【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 傾角應(yīng)一致并同時(shí)動(dòng)作。當(dāng)燃燒器傾角已達(dá)到最低極限值時(shí)，再熱汽溫仍然高于額定值時(shí)，再熱器事故噴水減溫器將自動(dòng)投入運(yùn)行，以保持汽溫和保 護(hù)再熱器。 （ 2）改變噴燃器的運(yùn)行方式 。 當(dāng)沿爐膛高度布置有多排噴燃器時(shí)，可以將不同高度的噴燃器組投入或停止工作，即通過(guò)上、下排噴燃器的切換，來(lái)改變火焰中心位置。當(dāng)汽溫高時(shí)應(yīng)盡量先投用下排的燃燒器，汽溫低時(shí)可切換成上排噴燃器運(yùn)行，也可以采取對(duì)距過(guò)熱器位置不同的噴燃器進(jìn)行切換的方法，當(dāng)投用靠近爐膛后墻的噴燃器時(shí)，由于這時(shí)火焰中心位置離過(guò)熱器近火焰行程短，將使?fàn)t膛出口的煙溫相對(duì)的高些。而切換成前墻或靠近前墻的噴燃器運(yùn)行時(shí)，則火焰中心位置離過(guò)熱器相對(duì)的遠(yuǎn)些，爐膛出口煙溫就相對(duì)的低些。 （ 3）變化配風(fēng)工況 。對(duì)于四角布 置切圓燃燒方式，在總風(fēng)量不變的情況下，可以用改變上、下排二次風(fēng)分配比例的辦法來(lái)改變火焰中心位置。當(dāng)汽溫高時(shí)，一般可開(kāi)大上排二次風(fēng)，關(guān)小下排二次風(fēng)，以壓低火焰中心。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。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。 改變煙氣量。若改變流經(jīng)過(guò)熱器的煙氣量，則煙氣流速必然改變，使對(duì)流傳熱系數(shù)變化，從而改變了煙氣對(duì)過(guò)熱器的放熱量。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。改變煙氣量即改變煙氣流速的方法有： （ 1）采用 煙氣再循環(huán) 。采用煙氣再循環(huán)調(diào)節(jié)汽溫的原理是從尾部煙道（通常是從省煤器后）抽出一部分低溫?zé)煔?，用再循環(huán)風(fēng)機(jī)送回爐膛，并通過(guò)對(duì)再循環(huán)煙氣量?jī)?nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 16 的調(diào)節(jié)來(lái)改變流經(jīng)過(guò)熱器的煙氣流量，改變煙氣流速。此外，當(dāng)送入爐膛的低溫再循環(huán)煙氣量改變時(shí)，還使?fàn)t膛溫度發(fā)生變化，爐內(nèi)輻射吸熱與對(duì)流吸熱的比例將改變，從而使汽溫發(fā)生變化。由此，改變?cè)傺h(huán)煙氣量，可以同時(shí)改變流過(guò)過(guò)熱器的煙氣流量和煙氣含熱量，因而可以調(diào)節(jié)汽溫。 （ 2）煙氣旁路調(diào)節(jié) 。采用這種方法是將過(guò)熱器處的對(duì)流煙道分隔成主煙道和旁路煙道兩部分。在旁路煙道中的受熱面之后裝有煙氣擋板 ，調(diào)節(jié)煙氣擋板的開(kāi)度，即可改變通過(guò)主煙道的煙氣流速，從而改變主煙道中受熱面的吸熱量。由于高溫對(duì)流煙道中煙氣的溫度很高，煙氣擋板極易變形或燒壞，故這一方法只用于布置在鍋爐尾部對(duì)流煙道中的低溫過(guò)熱器或低溫再熱區(qū)段，而在我國(guó)目前的超高壓機(jī)組中，則僅用于低溫再熱器區(qū)段。采用煙氣旁路來(lái)調(diào)節(jié)再熱汽溫時(shí)，還會(huì)影響到過(guò)熱汽溫。為了增加再熱汽溫的調(diào)節(jié)幅度并減小對(duì)過(guò)熱汽溫的影響，應(yīng)使主煙道中的再熱器有較大的受熱面，而旁路煙道中的過(guò)熱器受熱面則應(yīng)小些。 （ 3）調(diào)節(jié)送風(fēng)量 。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。調(diào)節(jié)送風(fēng)量首先必須滿(mǎn)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。而用以調(diào)節(jié)汽溫，一般知識(shí)作為輔助手段。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)配合調(diào)節(jié)汽溫。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。因?yàn)檫^(guò)多的送風(fēng)量不但增加了送、吸風(fēng)機(jī)是耗電量，降低了電廠(chǎng)的經(jīng)濟(jì)性，而且增大了排煙熱損失，降低鍋爐熱效率。特別是燃油鍋爐對(duì)過(guò)剩空氣量的控制就更為重要。過(guò)剩空氣量的增加，不但加速空氣預(yù)熱器的腐蝕，還有可能引起可燃物在尾部受熱面的堆積，導(dǎo)致尾部受熱面再燃燒。