【正文】 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 煙氣擋板位置來改變通過再熱器的煙氣分流量、改變?nèi)紵鞯膬A斜角度來改變火焰中心位置、采用多層布置圓型燃燒器等。但蒸汽溫度的進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)的提高過熱蒸汽的溫度，會使蒸汽在汽輪機內(nèi)膨脹終止時的濕度過高，從而影響汽輪機的安全運行。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。 4． 空氣 預(yù)熱器： 空氣預(yù)熱器也是一個利用尾部煙道中煙氣的余熱來加熱空氣的熱交換設(shè)備，在電站鍋爐中，它已成為一個不可或缺的重要組成部分。于是，內(nèi)壁產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，外壁產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，汽包進行冷卻，過程與之相反，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。 水冷壁管內(nèi)汽水混合物流動的情況，與壓力、質(zhì)量、流速、質(zhì)量含汽率和管外熱負荷等因素有關(guān)，汽水混合物 在 垂直管內(nèi)的流動結(jié)構(gòu)主要有四種：汽泡狀、汽彈狀、汽柱狀和汽霧狀。 、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，對于他們的選型即控制規(guī)律的選擇也有不同考慮。 串級控制系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)節(jié)器的選型 為充分發(fā)揮串級控制系統(tǒng)的特點，在設(shè)計實施控制系統(tǒng)時，還應(yīng)當合理設(shè)計主、副回路及選擇主、副調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律。對于組成控制系統(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。 單回路控制系統(tǒng) 控制器和控制對象是單回路控制系統(tǒng)的兩個主要組成部分。當控制對象的負荷發(fā)生變化之后，執(zhí)行機構(gòu)必須移動到一個與負荷相適應(yīng)的位置才能使控制對象再度平衡。 式（ ）說明，調(diào)節(jié)機關(guān)移動速度 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 ，這一特點使積分調(diào)節(jié)作用有時產(chǎn)生方向錯誤，容易引起調(diào)節(jié)過程振蕩，300MW 發(fā)電 機組再熱 汽 溫控制系統(tǒng)設(shè)計 11 所以積分作用在控制系統(tǒng)中是使過程振蕩的因素。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。在隨動控制系統(tǒng)中突出的要求是跟蹤性能，希望被控制量穩(wěn)定、準確、快速地跟蹤新給定值。由于反饋控制系統(tǒng)是利用偏差信號作為控制信號，自動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)。在前饋控制系統(tǒng)中，沒有被調(diào)量（及其它）的反饋信號，所 以系統(tǒng)是不閉合的，因此也稱開環(huán)控制系統(tǒng)。 擾動：引起被調(diào)量偏離給定值的各種原因稱為擾動。因此，過熱蒸汽溫度的控制任務(wù)是：維持過熱器出口蒸汽溫度在生產(chǎn)允許的范圍內(nèi)，一般要求過熱蒸汽溫度的偏差不超過額定值 (給定值 )的 +5～ 10℃。 沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 圖 21 火力發(fā)電廠生產(chǎn)過程 火電廠三大控制系統(tǒng) 鍋爐給水控制系統(tǒng) 汽包鍋爐給水控制的主要任務(wù)是使鍋爐的給水量跟蹤鍋爐的蒸發(fā)量，保證鍋爐進出的物質(zhì)平衡和正常運行所需的工質(zhì)，對于國 產(chǎn) 300MW 機組普通采用的汽包鍋爐來說，就是維持汽 包水位在允許范圍內(nèi)變化。 國內(nèi)發(fā)展趨勢是盡量 恢復(fù)燃燒器擺角作為再熱汽溫的主調(diào)節(jié)手段；改善被控對象的控制品質(zhì)；負荷變化時，使再熱汽溫盡可能穩(wěn)定。 我國自從 70 年代發(fā)展 125MW 等級的中間再熱大型電站鍋爐機組以來 , 緊接著有200MW ,300MW 的國產(chǎn)機組問世 , 80 年代又相繼從國外引進各種 300MW 以上的爐型 , 均沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 無一例外為中間再熱機組 , 所以有關(guān)再熱汽溫調(diào)節(jié)問題也引起了鍋爐界同仁的關(guān)注。 隨著時代的發(fā)展，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化對國民經(jīng)濟的發(fā)展有十分重大的意義。為了提高電廠的熱經(jīng)濟性，大型火力發(fā)電機組廣泛采用了蒸汽中間再熱技術(shù)。由于再熱氣溫完全依賴噴水減溫調(diào)節(jié)，使減溫器后的蒸汽過熱度發(fā)生很大的波動，該點的蒸汽過熱度最大變化是由 150℃快速降到接近飽和蒸汽溫度。