【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ；2n—階數(shù)；在減溫水流量擾動(dòng)下，過熱汽溫的傳遞函數(shù)可表示為： 010())nKSWT???? （24）式中： 0K一減溫水流量擾動(dòng)下過熱蒸汽溫度的放大系數(shù)； T—為減溫水流量擾動(dòng)下過熱蒸汽溫度的時(shí)間常數(shù)； 0n—階數(shù)；對(duì)象惰性區(qū)的傳遞函數(shù)可表示為： 1102())nSKWT??? （25）式中： 1K—減溫水流量擾動(dòng)下惰性區(qū)溫度的放大系數(shù)；T—為減溫水流量擾動(dòng)下惰性區(qū)溫度的時(shí)間常數(shù)； 1n—階數(shù)；總的來說，根據(jù)對(duì)過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)對(duì)象做階躍擾動(dòng)試驗(yàn)得出的動(dòng)態(tài)特性曲線可知，它們均為有延遲的慣性環(huán)節(jié)，但各自的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)值有較大的差別。 過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)的概念和方法 維持穩(wěn)定的汽溫是保證鍋爐安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行所必須的。汽溫過高會(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。因此，要求鍋爐設(shè)置適當(dāng)?shù)恼{(diào)溫手段，以減小擾動(dòng)對(duì)汽溫波動(dòng)的影響。 對(duì)汽溫調(diào)節(jié)方法的基本要求是：調(diào)節(jié)慣性或延遲時(shí)間小，調(diào)節(jié)范圍大，對(duì)熱循環(huán)熱效率影響小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠及附加設(shè)備消耗少。長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)11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)。所謂蒸汽側(cè)的調(diào)節(jié)，是指通過改變蒸汽的熱焓來調(diào)節(jié)溫度。例如噴水式減溫器向過熱器中噴水，噴入的水的加熱和蒸發(fā)要消耗過熱蒸汽的一部分熱量，從而使汽溫下降，調(diào)節(jié)噴入的水量，可以達(dá)到調(diào)節(jié)汽溫的目的。煙氣側(cè)的調(diào)節(jié)，使通過改變鍋爐內(nèi)輻射受熱面和對(duì)流受熱面的吸熱量分配比例的方法或改變流經(jīng)過熱器的煙氣量的方法來調(diào)節(jié)過熱蒸汽溫度。 從蒸汽側(cè)調(diào)節(jié)汽溫 汽溫調(diào)節(jié)通常采用噴水減溫作為主要調(diào)節(jié)手段。減溫器通常采用給水作為冷卻工質(zhì)。噴水減溫的方法是將水呈霧狀直接噴射到過熱蒸汽中去與之混合，吸收過熱蒸汽的熱量使本身加熱，蒸發(fā)，過熱，最后也成為過熱蒸汽的一部分。被調(diào)溫的過熱蒸汽由于放熱，所以汽溫降低，達(dá)到了調(diào)溫的目的。 噴水減溫調(diào)節(jié)操作簡(jiǎn)單，只要根據(jù)汽溫的變化適當(dāng)?shù)淖兏鄳?yīng)的減溫水調(diào)節(jié)閥門開度，改變進(jìn)入減溫器的減溫水量即可達(dá)到調(diào)節(jié)過熱汽溫的目的。當(dāng)汽溫偏高時(shí)，開大調(diào)節(jié)門增加減溫水量；當(dāng)汽溫偏低時(shí)，關(guān)小調(diào)節(jié)閥門減少減溫水量，或者根據(jù)需要將減溫器撤出運(yùn)行。單元機(jī)組的鍋爐對(duì)汽溫要求較高，故通常裝置兩級(jí)以上的噴水減溫器。第一級(jí)布置在分隔屏過熱器之前，被調(diào)參數(shù)是屏式過熱器出口汽溫，其主要任務(wù)是保護(hù)屏式過熱器，防止壁管超溫。這級(jí)減溫器只能作為主蒸汽溫度的粗調(diào)節(jié)。該鍋爐第二級(jí)噴水減溫器設(shè)在末級(jí)對(duì)流過熱器進(jìn)口，被調(diào)參數(shù)是主蒸汽出口溫度，由于此處距主蒸汽出口距離近，且此后蒸汽溫度變化幅度也不大，所以第二級(jí)噴水減溫的靈敏度高，調(diào)節(jié)時(shí)滯也小，能有效的保證主蒸汽出口溫度符合要求，因而該級(jí)噴水調(diào)節(jié)是主蒸汽的細(xì)調(diào)節(jié)。第二級(jí)噴水減溫器往往分兩側(cè)布置，以減小過熱汽溫?zé)崞睢?噴水減溫器調(diào)節(jié)汽溫的特點(diǎn)是，只能使蒸汽減溫而不能升溫。