【正文】 于微分信號的引入改變了控制對象的動(dòng)態(tài)特性。它包括兩個(gè)閉合的控制回路： 由控制對象的導(dǎo)前區(qū)，導(dǎo)前汽溫變送器、微分器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器和減溫水調(diào)節(jié)閥組成的副回路（導(dǎo)前補(bǔ)償回路）；由控制對象的惰性區(qū)、主汽溫變送器和副回路組成的主回路。將有助于調(diào)節(jié)器的動(dòng)作快速性。 導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)的組成及原理采用導(dǎo)前微分信號的過熱汽溫控制系統(tǒng)如圖26所示。一個(gè)信號是主汽溫經(jīng)變送器直接進(jìn)入調(diào)節(jié)器的信號，另一個(gè)信號則是減溫器后的溫度經(jīng)微分器后送入調(diào)節(jié)器的信號。用“補(bǔ)償法”的概念整定串級控制系統(tǒng)時(shí)，不必考慮主、副回路之間相互影響的程度。在這個(gè)等效單回路系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器為控制對象為 （213）因此，串級系統(tǒng)可按下述步驟進(jìn)行整定：（1）適當(dāng)選擇主調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以造成一個(gè)動(dòng)態(tài)特性較好的等效控制對象。（4）如果的參數(shù)值與第（1）步得到的參數(shù)值基本相同，那么整定就告完成。在第一次整定副調(diào)節(jié)器時(shí)，斷開主環(huán)，即按副回路單獨(dú)工作時(shí)的單回路系統(tǒng)來整定副調(diào)節(jié)器的參數(shù)，記作。在圖24中，控制對象導(dǎo)前區(qū)的特性可直接由實(shí)驗(yàn)測得，而惰性區(qū)的特性不一定能直接由實(shí)驗(yàn)獲得，但整個(gè)控制對象的動(dòng)態(tài)特性總是可以由實(shí)驗(yàn)測得，因此對象惰性區(qū)的動(dòng)態(tài)特性原則上可以由和算出： （23）例如：鍋爐過熱蒸汽溫度控制對象及其導(dǎo)前區(qū)的動(dòng)態(tài)特性?？杀硎緸? （24） （25）式中：為減溫水閥門的開度。副調(diào)節(jié)器可選用P（或PD）調(diào)節(jié)器，主調(diào)節(jié)器應(yīng)選用PI調(diào)節(jié)器，以使副回路有較高的衰減振蕩頻率。按上述步驟整定系統(tǒng)后，通常應(yīng)滿足（、分別為主、副回路主導(dǎo)衰減振蕩成分的頻率）。在此期間，主回路基本上不參加動(dòng)作，由圖23得整定副回路時(shí)的方框圖，如圖24 （a）所示。（3）主參數(shù)要求高，副參數(shù)亦有一定要求這時(shí)主、副調(diào)節(jié)器均采用比例積分形式。因此主調(diào)節(jié)器必須具有積分作用，一般都采用PI調(diào)節(jié)器。主、副調(diào)節(jié)器的選型串級控制系統(tǒng)中，主調(diào)節(jié)器和副調(diào)節(jié)器的任務(wù)不同，對于它們的選型即控制規(guī)律的選擇也有不同考慮。由于串級系統(tǒng)中主、副回路是兩個(gè)相互獨(dú)立又密切相關(guān)的回路。副回路的范圍也不是愈大愈好。