彭城電廠再熱器控制系統(tǒng)就是一例，它就是以擺動燃燒器噴嘴為主要調(diào)節(jié)，微量噴水調(diào)節(jié)為輔助調(diào)節(jié)的控制手段。煤粉倉的煤粉由給粉機送到鍋爐本體的噴燃器 ,由噴燃器噴到爐膛內(nèi)燃燒 (直吹式鍋爐將煤粉分離后直接送入爐膛 )。 300MW 發(fā)電 機組再熱 汽 溫控制系統(tǒng)設(shè)計 5 過 熱蒸汽溫度控制系統(tǒng) 鍋爐過熱蒸汽溫度是影響鍋爐生產(chǎn)過程安全性和經(jīng)濟性的重要參數(shù)。 被調(diào)量：又稱被控制量。當擾動發(fā)生后，被控對象受到擾動，系統(tǒng)會發(fā)生偏差。 反饋控制系統(tǒng)框圖如圖 所示： 沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 圖 反饋控制系統(tǒng) 2. 反饋控制系統(tǒng)的特點 （ 1） 在反饋控制系統(tǒng)中，輸入量和輸出量存在一一對應(yīng)的關(guān)系。時域性能指標有可以分為單項性能指300MW 發(fā)電 機組再熱 汽 溫控制系統(tǒng)設(shè)計 9 標和綜合性能指標。最大靜態(tài)偏差往往出現(xiàn)在負荷發(fā)生最大幅度的變化時，即有滿負荷跌到零負荷時。因此，當對象變化時，調(diào)節(jié)機關(guān)位置必須改變，即被調(diào)量與給定值之間的偏差必然發(fā)生改變。積分作用只有極少的情況才能單獨使用，會使控制過程變成振蕩甚至不穩(wěn)定，但能使被調(diào)量無靜態(tài)偏差。反之，積分時間越大，表示積分作用越弱。調(diào)節(jié)器的正反作用的選擇同控制對象的正反特性、測量變送單元的正反特性及調(diào)節(jié)閥形式有關(guān)。無論主回路還是副回路都有各自的控制對象，測量變送器和調(diào)節(jié)器。副回 路的范圍也不是愈大愈好。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 ，這個密度差推動上升管中汽水混合物向上流動進入汽包，并在汽包中進行汽水分離，分離出來的蒸汽由汽包送出，分離出來的 飽和水和給水混合后進入下降管，并且從上向下流動，形成汽水循環(huán)。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。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。鍋爐汽壓高低對于汽包水位、汽溫等主要運行參數(shù)也有很大影響，當汽壓降低由于對應(yīng)的飽和溫度降低，使部分爐水蒸發(fā)，會引起爐水體積膨脹，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。這樣可以提高機組的循環(huán)效率，并防止汽輪機末級蒸汽帶水，減少汽耗，提高熱經(jīng)濟性。當定壓運行時，一般負荷每降低 1%，再熱汽 溫降低近 1%度。若由于某種原因使再熱汽溫升高，這時起升溫作用的煙氣再循環(huán)裝置顯然是不需要投入的，只能用事故噴水進行再熱汽溫控制。 （ 4）運行工況變化對再熱汽溫影響較大 當運行工 況變化時（如鍋爐出力、過量空氣系數(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熱蒸汽大。當壓力不變時汽溫加大，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)濟性降低。如果蒸汽壓力降低過多會使汽輪機被迫不能保持額定負荷。 3． 尾部受熱面： 省煤器和空氣預(yù)熱器布置在鍋爐對流煙道的最后或?qū)α鳠煹赖南路?，進入這些受熱面的煙氣溫度已不高，故常把這兩個部件統(tǒng)稱為尾部受熱面或低溫受熱面。如果管外的熱負荷很高，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 就會在管子內(nèi)壁面上聚集起來，形成蒸汽膜，將 管子 中心的水與管壁隔開，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。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，整個回路中的水叫做鍋爐水。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)計中加以協(xié)調(diào)。而串級控制系統(tǒng)就是改善控制過程品質(zhì)極為有效的方 法，得到了廣泛應(yīng)用。實際上在做對象動態(tài)特性實驗時，總是以調(diào)節(jié)器的手動輸出做為對象的輸入信號，以測量變送器的輸出作為對象的輸出信號，這樣測得的對象特性包括了測量變送器和執(zhí)行器沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 的特征。當 i 0T? 時即 0PK ? 就成為積分作用調(diào)節(jié)器。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使用。 從式（ ）還可以看出μ與輸入 e 之間有一一對應(yīng)的關(guān)系 。靜態(tài)偏差表示長期偏離給定值的程度。性能指標可以用計算的方法得到，也可以從控制過程曲線（被調(diào)量的階躍響應(yīng)曲線）上直觀地得出。 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行調(diào)節(jié)，最后達到減小或消除偏差，簡單說就是“按偏差調(diào)節(jié)”。