【正文】 的動態(tài)過程十分復(fù)雜。蒸汽溫度在減溫水量擾動下的動態(tài)特性當減溫水量發(fā)生擾動時，雖然減溫器出口處汽溫已發(fā)生變化，但要經(jīng)過較長的過熱器管道才能使出口汽溫發(fā)生變化，其擾動地點（過熱器入口）與測量蒸汽溫度的地點（過熱器出口）之間有著較大的距離，此時過熱器是一個有純滯后的多容對象。圖13 在擾動下溫度的變化曲線煙氣側(cè)熱量擾動下蒸汽溫度對象的動態(tài)特性當燃料量、送風(fēng)量或煤種等發(fā)生變化時，都會引起煙氣流速和煙氣溫度的變化，從而改變了傳熱情況，導(dǎo)致過熱器出口溫度的變化。可見，這兩種型式的過熱器對蒸汽流量的擾動的反映恰好相反，只要設(shè)計上配合得當，就能使過熱其出口汽溫隨蒸汽流量變化的影響減小。在各種擾動下，汽溫控制對象是有煙池、慣性和自平衡能力的。則是否投入高壓給水加熱器將使給水溫度相差很大，這對過熱汽溫有顯著的影響。過?？諝庀禂?shù)與過熱汽溫的靜態(tài)關(guān)系過?？諝饬扛淖儠r，燃燒生成的煙氣量改變，因而所有對流受熱面吸熱隨之改變，而且對離爐膛出口較遠的受熱面影響顯著。 過熱蒸汽溫度控制對象的動靜態(tài)特性 靜態(tài)特性鍋爐負荷與過熱汽溫的關(guān)系鍋爐負荷增加時，爐膛燃燒的燃料增加，但是，爐膛中的最高的溫度沒有多大的變化，爐膛輻射放熱量相對變化不大，因此爐膛溫度增高不大。如果過熱蒸汽溫度過高，容易損壞過熱器，也會使蒸汽管道、汽輪機內(nèi)某些零部件產(chǎn)生過大的熱膨脹而毀壞，影響機組的安全運行。蒸汽流程為：飽和蒸汽由汽包引出后經(jīng)一部分頂棚過熱器進入側(cè)墻和后墻包覆過熱器，流出后在聯(lián)箱內(nèi)混合，進入低溫對流過熱器，出來后再經(jīng)過另一部分頂棚過熱器進入前屏過熱器，流出后經(jīng)過第一級噴水減溫器減溫，再進入后屏過熱器，流出后經(jīng)過第二級減溫器減溫，進入高溫對流過熱器完成最后一次過熱后，送往汽輪機。另外它還有保護屏式過熱器和對流過熱器受熱面的作用。采用輻射式、半輻射式和對流過熱器聯(lián)合過熱系統(tǒng)，以獲得良好的過熱蒸汽溫度變化特性。根據(jù)已采用屏式過熱器的許多鍋爐運行實踐證明，它能夠在1000—1300℃煙溫區(qū)內(nèi)可靠工作，并具有良好的汽溫變化特性。從圖中可以看出，當鍋爐負荷從33%增加到滿負荷時，曲線1所示的屏式過熱器的汽溫變化非常平穩(wěn)，僅上升了10℃；曲線2和3所示的對流過熱器的汽溫上升了42℃和50℃；而曲線4代表的輻射過熱器的汽溫卻大幅下降了。為了保持各屏間的節(jié)距，可將相臨兩屏中的若干對管子彎繞出來互相夾持在一起，而各屏本身的管子也應(yīng)夾持在同一平面上。最常用的半輻射過熱器是布置在燃燒室上部或出口處的高溫?zé)焻^(qū)內(nèi)的屏式過熱器。在直流鍋爐中，情況有所不同，水冷壁上部都有一定的過熱度，相當于輻射過熱器，由于上部爐溫較低，所以可保證安全。在自然循環(huán)鍋爐中，輻射過熱器管子布置在燃燒室上部，能使管子避開熱負荷最高的火焰中心區(qū)域。現(xiàn)代鍋爐對流過熱器多采用立式布置，因為這樣可以采用簡單可靠的懸吊固定方法，而臥式過熱器的固定比較困難。蛇形管與聯(lián)箱上的管接頭焊接在一起。（1）對流過熱器：布置在煙道內(nèi)，依靠熱煙氣對流傳熱的過熱器，稱為對流式過熱器。半輻射過熱器也稱屏式過熱器，一般放在爐膛上部出口附近，它既吸收爐膛火焰的輻射熱，又以對流方式吸收流過它的煙氣的熱量。吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）熱電廠鍋爐過熱蒸汽溫度控制設(shè)計畢業(yè)論文目 錄摘 要 1第一章 生產(chǎn)工藝概述 2 2 3 4第二章 過熱蒸汽溫度控制原理簡介 6 6 7第三章 過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計 10 10 10 10 10 11 11 11 1副控制器控制規(guī)律的選擇 1反作用的選擇 12總 結(jié) 14參考文獻 15第一章 汽溫控制系統(tǒng)的組成與對象動態(tài)特性本章將以330MW的單元機組鍋爐為例，通過研究其高溫、亞臨界壓力、中間再熱、自然循環(huán)、單爐膛前后對沖燃燒、燃煤粉汽包爐，且汽輪機為單軸、三缸、兩排汽、再熱、凝汽沖動式，說明過熱器與再熱器在鍋爐中的位置及布置情況，從而全面掌握研究對象的生產(chǎn)過程，并熟悉其動態(tài)特性及分析影響汽溫變化的各種因素。輻射過熱器是放在爐頂或爐墻上的過熱器，它基本上只吸收爐膛內(nèi)火焰和煙氣的輻射熱。對流過熱器是由聯(lián)箱和很多細長的蛇形管束所組成。大容量鍋爐的對流過熱器布置在煙溫很高的區(qū)域內(nèi)，其蒸汽溫度和管壁的熱負荷都很高。立式布置的主要缺點，是停爐時積存在管內(nèi)的凝結(jié)水不易排出，容易引起蛇形管下部彎頭腐蝕。但是這種布置會使水冷壁管的吸熱高度降低,可能影響水循環(huán)的安全性。在國產(chǎn)自然循環(huán)鍋爐中，未采用墻式布置的輻射過熱器，而多采用布置在爐頂?shù)捻斉镞^熱器，受熱面為緊靠爐頂?shù)闹惫埽Q為頂棚管。其結(jié)構(gòu)特征為幾排拉稀的管屏。屏式過熱器布置在對流過熱器前面，以降低對流過熱器入口煙溫，避免對流過熱器結(jié)渣。由于屏式過熱器具有過熱汽溫平穩(wěn)的特點，在現(xiàn)代大型鍋爐上廣泛地采用了這種過熱器。 過熱器的基本結(jié)構(gòu)圖11 布置在不同煙溫區(qū)域內(nèi)的過熱器氣溫特性1布置在煙溫1200℃區(qū)域的屏式過熱器；3布置在煙溫為1000℃和900℃區(qū)域內(nèi)的對流過熱器；4布置在燃燒室內(nèi)的輻射過熱器300MW單元機組是現(xiàn)在是我國火力發(fā)電機組的主力型號，多采用亞臨界參數(shù)及中間再熱。低溫過熱器采用逆流布置，以便獲得較大的傳熱溫差，從而節(jié)約鋼材。第二級噴水減溫器布置在高溫對流過熱器（末級過熱器）之前，這一級熱慣性小，可保證出口汽溫能得到迅速調(diào)節(jié)。圖12 300MW機組過熱器系統(tǒng)圖1汽包；2前屏過熱器；3后屏過熱器；4頂棚過熱器；5側(cè)墻包覆過熱器；6后墻包覆過熱器；7低溫對流過熱器；8第一級減溫器；9第二級減溫器；10高溫對流過熱器 過熱蒸汽溫度控制的意義與任務(wù)鍋爐過熱蒸汽溫度是影響機組生產(chǎn)過程安全性和經(jīng)濟性的重要參數(shù)。如果過熱蒸汽溫度過低，將會降低機組的熱效率，一般蒸汽溫度降低510℃，熱效率約降低1%，不僅增加燃料的消耗量，浪費能源，而且還將使汽輪機最后幾級的蒸汽濕度增加，加速汽輪機葉片的水蝕。這就是說負荷增加時每千克燃料的輻射放熱百分率減少，而在爐膛后的對流熱區(qū)中，由于煙溫和煙速的提高，每千克燃料的對流放熱百分率將增大。因此，當增大過?？諝饬繒r將使過熱汽溫上升。燃燒器的運行方式與過熱汽溫的靜態(tài)關(guān)系在爐膛內(nèi)投入高度不同的燃燒器或改變?nèi)紵鞯臄[角會影響爐內(nèi)溫度分布和爐膛出口煙溫，因而也會影響過熱汽溫，火焰中心相對提高時，過熱汽溫將升高。蒸汽流量擾動下的蒸汽溫度對象的動態(tài)特性大型鍋爐都采用復(fù)合式過熱器，當鍋爐負荷增加時，鍋爐燃燒率增加，通過對流式過熱器的煙氣量增加，而且煙氣溫度也隨負荷的增大而升高。因此在生產(chǎn)實踐中，通常把對流式過熱器與輻射式過熱器結(jié)合使用，還增設(shè)屏式過熱器，且對流方式下吸收的熱量比輻射方式下吸收的熱量多，綜合而言，過熱器出口汽溫是隨流量D的增加而升高的。