（2）副回路應(yīng)包含被控對象所受到的主要干擾。主、副回路的設(shè)計(jì)原則（1）副參數(shù)的選擇，應(yīng)使副回路的時(shí)間常數(shù)小，控制通道短，反應(yīng)靈敏。調(diào)節(jié)器PI2根據(jù)信號控制減溫水閥，如果有某種擾動(dòng)使汽溫比提早反映（例如：內(nèi)擾為噴水量W的自發(fā)性變化），那么由于PI2的提前動(dòng)作，擾動(dòng)引起的波動(dòng)很快消除，從而使主汽溫基本不受影響。內(nèi)回路由導(dǎo)前汽溫變送器、副調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器、減溫水調(diào)節(jié)閥及減溫器組成；外回路由主汽溫對象、汽溫變送器、主調(diào)節(jié)器及整個(gè)內(nèi)回路組成。由于汽溫對象具有較大的延遲和慣性，主調(diào)節(jié)器多采用PID控制規(guī)律，其輸入偏差信號為，輸出信號為，副調(diào)節(jié)器采用PI或P控制規(guī)律，接受導(dǎo)前汽溫信號和主調(diào)節(jié)器輸出信號I，輸出為。下面將分別加以介紹。過剩空氣量的增加，不但加速空氣預(yù)熱器的腐蝕，還有可能引起可燃物在尾部受熱面的堆積，導(dǎo)致尾部受熱面再燃燒。當(dāng)汽溫問題成為運(yùn)行中的主要矛盾時(shí)，才用燃燒調(diào)節(jié)來配合調(diào)節(jié)汽溫。（3）調(diào)節(jié)送風(fēng)量。在旁路煙道中的受熱面之后裝有煙氣擋板，調(diào)節(jié)煙氣擋板的開度，即可改變通過主煙道的煙氣流速，從而改變主煙道中受熱面的吸熱量。此外，當(dāng)送入爐膛的低溫再循環(huán)煙氣量改變時(shí)，還使?fàn)t膛溫度發(fā)生變化，爐內(nèi)輻射吸熱與對流吸熱的比例將改變，從而使汽溫發(fā)生變化。若改變流經(jīng)過熱器的煙氣量，則煙氣流速必然改變，使對流傳熱系數(shù)變化，從而改變了煙氣對過熱器的放熱量。當(dāng)汽溫高時(shí)，一般可開大上排二次風(fēng)，關(guān)小下排二次風(fēng)，以壓低火焰中心。當(dāng)汽溫高時(shí)應(yīng)盡量先投用下排的燃燒器，汽溫低時(shí)可切換成上排噴燃器運(yùn)行，也可以采取對距過熱器位置不同的噴燃器進(jìn)行切換的方法，當(dāng)投用靠近爐膛后墻的噴燃器時(shí)，由于這時(shí)火焰中心位置離過熱器近火焰行程短，將使?fàn)t膛出口的煙溫相對的高些。 為了保持爐膛火焰的均勻分布，此時(shí)四組燃燒器的傾角應(yīng)一致并同時(shí)動(dòng)作。若向上的傾角過大時(shí)，會(huì)增加不完全燃燒損失并可能引起爐膛出口的屏式過熱器或凝渣管結(jié)渣。一般用10176。而在低負(fù)荷時(shí)，將噴燃器向上傾斜適當(dāng)角度，則可以使火焰中心位置提高，使汽溫升高?；鹧嬷行奈恢媒档蜁r(shí)，則過熱汽溫降低。在正常運(yùn)行情況下，只有當(dāng)采用其他溫度調(diào)節(jié)方法尚不能完全滿足要求時(shí)，再熱器噴水減溫器才投入微量噴水，作為再熱汽溫的輔助調(diào)節(jié)。因?yàn)閲娝疁p溫器將增加再熱蒸汽的數(shù)量，從而增加了汽輪機(jī)中，低壓缸的蒸汽流量，即增加了中低壓缸的出力。同時(shí)噴水減溫的過程，也是一個(gè)熵增的過程。