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 17 第二章 過(guò)熱汽溫控制系統(tǒng)的基本方案 目前，過(guò)熱汽溫的控制方案很多，而且隨著自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，新的控制方法不斷出現(xiàn)，汽溫控制的質(zhì)量也不斷提高。傳統(tǒng)的汽溫控制系統(tǒng)有兩種：串級(jí)汽溫控制系統(tǒng)和采用導(dǎo)前微分信號(hào)的汽溫控制系統(tǒng)。由于過(guò)熱汽溫控制通道的遲延和慣性很大，被調(diào)量信號(hào)反應(yīng)慢，因此選擇減溫器后的汽溫作為局部反饋信號(hào)，形成了上述的兩種雙回路控制系統(tǒng)。下面將分別加以介紹。 串級(jí)汽溫控制系統(tǒng) 單回路控制系統(tǒng)是各種復(fù)雜控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，由于其控制簡(jiǎn)單而得到廣泛應(yīng)用。但隨著工業(yè)技 術(shù)的不斷更新，生產(chǎn)不斷強(qiáng)化，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程對(duì)工業(yè)參數(shù)提出了越來(lái)越嚴(yán)格的要求，并且由于生產(chǎn)過(guò)程中各參數(shù)間的關(guān)系復(fù)雜化及控制對(duì)象遲延和慣性的增大，都使得單回路控制系統(tǒng)顯得無(wú)能為力，因而產(chǎn)生了許多新的、較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，如串級(jí)控制、導(dǎo)前微分控制、復(fù)合控制、分段控制、多變量控制等。串級(jí)控制系統(tǒng)對(duì)改善控制品質(zhì)有獨(dú)到之處，本節(jié)將對(duì)其組成、特點(diǎn)及整定進(jìn)行討論 串級(jí) 汽溫 控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及原理 火電廠(chǎng)過(guò)熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 21 所示 ： 圖 21 過(guò)熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng) 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 18 該汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)中，有主、副兩個(gè) 調(diào)節(jié)器。由于汽溫對(duì)象具有較大的延遲和慣性，主調(diào)節(jié)器多采用 PID 控制規(guī)律， 其輸入偏差信號(hào)為 2I? 0I? ，輸出信號(hào)為 1TI ，副調(diào)節(jié)器采用 PI 或 P 控制規(guī)律， 接受導(dǎo)前汽 溫信號(hào) 1I? 和主調(diào)節(jié)器輸出信號(hào) I 1T ，輸出為 2TI 。當(dāng)過(guò)熱汽 溫升高時(shí)， 2I? 增加，主調(diào)節(jié)器輸出 1TI 減小，副調(diào)節(jié)器輸出 2TI 增加，減溫水量增加，過(guò)熱汽溫下降。 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： 2I? = 0I? ； 1I? = 1TI 由此也可以認(rèn)為主調(diào)節(jié)器的輸出 1TI 是導(dǎo)前汽溫 1I? 的給定值。 過(guò)熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)的原理方框圖 如圖 22 所示， 具有內(nèi)外兩個(gè)回路。 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。 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。 若采用單回路控制主汽溫 1q (即將 1q 作為主信號(hào)反饋到調(diào)節(jié)器 PI1,PI1 直接去控閥門(mén)開(kāi)度 )無(wú)法取得滿(mǎn)意的控制品質(zhì)。為此再取一個(gè)對(duì)減溫水量變化反映快的中間溫度信號(hào) 2q 作為導(dǎo)前信號(hào)，增加一個(gè)調(diào)節(jié)器 PI2 組成如圖 22 所示的串級(jí)控制系統(tǒng)。調(diào)節(jié)器 PI2 根據(jù) 2q 信號(hào)控制減溫水閥，如果有某種擾動(dòng)使汽溫 2q 比 1q 提早反映（例如：內(nèi)擾為噴水量 W 的自發(fā)性變化），那么由于 PI2 的提前動(dòng)作，擾動(dòng)引起的 2q 波動(dòng)很快消除，從而使主汽溫 1q 基本不受影響。另外， PI2 的給定值受調(diào)節(jié)器 PI1 的影響，后者根據(jù) 1q 改變 2q 的給定值，從而保證負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)，仍 能保持 X 滿(mǎn)足要求?？