系统时的调节对象的要小。因此在这种情况下，串级调节系统的调解质量还是高于单回路系统的。
可见，在串级气温调节系统中，副回路的任务是尽快消除减温水流量的自发性扰动和其他进入副回路的各种扰动，对过热气温的稳定起粗调作用。气温系统的副调节器一般采用比例调节器，主调节器的任务是保持过热气温等于给定值，可采用比例积分或者比例积分微分调节器。
5. 4. 2主气温串级调节系统子模块
本小节将介绍本套软件系统中电厂典型自动调节系统模块中的主气温串级调节系统子模块。在图2-7所示的主界面下，通过鼠标单击电厂调节系统菜单下的主气温串级调节系统子菜单，或者在按钮区点击电厂典型调节系统下拉按钮框中的主气温串级调节系统，都可以进入如图5-9所示的仿真环境。
第五节两种气温调节系统的比较
前面两节讨论了两种典型的过热蒸汽温度自动调节系统，它们在实际应用中一般都能够满足生产上的要求。串级调节系统能够改善调节品质，主要是因为有一个快速动作的副调节回路存在，在串级气温调节系统中，副回路的任务是尽快消除减温水流量的自发性扰动和其他进入副回路的各种扰动，对过热汽温的稳定起粗调作用。而采用导前汽温微分信号的气温调节系统引入了导前汽温的微分信号作为调节器的补充信号，以改善调节质量，采用导前汽温微分信号的气温调节系统也可以作为串级气温调节系统的变形来进行研究。由前面两节的分析、仿真系统图以及仿真结果图的比较，我们可以看出这两种调节系统在调节质量、系统构成、整定调试等方面各有特点。
(1)把采用导前气温微分信号的双回路调节系统转化为串级系统来看待时，其等效主、副调节器均为比例积分调节器，但对于实际的串级调节系统，为了提高副回路的快速跟踪性能，副调节器应该采用比例或比例微分调节器，而主调节器则应采用比例积分微分调节器。因此，采用导前气温微分信号的双回路系统的副回路，其快速跟踪和消除干扰的性能不如串级系统;在主回路中，串级系统的主调节器具有微分作用，故调节质量也比双回路系统为好。特别对于惯性迟延比较大的对象或外扰频繁的情况下，双回路系统的调节质量不如串级系统。
(2)串级调节系统主、副两个调节回路的工作相对比较独立，因此系统投运时的整定、测试直观方便。而有导前气温微分信号的双回路调节系统的两个回路在参数调整时相互影响、不易掌握。
(3)从硬件结构上看，采用导前气温微分信号的双回路系统较为简单。
一般情况下，双回路气温系统己经能够满足生产线上的要求，因此得到了广泛的应用。若调节对象的惯性迟延较大、外扰频繁，而且要求有较高的调节质量的时候，则应该采用串级调节系统。
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
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：
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
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。
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
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。
控制循环或自然循环锅炉影响汽温的运行因素 一、影响过热汽温的主要运行因素 1、给水温度 当给水温度降低时，汽包内的水与较低温度的给水混合后，干度下降。在燃料量不变的情况下，汽包产汽量下降，即进入过热器的蒸汽量减少，引起过热汽温上升。增加燃料恢复产汽量后，汽温更上升。 2、过量空气系数 当过量空气系数变化时，直接影响锅炉的排烟损失，同时影响对流受热面与辐射受热面的吸热比例。当过量空气系数增加时，除排烟损失增加，锅炉效率降低外，炉膛辐射吸热减少，烟道对流传热增加，具有对流特性的过热器吸热量有所增加，末级过热器出口汽温上升。具有辐射特性的过热器，汽温可能下降。 3、火焰中心高度 火焰中心温度上移时，炉膛出口烟气温度上升，引起过热汽温上升；反之，过热汽温下降。 4、受热面结渣 当炉膛水冷壁结渣时，水冷壁吸热量降低，汽包产汽量减少；同时，炉膛出口烟气温度上升，过热汽温升高。若过热器结渣或积灰时，过热汽温明显下降。 二、影响再热汽温的主要运行因素 1、给水温度 当给水温度降低时，在燃料量不变的条件下，锅炉蒸发量降低。如果保持给水温度降低前的锅炉蒸发量，必须增加燃料量。对于汽包锅炉，由于燃料量增加，相应的烟气量增加，对流布置的再热器吸热量就会随之增加，再热汽温上升。 2、过量空气系数 过量空气系数增加时，对流再热器吸热量增加，出口汽温上升。过量空气系数减少 时，对流再热器吸热量减少，出口汽温降低。 3、火焰中心高度 火焰中心高度变化的影响与过量空气系数变化的影响相似，但对辐射再热器的锅炉 调温作用更为明显。火焰中心上移，辐射式或对流式再热器吸热量增加，再热汽温 上升。 4、受热面结渣 当炉膛水冷壁结渣时，水冷壁吸热量降低，炉膛出口烟气温度上升，再热汽温升高。 当再热器结渣或积灰时，再热汽温明显下降。 5、烟气流量 利用烟道挡板改变两侧烟道的烟气量，可以改变两侧烟道内受热面的吸热量，达到 调温度的目的。某侧烟气量增大，则该侧受热面的吸热量增大，出口汽温提高。
