【正文】 數(shù)小的多。自然循環(huán)的推動(dòng)力是由下降管中的工質(zhì)密度和上升管中工質(zhì)密度值差而產(chǎn)生的，自然循環(huán)回路的循環(huán)推動(dòng)力稱為運(yùn)動(dòng)壓頭。在一般情況下，采用 P 調(diào)節(jié)器就足夠了，如果主、副回路頻率相差很大，也可考慮 采用 PI 調(diào)節(jié)器。太大了，副回路本身的控制性能就差，同時(shí)還可能使主回路的控制性能惡化。通常串級(jí)控制系統(tǒng)是被用來(lái)克服對(duì)象的容積遲延和慣性的。在主回路內(nèi)的控制對(duì)象、被側(cè)參數(shù)和調(diào)節(jié)器分別被稱為主對(duì)象、主參數(shù)和主調(diào)節(jié)器。被控對(duì)象的正特性，其靜態(tài)放大系數(shù) K0取正，被控對(duì)象的 反特性，其靜態(tài)放大系數(shù) K0取負(fù)。 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，即當(dāng)系統(tǒng)的測(cè)量值減給定值增加時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出也增加；反作用調(diào)節(jié)器，即當(dāng)系統(tǒng)的測(cè)量值減給定值時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出減??；控制對(duì)象的正特性，即當(dāng)控制對(duì)象的輸入量增加時(shí)，其輸出也增加；控制對(duì)象的反特性，即當(dāng)控制對(duì)象的輸入量增加時(shí)，300MW 發(fā)電 機(jī)組再熱 汽 溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 其輸出卻減小。 單回路控制系統(tǒng)原理分析 單回路控制系統(tǒng)的原理方框圖如圖 。比例帶不但影響比例作 用的強(qiáng)弱而且也影響積分作用的強(qiáng)弱。因而比例調(diào)節(jié)器稱為有差調(diào)節(jié)器。微分作用不能單獨(dú)使用，但能提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，有效地減少被調(diào)量的動(dòng)態(tài)偏差。 微分作用 (簡(jiǎn)稱 D作用 ) 微分作用的動(dòng)態(tài)方程式為 dtdeKu d? （ 式 ） 式中 Kd—— 表示微分作用的比例系數(shù)。所以調(diào)節(jié)結(jié)果被調(diào)量（靜態(tài)）偏差，有時(shí)稱比例作用為有差調(diào)節(jié)。 基本調(diào)節(jié)作用 1. 比例作用（簡(jiǎn)稱 P 作用） 比例作用的動(dòng)態(tài)方程式為 eKu P? (式 ） e＝ r－ y 式中 e—— 被調(diào)量偏差，調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)； μ —— 調(diào)節(jié)機(jī)關(guān)的位置，調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)； PK —— 比例作用的比例系數(shù)。 快速性是指控制過(guò)程持續(xù)時(shí)間，控制過(guò)程的時(shí)間越短，即控制過(guò)程進(jìn)行得越迅速，說(shuō)明控制系統(tǒng)克服干擾的能力越強(qiáng)。控制過(guò)程的穩(wěn)定性是對(duì)控制系統(tǒng)最基本的要求。 在過(guò)程控制種對(duì)定值控制系統(tǒng)和隨動(dòng)控制系統(tǒng)的要求不同，就產(chǎn)生了兩類不同要求的性能指標(biāo)。將經(jīng)常發(fā)生的主要擾動(dòng)（負(fù)荷）做為前饋信號(hào)，由于前饋信號(hào)快于被調(diào)量的偏差信號(hào)，故可以進(jìn)行“立即”調(diào)節(jié)，及時(shí)克服主要擾動(dòng)對(duì)被調(diào)量的影響。 （ 2） 在反饋控制系統(tǒng)中，除輸入量對(duì)輸出量產(chǎn)生控制作用外，輸出量也參與系統(tǒng)的控制，因而閉環(huán)系統(tǒng)具有抗干擾能力。 （ 2） 前饋控制系統(tǒng)為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，不存在系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題。如果根據(jù)被調(diào)量和給定值之間的偏差進(jìn)行控制的負(fù)反饋控制系統(tǒng)只有當(dāng)被控對(duì)象受到擾動(dòng)后，只有等被調(diào)量發(fā)生變化，偏差出現(xiàn)后才開(kāi)始控制，這種控制動(dòng)作落后于擾動(dòng)，必然造成控制過(guò)程中存在（動(dòng)態(tài)）偏差。如果擾動(dòng)發(fā)生在控制回路內(nèi)部，稱為內(nèi)擾。表征生產(chǎn)過(guò)程是否正常運(yùn)行并需要加以調(diào)節(jié)的物理量。采取蒸汽中間再熱可以提高電廠循環(huán)熱效率，降低汽輪機(jī)末端葉片的蒸汽濕度，減少汽耗等?，F(xiàn)代鍋爐的過(guò)熱器是在高溫、高壓的條件下工作，過(guò)熱器出口的過(guò)熱蒸汽溫度是全廠整個(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。 汽包水位間接地反映了鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡狀況（主要是蒸汽負(fù)荷與給水量的平衡關(guān)系），因此，它是表征鍋爐安全運(yùn)行的重要參數(shù)之一，也是保證汽輪機(jī)安全運(yùn)行的重要條件之一。燃燒的煤粉放出大量的熱能將爐膛四周水冷壁管內(nèi)的水加熱成汽水混合物。主要有蒸汽動(dòng)力發(fā)電廠、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電廠、內(nèi)燃機(jī)發(fā)電廠幾種類型。它的控制系統(tǒng)“軟件”沒(méi)有問(wèn)題，但是執(zhí)行機(jī)構(gòu)這個(gè)“硬件”就有問(wèn)題了： 如四角不能同時(shí)擺動(dòng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)卡澀、燃燒器擺角下垂 (出現(xiàn)單個(gè)燃燒器下垂，也有整組燃燒器下垂 )，這些問(wèn)題曾導(dǎo)致鍋爐運(yùn)行中燃燒不穩(wěn)定，甚至造成鍋爐滅火。 (2) 80 年代中尾部分隔煙道擋板再熱汽調(diào)溫方式得到鍋爐制造廠的青睞 。由于蒸汽溫度變化大，且比較頻繁，經(jīng)常出現(xiàn)很大的溫度變化率，這使該處的管道經(jīng)常承受很大的交變熱應(yīng)力，尤其是內(nèi)壁承受的熱應(yīng)力最大，這樣經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，就會(huì)在管道的環(huán)向焊縫內(nèi)側(cè)產(chǎn)生裂紋，并逐漸向周圍、外側(cè)擴(kuò)散，再進(jìn)一步惡化就會(huì)影響鍋爐的安全運(yùn)行，后果嚴(yán)重！ 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 國(guó)內(nèi)背景 火力發(fā)電廠在我國(guó)電力工業(yè)中占有主要地位，是我國(guó)重點(diǎn)能源工業(yè)之一。實(shí)現(xiàn)熱力過(guò)程自動(dòng)化具有 ： （ 1）提高機(jī)組運(yùn)行的安全可靠性； （ 2）提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性； （ 3） 減少運(yùn)行人員，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率； （ 4）改善勞動(dòng)條件等特點(diǎn)。 再熱蒸汽溫度控制的意義與過(guò)熱蒸汽溫度控制一樣 ，是為了保證再熱器、汽輪機(jī)等熱力設(shè)備的安全，發(fā)揮機(jī)組的運(yùn)行效率，提高電廠的經(jīng)濟(jì)性。 在大型機(jī)組中，新蒸汽在汽輪 機(jī)高壓缸內(nèi)膨脹做功后，需再送回到鍋爐再熱器中加熱升溫，然后再送入 汽輪機(jī)中、低壓缸繼續(xù)做功。再熱蒸汽溫度控制的任務(wù)，是保持再熱器出口蒸汽溫度在動(dòng)態(tài)過(guò)程中處于允許的范圍內(nèi)，穩(wěn)態(tài)時(shí)等于給定值。 此外，再熱氣溫如果控制不好，容易造成再熱器高溫腐蝕，以及聯(lián)通管泄露等事故，所以再熱氣溫的良好控制至關(guān)重要。