【文章內(nèi)容簡介】 過熱器處的對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。由于高溫對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流煙道中的低溫過熱器或低溫再熱區(qū)段，而在我國目前的超高壓機組中，則僅用于低溫再熱器區(qū)段。采用煙氣旁路來調(diào)節(jié)再熱汽溫時，還會影響到過熱汽溫。為了增加再熱汽溫的調(diào)節(jié)幅度并減小對過熱汽溫的影響，應(yīng)使主煙道中的再熱器有較大的受熱面，而旁路煙道中的過熱器受熱面則應(yīng)小些。（3）調(diào)節(jié)送風量。調(diào)節(jié)送風量可以改變流經(jīng)過熱器的煙氣量，即改變煙氣流速，達到調(diào)節(jié)過熱汽溫的目的。調(diào)節(jié)送風量首先必須滿足燃燒工況的要求，以保證鍋爐機組運行的安全性和經(jīng)濟性。而用以調(diào)節(jié)汽溫，一般知識作為輔助手段。當汽溫問題成為運行中的主要矛盾時，才用燃燒調(diào)節(jié)來配合調(diào)節(jié)汽溫。利用送風量調(diào)節(jié)汽溫是有限度的，超過了范圍將造成不良后果。因為過多的送風量不但增加了送、吸風機是耗電量，降低了電廠的經(jīng)濟性，而且增大了排煙熱損失，降低鍋爐熱效率。特別是燃油鍋爐對過?？諝饬康目刂凭透鼮橹匾?。過?？諝饬康脑黾?，不但加速空氣預熱器的腐蝕，還有可能引起可燃物在尾部受熱面的堆積，導致尾部受熱面再燃燒。第二章 過熱汽溫控制系統(tǒng)的基本方案目前，過熱汽溫的控制方案很多，而且隨著自動控制技術(shù)和計算機技術(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：串級汽溫控制系統(tǒng)和采用導前微分信號的汽溫控制系統(tǒng)。由于過熱汽溫控制通道的遲延和慣性很大，被調(diào)量信號反應(yīng)慢，因此選擇減溫器后的汽溫作為局部反饋信號，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。 串級汽溫控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)是各種復雜控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，由于其控制簡單而得到廣泛應(yīng)用。但隨著工業(yè)技術(shù)的不斷更新，生產(chǎn)不斷強化，工業(yè)生產(chǎn)過程對工業(yè)參數(shù)提出了越來越嚴格的要求，并且由于生產(chǎn)過程中各參數(shù)間的關(guān)系復雜化及控制對象遲延和慣性的增大，都使得單回路控制系統(tǒng)顯得無能為力，因而產(chǎn)生了許多新的、較復雜的控制系統(tǒng)，如串級控制、導前微分控制、復合控制、分段控制、多變量控制等。串級控制系統(tǒng)對改善控制品質(zhì)有獨到之處，本節(jié)將對其組成、特點及整定進行討論 串級汽溫控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及原理火電廠過熱汽溫串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖21所示：圖21 過熱汽溫串級控制系統(tǒng)該汽溫串級控制系統(tǒng)中，有主、副兩個調(diào)節(jié)器。由于汽溫對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，其輸入偏差信號為，輸出信號為，副調(diào)節(jié)器采用PI或P控制規(guī)律，接受導前汽溫信號和主調(diào)節(jié)器輸出信號I，輸出為。當過熱汽溫升高時，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，當系統(tǒng)達到穩(wěn)定時，主、副調(diào)節(jié)器的輸入偏差均為零，即：=；=由此也可以認為主調(diào)節(jié)器的輸出是導前汽溫的給定值。過熱汽溫串級控制系統(tǒng)的原理方框圖如圖22所示，具有內(nèi)外兩個回路。內(nèi)回路由導前汽溫變送器、副調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器、減溫水調(diào)節(jié)閥及減溫器組成；外回路由主汽溫對象、汽溫變送器、主調(diào)節(jié)器及整個內(nèi)回路組成。系統(tǒng)中以減溫器的噴水作為控制手段，因為減溫器離過熱器出口較遠，且過熱器管壁熱容較大，主汽溫對象的滯后和慣性較大。若采用單回路控制主汽溫(即將作為主信號反饋到調(diào)節(jié)器PI1,PI1直接去控閥門開度)無法取得滿意的控制品質(zhì)。為此再取一個對減溫水量變化反映快的中間溫度信號作為導前信號，增加一個調(diào)節(jié)器PI2組成如圖22所示的串級控制系統(tǒng)。調(diào)節(jié)器PI2根據(jù)信號控制減溫水閥，如果有某種擾動使汽溫比提早反映（例如：內(nèi)擾為噴水量W的自發(fā)性變化），那么由于PI2的提前動作，擾動引起的波動很快消除，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，從而保證負荷擾動時，仍能保持X滿足要求?？梢?，串級系統(tǒng)中采用了兩級調(diào)節(jié)器，各有其特殊任務(wù)。圖22 過熱汽溫串級控制系統(tǒng)的原理方框圖 串級汽溫控制系統(tǒng)的設(shè)計為充分發(fā)揮串級控制系統(tǒng)的優(yōu)點，在設(shè)計實施控制系統(tǒng)時，還應(yīng)適當合理的設(shè)計主、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)計原則（1）副參數(shù)的選擇，應(yīng)使副回路的時間常數(shù)小，控制通道短，反應(yīng)靈敏。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。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)動態(tài)特性的作用，保證主參數(shù)的穩(wěn)定。因此，在設(shè)計串級控制系統(tǒng)時，應(yīng)設(shè)法找到一個反應(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)包含被控對象所受到的主要干擾。串級控制系統(tǒng)對進入副回路的擾動有很強的克服能力，為發(fā)揮這一特殊作用，在系統(tǒng)設(shè)計時，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。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)計中加以協(xié)調(diào)。在具體情況下，副回路的范圍應(yīng)當多大，取決于整個對象的容積分布情況以及各種擾動影響的大小。