【正文】 地采用了這種過(guò)熱器。但是這種布置會(huì)使水冷壁管的吸熱高度降低,可能影響水循環(huán)的安全性。輻射過(guò)熱器是放在爐頂或爐墻上的過(guò)熱器，它基本上只吸收爐膛內(nèi)火焰和煙氣的輻射熱。蛇形管與聯(lián)箱上的管接頭焊接在一起。最常用的半輻射過(guò)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(guò)熱器。采用輻射式、半輻射式和對(duì)流過(guò)熱器聯(lián)合過(guò)熱系統(tǒng)，以獲得良好的過(guò)熱蒸汽溫度變化特性。 過(guò)熱蒸汽溫度控制對(duì)象的動(dòng)靜態(tài)特性 靜態(tài)特性鍋爐負(fù)荷與過(guò)熱汽溫的關(guān)系鍋爐負(fù)荷增加時(shí)，爐膛燃燒的燃料增加，但是，爐膛中的最高的溫度沒(méi)有多大的變化，爐膛輻射放熱量相對(duì)變化不大，因此爐膛溫度增高不大?？梢?jiàn)，這兩種型式的過(guò)熱器對(duì)蒸汽流量的擾動(dòng)的反映恰好相反，只要設(shè)計(jì)上配合得當(dāng)，就能使過(guò)熱其出口汽溫隨蒸汽流量變化的影響減小。該330MW機(jī)組的過(guò)熱蒸汽溫度控制采用二級(jí)噴水減溫控制方式。該系統(tǒng)與一級(jí)減溫控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基本相同，也是一個(gè)串級(jí)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(hào)不同，采用的前饋信號(hào)也不同。擺動(dòng)火嘴：擺動(dòng)燃燒器火嘴傾角是設(shè)計(jì)用來(lái)調(diào)節(jié)再熱汽溫的正常手段，它是一個(gè)帶前饋信號(hào)的單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)。汽溫的調(diào)節(jié)可歸結(jié)為兩大類：蒸汽側(cè)的調(diào)節(jié)和煙氣側(cè)的調(diào)節(jié)。正常工況時(shí)，一、二級(jí)噴水量的比例為總噴水量的75％和25％，在高加全部切除時(shí)，其比例為95％和5％。 從煙氣側(cè)調(diào)節(jié)汽溫改變火焰中心位置。同時(shí)在低負(fù)荷時(shí)若向上的傾角過(guò)大，還可能發(fā)生爐膛滅火。煙氣量增多時(shí)，煙氣流速大，使汽溫升高；煙氣量減少時(shí)，煙氣流速小，使汽溫降低。利用送風(fēng)量調(diào)節(jié)汽溫是有限度的，超過(guò)了范圍將造成不良后果。系統(tǒng)中以減溫器的噴水作為控制手段，因?yàn)闇p溫器離過(guò)熱器出口較遠(yuǎn)，且過(guò)熱器管壁熱容較大，主汽溫對(duì)象的滯后和慣性較大。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。 串級(jí)汽溫控制系統(tǒng)的整定在如圖23所示的串級(jí)系統(tǒng)中，因?yàn)閮蓚€(gè)調(diào)節(jié)器串在一起，在一個(gè)系統(tǒng)中工作，相互之間或多或少的有些影響，因此在串級(jí)系統(tǒng)的整定要比簡(jiǎn)單系統(tǒng)復(fù)雜些。利用級(jí)數(shù)展開(kāi)和低階近似，惰性區(qū)的動(dòng)態(tài)特征可表示為： （26）式中 如果控制對(duì)象及其導(dǎo)前區(qū)動(dòng)態(tài)特性可以用式（24）、（25）來(lái)表示，而且有和，那么當(dāng) 時(shí)（和分別為和分母中s項(xiàng)的系數(shù)），可以滿足主、副調(diào)節(jié)器按圖24分別整定的條件，而惰性區(qū)對(duì)象表示為 （27）這樣避免了由和計(jì)算出的麻煩，尤其用階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)曲線整定主調(diào)節(jié)器時(shí)更為簡(jiǎn)便。雖然整定的結(jié)果并不能保證串級(jí)系統(tǒng)在最佳的條件下工作，但是它可以使系統(tǒng)具有足夠的穩(wěn)定性裕度，因而使整定后的串級(jí)系統(tǒng)具有正常運(yùn)行的基本條件，在主、副調(diào)節(jié)器不能分別獨(dú)立整定時(shí)，這可以作為整定串級(jí)控制系統(tǒng)的一種使用方法。圖26 導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)的雙回路汽溫控制系統(tǒng) 導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)的分析對(duì)于如圖27所示的控制系統(tǒng)，當(dāng)去掉導(dǎo)前汽溫的微分信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)就成為單回路控制系統(tǒng)，如圖28（a）所示，控制對(duì)象的遲延、慣性較大。按等效為串級(jí)控制系統(tǒng)的整定方法來(lái)整定 采用導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)的控制系統(tǒng)等效為串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖見(jiàn)圖29。