因此，鍋爐按鍋爐額定負(fù)荷設(shè)計(jì)時(shí)，過熱器受熱面的面積是超過需要的，也就是說，鍋爐在額定負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)過熱器吸收的熱量將大于蒸汽所需要的過熱熱量，這時(shí)就必須用減溫水來降低蒸汽的溫度使之保持額定值。由于噴水減溫設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，調(diào)節(jié)又靈敏，所以仍得到廣泛應(yīng)用。 從煙氣側(cè)調(diào)節(jié)汽溫改變火焰中心位置。改變火焰的中心位置可以改變爐內(nèi)輻射吸熱量和進(jìn)入過熱器的煙氣速度，因而可以調(diào)節(jié)過熱汽溫。當(dāng)火焰中心位置抬高時(shí)，火焰離過熱器較近，爐內(nèi)輻射吸熱量減少，爐膛出口煙溫升高，則過熱汽溫將升高?；鹧嬷行奈恢媒档蜁r(shí)，則過熱汽溫降低。改變火焰中心位置的方法有：（1）調(diào)整噴燃器的傾角。在高負(fù)荷時(shí)，將噴燃器向下傾斜某一角度，可以使火焰中心位置下移，使進(jìn)入過熱器區(qū)的煙氣溫度下降，減小過熱器的傳熱溫長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)12差，使汽溫降低。而在低負(fù)荷時(shí)，將噴燃器向上傾斜適當(dāng)角度，則可以使火焰中心位置提高，使汽溫升高。（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，即通過上、下排噴燃器的切換，來改變火焰中心位置。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。（3）變化配風(fēng)工況。用改變上、下排二次風(fēng)分配比例的辦法來改變火焰中心位置。當(dāng)汽溫高時(shí)，可開大上排二次風(fēng)，關(guān)小下排二次風(fēng)，以壓低火焰中心。當(dāng)汽溫低時(shí)，則關(guān)小上排二次風(fēng)，開大下排二次風(fēng)，以抬高火焰中心。若改變流經(jīng)過熱器的煙氣量，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)。改變?cè)傺h(huán)煙氣量，可以同時(shí)改變流過過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)煙氣擋板的開度，即可改變通過主煙道的煙氣流速，從而改變主煙道中受熱面的吸熱量。（3）調(diào)節(jié)送風(fēng)量。調(diào)節(jié)送風(fēng)量可以改變流經(jīng)過熱器的煙氣量，即改變煙氣流速，達(dá)到調(diào)節(jié)過熱汽溫的目的。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。由以上分析可知噴水減溫調(diào)節(jié)操作簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)又靈敏，只要根據(jù)汽溫的變化適當(dāng)?shù)淖兏鄳?yīng)的減溫水調(diào)節(jié)閥門開度，改變進(jìn)入減溫器的減溫水量即可達(dá)到調(diào)節(jié)過熱汽溫的目的。并且對(duì)過熱器的安全運(yùn)行比較理想，盡管對(duì)象的調(diào)節(jié)特性不夠理想，但可以從對(duì)象的調(diào)節(jié)通道中找出一個(gè)比被調(diào)量反應(yīng)快的中間點(diǎn)信號(hào)作為調(diào)節(jié)器的補(bǔ)充反饋信號(hào)，以改善對(duì)象調(diào)節(jié)通道的動(dòng)態(tài)特性，提高調(diào)節(jié)系統(tǒng)的質(zhì)量。所以噴水減溫還是目前被廣泛使用的過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)方法。本次設(shè)計(jì)就是采用噴水減溫作為主要調(diào)節(jié)手段。長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)13第 3 章 過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的基本方案過熱氣溫控制中一般應(yīng)用 PID 控制器來進(jìn)行調(diào)節(jié)，下面將簡(jiǎn)單介紹 PID 控制器和 PID 參數(shù)整定的方法。過熱汽溫的控制方案很多，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并確定控制方案。 PID 控制器在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱 PID 控制，又稱 PID 調(diào)節(jié) [5]。