【正文】 控制以及自動(dòng)控制系統(tǒng)保持優(yōu)良的工作性能是十分重要性的。如果過(guò)熱蒸汽溫度過(guò)高，容易燒壞過(guò)熱器，也會(huì)使蒸汽管道、汽輪機(jī)內(nèi)某些零部件產(chǎn)生過(guò)大的熱膨脹變形而毀壞，影響機(jī)組的安全運(yùn)行；如果過(guò)熱蒸汽溫度過(guò)低，將會(huì)降低全廠的熱效率，一般蒸汽溫度每降低 5～10℃，熱效率約降低 1%， 不僅增加燃料消耗量，浪費(fèi)能源，而且還將使汽輪機(jī)最后幾級(jí)的蒸汽濕度增加，加速汽輪機(jī)葉片的水蝕。因此，過(guò)熱蒸汽溫度的控制任務(wù)是：維持過(guò)熱器出口蒸汽溫度在生產(chǎn)允許的范圍內(nèi)，一般要求過(guò)熱蒸汽溫度的偏差不超過(guò)額定值 (給定值 )的 +5～ 10℃。因此，再熱器出口蒸汽溫度的控制成為大型火力發(fā)電機(jī)組不可缺少的一個(gè)控制項(xiàng)目。又稱(chēng)控制量。在許多情況下給定值是不變的（如正常運(yùn)行時(shí)鍋爐的汽包水位、過(guò)熱蒸汽溫度等），但在有些情況下給定值是變化的，如汽輪機(jī)啟 動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)速的給定值就應(yīng)不斷改變。 擾動(dòng)：引起被調(diào)量偏離給定值的各種原因稱(chēng)為擾動(dòng)。變更控制器的給定值的擾動(dòng)稱(chēng)為定值擾動(dòng)，有時(shí)也稱(chēng)控制作用的擾動(dòng)。 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類(lèi) 前饋控制系統(tǒng) 在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，經(jīng)常又?jǐn)_動(dòng)的產(chǎn)生。這種直接根據(jù)擾動(dòng)進(jìn)行控制的系統(tǒng)，稱(chēng)為前饋控制系統(tǒng)。在前饋控制系統(tǒng)中，沒(méi)有被調(diào)量（及其它）的反饋信號(hào)，所 以系統(tǒng)是不閉合的，因此也稱(chēng)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。 （ 3） 前饋控制系統(tǒng)只能用來(lái)克服生產(chǎn)過(guò)程中主要的、可測(cè)的擾動(dòng)。為了取得偏差信號(hào)，必須要有被調(diào)量測(cè)量值的反饋信號(hào)，因而將系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)閉合回路，所以這種系統(tǒng)也稱(chēng)為閉環(huán)控制系統(tǒng)。所以反饋控制系統(tǒng)必須有檢測(cè)環(huán)節(jié)、給定環(huán)節(jié)和比較環(huán)節(jié)。由于反饋控制系統(tǒng)是利用偏差信號(hào)作為控制信號(hào)，自動(dòng)糾正輸出量與其期望值之間的誤差，因此可以構(gòu)成精確的控制系統(tǒng)。在 復(fù)合控制系統(tǒng)中把前饋控制稱(chēng)為粗調(diào)，把反饋控制稱(chēng)為細(xì)調(diào)。最常用的設(shè)計(jì)是時(shí)域（以時(shí)間為自由變量的研究領(lǐng)域 )性能指標(biāo)。對(duì)于隨動(dòng)控制系統(tǒng)，控制要求是使被控制量跟蹤新給定值。在隨動(dòng)控制系統(tǒng)中突出的要求是跟蹤性能，希望被控制量穩(wěn)定、準(zhǔn)確、快速地跟蹤新給定值。 邊界穩(wěn)定的系統(tǒng)一般也是不符合生產(chǎn)要求的，只有穩(wěn)定系統(tǒng)才能完成正常的調(diào)節(jié)任務(wù)。所偏離越大，則控制系統(tǒng)離開(kāi)規(guī)定的工況就越遠(yuǎn)，這是不希望的。因此，在設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該根據(jù)具體情況分清主次、區(qū)別對(duì)待，對(duì)于那些主要的指標(biāo)應(yīng)優(yōu)先予以保證。常用的調(diào)節(jié)器按其規(guī)律可分為比例調(diào)節(jié)器、比例積分調(diào)節(jié)器 、比例微分調(diào)節(jié)器、比例積分微分調(diào)節(jié)器?