【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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)?？諝饬康目刂凭透鼮橹匾＿^(guò)?？諝饬康脑黾?，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。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)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，輸出信號(hào)為，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)和主調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)I，輸出為。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。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。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(即將作為主信號(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)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)信號(hào)控制減溫水閥，如果有某種擾動(dòng)使汽溫比提早反映（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)引起的波動(dòng)很快消除，從而使主汽溫基本不受影響。另外，PI2的給定值受調(diào)節(jié)器PI1的影響，后者根據(jù)改變的給定值，從而保證負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)，仍能保持X滿(mǎn)足要求。可見(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 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 (21)式子中：為主回路的振蕩周期；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。（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)。（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。（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) （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)器的參數(shù)。按上述步驟整定系統(tǒng)后，通常應(yīng)滿(mǎn)足（、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?？刂茖?duì)象前區(qū)動(dòng)態(tài)特性與整個(gè)控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性相比，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。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(mǎn)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(xiàn)整定主調(diào)節(jié)器時(shí)更為簡(jiǎn)便。因此在式（27）假定下 （28）式中：為控制對(duì)性階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)上與的比值，它實(shí)際往往無(wú)法由實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)上直接獲得（如在過(guò)汽溫對(duì)象中）。逐次逼近法（1）先整定副調(diào)節(jié)器。在第一次整定副調(diào)節(jié)器時(shí)，斷開(kāi)主環(huán)，即按副回路單獨(dú)工作時(shí)的單回路系統(tǒng)來(lái)整定副調(diào)節(jié)器的參數(shù)，記作。（2）根據(jù)整定主調(diào)節(jié)器。由圖25可以寫(xiě)出串級(jí)控制系統(tǒng)的特征方程為 （29）可得此時(shí)等效控制對(duì)象的傳遞函數(shù)為 （210）按照單回路系統(tǒng)整定方法求出主調(diào)節(jié)器參數(shù)，記作。（3）據(jù)（2）得到的，再整定副調(diào)節(jié)器，由圖25寫(xiě)出串級(jí)控制系統(tǒng)的特征方程為 （211）可得此時(shí)等效控制對(duì)象為 （212）然后根據(jù)單回路系統(tǒng)的整定方法求出副調(diào)節(jié)器的參數(shù)，記為。（4）如果的參數(shù)值與第（1）步得到的參數(shù)值基本相同，那么整定就告完成。兩個(gè)調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)步驟分別為（1）和（2）中求得的參數(shù)，否則應(yīng)根據(jù)重復(fù)步驟（2）、（3），直到出現(xiàn)兩次整定結(jié)果基本相同為止。補(bǔ)償法 當(dāng)控制對(duì)象導(dǎo)前區(qū)的動(dòng)態(tài)特性與整個(gè)控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性相比，遲延和慣性不夠小時(shí)，控制系統(tǒng)經(jīng)整定后主、副回路的振蕩頻率差別不夠大，這時(shí)就不能 用“兩步整定法”整定，可以采用“補(bǔ)償法”整定調(diào)節(jié)器參數(shù)。圖23所示的串級(jí)控制系統(tǒng)，在保持系統(tǒng)特征方程式不變的條件下，可把它的閉和回路等效的變換成圖25所示:圖25 串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖的等效變換從等效變換后方框圖形式可以看出，如果為了分析串級(jí)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可以把它看作一個(gè)單回路系統(tǒng)。在這個(gè)等效單回路系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器為控制對(duì)象為 （213）因此，串級(jí)系統(tǒng)可按下述步驟進(jìn)行整定：（1）適當(dāng)選擇主調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以造成一個(gè)動(dòng)態(tài)特性較好的等效控制對(duì)象。從圖25或式（213）的關(guān)系中可知，所造成的等效控制對(duì)象