【正文】 態(tài)時，噴水減溫的再熱汽溫設(shè)定在擺動火嘴控制系統(tǒng)設(shè)定值的基礎(chǔ)上加上根據(jù)擺動火嘴控制指令經(jīng)函數(shù)發(fā)生器給出的偏置量，意在當(dāng)擺動火嘴有調(diào)節(jié)與低時抬高噴水減溫控制系統(tǒng)設(shè)定值以確保噴水減溫閥門關(guān)死。擺動火嘴：擺動燃燒器火嘴傾角是設(shè)計用來調(diào)節(jié)再熱汽溫的正常手段，它是一個帶前饋信號的單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 再熱汽溫控制系統(tǒng) 再熱汽溫控制的任務(wù)為了提高大容量、高參數(shù)機組的循環(huán)效率，并防止汽輪機末級蒸汽帶水，需采用中間再熱系統(tǒng)。該系統(tǒng)與一級減溫控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基本相同，也是一個串級雙回路控制系統(tǒng)，不同之處在于：主、副調(diào)節(jié)器輸入的偏差信號不同，采用的前饋信號也不同。主回路的控制由PID1來完成。該330MW機組的過熱蒸汽溫度控制采用二級噴水減溫控制方式。蒸汽溫度在減溫水量擾動下的動態(tài)特性當(dāng)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?？梢?，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(dāng)，就能使過熱其出口汽溫隨蒸汽流量變化的影響減小。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。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。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。從圖中可以看出，當(dāng)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。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。蛇形管與聯(lián)箱上的管接頭焊接在一起。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。一般規(guī)定過熱汽溫下限不低于其額定值10℃。鍋爐汽溫控制系統(tǒng)主要包括過熱蒸汽和再熱蒸汽溫度的調(diào)節(jié)?？梢哉f，自動化水平是衡量一個國家的生產(chǎn)技術(shù)和科學(xué)水平先進與否的一項重要標(biāo)志。10℃，長期偏差不超過177。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。對流過熱器是由聯(lián)箱和很多細長的蛇形管束所組成。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。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。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。 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。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)。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。因此，當(dāng)增大過?？諝饬繒r將使過熱汽溫上升。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(dāng)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。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。（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。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。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。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。 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。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。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℃。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)。因此，這級減溫器只能作為主蒸汽溫度的粗調(diào)節(jié)。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。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。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。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。（2）改變噴燃器的運行方式。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。（2）煙氣旁路調(diào)節(jié)。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。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)。在主、副調(diào)節(jié)器均具有PI控制規(guī)律的情況下，當(dāng)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?？梢?，串級系統(tǒng)中采用了兩級調(diào)節(jié)器，各有其特殊任務(wù)。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。 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。