【正文】 PID1來完成。副回路的被控量為一級減溫器出口的蒸汽溫度。副回路的給定值是由主回路控制器的輸出與前饋信號疊加形成。圖14 過熱器一級減溫控制系統(tǒng) 由于機組的負荷會改變，控制對象的動態(tài)特性也隨之而變，為了在較大的負荷變化范圍內(nèi)都具備較高的控制品質(zhì)，在大型機組的蒸汽溫度控制中，可充分利用計算機分散控制的優(yōu)點，將主、副調(diào)節(jié)器設(shè)計成自動隨著負荷的變化不斷地修改整定參數(shù)的調(diào)節(jié)器，上述蒸汽溫度控制系統(tǒng)就是如此。該系統(tǒng)與一級減溫控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基本相同，也是一個串級雙回路控制系統(tǒng)，不同之處在于：主、副調(diào)節(jié)器輸入的偏差信號不同，采用的前饋信號也不同。圖15 過熱器二級減溫控制系統(tǒng)副回路的被控量為二級減溫器出口蒸汽溫度，其溫度的測量值送入副回路與其給定值比較，形成二級減溫器出口蒸汽溫度的偏差信號。二級過熱器蒸汽溫度控制是鍋爐出口蒸汽溫度的最后一道控制手段，為了保證汽輪機的安全運行，要求盡可能提高鍋爐出口蒸汽溫度的調(diào)節(jié)品質(zhì)。其前饋信號有主蒸汽溫度和壓力的給定值的函數(shù)，還有主蒸汽流量代表機組負荷以及送風(fēng)量、燃燒器火嘴擺動傾角等。 再熱汽溫控制系統(tǒng) 再熱汽溫控制的任務(wù)為了提高大容量、高參數(shù)機組的循環(huán)效率，并防止汽輪機末級蒸汽帶水，需采用中間再熱系統(tǒng)。另一方面，在鍋爐運行中，再熱器出口溫度更容易受到負荷和燃燒工況等因素的影響而發(fā)生變化，而且變化的幅度也較大，如果不進行控制，可能造成中壓缸轉(zhuǎn)子與汽缸較大的熱變形，引起汽輪機振動。此外，在低負荷、機組甩負荷或汽輪機跳閘時，保護再熱器不超溫，以保證機組的安全運行。 按設(shè)計，再熱蒸汽溫度正常情況下由噴燃器火嘴傾角的擺動來控制。擺動火嘴：擺動燃燒器火嘴傾角是設(shè)計用來調(diào)節(jié)再熱汽溫的正常手段，它是一個帶前饋信號的單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)。根據(jù)主蒸汽流量經(jīng)函數(shù)發(fā)生器給出的隨機組負荷變化的再熱汽溫設(shè)定值，與運行人員手動設(shè)定值經(jīng)小值選擇器后與再熱蒸汽測量值進行比較，偏差進入控制器。為了提高再熱汽溫在外擾下的調(diào)節(jié)品質(zhì)，控制回路設(shè)計了機組負荷和送風(fēng)量經(jīng)函數(shù)發(fā)生器給出的前饋信號。當(dāng)進行爐膛吹掃時，火嘴傾角將被自動連鎖到水平位置。每側(cè)的再熱汽溫有兩個測量信號，當(dāng)擺動火嘴在自動控制狀態(tài)時，噴水減溫的再熱汽溫設(shè)定在擺動火嘴控制系統(tǒng)設(shè)定值的基礎(chǔ)上加上根據(jù)擺動火嘴控制指令經(jīng)函數(shù)發(fā)生器給出的偏置量，意在當(dāng)擺動火嘴有調(diào)節(jié)與低時抬高噴水減溫控制系統(tǒng)設(shè)定值以確保噴水減溫閥門關(guān)死。由于噴水減溫系統(tǒng)只是設(shè)計用作輔助調(diào)節(jié)手段，故系統(tǒng)設(shè)計比較簡單，再熱汽溫設(shè)定值與測量值的偏差經(jīng)PID調(diào)節(jié)器后直接作為噴水減溫閥門開度指令，控制器未設(shè)計SMITH預(yù)估器，也未設(shè)計任何前饋信號。汽溫過高會使金屬應(yīng)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(shè)置適當(dāng)?shù)恼{(diào)溫手段，以修正運行因素對汽溫波動的影響。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)。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，可以達到調(diào)節(jié)汽溫的目的。 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。噴水減溫的方法是將水呈霧狀直接噴射到被調(diào)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。 噴水減溫調(diào)節(jié)操作簡單，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，改變進入減溫器的減溫水量即可達到調(diào)節(jié)過熱汽溫的目的。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，在進行汽溫調(diào)節(jié)時必須明確每級減溫器所擔(dān)負的任務(wù)。由于該減溫器距末級過熱器的出口尚有較長距離，相對來說，它對出口汽溫的調(diào)節(jié)時滯較大，而且由于蒸汽流經(jīng)后幾級過熱器后，汽溫的變化幅度較大，誤差也大，所以很難保證出口蒸汽溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)。該鍋爐第二級噴水減溫器設(shè)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)。