；蛘哒f(shuō)，調(diào)節(jié)機(jī)關(guān)移動(dòng)速度 dtdu 與偏差信號(hào)的變化速度 dtde 成正比。調(diào)節(jié)機(jī)關(guān)位置μ隨對(duì)象負(fù)荷的改變而改變，這樣才能適應(yīng)負(fù)荷變化的要求。 它的傳遞函數(shù)為 SKSE suW II ?? )( )( （ 式 ） 式（ ）說(shuō)明，輸入 e隨時(shí)間的積累就是輸出μ。 式（ ）說(shuō)明，調(diào)節(jié)機(jī)關(guān)移動(dòng)速度 dtdu 只與偏差 e 的大小成正比，而不考慮偏差變化速度的大小和方向 ，這一特點(diǎn)使積分調(diào)節(jié)作用有時(shí)產(chǎn)生方向錯(cuò)誤，容易引起調(diào)節(jié)過(guò)程振蕩，300MW 發(fā)電 機(jī)組再熱 汽 溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 所以積分作用在控制系統(tǒng)中是使過(guò)程振蕩的因素。從以上分析可知微分動(dòng)作快于比例動(dòng)作，即微分作用具有超前調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，因此微分作用在控制系統(tǒng)中能提高過(guò)程的穩(wěn)定性。 綜上所述，比例作用能單獨(dú)地執(zhí)行調(diào)節(jié)任務(wù)，并能使控制過(guò)程趨于穩(wěn)定，但使被調(diào)量產(chǎn)生靜態(tài)偏差。 調(diào)節(jié)器的控制作用 1. 比例調(diào)節(jié)器 比例調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)方程式與比例作用的動(dòng)態(tài)方程式相同，即 ???????eueKu Pδ1 （ 式 ） 傳遞函數(shù)為δ1)s( )()s(W ??? pKE su （ 式 ） 式中 KP—— 調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)，即偏差改變一個(gè)單位時(shí)，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的位移變化量，它是調(diào)節(jié)器的參數(shù)； δ —— 比例系數(shù) KP 的倒數(shù)，即當(dāng)調(diào)節(jié)機(jī)關(guān)的位置改變 100％時(shí)，偏差應(yīng)有的改變量，稱(chēng)比例帶。當(dāng)控制對(duì)象的負(fù)荷發(fā)生變化之后，執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須移動(dòng)到一個(gè)與負(fù)荷相適應(yīng)的位置才能使控制對(duì)象再度平衡。 Ti—— 積分時(shí)間。積分時(shí)間越小，表示300MW 發(fā)電 機(jī)組再熱 汽 溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 積分作用越強(qiáng)。階躍響應(yīng)曲線的方程式為 eet00i11μ = Δ ＋ Δδ δ Ｔ (式 ) 當(dāng) t=0時(shí)被調(diào)量偏差有一階躍 Δe 0,調(diào)節(jié)器立即輸出一個(gè)階躍值 Δe 0/δ, 然后隨時(shí)間逐漸上升。 單回路控制系統(tǒng) 控制器和控制對(duì)象是單回路控制系統(tǒng)的兩個(gè)主要組成部分。圖中WT(s)為調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)， Wz(s)為執(zhí)行器的傳遞函數(shù)， Wm(s)為測(cè)量變送器的傳遞函數(shù)，WO(s)為控制對(duì)象的傳遞函數(shù)。 