（2）整定主調(diào)節(jié)器當(dāng)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）圖24 主副調(diào)節(jié)器分別獨立整定時的方框圖即在主回路中副回路可看作一個比例環(huán)節(jié)，由此畫出整定主回路時的方框圖，如圖24（b）所示。副回路可取較低的穩(wěn)定性裕量（例如）而主回路則取較高的穩(wěn)定性裕度（例如）。由圖25可以寫出串級控制系統(tǒng)的特征方程為 （29）可得此時等效控制對象的傳遞函數(shù)為 （210）按照單回路系統(tǒng)整定方法求出主調(diào)節(jié)器參數(shù)，記作。這就是“補償法”整定的概念。又因為它有兩個信號直接送入到調(diào)節(jié)器，所以也稱這樣的系統(tǒng)為具有導(dǎo)前微分信號的雙沖量控制系統(tǒng)。如果不采用導(dǎo)前信號的微分信號，則在靜態(tài)時，調(diào)節(jié)器將保持等于給定值，而不能保持等于給定值。其中： （214）圖27 采用導(dǎo)前汽溫微分信號的雙回路汽溫控制系統(tǒng)原理框圖圖28 采用微分信號改變控制對象特性的方框圖a——單回路系統(tǒng)方框圖；b——雙回路系統(tǒng)的等效方框圖在靜態(tài)時，微分器輸出為零，所以等效控制對象的輸出；在動態(tài)過程中，等效控制對象的輸出中除了主汽溫信號外，還疊加了導(dǎo)前汽溫的微分信號。下面推導(dǎo)時，微分器參數(shù)的確定方法。但對于實際的串級汽溫控制系統(tǒng)，為了提高副回路的快速跟蹤性能，副調(diào)節(jié)器應(yīng)采用P或PD調(diào)節(jié)器，而主調(diào)節(jié)器應(yīng)采用PI或PID調(diào)節(jié)器。本章僅就預(yù)估控制方法進行詳細介紹。若系統(tǒng)采用預(yù)估補償器，則調(diào)節(jié)器與反饋到調(diào)節(jié)器的之間傳遞函數(shù)是兩個并聯(lián)通道之和，即 （33）為使調(diào)節(jié)器采集的信號不至遲延，則要求式（33）為 從上式便可得到預(yù)估補償器的傳遞函數(shù)為： （34）一般稱式（44）表示的預(yù)估器為Smith預(yù)估器。所以Smith預(yù)估補償控制應(yīng)用于定值控制其效果不如隨動控制。由于主蒸汽溫度被控對象的參數(shù)會隨著時間的變化而產(chǎn)生變化，所以我們需要的是魯棒性好的控制系統(tǒng)，要進一步探討別的方法。補償器與過程特性有關(guān)，而過程的數(shù)學(xué)模型與實際過程特性之間又有誤差，所以這種控制方法的缺點是模型的誤差會隨時間積累起來，也就是對過程特性變化的靈敏度很高。由圖38所得所以 若，則有 (311)從以上分析可以看出增益自適應(yīng)補償器與Smith補償器具有同樣改善控制性能的效果。當(dāng)設(shè)定值發(fā)生變化時，由于觀測器輸出尚未變化，所以主控制器輸出一個較強的控制信號，通過前饋作用，使觀測器輸出較快的跟蹤，以減少控制器的偏差，起到超前的控制作用。其中主調(diào)節(jié)器只需按模型完全準確的情況下進行整定。Smith預(yù)估補償控制從理論上為解決時滯的控制問題提供了一種有效的方法。為了分析這種影響，下面對主蒸汽溫度控制系統(tǒng)進行仿真。于是只好進行進一步改進，為了克服這一缺點，又分別對幾種方案進行分析，最后采取了改進型Smith預(yù)估器，再次進行仿真，此時改變系統(tǒng)的時間常數(shù)，仿真結(jié)果與改變前幾乎一樣，這就說明了系統(tǒng)具有了較好的魯棒性。 Essentials of Robust Control，Prentice Hall。他們幫我們解答疑難問題，進行精神鼓勵，這些使我們更加堅定了信心去努力完成自己的任務(wù)，設(shè)計的完成也是老師們的成功。本人的畢業(yè)設(shè)計的題目是《大型單元機組汽溫控制系統(tǒng)設(shè)計》，是電廠里比較重要的部分。很好的滿足設(shè)計所要求的性能。其中內(nèi)擾動及副調(diào)節(jié)器的任務(wù)是用來快速消除內(nèi)擾，一般情況下可選用純比例調(diào)節(jié)器，在這里取。所以，人們在實踐中提出一些改進方案，通過對傳統(tǒng)的Smith預(yù)估補償控制進行了改進，使得此類控制得以解決，同時使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性也提高的許多。如果假設(shè)是一階環(huán)節(jié)。由于副控制器的控制作用，使觀測器輸出適應(yīng)系統(tǒng)輸出的變化。若，則式（312）與Smith預(yù)估補償控制方式（36）相同，表明其控制效果與Smith預(yù)估補償控制的相同。增益自適應(yīng)補償方案方框圖如圖38所示。圖35 在對象參數(shù)準確情況下史密斯預(yù)估器控制階躍響應(yīng)的曲線 圖36 改變對象參數(shù)后的仿真圖 抗干擾的Smith預(yù)估器如果在史密斯補償回路中增加一個反饋環(huán)節(jié)如圖37所示，則系統(tǒng)可以達到完全抗干擾的目的。下面以傳遞函數(shù) 為對象進行仿真研究：其調(diào)節(jié)器為PI調(diào)節(jié)器，即。圖33 Smith補償系統(tǒng)方框圖從圖33可以推出系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為= （35）式中為無延遲環(huán)節(jié)時系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)。Smith針對具有純遲延的過程，提出在PID反饋控制的基礎(chǔ)上引入一個預(yù)補償環(huán)節(jié)，使控制品質(zhì)大大提高。串級控制系統(tǒng)主、副兩個控制回路的工作相對比較獨立，因此系統(tǒng)投運時 的整定、調(diào)試直觀、方便。圖29 補償法整定框圖補償法是整定雙回路系統(tǒng)的一種很實用的方法，用該方法整定系統(tǒng)時，可以不考慮內(nèi)外回路之間的相互影響。因此加入導(dǎo)前汽溫微分信號的作用可以理解為改變了控制對象的動態(tài)特性，可見，等效控制對象是輸出比主汽溫的響應(yīng)有很大的改善。它包括兩個閉合的控制回路： 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。 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