目前，采用以分 散微機(jī)為基礎(chǔ)的集散 型控制系統(tǒng)（ TDCS），組成一個(gè)完整的控制、保護(hù)、監(jiān)視、操作及計(jì)算等多功能自動(dòng)化系統(tǒng)。 過(guò)去影響機(jī)組安全運(yùn)行的問(wèn)題多半已解決 , 電廠領(lǐng)導(dǎo)和職能、運(yùn)行管理人員所關(guān)心的已是“挖潛節(jié)能” , 故對(duì)于再熱汽調(diào)溫問(wèn)題已十分重視。噴水量大幅度地頻繁變化，導(dǎo)致減溫器后的汽溫變化幅度超過(guò)規(guī)定范圍，對(duì)減溫器后的管道產(chǎn)生更大的熱應(yīng)力。 主要生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)述 儲(chǔ)存在煤場(chǎng)中的原煤由輸煤設(shè)備從煤場(chǎng)送到鍋爐的原煤斗中 ,再由給煤機(jī)送到磨煤機(jī)中磨成煤粉。 以上只簡(jiǎn)單地講述了電廠從煤到電的過(guò)程，但是實(shí)際上每個(gè)設(shè)備中所進(jìn)行過(guò)程都十分復(fù)雜，除了主要設(shè)備的工作原理、結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)外，還有自動(dòng)控制保護(hù)以及設(shè)計(jì)計(jì)算、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等問(wèn)題。采用自動(dòng)控制會(huì)使鍋爐的給水連續(xù)均勻、相對(duì)穩(wěn)定，從而使鍋爐汽壓穩(wěn)定，保證鍋爐在合適的參數(shù)下穩(wěn)定運(yùn)行，使鍋爐具有較高的運(yùn)行效率。 為了保證過(guò)熱蒸汽的品質(zhì)和生產(chǎn)過(guò)程的安全性、經(jīng)濟(jì)性，過(guò)熱蒸汽溫度必須通過(guò)自動(dòng)化手段加以控制。 沈陽(yáng)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 3 火電廠的控制系統(tǒng) 自動(dòng)控制系統(tǒng)基本概念 調(diào) 節(jié)量：由調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（閥門、擋板等）改變的流量（或能量），用以控制被調(diào)量的變化，稱為調(diào)節(jié)量。 調(diào)節(jié)器：可用來(lái)改變進(jìn)入控制對(duì)象的物質(zhì)或能量的裝置稱為調(diào)節(jié)器。前饋控制系統(tǒng)有時(shí)也稱“擾動(dòng)補(bǔ)償”。如果完全抵消，被調(diào)量就可可以保持不變。 反饋控制系統(tǒng) 這種控制系統(tǒng)的基本工作原理是根據(jù)被調(diào)量與其給定值之間的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，最后達(dá)到減小或消除偏差，簡(jiǎn)單說(shuō)就是“按偏差調(diào)節(jié)”。只要輸出量與給定值之間存在偏差，就有控制作用存在，力圖糾正這一偏差。性能指標(biāo)可以用計(jì)算的方法得到，也可以從控制過(guò)程曲線（被調(diào)量的階躍響應(yīng)曲線）上直觀地得出。在擾動(dòng)發(fā)生后，希望被控制量穩(wěn)定、準(zhǔn)確、快速地達(dá)到給定值或新的平衡狀態(tài)。靜態(tài)偏差表示長(zhǎng)期偏離給定值的程度。調(diào)節(jié)器輸入量為偏差 e，輸出量為調(diào)節(jié)機(jī)關(guān)位置，動(dòng)態(tài)特性是指調(diào)節(jié)器的輸出量與輸入量的動(dòng)態(tài)關(guān)系，常稱作調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律。 從式（ ）還可以看出μ與輸入 e 之間有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系 。也可以說(shuō)控制過(guò)程結(jié)束時(shí)，被調(diào)量與其給定值之間沒(méi)有穩(wěn)態(tài)偏差。因此，只有微分作用的調(diào)節(jié)器是不能執(zhí)行調(diào)節(jié)任務(wù)的，即這 種控制作用不能單獨(dú)使用。