由于一般組合過熱器汽溫特性都呈對流特性，所以當(dāng)鍋爐負(fù)荷降低時(shí)，汽溫也下降，這時(shí)減溫水就應(yīng)減小，對于定壓運(yùn)行的單元機(jī)組，由于蒸汽失去汽溫調(diào)節(jié)手段，因而主汽溫就不能保持規(guī)定值，故鍋爐不宜在此情況下做定壓運(yùn)行，而應(yīng)采用滑壓運(yùn)行，以保證過熱蒸汽有足夠的過熱度。第二級噴水減溫器往往分兩側(cè)布置，以減小過熱汽溫?zé)崞?。第一級布置在分隔屏過熱器之前，被調(diào)參數(shù)是屏式過熱器出口汽溫，其主要任務(wù)是保護(hù)屏式過熱器，防止壁管超溫。被調(diào)溫的過熱蒸汽由于放熱，所以汽溫降低，達(dá)到了調(diào)溫的目的。煙氣側(cè)的調(diào)節(jié)，使通過改變鍋爐內(nèi)輻射受熱面和對流受熱面的吸熱量分配比例的方法（例如調(diào)節(jié)燃燒器的傾角，采用煙氣再循環(huán)等）或改變流經(jīng)過熱器的煙氣量的方法（如調(diào)節(jié)煙氣擋板）來調(diào)節(jié)過熱蒸汽溫度。對汽溫調(diào)節(jié)方法的基本要求是：調(diào)節(jié)慣性或延遲時(shí)間小，調(diào)節(jié)范圍大，對熱循環(huán)熱效率影響小，結(jié)構(gòu)簡單可靠及附加設(shè)備消耗少。圖16 再熱汽溫控制SAMA圖 汽溫調(diào)節(jié)的概念和方法維持穩(wěn)定的汽溫是保證機(jī)組安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行所必須的。噴水減溫：噴水減溫只起輔助或保護(hù)性質(zhì)的減溫作用?？刂破髟O(shè)計(jì)為SMITH預(yù)估器和PID調(diào)節(jié)器互相切換的方式，兩者只能由一個(gè)起控制作用，可由熱控工程師通過軟件調(diào)節(jié)。也就是說，再熱器汽溫控制的減溫水閥門平常是全關(guān)的，它對再熱汽溫只起一種輔助的或保護(hù)性質(zhì)的調(diào)節(jié)作用。再熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的任務(wù)是將再熱蒸汽溫度穩(wěn)定在設(shè)定之上。除了以上內(nèi)容外，二級減溫控制系統(tǒng)的其他部分以及工作原理與一級減溫控制系統(tǒng)完全相同。副回路給定值是上主回路控制器的輸出與前饋信號疊加而形成的。 二級減溫控制系統(tǒng)過熱器二級減溫控制系統(tǒng)的原理簡圖如圖15所示。其溫度的測量值送入副回路與其給定值進(jìn)行比較，形成一級減溫器出口蒸汽溫度的偏差信號。運(yùn)行人員在操作員站上可對此給定值給予正負(fù)偏置。 過熱器一級減溫控制系統(tǒng)過熱器一級減溫控制系統(tǒng)的原理簡圖如圖14所示。 過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理這里以330MW機(jī)組分散控制系統(tǒng)的過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)為例，對其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行介紹。綜上所述，可歸納出以下幾點(diǎn)：（1）過熱器出口蒸汽溫度對象不管在哪一種擾動(dòng)下都有延遲和慣性，有自平衡能力。它與蒸汽量擾動(dòng)下的情況類似。蒸汽流量擾動(dòng)時(shí)，沿過熱器長度上各點(diǎn)的溫度幾乎是同時(shí)變化的，延遲時(shí)間較小，約為15s左右。