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。
内蒙古科技大学 本科生过程控制课程设计说明书 摘要 随着先进的电子和计算机技术的发展和控制功能的不断完善以及对热电厂中锅炉仪表控制系统进行的先进改造，以先进的DCS系统作为锅炉的控制核心，锅炉鼓风机和引风机采用变频驱动技术，以保护电机和节约能源，结合实际的现场仪表、变频调速器、DCS控制方案的具体实施方案。而在锅炉主汽温度控制系统中，也有越来越多的方法可以实现生产控制，这里需要我们对过热器的出口蒸汽温度进行检测，当温度不在控制范围内时就通过对过热器阀门的控制，设计锅炉主汽温度控制系统，实现对汽包主蒸汽温度的控制，以产生合格的产品，这个就是这次设计的主要内容。 关键词：锅炉；主汽；温度；控制
目录 第一章绪论 (3) 第二章热电厂概述 (4) 2.1锅炉概述 (4) 2.2锅炉、锅筒设备及结构 (5) 2.3锅炉控制的工作原理 (6) 第三章锅炉主汽温度控制系统概述 (7) 3.1锅炉蒸汽温度控制概述 (7) 3.2过热器的基本概念 (7) 3.3锅炉主汽温度控制系统的总体设计方案 (8) 第四章锅炉主汽温度控制的设计过程 (9) 4.1锅炉主汽温度控制说明 (9) 4.2锅炉主汽温度控制系统的分析与初步设计 (10) 4.3锅炉主汽温度串级控制系统图解及仪表选型 (11) 4.4锅炉主汽温度控制系统安全保护对策 (13) 第五章总结 (15) 参考文献 (16)
第一章绪论 这个学期的第一个课程设计是过程控制课程设计，通过上个学期的热电厂的实习，以及对热电厂的工艺和锅炉的生产设备及工艺的了解，我们选择了各自的课程设计题目，我的设计主要是介绍锅炉控制中的主汽温度控制系统的设计。随着科学的进步以及各种仪器的发展，现在已经有很成熟的控制方法来控制锅炉的生产，我这里是根据一般的场合所需要的控制方案，设计了一个串级的控制系统。对一些大的生产设备和一些有大的延迟或者是大的滞后的生产过程就不做叙述了。
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。
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。
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。
摘要 锅炉蒸汽温度自动控制包括过热蒸汽温度控制和再热蒸汽温度控制。再热蒸汽温度是锅炉运行质量的重要指标之一，再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。再热循环可以降低汽轮机尾部叶片处的蒸汽湿度，降低汽耗，提高电厂的热循环效率，所以单元机组普遍采用中间再热技术[1-2]。本次毕业设计以再热蒸汽温度为被控对象，设计相应的控制器使再热器出口蒸汽温度在允许范围内，并且保护再热器，使管壁温度不超过允许的工作温度。 火电厂对再热蒸汽汽温控制若采用常规串级控制系统，具有很大的迟延性，对此，本文采用模糊控制和PID相结合的控制方式。实验结果显示，系统的控制特性在超调量、快速性、抗干扰方面都有了很大的改善，对大范围工况变化具有较强的鲁棒性和适应性，对大型发电机组的锅炉再热蒸汽汽温控制具有实用价值。 关键词：再热蒸汽；模糊控制；串级控制系统
Abstract Boiler steam temperature control includes control of superheated steam temperature and reheat steam temperature control. Reheat steam temperature is one of the important indicators of the quality of boiler operation, reheat steam temperature which is too high or too low will significantly affect plant safety and economy. Reheat cycle can reduce steam turbine moisture at the end of the leaves, reduce gas consumption and increase power plant thermal cycle efficiency, so reheat units commonly is used