若試驗(yàn)取得的對(duì)象特性包括了測(cè)量變送器的動(dòng)態(tài)特性，則廣義對(duì)象的傳遞函數(shù)為 *00( ) ( ) ( )mW s W s W s? (式 ) 這時(shí)等效調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 * ( ) ( ) ( )T T ZW s W s W s? （式 ） 上式中的執(zhí)行器的動(dòng)態(tài)特性可以近似認(rèn)為是比例環(huán)節(jié) ()ZZW s K? ,當(dāng)調(diào)節(jié)器為 PID 控規(guī)律時(shí)等效時(shí)等效調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 * ddii( ) s ( s )ZT KWs ? *1 １ 1（ 1 ＋ ＋ T ） ＝ １ ＋ ＋ Tδ T δ Tｓ （式 ） 式中等效比例帶 zKδδ ?* （式 ） 若試驗(yàn)取得的對(duì)象動(dòng)態(tài)特性包括了執(zhí)行器的動(dòng)態(tài)特性，則廣義對(duì)象的傳遞函數(shù)為 0(s)=W (s)W (s)*0 ｚＷ （式 ） 這時(shí)等效調(diào)節(jié)器的傳遞 函數(shù)為 Tm(s)= W (s)W (s)*TＷ （式 ） 上式中的測(cè)量變送器的動(dòng)態(tài)特性可近似為是比例環(huán)節(jié) mmW (s) K＝ 當(dāng)控制器為 PID 控制規(guī)律時(shí)等效調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 * mT d dii11W ( s ) ( 1 s ) ( 1 s )ssK TT T*1＝ ＋ ＋ ＝ ＋ ＋δ T δ （式 ） 式中比例帶為 *?mδδ K （式 ） 調(diào)節(jié)器的正反控制作用 調(diào)節(jié)器有正作用和反作用，單回路控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器的正反作用方式選擇的目的是使閉環(huán)系統(tǒng)在信號(hào)關(guān)系上形成負(fù)反饋。氣開(kāi)調(diào)節(jié)閥正特性；氣開(kāi)調(diào)節(jié)閥為正特性；氣關(guān)調(diào)節(jié)閥為反特性。對(duì)于組成控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的極性是這樣規(guī)定的：正作用調(diào)節(jié)器，其靜態(tài)放大系數(shù) KT 取正；反作用調(diào)節(jié)器，其靜態(tài)放大系數(shù)取負(fù)。 在工程上實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)器的正、反作用，對(duì)于電動(dòng)調(diào)節(jié)器來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)電動(dòng)調(diào)節(jié)器的正、反作用來(lái)選擇開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 圖 串級(jí)控制系統(tǒng)原理框圖 串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 串級(jí)控制系統(tǒng)和簡(jiǎn)單系統(tǒng)有一個(gè)顯著區(qū)別，即其在結(jié)構(gòu)上形成了兩個(gè)閉一個(gè)閉環(huán)在外面，被稱(chēng)為外回路或者主回路，用來(lái)完成細(xì)調(diào)任務(wù)，以最終保證被調(diào)量滿足生產(chǎn)要求。副對(duì)象是整個(gè)控制對(duì)象的一部分，常稱(chēng)為控制對(duì)象的導(dǎo)前區(qū)；沈陽(yáng)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 主對(duì)象是整個(gè)控制對(duì)象中的另 一部分，常稱(chēng)為控制對(duì)象的惰性區(qū)。 串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)節(jié)器的選型 為充分發(fā)揮串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)實(shí)施控制系統(tǒng)時(shí)，還應(yīng)當(dāng)合理設(shè)計(jì)主、副回路及選擇主、副調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律。 