PID 控制器問世至今已有近 70 年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來確定，這時(shí)應(yīng)用 PID 控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或不能通過有效的測(cè)量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用 PID 控制技術(shù)。PID 控制，實(shí)際中也有 PI 和 PD 控制。PID 控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。 比例積分微分（PID）調(diào)節(jié)器理 想 的 比 例 積 分 微 分 （ PID） 調(diào) 節(jié) 器 由 比 例 、 積 分 和 微 分 三 種 調(diào) 節(jié) 作 用 疊 加而 成 ， 其 動(dòng) 態(tài) 方 程 為 ： (31)???????????t0diteT1e其 傳 遞 函 數(shù) 為 ： (32)()+1=sEsWdiPID式 中 ：積 分 時(shí) 間 ： piIKT?； 微 分 時(shí) 間 ： dpKT?； 比 例 帶 ： 1pK??；微 分 慣 性 時(shí) 間 常 數(shù) ： dD長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)14PID 調(diào) 節(jié) 器 中 ， 有 三 個(gè) 可 以 調(diào) 整 的 參 數(shù) ： 即 比 例 帶 δ、 積 分 時(shí) 間 Ti 和微 分 時(shí) 間 Td。 適 當(dāng) 選 擇 這 三 個(gè) 參 數(shù) 的 數(shù) 值 ， 可 以 獲 得 良 好 的 調(diào) 節(jié) 質(zhì) 量 。實(shí) 際 PID 調(diào) 節(jié) 器 的 階 躍 響 應(yīng) 曲 線 如 下 圖 所 示 ：teoΔ e0tμo0e??D0K1e???DPIP I D 圖 31 實(shí)際 PID 調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)曲線實(shí) 際 PID 調(diào) 節(jié) 器 在 階 躍 輸 入 下 ， 開 始 時(shí) 微 分 作 用 的 輸 出 變 化 最 大 ， 使 總的 輸 出 大 幅 度 地 變 化 ， 產(chǎn) 生 一 個(gè) 強(qiáng) 烈 的 超 前 調(diào) 節(jié) 作 用 ， 把 這 種 調(diào) 節(jié) 作 用 看 成為 預(yù) 調(diào) ； 然 后 微 分 作 用 消 失 ， 積 分 作 用 逐 漸 占 主 導(dǎo) 地 位 ， 只 要 靜 態(tài) 偏 差 存 在 ，積 分 作 用 便 不 斷 增 加 ， 把 這 種 調(diào) 節(jié) 作 用 可 看 成 為 細(xì) 調(diào) ， 一 直 到 靜 態(tài) 偏 差 完 全消 失 ， 積 分 作 用 才 停 止 ； 而 在 PID 的 輸 出 中 ， 比 例 作 用 是 自 始 至 終 與 偏 差相 對(duì) 應(yīng) 的 ， 它 是 一 種 基 本 的 調(diào) 節(jié) 作 用 。 PID 參數(shù)整定方法先在純比例作用下（把積分時(shí)間放到最大，微分時(shí)間放到零） ，在閉合的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，從大到小地逐漸地改變調(diào)節(jié)器的比例度，就會(huì)得到一個(gè)臨界振蕩過程。這時(shí)的比例度叫臨界比例度 δk，周期為臨界振蕩周期 Tk。記下 δk 和 Tk，然后按經(jīng)驗(yàn)公式來確定調(diào)節(jié)器的各參數(shù)值。臨界比例度法是要系統(tǒng)等幅振蕩，還要多次試湊，而用衰減曲線法較簡(jiǎn)單，一般又有兩種方法。（1）4：1 衰減曲線法使系統(tǒng)處于純比例作用下，在達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，用改變給定值的辦法加入階躍干擾，觀察記錄曲線的衰減比，然后逐漸從大到小改變比例度，使出現(xiàn) 4：1 的衰減比為止。記下此時(shí)的比例度 δk 和振蕩周期 Ts。再按經(jīng)驗(yàn)公式（見附錄）來確定 PID 數(shù)值。（2）10：1 衰減曲線法長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)15有的過程，4：1 衰減仍嫌振蕩過強(qiáng)，可采用 10：1 衰減曲線法。方法同上，得到 10：1 衰減曲線，記下此時(shí)的比例度 δk 和上升時(shí)間 Ts，再按經(jīng)驗(yàn)公式（見附錄）來確定 PID 的數(shù)值。