由于煙氣傳熱量的改變是沿著整個過熱器長度方向上同時發(fā)生的，因此汽溫變化的遲延很小，一般在1525s之間。.動態(tài)曲線圖如圖13（b）所示。（2）在減溫水流量擾動下，過熱器出口蒸汽溫度對象具有較大的傳遞滯后和容量滯后，縮減減溫器與蒸汽溫度控制點之間的距離，可以改善其動態(tài)特性。過熱器設(shè)計成兩級噴水減溫方式，除可以有效減小過熱蒸汽溫度在基本擾動下的延遲，改善過熱蒸汽溫度的調(diào)節(jié)品質(zhì)外，第一級噴水減溫還具有防止屏式過熱器超溫、確保機組安全運行的作用。主回路的被控量為二級減溫器入口的蒸汽溫度，其實測值送入主回路與其給定值進行比較，形成二級減溫器入口蒸汽溫度的偏差信號。主回路控制器接受二級減溫器入口蒸汽溫度偏差信號，經(jīng)控制運算后其輸出送至副回路。副回路采用PID2調(diào)節(jié)器，它接受一級減溫器出口蒸汽溫度的偏差信號。 二級減溫控制系統(tǒng)的主回路的被控量為二級過熱器的出口蒸汽溫度，該蒸汽溫度與主回路的給定值進行比較，形成二級過熱器出口蒸汽溫度偏差信號，主回路的給定值由運行人員手動設(shè)定，對于300MW機組在正常負荷時，給定值一般為540℃。因此，二級減溫控制的主回路前饋信號采用了基于焓值計算的較為完善的方案。提高再熱汽溫對于提高循環(huán)熱效率是十分重要的，但受金屬材料的限制，目前一般機組的再熱蒸汽溫度都控制在560℃以下。 再熱汽溫的控制方法再熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)采用擺動火嘴加噴水減溫的控制方式。在鍋爐A，B側(cè)末級再熱器出口聯(lián)箱上各裝有兩個出口蒸汽溫度測點，可由運行人員在OIS上手動選擇每側(cè)的某一測點或兩個測點的平均值作為本次再熱汽溫控制使用。根據(jù)再熱汽溫的偏差經(jīng)控制器的控制運算后在加上前饋信號，形成了對燃燒器火嘴傾角的控制指令，這個指令信號分四路并列輸出去驅(qū)動爐膛四角的燃燒器火嘴傾角。當擺動火嘴控制指令接近下限而將失去調(diào)節(jié)余地時，該偏置量應(yīng)該減小到零以便再熱汽溫偏高時噴水閥門接替擺動火嘴的減溫手段。據(jù)計算，過熱器在超溫10℃到20℃下長期運行，其壽命會縮短一半；而汽溫降低10℃％，運行中一般規(guī)定汽溫額定值的波動不能超過－10℃～+5℃。所謂蒸汽側(cè)的調(diào)節(jié)，是指通過改變蒸汽的熱焓來調(diào)節(jié)溫度。由于鍋爐給水品質(zhì)較高，所以減溫器通常采用給水作為冷卻工質(zhì)。當汽溫偏高時，開大調(diào)節(jié)門增加減溫水量；當汽溫偏低時，關(guān)小調(diào)節(jié)閥門減少減溫水量，或者根據(jù)需要將減溫器撤出運行。因此，這級減溫器只能作為主蒸汽溫度的粗調(diào)節(jié)。噴水減溫器調(diào)節(jié)汽溫的特點是，只能使蒸汽減溫而不能升溫。一方面由于在額定負荷時過熱器受熱面積比實際需要值大，增加了投資成本；另一方面因一部分給水用作減溫水，使進入生煤器的水流量減少，因而鍋爐排煙溫度升高。但是，由于噴水減溫設(shè)備簡單，操作方便，調(diào)節(jié)又靈敏，所以仍得到廣泛應(yīng)用。這就等于部分的用低壓蒸汽循環(huán)代替高壓蒸汽循環(huán)做功，因而必然導(dǎo)致整個機組熱經(jīng)濟性的降低。改變火焰的中心位置可以改變爐內(nèi)輻射吸熱量和進入過熱器的煙氣速度，因而可以調(diào)節(jié)過熱汽溫。采用擺動式燃燒器時，可以用改變其傾角的辦法來改變火焰中心沿爐膛高度的位置，從而達到調(diào)節(jié)汽溫的目的。目前使用的擺動式燃燒器上下擺動的轉(zhuǎn)角為177。器的傾角的調(diào)節(jié)范圍不可過大，否則可能會增大不完全燃燒損失或造成結(jié)渣等。