下面就對(duì)Smith預(yù)估補(bǔ)償?shù)脑磉M(jìn)行更詳細(xì)地介紹。用衰減曲線法整定參數(shù)得， 加上Smith預(yù)估器用MATLAB進(jìn)行仿真，其結(jié)構(gòu)圖如圖34所示，其仿真曲線如圖35所示。它在Smith補(bǔ)償模型之外加了一個(gè)除法器，一個(gè)導(dǎo)前微分環(huán)節(jié)和一個(gè)乘法器。當(dāng)主副控制器均為比例積分作用時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)可以達(dá)到穩(wěn)態(tài)無(wú)余差。下面我們就從系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性方面進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，主汽溫的原理方框圖如圖41所示。提高了對(duì)大慣性、大遲延過(guò)程控制的有效性。他們幫我們解答疑難問(wèn)題，進(jìn)行精神鼓勵(lì)，這些使我們更加堅(jiān)定了信心去努力完成自己的任務(wù)，設(shè)計(jì)的完成也是老師們的成功。于是代入傳遞函數(shù)進(jìn)行仿真，當(dāng)時(shí)間常數(shù)合適時(shí)控制品質(zhì)很好，但當(dāng)時(shí)間常數(shù)有所變動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)顯示了明顯的不適應(yīng)，即它的魯棒性還不是很好。圖311 Simulink結(jié)構(gòu)圖圖312 對(duì)象參數(shù)準(zhǔn)確的情況下系統(tǒng)階躍給定響應(yīng)曲線圖313 改變對(duì)象參數(shù)后的仿真圖第四章 主蒸汽溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真在火電廠中，主汽溫這一調(diào)節(jié)對(duì)象是一個(gè)時(shí)變的、非線性、大滯后、大慣性的復(fù)雜控制對(duì)象，控制起來(lái)是相當(dāng)不容易。由副控制器 與組成副隨動(dòng)控制系統(tǒng)用于使觀測(cè)器輸出值與系統(tǒng)的輸出保持同步。 增益自適應(yīng)補(bǔ)償方案圖38 增益自適應(yīng)補(bǔ)償方案Smith預(yù)估補(bǔ)償控制實(shí)質(zhì)上是PID調(diào)節(jié)器連續(xù)地向補(bǔ)償器傳送信號(hào)，作為輸入而產(chǎn)生補(bǔ)償器輸出。第一項(xiàng)為擾動(dòng)對(duì)象只有時(shí)才產(chǎn)生控制作用，當(dāng)時(shí)無(wú)控制作用。解決具有純遲延的過(guò)程控制是一個(gè)比較棘手的問(wèn)題，對(duì)于閉環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的純遲延若單單采用上述的串級(jí)控制等方案是無(wú)法保證其控制質(zhì)量，且響應(yīng)速度也和很慢，如果在控制精度很高的場(chǎng)合，則須采取其他控制手段，例如補(bǔ)償控制，采樣控制等等。但是汽溫對(duì)象的惰性區(qū)傳遞函數(shù)的階次都是高于一階的（通常），那么，式（219）等號(hào)兩邊就只能作到近似相等，而不能實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償。在動(dòng)態(tài)時(shí)，調(diào)節(jié)器將根據(jù)的微分信號(hào)和與的給定值之間的偏差而動(dòng)作；但在靜態(tài)時(shí)，的微分信號(hào)消失，過(guò)熱汽溫必然等于給定值。從圖25或式（213）的關(guān)系中可知，所造成的等效控制對(duì)象只能在控制對(duì)象原有的基礎(chǔ)上，通過(guò)選擇的參數(shù)使它比較有利于控制。③ 整定指標(biāo)的選擇。如果控制對(duì)象惰性區(qū)的容積數(shù)目較多，同時(shí)又有主要擾動(dòng)落在副回路以外的話，就可以考慮采用PID調(diào)節(jié)器。串級(jí)控制系統(tǒng)對(duì)進(jìn)入副回路的擾動(dòng)有很強(qiáng)的克服能力，為發(fā)揮這一特殊作用，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，副參數(shù)的選擇應(yīng)使得副回路盡可能多的包括一些擾動(dòng)。當(dāng)過(guò)熱汽溫升高時(shí)，增加，主調(diào)節(jié)器輸出減小，副調(diào)節(jié)器輸出增加，減溫水量增加，過(guò)熱汽溫下降。調(diào)節(jié)送風(fēng)量可以改變流經(jīng)過(guò)熱器的煙氣量，即改變煙氣流速，達(dá)到調(diào)節(jié)過(guò)熱汽溫的目的。當(dāng)汽溫低時(shí)，一般則關(guān)小上排二次風(fēng)，開(kāi)大下排二次風(fēng)，以抬高火焰中心?！?0176。如果機(jī)組的負(fù)荷一定，將使高壓缸出力減小，減少高壓缸的蒸汽流量。