前饋控制系統(tǒng)有時也稱“擾動補償”。 沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 3 火電廠的控制系統(tǒng) 自動控制系統(tǒng)基本概念 調(diào) 節(jié)量：由調(diào)節(jié)機構(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。采用自動控制會使鍋爐的給水連續(xù)均勻、相對穩(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)定運行，使鍋爐具有較高的運行效率。 主要生產(chǎn)過程簡述 儲存在煤場中的原煤由輸煤設(shè)備從煤場送到鍋爐的原煤斗中 ,再由給煤機送到磨煤機中磨成煤粉。 過去影響機組安全運行的問題多半已解決 , 電廠領(lǐng)導(dǎo)和職能、運行管理人員所關(guān)心的已是“挖潛節(jié)能” , 故對于再熱汽調(diào)溫問題已十分重視。 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。 在大型機組中，新蒸汽在汽輪 機高壓缸內(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 汽輪機中、低壓缸繼續(xù)做功。實現(xiàn)熱力過程自動化具有 ： （ 1）提高機組運行的安全可靠性； （ 2）提高機組運行的經(jīng)濟性； （ 3） 減少運行人員，提高勞動生產(chǎn)率； （ 4）改善勞動條件等特點。 (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 。主要有蒸汽動力發(fā)電廠、燃氣輪機發(fā)電廠、內(nèi)燃機發(fā)電廠幾種類型。 汽包水位間接地反映了鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡狀況（主要是蒸汽負荷與給水量的平衡關(guān)系），因此，它是表征鍋爐安全運行的重要參數(shù)之一，也是保證汽輪機安全運行的重要條件之一。采取蒸汽中間再熱可以提高電廠循環(huán)熱效率，降低汽輪機末端葉片的蒸汽濕度，減少汽耗等。如果擾動發(fā)生在控制回路內(nèi)部，稱為內(nèi)擾。 （ 2） 前饋控制系統(tǒng)為開環(huán)控制系統(tǒng)，不存在系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。將經(jīng)常發(fā)生的主要擾動（負荷）做為前饋信號，由于前饋信號快于被調(diào)量的偏差信號，故可以進行“立即”調(diào)節(jié)，及時克服主要擾動對被調(diào)量的影響?？刂七^程的穩(wěn)定性是對控制系統(tǒng)最基本的要求。 基本調(diào)節(jié)作用 1. 比例作用（簡稱 P 作用） 比例作用的動態(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； μ —— 調(diào)節(jié)機關(guān)的位置，調(diào)節(jié)器的輸出信號； PK —— 比例作用的比例系數(shù)。 微分作用 (簡稱 D作用 ) 微分作用的動態(tài)方程式為 dtdeKu d? （ 式 ） 式中 Kd—— 表示微分作用的比例系數(shù)。因而比例調(diào)節(jié)器稱為有差調(diào)節(jié)器。 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 。被控對象的正特性，其靜態(tài)放大系數(shù) K0取正，被控對象的 反特性，其靜態(tài)放大系數(shù) K0取負。通常串級控制系統(tǒng)是被用來克服對象的容積遲延和慣性的。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。為了避免水冷壁管在工作中超溫損壞，必須避免蒸汽直接與管內(nèi)壁接觸，因為蒸汽與管內(nèi)壁之間的換熱系數(shù)比水與管內(nèi)壁之間的換熱系數(shù)小的多。在升火過程中，汽包的上半部的壁溫高于下半部壁溫；在停爐冷卻過程中，仍然是汽包上半部溫度高，下半部溫度低，而形成溫差。 空氣預(yù)熱器受熱面積灰 后，由于灰的熱阻較大，因而使傳熱惡化，排煙溫度升高，排煙熱損失增大，鍋爐效率降低；同時積灰使受熱面氣流通道縮小，引起流動阻力及風(fēng)機電耗的增大；積灰還會加劇受熱面的低溫腐蝕。內(nèi)部因素主要是指爐內(nèi)燃燒工況的變動和鍋爐內(nèi)工作情況的異常。 蒸汽參數(shù)的提高使水的蒸發(fā)熱減少，過熱熱增加，使鍋爐受熱面的布置發(fā)生變化，為增加爐內(nèi)吸熱量，在爐內(nèi)除布置蒸發(fā)受熱面外，還要布置過熱受熱面，因此再熱器的低溫級在爐內(nèi)以壁式再熱器或屏式再 熱器形式存在，高溫再熱器一般采用對流式。 沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 (1) 采用煙氣再循環(huán)控制再熱汽溫的自動控制系統(tǒng) 煙氣再循環(huán)法是利用煙氣再循環(huán)風(fēng)機，將部分煙氣從省煤器后抽出，再從爐底冷灰斗外送入爐膛，形成再循環(huán)煙氣流量。 由于煙氣側(cè)的擾動是沿整個再熱器管長進行的，所以它對再熱蒸汽溫度的影響也比較顯著。再熱汽溫控制系統(tǒng)的任務(wù)是保持再熱器出口蒸汽溫度在動態(tài)過程中處于允許的范圍內(nèi)，穩(wěn)態(tài)時等于給定值。燃燒設(shè)備的慣性是指從燃料量開始變化到爐內(nèi)建立新的熱負荷所需要的時間，在鍋爐運行時