【文章內(nèi)容簡介】 但對象特征總的特點是：有遲延，有慣性，有自平衡能力，其動態(tài)特性曲 線如圖 25（ a） 所示。 當減溫水量發(fā)生擾動時，雖然減溫器出口處汽溫已發(fā)生變化，但要經(jīng)過較長的過熱器管道才能使出口汽溫發(fā)生變化，其擾動地點 與測量蒸汽溫度的地點之間有著較大的距離，此 時過熱器是一個有純滯后的多容對象。 動態(tài) 曲線圖如圖 25（ b） 所示。當擾動發(fā)生后，要隔較長時間才能是蒸汽溫度發(fā)生變化，滯后時間比較大 。綜上所述，可歸納出以下幾點： （ 1）過熱器出口蒸汽溫度對象不管在哪一 種擾動下都有延遲和慣性，有自平衡能力。而且改變?nèi)魏我粋€輸入?yún)?shù) ，其他的輸入?yún)?shù)都可能直接或間接的影響出口蒸汽溫度，這使得控制對象的動態(tài)過程十分復雜。 （ 2）在減溫水流量擾動下，過熱器出口蒸汽溫度對象具有較大的傳遞滯后和容量滯后，減 小 減溫器與蒸汽溫度控制點之間的距離，可以改善其動態(tài)特性。 （ 3） 在煙氣側熱量和蒸汽流量擾動下，蒸汽溫度控制對象的動態(tài)特性比較好。 長春理工大 學 本科 畢業(yè) 設計 10 由圖可見，在減溫水流量擾動下，減溫器出口過熱汽溫 1? 的響應比過熱器出口汽溫 2? 快得多，可以肯定，在噴水減溫過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，以 1? 作為導前信號構成串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可大大改善控制系統(tǒng)的性能。 在減溫水流量擾動下，導前汽溫的傳遞函數(shù)可表 示為： 22202 2()() ( ) (1 ) nSKWS S T S???? ? （ 23） 式中 ： 2K — 減溫水流量擾動下導前汽溫的放大系數(shù)； 2T —為減溫水流量擾動下導前汽溫對象的時間常數(shù)； 2n — 階數(shù)； 在減溫水流量擾動下，過熱汽溫的傳遞函數(shù)可表示 為： 0010 0()() ( ) (1 ) nKSWS S T S???? ? （ 24） 式中： 0K 一減溫水流量擾動下過熱蒸汽溫度的放大系數(shù)； 0T —為減溫水流量擾動下過熱蒸汽溫度的時間常數(shù)； 0n — 階數(shù)； 對象惰性區(qū)的傳遞函數(shù)可表示為： 11101 21()() ( ) (1 ) nSKWS S T S???? ? （ 25） 式中： 1K —減溫水流量擾動下惰性區(qū)溫度的放大系數(shù)； 1T — 為減溫水流量擾動下惰性區(qū)溫度的時間常數(shù)； 1n — 階數(shù)； 總的來說，根據(jù)對過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)對象做階躍擾動試驗得出的動態(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)濟運行所必須的。汽溫過高會使金屬應力下降，將影響機組的安全運行；汽溫降低則會機組的循環(huán)的效率。因此，要求鍋爐設置適當?shù)恼{(diào)溫手段，以 減小擾動 對汽溫波動的影響。 對汽溫調(diào)節(jié)方法的基本要求是：調(diào)節(jié)慣性或延遲時間小，調(diào)節(jié)范圍大，對熱循環(huán)熱效率影響小，結構簡單可靠及附加設備消耗少。 汽溫的調(diào)節(jié)可歸結為兩大類：蒸汽側的調(diào)節(jié)和煙氣側的調(diào)節(jié)。所謂蒸汽側的調(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)噴長春理工大 學 本科 畢業(yè) 設計 11 入的水量，可以達到調(diào)節(jié)汽溫的目的。煙氣側的調(diào)節(jié)，使通過改變鍋爐內(nèi)輻射受熱面和對流受熱面 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 到了調(diào)溫的目的。 噴水減溫調(diào)節(jié)操作簡單，只要根據(jù)汽溫的變化適當?shù)淖兏鄳臏p溫水調(diào)節(jié)閥門開度，改變進入減溫器的減溫水量即可達到調(diào)節(jié)過熱汽溫的目的。當汽溫偏高時，開大調(diào)節(jié)門增加減溫水量；當汽溫偏低時，關小調(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行。 單 元機組的鍋爐對汽溫要求較高，故通常裝置兩級以上的噴水減溫器。 第一級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，其主要任務是保護屏式過 熱器，防止壁管超溫。 這級減溫器只能作為主蒸汽溫度的粗調(diào)節(jié)。該鍋爐第二級噴水減溫器設在末級對流過熱器進口 ，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，所以第二級噴水減溫的靈敏度高，調(diào)節(jié)時滯也小，能有效的保證主蒸汽出口溫度符合要求，因而該級噴水調(diào)節(jié)是主蒸汽的細調(diào)節(jié)。第二級噴水減溫器往往分兩側布置，以減小過熱汽溫熱偏差。 噴水減溫器調(diào)節(jié)汽溫的特點是， 只能使蒸汽減溫而不能升溫。因此，鍋爐按鍋爐額定負荷設計時，過熱器受熱面的面積是超過需要的，也就是說，鍋爐在額定負荷下運行時過熱器吸收的熱量將大于蒸汽所需要的過熱熱量，這時就必須用減溫 水來降低蒸汽的溫度使之保持額定值。 由于噴水減 溫設備簡單，操作方便，調(diào)節(jié)又靈敏，所以仍得到廣泛應用。 從煙氣側調(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)輻射吸熱量和進入過熱器的煙氣速度，因而可以調(diào)節(jié)過熱汽溫。當火焰中心位置抬高時，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，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。在高負荷時，將噴燃器向下傾斜某一角度，可以使火焰中心位置下移，使進入過熱器區(qū)的煙氣溫度下降，減小過熱器的傳熱溫差，使汽溫降低。而在 低負荷時，將噴燃器向上傾斜適當角度，則可以使火焰中心位置提高，使汽溫升高。 長春理工大 學 本科 畢業(yè) 設計 12 （ 2）改變噴燃器的運行方式 。當沿爐膛高度布置有多排噴燃器時，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。當汽溫高時應盡量先投用下排的燃燒器，汽溫低時可切換成上排噴燃器運行 。 （ 3）變化配風工況 。用改變上、下排二次風分配比例的辦法來改變火焰中心位置。當汽溫高時，可開大上排二次風，關小下排二次風，以壓低火焰中心。