梢?jiàn)，串級(jí)系統(tǒng)中采用了兩級(jí)調(diào)節(jié)器，各有其特殊任務(wù)。 圖 22 過(guò)熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)的原理方框圖 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 19 串級(jí)汽溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 為充分發(fā)揮串級(jí)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，在設(shè)計(jì)實(shí)施控制系統(tǒng)時(shí)，還應(yīng)適當(dāng)合理的設(shè)計(jì)主、副回路及選擇主、副調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律。 主、副回路的設(shè)計(jì)原則 （ 1）副參數(shù)的選擇，應(yīng)使副回路的時(shí)間常數(shù)小，控制通道短，反應(yīng)靈敏。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。副回路應(yīng)該把生產(chǎn)系統(tǒng)的主要干擾包括在內(nèi)，應(yīng)力求把變化幅度最大、最劇 烈和最頻繁的干擾包括在副回路內(nèi)，以充分發(fā)揮副回路改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的作用，保證主參數(shù)的穩(wěn)定。因此，在設(shè)計(jì)串級(jí)控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)設(shè)法找到一個(gè)反應(yīng)靈敏的副參數(shù)，使得干擾在影響主參數(shù)之前就得到克服，副回路的這種超前控制作用，必然使控制質(zhì)量有很大的提高。 （ 2）副回路應(yīng)包含被控對(duì)象所受到的主要干擾。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)。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)。在具體情況下，副回路的范圍應(yīng)當(dāng)多 大，取決于整個(gè)對(duì)象的容積分布情況以及各種擾動(dòng)影響的大小。副回路的范圍也不是愈大愈好。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。一般應(yīng)使副回路的頻率比主回路的頻率高的多，當(dāng)副回路的時(shí)間常數(shù)加在一起超過(guò)了主回路時(shí)，采用串級(jí)控制就沒(méi)有什么效果了。 （ 3）主、副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)應(yīng)適當(dāng)匹配。由于串級(jí)系統(tǒng)中主、副回路是兩個(gè)相互獨(dú)立又密切相關(guān)的回路。如果在某種干擾作用下，主參數(shù)的變化進(jìn)入副回路時(shí)，會(huì)引起副回路中參數(shù)振幅增加，而副參數(shù)的變化傳到主回路后，又迫使主參數(shù)變化幅度增大，如此循環(huán)往復(fù)，就會(huì)使 主、副參數(shù)長(zhǎng)時(shí)間大幅度波動(dòng)，這就是所謂串級(jí)系統(tǒng)的“共振現(xiàn)象”。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(shí)處理，甚至可能導(dǎo)致生產(chǎn)事故，引起嚴(yán)重后果。為確保串級(jí)系統(tǒng)不受共振現(xiàn)象的威脅，一般取 ? ?123 ~ 10ddTT? (21) 式子中： 1dT 為主回路的振蕩周期 ； 2dT 為副回路振蕩周期，要滿(mǎn)足式子（ 21） ，除了在副回路設(shè)計(jì)中加以考慮之外，還與主、副調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)有關(guān) 。 主、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)于它們的選型即控制規(guī)律的選擇也有不同考慮。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 20 （ 1） 副調(diào)節(jié)器的選型 副調(diào)節(jié)器的任務(wù)是要快速動(dòng)作以迅速消除進(jìn)入副回路內(nèi)的擾動(dòng)，而且副參數(shù)并不要求無(wú)差，所以一般都選 P 調(diào)節(jié)器，也可采用 PD 調(diào)節(jié)器，但這增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，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，也可以考慮采用 PI 調(diào)節(jié)器。 （ 2）主調(diào)節(jié)器的選型 主調(diào)節(jié)器的任務(wù)是準(zhǔn)確保持被調(diào)量符合生產(chǎn) 要求。凡是需采用串級(jí)控制的生產(chǎn)過(guò)程，對(duì)控制的品質(zhì)都是很高的，不允許被調(diào)量存在靜差。因此主調(diào)節(jié)器必須具有積分作用，一般都采用 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)又有主要擾動(dòng)落在副回路以外的話(huà)，就可以考慮采用 PID 調(diào)節(jié)器。 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。 （ 2）要求主參數(shù)波動(dòng)范圍很小，且不允許有余差，此時(shí)副調(diào)節(jié)器可以采用比例控制，主調(diào)節(jié)器采用比例積分 控制。 （ 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。 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。 圖 23 串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖 兩部整定法 當(dāng)串級(jí)系統(tǒng)中副回路的控制過(guò)程比主回路快的多時(shí)，可按下述步驟分別獨(dú)立整定主、副調(diào)節(jié)器參數(shù)。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 21 （ 1）先整定副調(diào)節(jié)器 當(dāng)副回路受到階躍擾動(dòng)時(shí)，在較短時(shí)間內(nèi)副回路 控制過(guò)程就告結(jié)束。在此期間，主回路基本上不參加動(dòng)作，由圖 23 得整定副回路時(shí)的方框圖，如圖 24 （ a） 所示?？砂磫位芈废到y(tǒng)的整定方法整定副調(diào)節(jié)器 ??2TWs。 （ 2）整定主調(diào)節(jié)器 當(dāng)主回路進(jìn)行控制時(shí)，副回路幾乎起理想隨動(dòng)作用，由圖 23 可得 從而求得副回路的閉和傳遞函數(shù) 222() 1( ) ( )mYsR s W s? （ 22） 圖 24 主副調(diào)節(jié)器分別 獨(dú)立整定時(shí)的方框圖 即在主回路中副回路可看作一個(gè)比例環(huán)節(jié)，由此畫(huà)出整定主回路時(shí)的方框圖，如圖 24（ b）所示?？砂磫位芈废到y(tǒng)的整定方法整定主調(diào)節(jié)器 ??1TWs的參數(shù)。 按上述步驟整定系統(tǒng)后，通常應(yīng)滿(mǎn)足 213??? （ 1? 、 2? 分別為主、副回路主導(dǎo)衰減振蕩成分的頻率）。要達(dá)到此要求整定時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)問(wèn)題： ① 對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性?？?制對(duì)象前區(qū)動(dòng)態(tài)特性 02()Ws與整個(gè)控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性0 01 02( ) ( ) ( )W s W s W s? 相比，應(yīng)有較小的遲延和慣性。 ② 調(diào)節(jié)器類(lèi)型的選擇。副調(diào)節(jié)器 2()TWs可選用 P（或 PD）調(diào)節(jié)器，主調(diào)節(jié)器應(yīng)選用 PI 調(diào)節(jié)器，以使副回路有較高的衰減振蕩頻率。 ③ 整定指標(biāo)的選擇。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 ?? ）。 另外，按此方法整定串級(jí)系統(tǒng)時(shí)還應(yīng)考慮控制對(duì)象惰性區(qū)動(dòng)態(tài)特性的求取。在圖24 中，控制對(duì)象導(dǎo)前區(qū)的特性 02()Ws可直接由實(shí)驗(yàn)測(cè)得，而惰性區(qū)的特性 01()Ws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 0 01 02( ) ( ) ( )W s W s W s? 總是可以由2 2 2( ) ( ) ( )mR s Y s W s?內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 22 實(shí)驗(yàn)測(cè)得，因此對(duì)象惰性區(qū)的動(dòng)態(tài)特性 01()Ws原則上可以由 0()Ws和 02()Ws算出： 00102()() ()WsWs Ws? （ 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)特性常可表示為0010 0 1 0 20()( ) ( ) ( ) ( ) (1 ) nKsW s W s W s s T s??? ? ? ? （ 24） 222022()() ( ) (1 ) nsKWs s T s???? ?