擺動式燃燒器可用于過熱蒸汽的調(diào)溫，也可用于再熱蒸汽的調(diào)溫。（2）改變噴燃器的運行方式。（3）變化配風(fēng)工況。進行調(diào)整時，應(yīng)根據(jù)實際設(shè)備的具體特性靈活掌握。改變煙氣量即改變煙氣流速的方法有：（1）采用煙氣再循環(huán)。（2）煙氣旁路調(diào)節(jié)。采用煙氣旁路來調(diào)節(jié)再熱汽溫時，還會影響到過熱汽溫。調(diào)節(jié)送風(fēng)量首先必須滿足燃燒工況的要求，以保證鍋爐機組運行的安全性和經(jīng)濟性。因為過多的送風(fēng)量不但增加了送、吸風(fēng)機是耗電量，降低了電廠的經(jīng)濟性，而且增大了排煙熱損失，降低鍋爐熱效率。傳統(tǒng)的汽溫控制系統(tǒng)有兩種：串級汽溫控制系統(tǒng)和采用導(dǎo)前微分信號的汽溫控制系統(tǒng)。但隨著工業(yè)技術(shù)的不斷更新，生產(chǎn)不斷強化，工業(yè)生產(chǎn)過程對工業(yè)參數(shù)提出了越來越嚴格的要求，并且由于生產(chǎn)過程中各參數(shù)間的關(guān)系復(fù)雜化及控制對象遲延和慣性的增大，都使得單回路控制系統(tǒng)顯得無能為力，因而產(chǎn)生了許多新的、較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，如串級控制、導(dǎo)前微分控制、復(fù)合控制、分段控制、多變量控制等。在主、副調(diào)節(jié)器均具有PI控制規(guī)律的情況下，當系統(tǒng)達到穩(wěn)定時，主、副調(diào)節(jié)器的輸入偏差均為零，即：=；=由此也可以認為主調(diào)節(jié)器的輸出是導(dǎo)前汽溫的給定值。若采用單回路控制主汽溫(即將作為主信號反饋到調(diào)節(jié)器PI1,PI1直接去控閥門開度)無法取得滿意的控制品質(zhì)?？梢姡壪到y(tǒng)中采用了兩級調(diào)節(jié)器，各有其特殊任務(wù)。副回路應(yīng)該把生產(chǎn)系統(tǒng)的主要干擾包括在內(nèi)，應(yīng)力求把變化幅度最大、最劇烈和最頻繁的干擾包括在副回路內(nèi)，以充分發(fā)揮副回路改善系統(tǒng)動態(tài)特性的作用，保證主參數(shù)的穩(wěn)定。但這將與要求副回路控制通道短，反應(yīng)快相矛盾，應(yīng)在設(shè)計中加以協(xié)調(diào)。一般應(yīng)使副回路的頻率比主回路的頻率高的多，當副回路的時間常數(shù)加在一起超過了主回路時，采用串級控制就沒有什么效果了。一旦發(fā)生了共振系統(tǒng)就失去控制，不僅使系統(tǒng)控制品質(zhì)惡化，如不及時處理，甚至可能導(dǎo)致生產(chǎn)事故，引起嚴重后果。（2）主調(diào)節(jié)器的選型 主調(diào)節(jié)器的任務(wù)是準確保持被調(diào)量符合生產(chǎn)要求。 主、副回路調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇原則（1）主參數(shù)控制質(zhì)量要求不十分嚴格，同時在對副參數(shù)的要求也不高的情況下，為使兩者兼顧而采用串級控制方式時，主、副調(diào)節(jié)器均可以采用比例控制。圖23 串級控制系統(tǒng)方框圖兩部整定法 當串級系統(tǒng)中副回路的控制過程比主回路快的多時，可按下述步驟分別獨立整定主、副調(diào)節(jié)器參數(shù)。（2）整定主調(diào)節(jié)器當主回路進行控制時，副回路幾乎起理想隨動作用，由圖23可得從而求得副回路的閉和傳遞函數(shù) （22）