in the unit. The graduation project make the reheat steam temperature as controlled object, the corresponding controller is designed to reheat outlet steam temperature in the allowed range, to protect the reheater, the wall temperature does not exceed the allowable operating temperature. If steam temperature control uses a conventional cascade control system ,it has a great delay.therefore,this paper combines fuzzy control with PID control to improve . Experimental results show that the control characteristics of the system in the overshoot, fast and interference aspects have substantial improvement , it has significantly robustness and adaptivity when conditions change on a wide range , it has a practical value for large-scale generating units reheat steam boiler Steam temperature control. Keywords: reheat steam; fuzzy control; cascade control system 2
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
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)
锅炉汽温的控制与调整 锅炉汽温的控制与调整 在电力工业的长期发展过程中，蒸汽参数不断提高，这提高了电厂热力循环的效率。但是蒸汽温度的进一步提高受到必须采用价格昂贵、抗热强度及工艺性能差的高温钢材的限制，故目前绝大多数电站锅炉的过热汽温和再热汽温在．540℃~555℃的范围内，本锅炉的过热汽温和再热汽温均选择541℃。 锅炉正常运行过程中，过热汽温和再热汽温偏离额定值过大时，会对锅炉和汽轮机的安全或经济运行带来不良的影响。 汽温过高时，将引起过热器、再热器、蒸汽管道及汽轮机汽缸、阀门、转子部分金属强度，降低，导致设备寿命缩短，严重时甚至造成设备损坏事故。从以往锅炉受热面爆管事故的统计情况来看，绝大多数的炉管爆漏是由于金属管壁严重超温或长期过热造成的。因而汽温过高对设备的安全是一个很大的威胁。 蒸汽温度过低时，则会使汽轮机最后几级叶片的蒸汽湿度增加，严重时甚至还有可能发生水击，造成汽轮机叶片断裂损坏。此外，汽温过低时还将造成汽轮机转子所受的轴向推力增大。凡此种种，均将严重威胁汽轮机的安全运行。当蒸汽压力不变时如发生汽温降低，还将造成蒸汽焓下降，蒸汽作功能力降低，使汽轮机的汽耗增加，机组热力循环效率下降。所以汽温过低，不仅严重影响设备的安全性，而且还
将对机组运行的经济性带来不良的后果。 过热汽温和再热汽温如发生大幅度变化，除使锅炉管材及有关部件产生较大的热应力和疲劳外，还将引起汽轮机转子与汽缸间的差胀变化，严重时甚至可能发生叶轮与隔板的动静摩擦，造成汽轮机的强烈振动。汽温两侧偏差过大时，将使汽轮机汽缸两侧受热不均，热膨胀不均，威胁机组的安全运行。 因此，锅炉运行中，在各种内、外扰动因素影响下，如何通过运行分析调整，用最合理的方法保持汽温稳定，是汽温调节的首要任务。一、锅炉受热面的传热特性 锅炉的受热面，按传热方式一般可分为辐射受热面、半辐射受热面和对流受热面三种类型。水冷壁蒸发受热面，前屏及包复管受热面等，由于辐射换热量占主要成份，一般属辐射受热面；后屏过热器一方面吸收烟气的对流传热，另一方面又吸收炉膛中和管间烟气的辐射传热，属半辐射受热面；省煤器及对流烟道中的过热器、再热器等受热面由于对流换热量占主要成份，一般属对流受热面。随着锅炉负荷的变化，炉内辐射传热量和对流传热量的分配比例将发生变化。当锅炉负荷增加时，对流受热面的传热份额将增加，辐射受热面的传热份额相对减少，而半辐射受热面则影响较小，见图4-2-1。 锅炉负荷增加时，炉膛温度及炉膛出口烟气温度均将升高，由于炉膛温度的提高，总辐射传热量将增加；但是炉膛出口烟温的升高，又表示了每千克燃料在炉内辐射传热量的相应减少。所以锅炉负荷增加时，