由于該減溫器距末級(jí)過(guò)熱器的出口尚有較長(zhǎng)距離，相對(duì)來(lái)說(shuō)，它對(duì)出口汽溫的調(diào)節(jié)時(shí)滯較大，而且由于蒸汽流經(jīng)后幾級(jí)過(guò)熱器后，汽溫的變化幅度較大，誤差也大，所以很難保證出口蒸汽溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)。汽溫過(guò)高會(huì)使金屬應(yīng)力下降，將影響機(jī)組的安全運(yùn)行；汽溫降低則會(huì)機(jī)組的循環(huán)的效率。此外，在低負(fù)荷、機(jī)組甩負(fù)荷或汽輪機(jī)跳閘時(shí)，保護(hù)再熱器不超溫，以保證機(jī)組的安全運(yùn)行。副回路的給定值是由主回路控制器的輸出與前饋信號(hào)疊加形成。而且改變?nèi)魏我粋€(gè)輸入?yún)?shù)（擾動(dòng)），其他的輸入?yún)?shù)都可能直接或間接的影響出口蒸汽溫度，這使得控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)過(guò)程十分復(fù)雜。在各種擾動(dòng)下，汽溫控制對(duì)象是有煙池、慣性和自平衡能力的。如果過(guò)熱蒸汽溫度過(guò)高，容易損壞過(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)大的熱膨脹而毀壞，影響機(jī)組的安全運(yùn)行。根據(jù)已采用屏式過(guò)熱器的許多鍋爐運(yùn)行實(shí)踐證明，它能夠在1000—1300℃煙溫區(qū)內(nèi)可靠工作，并具有良好的汽溫變化特性。在直流鍋爐中，情況有所不同，水冷壁上部都有一定的過(guò)熱度，相當(dāng)于輻射過(guò)熱器，由于上部爐溫較低，所以可保證安全。（1）對(duì)流過(guò)熱器：布置在煙道內(nèi)，依靠熱煙氣對(duì)流傳熱的過(guò)熱器，稱為對(duì)流式過(guò)熱器。對(duì)流過(guò)熱器是由聯(lián)箱和很多細(xì)長(zhǎng)的蛇形管束所組成。在國(guó)產(chǎn)自然循環(huán)鍋爐中，未采用墻式布置的輻射過(guò)熱器，而多采用布置在爐頂?shù)捻斉镞^(guò)熱器，受熱面為緊靠爐頂?shù)闹惫?，稱為頂棚管。 過(guò)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(guò)熱器氣溫特性1布置在煙溫1200℃區(qū)域的屏式過(guò)熱器；3布置在煙溫為1000℃和900℃區(qū)域內(nèi)的對(duì)流過(guò)熱器；4布置在燃燒室內(nèi)的輻射過(guò)熱器300MW單元機(jī)組是現(xiàn)在是我國(guó)火力發(fā)電機(jī)組的主力型號(hào)，多采用亞臨界參數(shù)及中間再熱。如果過(guò)熱蒸汽溫度過(guò)低，將會(huì)降低機(jī)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(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。蒸汽流量擾動(dòng)下的蒸汽溫度對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性大型鍋爐都采用復(fù)合式過(guò)熱器，當(dāng)鍋爐負(fù)荷增加時(shí)，鍋爐燃燒率增加，通過(guò)對(duì)流式過(guò)熱器的煙氣量增加，而且煙氣溫度也隨負(fù)荷的增大而升高。（2）在減溫水流量擾動(dòng)下，過(guò)熱器出口蒸汽溫度對(duì)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(diǎn)之間的距離，可以改善其動(dòng)態(tài)特性。副回路采用PID2調(diào)節(jié)器，它接受一級(jí)減溫器出口蒸汽溫度的偏差信號(hào)。 再熱汽溫的控制方法再熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)采用擺動(dòng)火嘴加噴水減溫的控制方式。據(jù)計(jì)算，過(guò)熱器在超溫10℃到20℃下長(zhǎng)期運(yùn)行，其壽命會(huì)縮短一半；而汽溫降低10℃％，運(yùn)行中一般規(guī)定汽溫額定值的波動(dòng)不能超過(guò)－10℃～+5℃。因此，這級(jí)減溫器只能作為主蒸汽溫度的粗調(diào)節(jié)。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(gè)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的降低。器的傾角的調(diào)節(jié)范圍不可過(guò)大，否則可能會(huì)增大不完全燃燒損失或造成結(jié)渣等。進(jìn)行調(diào)整時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際設(shè)備的具體特性靈活掌握。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(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。