沈陽(yáng)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 可以看出 ，輸出 u△ 對(duì)輸入Δ e0的響應(yīng)無(wú)遲延、無(wú)慣性、由于調(diào)節(jié)方向正確，比例調(diào)節(jié)器在控制系統(tǒng)作用中是使控制過(guò)程穩(wěn)定的因素。當(dāng) i 0T? 時(shí)即 0PK ? 就成為積分作用調(diào)節(jié)器。 由于比例積分調(diào)節(jié)器是在比例調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上，有加上積分調(diào)節(jié)，相當(dāng)于再 “ 粗調(diào) ”的基礎(chǔ)上再加上 “ 細(xì)調(diào) ” ，能使控制過(guò)程結(jié)束后沒(méi)有靜 態(tài)偏差。實(shí)際上在做對(duì)象動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)時(shí)，總是以調(diào)節(jié)器的手動(dòng)輸出做為對(duì)象的輸入信號(hào)，以測(cè)量變送器的輸出作為對(duì)象的輸出信號(hào)，這樣測(cè)得的對(duì)象特性包括了測(cè)量變送器和執(zhí)行器沈陽(yáng)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 的特征。一般變送器的靜態(tài)放大系數(shù) Km通常為正極性，故只需調(diào)節(jié) KT、調(diào)節(jié)閥 Kμ 和對(duì)象的 K0極性相乘必須為負(fù)即可。而串級(jí)控制系統(tǒng)就是改善控制過(guò)程品質(zhì)極為有效的方 法，得到了廣泛應(yīng)用。比較串級(jí)系統(tǒng)和簡(jiǎn)單系統(tǒng)，前者只比后者多了一個(gè)測(cè)量變送器和一個(gè)調(diào)節(jié)器，增加的儀表投資并不多，但控制效果卻有明顯的改善。但這將與要求副回路控制通道短，反映快相矛盾，應(yīng)在設(shè)計(jì)中加以協(xié)調(diào)。一旦發(fā)生了共振，系統(tǒng)就失去控制，不僅使控制品質(zhì)惡化，如不及時(shí)處理，甚至可能導(dǎo)致生產(chǎn)事故，引起嚴(yán)重后果。汽包具有較大的容積，其中下半部充滿水，上半部為蒸汽空間，兩者之間的分界面叫做蒸發(fā)面，整個(gè)回路中的水叫做鍋爐水。管外的影響因素有：（ 1）燃燒產(chǎn)生的腐蝕性氣體對(duì)管壁的高溫腐蝕；（ 2）結(jié)渣和集灰導(dǎo)致的對(duì)管壁的侵蝕；（ 3）煤粉氣流或含灰氣流對(duì)管壁的磨損。如果管外的熱負(fù)荷很高，在管子內(nèi)壁面上，汽泡生成的速度大于汽泡脫離壁面的速度， 氣泡 就會(huì)在管子內(nèi)壁面上聚集起來(lái)，形成蒸汽膜，將 管子 中心的水與管壁隔開(kāi)，使管子壁面得不到水的冷卻，引起管子壁面處出現(xiàn)傳熱惡化。300MW 發(fā)電 機(jī)組再熱 汽 溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 汽包內(nèi)壁溫度較高，向外膨脹，而外壁因溫度較低阻止發(fā)生膨脹。 3． 尾部受熱面： 省煤器和空氣預(yù)熱器布置在鍋爐對(duì)流煙道的最后或?qū)α鳠煹赖南路?，進(jìn)入這些受熱面的煙氣溫度已不高，故常把這兩個(gè)部件統(tǒng)稱為尾部受熱面或低溫受熱面。此外，給水經(jīng)過(guò)省煤器后，提高了進(jìn)入汽包的給水溫度，減少了給水與汽包壁之間的溫差，從而使汽包的若應(yīng)力降低，因此，省煤器的作用不僅 是 省煤，實(shí)際上已成為現(xiàn)代鍋爐中不可缺少的一個(gè)組成部件。如果蒸汽壓力降低過(guò)多會(huì)使汽輪機(jī)被迫不能保持額定負(fù)荷。 汽壓 變化反應(yīng)了鍋爐蒸發(fā)量與外界負(fù)荷之間的平衡，由于外界負(fù)荷、爐內(nèi)燃燒工況、換熱情況以及鍋爐內(nèi)工作情況經(jīng)常變化，引起鍋爐蒸發(fā)量的不斷變化，所以汽壓的變化與波動(dòng)是必然的，汽壓穩(wěn)定只是相對(duì)的。當(dāng)壓力不變時(shí)汽溫加大，蒸汽的熱焓必然減少，蒸汽的作功能力將減少，汽耗必然增加，電廠經(jīng)濟(jì)性降低。 再熱蒸汽的特點(diǎn) 在電力工業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展過(guò)程中，通過(guò)蒸汽的初參數(shù)不斷變化來(lái)提高電廠的循環(huán)熱效率。 （ 4）運(yùn)行工況變化對(duì)再熱汽溫影響較大 當(dāng)運(yùn)行工 況變化時(shí)（如鍋爐出力、過(guò)量空氣系數(shù)、火焰中心位置等）將使受 熱面的吸熱量及蒸汽的焓增發(fā)生相應(yīng)的變化，從而使出口汽溫的變化，在焓增相同的情況下，再熱汽溫的變化量要比過(guò)熱蒸汽大。但煙氣側(cè)的擾動(dòng)對(duì)再熱蒸汽溫度的影響存在著管外至管內(nèi)的傳熱過(guò)程，所以它的影響程度次于蒸汽負(fù)荷的擾動(dòng)。若由于某種原因使再熱汽溫升高，這時(shí)起升溫作用的煙氣再循環(huán)裝置顯然是不需要投入的，只能用事故噴水進(jìn)行再熱汽溫控制。此外，還可以采用微量噴水和事故噴水來(lái)配合減溫。當(dāng)定壓運(yùn)行時(shí)，一般負(fù)荷每降低 1%，再熱汽 溫降低近 1%度。再熱循環(huán)的利用一方面可以進(jìn)一步提高循環(huán)的熱效率（采用一次再熱可使循環(huán)效率提高 4%— 6%，二次再熱可提高 6%— 8%），另一方面可以把汽輪機(jī)末級(jí)葉片的蒸汽溫度控制在允許的范圍內(nèi)。這樣可以提高機(jī)組的循環(huán)效率，并防止汽輪機(jī)末級(jí)蒸汽帶水，減少汽耗，提高熱經(jīng)濟(jì)性。外部因素是指非鍋爐設(shè)備本身的原因造成的擾動(dòng)，主要有外界負(fù)荷的變化；高壓加熱器因故障退出運(yùn)行；給水壓力變化。鍋爐汽壓高低對(duì)于汽包水位、汽溫等主要運(yùn)行參數(shù)也有很大影響，當(dāng)汽壓降低由于對(duì)應(yīng)的飽和溫度降低，使部分爐水蒸發(fā)，會(huì)引起爐水體積膨脹，故汽包水位要上升，反之則爐水體積要收縮，汽包水位下降，引起虛假水位?？諝馔ㄟ^(guò)空氣預(yù)熱器后送入爐膛，由于送入爐內(nèi)的空氣溫度提高，可使?fàn)t膛溫度得到相應(yīng)的提高，可使燃料迅速著火，改善或強(qiáng)化燃燒，保證低負(fù)荷下著火的穩(wěn)定性；在現(xiàn)代大型鍋爐中，由于給水的回?zé)峒訜?，給水溫度已經(jīng)提高很多，利用溫度比給水溫度低很多的空氣冷卻煙氣，可進(jìn)一步降低排煙溫度，減沈陽(yáng)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 少排煙損失；送入爐膛熱空氣溫度提高，可增強(qiáng)爐內(nèi)的輻射傳熱；熱空氣還可作為制粉系統(tǒng)中的干燥劑。由于金屬受熱面溫度低，煙氣中的水蒸氣和硫酸蒸汽有可能在管壁上凝結(jié)，從而導(dǎo)致金屬產(chǎn)生低溫腐蝕。此外，在鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中，汽包的汽 空間和水空間的壁溫是不一樣的，為了保證汽包的安全運(yùn)行，必須采取以下措施：（ 1）嚴(yán)格控制汽包溫差，防止內(nèi)外壁溫差過(guò)高引起過(guò)大的溫度應(yīng)力；（ 2）汽包 采用 環(huán)形夾套結(jié)構(gòu)；（ 3）鍋爐起停初期，適當(dāng)?shù)倪M(jìn)水與放水，可以保證汽包各部分受熱均勻，促進(jìn)鍋內(nèi)水循環(huán)的建立。為提高循環(huán)安全性，可采取下列措施：（ 1）減少受熱不均；（ 2）確定合適的上升管吸熱量；（ 3）確定合適的上升管高度核管徑；（ 4）確定合適的汽水導(dǎo)管高度和截面積；（ 5）減少旋風(fēng)分離器阻力；（ 6）減少下降管阻力。當(dāng)水冷壁管內(nèi)汽水混合物流動(dòng)狀態(tài)為汽泡狀、汽彈狀、汽柱狀時(shí)，其傳熱屬于核態(tài)傳熱區(qū)域，此時(shí)管壁是安全的；在高參數(shù)大容量鍋爐爐膛高熱負(fù)荷區(qū)域的水冷壁管中，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生膜態(tài)沸騰，這是管內(nèi)蒸汽直接與壁面接觸以致傳熱惡化，這是內(nèi)部工質(zhì) 換 熱系數(shù)急劇下降，壁溫突然升高，大大超過(guò)管內(nèi)工質(zhì)的飽和溫度，很容易導(dǎo)致管子破壞。由于蒸汽的密度小于水的密度，因而上升管中汽水混合物平均密度小于下降管中水的 密度 ，這個(gè)密度差推動(dòng)上升管中汽水混合物向上流動(dòng)進(jìn)入汽包，并在汽包中進(jìn)行汽水分離，分離出來(lái)的蒸汽由汽包送出，分離出來(lái)的 飽和水和給水混