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，當副回路的時間常數(shù)加在一起超過了主回路時，采用串級控制就沒有什么效果了。（3）主、副對象的時間常數(shù)應(yīng)適當匹配。由于串級系統(tǒng)中主、副回路是兩個相互獨立又密切相關(guān)的回路。如果在某種干擾作用下，主參數(shù)的變化進入副回路時，會引起副回路中參數(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，就會使主、副參數(shù)長時間大幅度波動，這就是所謂串級系統(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，如不及時處理，甚至可能導致生產(chǎn)事故，引起嚴重后果。為確保串級系統(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，要滿足式子（21），除了在副回路設(shè)計中加以考慮之外，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)是要快速動作以迅速消除進入副回路內(nèi)的擾動，而且副參數(shù)并不要求無差，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)是準確保持被調(diào)量符合生產(chǎn)要求。凡是需采用串級控制的生產(chǎn)過程，對控制的品質(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。如果控制對象惰性區(qū)的容積數(shù)目較多，同時又有主要擾動落在副回路以外的話，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)量要求不十分嚴格，同時在對副參數(shù)的要求也不高的情況下，為使兩者兼顧而采用串級控制方式時，主、副調(diào)節(jié)器均可以采用比例控制。（2）要求主參數(shù)波動范圍很小，且不允許有余差，此時副調(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)亦有一定要求這時主、副調(diào)節(jié)器均采用比例積分形式。 串級汽溫控制系統(tǒng)的整定在如圖23所示的串級系統(tǒng)中，因為兩個調(diào)節(jié)器串在一起，在一個系統(tǒng)中工作，相互之間或多或少的有些影響，因此在串級系統(tǒng)的整定要比簡單系統(tǒng)復雜些。圖23 串級控制系統(tǒng)方框圖兩部整定法 當串級系統(tǒng)中副回路的控制過程比主回路快的多時，可按下述步驟分別獨立整定主、副調(diào)節(jié)器參數(shù)。（1）先整定副調(diào)節(jié)器當副回路受到階躍擾動時，在較短時間內(nèi)副回路控制過程就告結(jié)束。在此期間，主回路基本上不參加動作，由圖23得整定副回路時的方框圖，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)器當主回路進行控制時，副回路幾乎起理想隨動作用，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)器分別獨立整定時的方框圖即在主回路中副回路可看作一個比例環(huán)節(jié)，由此畫出整定主回路時的方框圖，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)滿足（、分別為主、副回路主導衰減振蕩成分的頻率）。要達到此要求整定時應(yīng)考慮以下幾個問題：① 對象的動態(tài)特性?？刂茖ο笄皡^(qū)動態(tài)特性與整個控制對象的動態(tài)特性相比，應(yīng)有較小的遲延和慣性。② 調(diào)節(jié)器類型的選擇。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，按此方法整定串級系統(tǒng)時還應(yīng)考慮控制對象惰性區(qū)動態(tài)特性的求取。在圖24中，控制對象導前區(qū)的特性可直接由實驗測得，而惰性區(qū)的特性不一定能直接由實驗獲得，但整個控制對象的動態(tài)特性總是可以由實驗測得，因此對象惰性區(qū)的動態(tài)特性原則上可以由和算出： （23）例如：鍋爐過熱蒸汽溫度控制對象及其導前區(qū)的動態(tài)特性常可表示為 （24） （25）式中：為減溫水閥門的開度。利用級數(shù)展開和低階近似，惰性區(qū)的動態(tài)特征可表示為： （26）式中 如果控制對象及其導前區(qū)動態(tài)特性可以用式（24）、（25）來表示，而且有和，那么當 時（和分別為和分母中s項的系數(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)對象表示為 （27）這樣避免了由和計算出的麻煩，尤其用階躍響應(yīng)實驗曲線整定主調(diào)節(jié)器時更為簡便。因此在式（27）假定下 （28）式中：為控制對性階躍響應(yīng)實驗曲線上與的比值，它實際往往無法由實驗曲線上直接獲得（如在過汽溫對象中）。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，斷開主環(huán)，即按副回路單獨工作時的單回路系統(tǒng)來整定副調(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可以寫出串級控制系統(tǒng)的特征方程為 （29）可得此時等效控制對象的傳遞函數(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寫出串級控制系統(tǒng)的特征方程為 （211）可得此時等效控制對象為 （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)重復步驟（2）、（3），直到出現(xiàn)兩次整定結(jié)果基本相同為止。補償法 當控制對象導前區(qū)的動態(tài)特性與整個控制對象的動態(tài)特性相比，遲延和慣性不夠小時，控制系統(tǒng)經(jīng)整定后主、副回路的振蕩頻率差別不夠大，這時就不能 用“兩步整定法”整定，可以采用“補償法”整定調(diào)節(jié)器參數(shù)。圖23所示的串級控制系統(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，如果為了分析串級系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可以把它看作一個單回路系統(tǒng)。在這個等效單回路系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器為控制對象為 （213）因此，串級系統(tǒng)可按下述步驟進行整定：（1）適當選擇主調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以造成一個動態(tài)特性較好的等效控制對象。從圖25或式（213）的關(guān)系中可知，所造成的等效控制對象