副回路應(yīng)包含被控對(duì)象所受到的主要干擾。在具體情況下，副回路的范圍應(yīng)當(dāng)有多 大，決定于這個(gè)對(duì)象的容積分布情況以及各種擾動(dòng)影響的大小。 主、副回路工作頻率應(yīng)適當(dāng)匹配。 、副調(diào)節(jié)器的選型 串級(jí)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(duì)于他們的選型即控制規(guī)律的選擇也有不同考慮。因此主調(diào)節(jié)器必須具有積分作用，一300MW 發(fā)電 機(jī)組再熱 汽 溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 般都采用 PI 調(diào)節(jié)器，如果控制對(duì)象惰性區(qū)的容積數(shù)目較多，同時(shí)有主要擾動(dòng)落在副回路以外的話，就可以考慮采用 PID 調(diào)節(jié)器。上升管中受熱達(dá)到飽和溫度屏產(chǎn)生部分蒸汽，而下降管中為飽和水或未飽和水。自然循環(huán)鍋爐的水容積和畜熱能力大，因而對(duì)自動(dòng)化程度要求不高。 水冷壁管內(nèi)汽水混合物流動(dòng)的情況，與壓力、質(zhì)量、流速、質(zhì)量含汽率和管外熱負(fù)荷等因素有關(guān)，汽水混合物 在 垂直管內(nèi)的流動(dòng)結(jié)構(gòu)主要有四種：汽泡狀、汽彈狀、汽柱狀和汽霧狀。水循環(huán)停止實(shí)際上導(dǎo)致的是水冷壁傳熱惡化，水循環(huán)停止現(xiàn)象主要發(fā)生在受熱弱的管子上。 自然循環(huán)安全性能指的是鍋爐在運(yùn)行過(guò)程中，循環(huán)回路中的所有上升管能有連 續(xù)的水膜來(lái)冷卻它，具體指標(biāo)有：（ 1）受熱最弱的管子不發(fā)生停滯 和 倒流；（ 2）受熱最強(qiáng)的管不發(fā)生傳熱惡化；（ 3）回路循環(huán)倍率大于界限循環(huán)倍率，使循環(huán)具有補(bǔ)償特性；（ 4）下降管入口不形成漩渦漏斗；（ 5）各循環(huán)回路流速 和 循環(huán)倍率都在推薦范圍內(nèi)。因而，汽包是加熱、蒸發(fā)與過(guò)熱這三個(gè)過(guò)程的連接樞紐；（ 2）儲(chǔ)水儲(chǔ)汽；（ 3）蒸汽凈化，汽包內(nèi)部的各種裝置，可以進(jìn)行蒸汽凈化從而獲得品質(zhì)良好的蒸汽；（ 4）汽水分離，從水冷壁、沸騰式省煤器或?qū)α鞴苁鴣?lái)的汽水混合物，經(jīng)汽包內(nèi)的汽水分離裝置分離出的蒸汽被送入過(guò)熱器 過(guò)熱，稱(chēng)為過(guò)熱蒸汽。于是，內(nèi)壁產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，外壁產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，汽包進(jìn)行冷卻，過(guò)程與之相反，即內(nèi)壁溫度低于外壁溫度，內(nèi)壁產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，外壁產(chǎn)生壓縮應(yīng)力。對(duì)于亞臨界自然循環(huán)鍋爐，汽包水位的選取是既要保證高水位 使 汽包具有足夠的蒸汽空間，避免 蒸汽帶水，保證蒸汽品質(zhì)；也要保證低水位時(shí)距下降管入口亦有充分的高度，避免下降管帶汽。在承受壓力的受熱面中，省煤器的金屬溫度最低；在整個(gè)鍋爐機(jī)組受熱面中，空氣預(yù)熱器金屬溫度最低。 省煤器是利用鍋爐尾部煙氣的熱量來(lái)加熱給水的一種熱交換設(shè)備，它可以降低排煙溫度，提高鍋爐效率節(jié)省燃料。 4． 空氣 預(yù)熱器： 空氣預(yù)熱器也是一個(gè)利用尾部煙道中煙氣的余熱來(lái)加熱空氣的熱交換設(shè)備，在電站鍋爐中，它已成為一個(gè)不可或缺的重要組成部分。采取適當(dāng)?shù)臒煔饬魉佟⒉扇∏袑?shí)有效的防腐蝕措施、合理組織和調(diào)整燃燒，保持一定的過(guò)量空氣系數(shù)、裝設(shè)吹灰器屏定期進(jìn)行空氣預(yù)熱器的吹灰、切實(shí)做好防爆防漏工作等都是防止積灰的有效措施。