然而，當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，爐膛溫度升高的并不明顯，由爐膛輻射傳給過熱器的熱量比鍋爐蒸汽量增加所需熱量少，因此使輻射式過熱器出口溫度下降。影響汽溫變化的因素很多，但主要有蒸汽流量、煙氣傳熱量和減溫水量等。也可以認(rèn)為：提高給水溫度后，在相同燃料下，鍋爐的蒸發(fā)量增加了，因此過熱汽溫將下降。如果兩種過熱器串聯(lián)配合，可以取得較平坦的汽溫特性，但一般在采用這兩種過熱器串聯(lián)的鍋爐中，過熱器出口蒸汽溫度在某個(gè)負(fù)荷范圍內(nèi)，仍隨鍋爐負(fù)荷的增加有所升高。所以，過熱蒸汽溫度過高或過低都是生產(chǎn)過程所不允許的。過熱器采用的是耐高溫高壓的合金剛材料，過熱器正常運(yùn)行的溫度已接近材料所允許的最高溫度。減溫水源為自制冷凝水。第一級噴水減溫器布置在前屏過熱器之后，調(diào)節(jié)量較大且調(diào)節(jié)惰性大，用來調(diào)節(jié)因負(fù)荷、給水溫度和燃料性質(zhì)變化而引起的汽溫變化，為粗調(diào)。此過熱器具有以下特點(diǎn)：由于過熱蒸汽參數(shù)高，需要布置更多受熱面，因此爐膛內(nèi)布置大量屏式過熱器。屏式過熱器進(jìn)口煙溫的選擇，應(yīng)保證燃料進(jìn)入屏式過熱器前已燃盡，否則在屏區(qū)再燃燒會(huì)嚴(yán)重影響管屏的工作安全。圖11是布置在不同煙溫區(qū)域內(nèi)的過熱器的汽溫特性示意圖。管屏懸掛在爐頂?shù)匿摿荷?，受熱后能自由的向下膨脹。?）屏式過熱器和包覆過熱器除了上述兩種過熱器外，還有一種介于兩者之間的半輻射過熱器。特別是升火過程中，為保證管子的冷卻必須采取從外界引進(jìn)蒸汽等專門措施。在做墻式布置時(shí)輻射過熱器的管子可以布置在燃燒室四壁的任一面墻上，可以僅布置在燃燒室上部，也可以沿燃燒室高度全部布置；它可以集中布置在某一區(qū)域，也可以與蒸發(fā)受熱面管子間隔布置。過熱器管子用什么材料制造，取決于它所處的工作條件。過熱器的進(jìn)出口聯(lián)箱放在爐墻外部，起著分配和匯集蒸汽的作用。制造它們的材料一般都是合金鋼，有的還需用特種鋼來制造。對流過熱器是放在爐膛外面對流煙道里的過熱器，它主要以對流傳熱方式吸收流過它的煙氣的熱量。 過熱器的分類及基本結(jié)構(gòu) 過熱器的分類過熱器可以根據(jù)它所采用的傳熱方式分為對流過熱器、半輻射過熱器及輻射過熱器三種?，F(xiàn)代大容量高參數(shù)鍋爐的過熱器主要由對流過熱器，屏式過熱器，包覆過熱器，頂棚過熱器，聯(lián)箱及減溫器構(gòu)成。蛇形管可作立式或臥式布置。而蒸汽側(cè)放熱系數(shù)比省煤器中的水或蒸發(fā)受熱面中的汽水混合物的放熱系數(shù)都低的多，因此過熱器受熱面必須用具有良好的高溫強(qiáng)度特性的優(yōu)質(zhì)碳素鋼或含有鉻、鉬、釩的耐熱合金鋼制造。（2）輻射過熱器：輻射過熱器可布置在燃燒室四壁，也稱墻式或壁式過熱器，或布置在爐頂，稱頂棚過熱器，直接吸收輻射熱。如果輻射過熱器沿燃燒室全部高度布置，則處于火焰中心區(qū)的管子容易過熱燒壞。這種過熱器的輻射傳熱作用較墻式過熱器為弱，但因處于較低的煙氣溫度場，工作比較安全可靠，與屏式過熱器和包覆過熱器配合使用，效果較好。屏式過熱器沿爐寬平行布置，管屏數(shù)目一般為8—16片，—2米，各跟管子之間的相對間距S2/，屏中并聯(lián)管子的數(shù)目為15—30跟。屏式過熱器的汽溫變化特性介于輻射與對流過熱器之間，所以變化也比較平穩(wěn)。