當汽溫低時，則關小上排二次風，開大下排二次風，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，使對流傳熱系數(shù)變化，從而改變了煙氣對過熱器的放熱量。煙氣量增多時，煙氣流速大，使汽溫升高；煙氣量減少時，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) 。 改變再循環(huán)煙氣量，可以同時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。 由以上分析可知 噴水減溫調(diào)節(jié)操作簡單，調(diào)節(jié)又靈敏，只要根據(jù)汽溫的變化適當?shù)淖兏鄳臏p溫水調(diào)節(jié)閥門開度，改變進入減溫器的減溫水量即可達到調(diào)節(jié)過熱汽溫的目的。 并且 對過熱器的安全運行比較理想，盡管對象的調(diào)節(jié)特性不夠理想， 但可以從對象的調(diào)節(jié)通道中找出一個比被調(diào)量反應快的中間點信號作為調(diào)節(jié)器的補充反饋信號，以改善對象調(diào)節(jié)通道的動態(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。本次設計就是采用噴水減溫作為主要調(diào)節(jié)手段 。 長春理工大 學 本科 畢業(yè) 設計 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 應用 PID 控制器來進行調(diào)節(jié) ，下面將簡單介紹 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 并確定控制方案 。 PID控制器 在工程實際中，應用最為廣泛的調(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，它以其結構簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術之一。當被控對象的結構和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學模型時，控制理論的其它技術難以采用時，系統(tǒng)控制器的結構和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應用 PID 控制技術最為方便。即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲 得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用 PID 控制技術。 PID 控制，實際中也有 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、微分計算出控制量進行控制的 。 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，其動態(tài)方程為： ???????? ????? ?t0 di dtdeTe d tT1e1 (31) 其傳遞函數(shù)為： ( ) ( )( ) +1+11=sE=s sTsTsW diP I D ?? (32) 式中： 積分時間： pi IKT K?； 微分時 間：ddpKT K? ； 比例帶： 1pK??； 微分慣性時間常數(shù)： dD DTT K? PID 調(diào)節(jié)器中，有三個可以調(diào)整的參數(shù)：即比例帶 δ、積分時間 Ti 和微分時間 Td。適當選擇這三個參數(shù)的數(shù)值，可以獲得良好的調(diào)節(jié)質(zhì)量。 實際 PID 調(diào)節(jié)器的階躍響應曲線如下圖所示： 長春理工大 學 本科 畢業(yè) 設計 14 teoΔ e0tμo0e??D0K1 e???DPIP I D 圖 31 實際 PID 調(diào)節(jié)器的階躍響應曲線 實際 PID 調(diào)節(jié)器在階躍輸入下，開始時微分作用的輸出變化最大，使總的輸出大幅度地變化，產(chǎn)生一個強烈的超前調(diào)節(jié)作用，把這種調(diào)節(jié)作用看成為預調(diào)；然后微分作用消失，積分作用逐漸占主導地位，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應的，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（把積分時間放到最大，微分時間放到零），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，就會得到一個臨界振蕩過程。這時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，在達到穩(wěn)定時，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。記下此時的比例度 δk 和振蕩周期 Ts。再按經(jīng)驗公式（見附錄）來確定 PID 數(shù)值。 （ 2） 10： 1 衰減曲線法 有的過程， 4： 1 衰減仍嫌振蕩過強，可采用 10： 1 衰減曲線法。方法同上，得到 10： 1 衰減曲線，記下此時的比例度 δk和上升時間 Ts，再按經(jīng)驗公式（見附錄）來確定 PID 的數(shù)值。 長春理工大 學 本科 畢業(yè) 設計 15 （ 1） 根據(jù)不 同調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點，先把 P、 I、 D 各參數(shù)放在基本合適的經(jīng)驗數(shù)值上，這些數(shù)值是由大量實踐經(jīng)驗總結得來的（按 4： 1 衰減）。 （ 2） 看曲線，調(diào)參數(shù)，根據(jù)操作經(jīng)驗，看曲線的形狀，直接在閉合的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中逐步反復試湊，一直得到滿意數(shù)據(jù)。 （ 1） 在自動或手動模式下對回路引入一個階躍測試； （ 2） 軟件自動收集過程數(shù)據(jù)，運用專家系統(tǒng)加以分析，并建立數(shù)學模型； （ 3） 使用建立的學模型自動計算出 具有 魯棒 性 的 PID 參數(shù)。 目前國內(nèi)應用最為廣泛的方法是經(jīng)驗試湊法，但需要工程師的經(jīng)驗。而國外應用最為廣泛的方法是軟件自 動整定法，方便、快捷、可靠。 串級溫 度 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，由于其控制簡單而得到廣泛應用。但隨著工業(yè)技術的不斷更新，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) 不能滿足要求 。 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