汽壓過(guò)高，使汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子以及汽缸、鍋爐承壓管道 的 機(jī)械應(yīng) 力過(guò)大，將危及機(jī)爐和蒸汽管道的安全。負(fù)荷變化是主動(dòng)也是影響最大的因素，負(fù)荷變化速度越快，引起汽壓變化的速度也越快，對(duì)于單元制機(jī)組而言，汽輪機(jī)負(fù)荷的變化幅度將直接影響鍋爐主蒸汽壓力的變化。引起鍋爐汽壓的變化原因很多，主要有兩方面：一是鍋爐內(nèi)部因素一是鍋爐外部因素。 6． 蒸汽溫度的調(diào)整及控制： 過(guò)熱器出口汽溫是蒸汽質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，過(guò)熱蒸汽汽溫過(guò)高，會(huì)加快金屬材料的300MW 發(fā)電 機(jī)組再熱 汽 溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 蠕變，還會(huì)使過(guò)熱器蒸汽管道汽輪機(jī)高壓部分產(chǎn)生額外的熱應(yīng)力，從而縮短設(shè)備的使用壽命。 沈陽(yáng)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 4 再熱蒸汽溫度控制系統(tǒng) 火電廠再熱汽溫控制系 統(tǒng)概述 再熱蒸汽溫度控制的意義與任務(wù) 在大容量、高參數(shù)機(jī)組中，新蒸汽在汽輪機(jī)高壓缸內(nèi)膨脹做功后，需送回到鍋爐再熱器中加熱升溫，然后再送人汽輪機(jī)中、低壓缸繼續(xù)做功。因此，再熱器出口蒸汽溫度的控制成為大型火力發(fā)電機(jī)組不可缺少的一個(gè)控制項(xiàng)目。但蒸汽溫度的進(jìn)一步提高受到高溫鋼材的限制，現(xiàn)大多 數(shù)電站鍋爐的過(guò)熱汽溫維持在540555 度的水平，僅提高壓力而不相應(yīng)的提高過(guò)熱蒸汽的溫度，會(huì)使蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)膨脹終止時(shí)的濕度過(guò)高，從而影響汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。 （ 2） 再熱器系統(tǒng)的阻力對(duì)機(jī)組的熱效率有較大影響 再熱器的位置使 該系統(tǒng)的阻力對(duì)蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)的有效焓降有很大影響，從而使熱耗300MW 發(fā)電 機(jī)組再熱 汽 溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 和熱效率相應(yīng)減小，降低阻力既降低流速又會(huì)使通流面積過(guò)大，金屬耗量加大。 （ 5）運(yùn)行方式對(duì)汽溫的影響較大 再熱器一般安裝在以對(duì)流熱交換為主的鍋爐煙道內(nèi)，所以再熱汽溫受煙氣流量及煙溫的影響較大，同時(shí)再熱汽溫又受汽輪機(jī)高壓缸排汽壓力和溫度的影響，對(duì)定壓運(yùn)行而言這種影響很大，變壓運(yùn)行時(shí)由于調(diào)門(mén)處于全開(kāi)或部分全開(kāi)，使流量、溫差等因素均有利于維持主汽溫和再熱溫度，故溫度變化較小。而且，當(dāng)機(jī)組蒸汽負(fù)荷變化時(shí)，再熱蒸汽 溫度的變化幅度比過(guò)熱蒸汽溫度的變化幅度要大，上例如，某機(jī)組負(fù)荷降低 30％時(shí)，再熱蒸汽溫度下降 28— 35℃，差不多是負(fù)荷每降低 1％再熱蒸汽溫度下降 1℃。 再熱蒸汽溫度控制的方法手段 再熱汽溫的控制一般以煙氣側(cè)控制為主要控制手段，可采用的煙氣控制方法有：改變煙氣再循環(huán)流量、變換 煙氣擋板位置來(lái)改變通過(guò)再熱器的煙氣分流量、改變?nèi)紵鞯膬A斜角度來(lái)改變火焰中心位置、采用多層布置圓型燃燒器等。例如，當(dāng)負(fù)荷降低而使再熱汽溫降低時(shí)，可通過(guò)開(kāi)大再循環(huán)風(fēng)機(jī)的出口擋 板來(lái)增加再循環(huán)煙氣的流量，使再熱汽溫升高，煙氣再循環(huán)裝置如圖 。當(dāng)再循環(huán)設(shè)備停用時(shí)應(yīng)自動(dòng)打開(kāi)熱風(fēng)門(mén)，引入壓力稍高的熱風(fēng)將爐膛煙氣封鎖