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(dá)到穩(wěn)定時(shí)，主、副調(diào)節(jié)器的輸入偏差均為零，即：=；=由此也可以認(rèn)為主調(diào)節(jié)器的輸出是導(dǎo)前汽溫的給定值。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(jì)中加以協(xié)調(diào)。 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(yán)格，同時(shí)在對(duì)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(jí)控制方式時(shí)，主、副調(diào)節(jié)器均可以采用比例控制。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）。這就是“補(bǔ)償法”整定的概念。如果不采用導(dǎo)前信號(hào)的微分信號(hào)，則在靜態(tài)時(shí)，調(diào)節(jié)器將保持等于給定值，而不能保持等于給定值。下面推導(dǎo)時(shí)，微分器參數(shù)的確定方法。本章僅就預(yù)估控制方法進(jìn)行詳細(xì)介紹。所以Smith預(yù)估補(bǔ)償控制應(yīng)用于定值控制其效果不如隨動(dòng)控制。補(bǔ)償器與過(guò)程特性有關(guān)，而過(guò)程的數(shù)學(xué)模型與實(shí)際過(guò)程特性之間又有誤差，所以這種控制方法的缺點(diǎn)是模型的誤差會(huì)隨時(shí)間積累起來(lái)，也就是對(duì)過(guò)程特性變化的靈敏度很高。當(dāng)設(shè)定值發(fā)生變化時(shí)，由于觀測(cè)器輸出尚未變化，所以主控制器輸出一個(gè)較強(qiáng)的控制信號(hào)，通過(guò)前饋?zhàn)饔?，使觀測(cè)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。Smith預(yù)估補(bǔ)償控制從理論上為解決時(shí)滯的控制問(wèn)題提供了一種有效的方法。于是只好進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)，為了克服這一缺點(diǎn)，又分別對(duì)幾種方案進(jìn)行分析，最后采取了改進(jìn)型Smith預(yù)估器，再次進(jìn)行仿真，此時(shí)改變系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)，仿真結(jié)果與改變前幾乎一樣，這就說(shuō)明了系統(tǒng)具有了較好的魯棒性。53。很好的滿足設(shè)計(jì)所要求的性能。所以，人們?cè)趯?shí)踐中提出一些改進(jìn)方案，通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)的Smith預(yù)估補(bǔ)償控制進(jìn)行了改進(jìn)，使得此類控制得以解決，同時(shí)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性也提高的許多。由于副控制器的控制作用，使觀測(cè)器輸出適應(yīng)系統(tǒng)輸出的變化。增益自適應(yīng)補(bǔ)償方案方框圖如圖38所示。下面以傳遞函數(shù) 為對(duì)象進(jìn)行仿真研究：其調(diào)節(jié)器為PI調(diào)節(jié)器，即。Smith針對(duì)具有純遲延的過(guò)程，提出在PID反饋控制的基礎(chǔ)上引入一個(gè)預(yù)補(bǔ)償環(huán)節(jié)，使控制品質(zhì)大大提高。圖29 補(bǔ)償法整定框圖補(bǔ)償法是整定雙回路系統(tǒng)的一種很實(shí)用的方法，用該方法整定系統(tǒng)時(shí)，可以不考慮內(nèi)外回路之間的相互影響。它包括兩個(gè)閉合的控制回路： 由控制對(duì)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(duì)象的惰性區(qū)、主汽溫變送器和副回路組成的主回路。用“補(bǔ)償法”的概念整定串級(jí)控制系統(tǒng)時(shí)，不必考慮主、副回路之間相互影響的程度。在圖24中，控制對(duì)象導(dǎo)前區(qū)的特性可直接由實(shí)驗(yàn)測(cè)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(duì)象的動(dòng)態(tài)特性總是可以由實(shí)驗(yàn)測(cè)得，因此對(duì)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(guò)熱蒸汽溫度控制對(duì)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(mén)的開(kāi)度。（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。副回路的范圍也不是愈大愈好。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(duì)象、汽溫變送器、主調(diào)節(jié)器及整個(gè)內(nèi)回路組成。當(dāng)汽溫問(wèn)題成為運(yùn)行中的主要矛盾時(shí)，才用燃燒調(diào)節(jié)來(lái)配