（1）根據(jù)不同調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點(diǎn)，先把 P、I、D 各參數(shù)放在基本合適的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值上，這些數(shù)值是由大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)得來的（按 4：1 衰減） 。（2）看曲線，調(diào)參數(shù)，根據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)，看曲線的形狀，直接在閉合的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中逐步反復(fù)試湊，一直得到滿意數(shù)據(jù)。（1）在自動(dòng)或手動(dòng)模式下對(duì)回路引入一個(gè)階躍測(cè)試；（2）軟件自動(dòng)收集過程數(shù)據(jù)，運(yùn)用專家系統(tǒng)加以分析，并建立數(shù)學(xué)模型；（3）使用建立的學(xué)模型自動(dòng)計(jì)算出具有魯棒性的 PID 參數(shù)。目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的方法是經(jīng)驗(yàn)試湊法，但需要工程師的經(jīng)驗(yàn)。而國(guó)外應(yīng)用最為廣泛的方法是軟件自動(dòng)整定法，方便、快捷、可靠。 串級(jí)溫度控制系統(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，工業(yè)生產(chǎn)過程對(duì)工業(yè)參數(shù)提出了越來越嚴(yán)格的要求，并且由于生產(chǎn)過程中各參數(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)不能滿足要求。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)溫度控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及原理過熱蒸汽溫度串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 32 所示：長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)16圖 32 過熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng) 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 0I? 2，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) 1和主調(diào)節(jié)器輸出信號(hào) I ，輸出為 2TI。當(dāng)過熱汽溫升高時(shí)， 2I?增加，主調(diào)節(jié)器輸出 1TI減小，副調(diào)節(jié)器輸出 減小，減溫水量增加，過熱汽溫下降。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?= 0； 1I?= T 由此也可以認(rèn)為主調(diào)節(jié)器的輸出 T是導(dǎo)前汽溫 1I?的給定值。過熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)的原理方框圖如圖 33 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溫器離過熱器出口較遠(yuǎn)，且過熱器管壁熱容較大，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，無法取得滿意的控制品質(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) 2作為導(dǎo)前信號(hào)，增加一個(gè)調(diào)節(jié)器 PI2 組成如圖 32 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 2比 1提早反映，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 q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) 1改變 2的給定值，長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)17從而保證負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)，仍能保持 X 滿足要求?？梢?，串級(jí)系統(tǒng)中采用了兩級(jí)調(diào)節(jié)器。溫 度調(diào) 節(jié) 器 1溫 度調(diào) 節(jié) 器 2執(zhí) 行 器閥 門減 溫 器過 熱 器溫 度 變 送 器 2