為了得到較好的傳熱效果，最好把屏式過熱器布置在煙溫為950—1050℃的煙道中。330MW機(jī)組鍋爐的過熱器，具體結(jié)構(gòu)見圖14所示。 采用兩級噴水減溫，這樣做的目的有兩個(gè)，一是為了使汽溫調(diào)節(jié)更靈敏，減小熱慣性，二是為了保護(hù)過熱器。減溫器共有四只，每級安裝兩只，每只噴水量為每級噴水量的一半。現(xiàn)代鍋爐的過熱器是在高溫、高壓的條件下工作的，過熱器出口的過熱蒸汽溫度是機(jī)組整個(gè)汽水行程中工質(zhì)溫度的最高點(diǎn)，也是金屬壁溫的最高處。另外，過熱汽溫的降低還會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)高壓級部分蒸汽的焓值減小，引起反動(dòng)度增大，軸向推力增大，也對汽輪機(jī)安全運(yùn)行帶來不利的影響。因此，對于對流式過熱器來說，當(dāng)鍋爐的負(fù)荷增加時(shí)，會(huì)使出口汽溫的穩(wěn)態(tài)值升高；輻射式過熱器則具有相反的汽溫特性，即當(dāng)鍋爐的負(fù)荷增加時(shí)，會(huì)使出口汽溫的穩(wěn)態(tài)值降低。給水溫度與汽溫關(guān)系提高給水的溫度，將使過熱汽溫下降，這是因?yàn)楫a(chǎn)生每千克蒸汽所需的燃料量減少了，流過過熱器煙氣也就減少了。 動(dòng)態(tài)特性目前，火電機(jī)組廠廣泛采用噴水減溫方式來控制過熱蒸汽溫度。這兩個(gè)因素都使對流式過熱器的氣溫升高。動(dòng)態(tài)特性曲線如圖13（a）所示。煙氣側(cè)擾動(dòng)的汽溫響應(yīng)曲線如圖13（a）所示。當(dāng)擾動(dòng)發(fā)生后，要隔較長時(shí)間才能是蒸汽溫度發(fā)生變化，滯后時(shí)間比較大，滯后時(shí)間約為3060s。（3）在煙氣側(cè)熱量和蒸汽流量擾動(dòng)下，蒸汽溫度控制對象的動(dòng)態(tài)特性比較好。本機(jī)組過熱器一、二級噴水減溫器的控制目標(biāo)就是在機(jī)組不同負(fù)荷下維持鍋爐二級減溫器入口和二級減溫器出口的蒸汽溫度為設(shè)定值。主回路的給定值由代表機(jī)組負(fù)荷的主蒸汽流量信號（代表機(jī)組負(fù)荷信號）經(jīng)函數(shù)器f(x)產(chǎn)生，其含義為給定值是負(fù)荷的函數(shù)。副回路的被控量為一級減溫器出口的蒸汽溫度。圖14 過熱器一級減溫控制系統(tǒng) 由于機(jī)組的負(fù)荷會(huì)改變，控制對象的動(dòng)態(tài)特性也隨之而變，為了在較大的負(fù)荷變化范圍內(nèi)都具備較高的控制品質(zhì)，在大型機(jī)組的蒸汽溫度控制中，可充分利用計(jì)算機(jī)分散控制的優(yōu)點(diǎn)，將主、副調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)成自動(dòng)隨著負(fù)荷的變化不斷地修改整定參數(shù)的調(diào)節(jié)器，上述蒸汽溫度控制系統(tǒng)就是如此。圖15 過熱器二級減溫控制系統(tǒng)副回路的被控量為二級減溫器出口蒸汽溫度，其溫度的測量值送入副回路與其給定值比較，形成二級減溫器出口蒸汽溫度的偏差信號。其前饋信號有主蒸汽溫度和壓力的給定值的函數(shù)，還有主蒸汽流量代表機(jī)組負(fù)荷以及送風(fēng)量、燃燒器火嘴擺動(dòng)傾角等。另一方面，在鍋爐運(yùn)行中，再熱器出口溫度更容易受到負(fù)荷和燃燒工況等因素的影響而發(fā)生變化，而且變