正常工況時，一、二級噴水量的比例為總噴水量的75％和25％，在高加全部切除時，其比例為95％和5％。因此，鍋爐按鍋爐額定負荷設(shè)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。噴水減溫調(diào)節(jié)主蒸汽溫度在經(jīng)濟上是有一定損失的。增加了排煙損失。故而有可用能的損失。再熱器不宜采用噴水減溫調(diào)節(jié)汽溫。如果機組的負荷一定，將使高壓缸出力減小，減少高壓缸的蒸汽流量。再熱器噴水減溫器的主要目的是當(dāng)出現(xiàn)事故工況，再熱器入口汽溫超過允許值，可能出現(xiàn)超溫損壞時，噴水減溫器投入運行，借以保護再熱器。 從煙氣側(cè)調(diào)節(jié)汽溫改變火焰中心位置。當(dāng)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。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。擺動式燃燒器的調(diào)溫幅度較大，調(diào)節(jié)靈敏，設(shè)備簡單，投資費用少，并且沒有功率損耗。20176?！?0176。如果向下的傾角過大時，可能會造成水冷壁下部或冷灰斗結(jié)渣。同時在低負荷時若向上的傾角過大，還可能發(fā)生爐膛滅火。當(dāng)擺動式燃燒器作為再熱汽溫的主調(diào)方式時，它將以再熱汽溫為信號，改變?nèi)紵鞯膬A角。當(dāng)燃燒器傾角已達到最低極限值時，再熱汽溫仍然高于額定值時，再熱器事故噴水減溫器將自動投入運行，以保持汽溫和保護再熱器。當(dāng)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。而切換成前墻或靠近前墻的噴燃器運行時，則火焰中心位置離過熱器相對的遠些，爐膛出口煙溫就相對的低些。對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)分配比例的辦法來改變火焰中心位置。當(dāng)汽溫低時，一般則關(guān)小上排二次風(fēng)，開大下排二次風(fēng)，以抬高火焰中心。改變煙氣量。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。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)機送回爐膛，并通過對再循環(huán)煙氣量的調(diào)節(jié)來改變流經(jīng)過熱器的煙氣流量，改變煙氣流速。由此，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。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。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。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。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，達到調(diào)節(jié)過熱汽溫的目的。而用以調(diào)節(jié)汽溫，一般知識作為輔助手段。利用送風(fēng)量調(diào)節(jié)汽溫是有限度的，超過了范圍將造成不良后果。特別是燃油鍋爐對過?？諝饬康目刂凭透鼮橹匾?。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。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)。 串級汽溫控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)是各種復(fù)雜控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，由于其控制簡單而得到廣泛應(yīng)用。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。當(dāng)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。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。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。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(dǎo)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)。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。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(dāng)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。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。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。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。在具體情況下，副回路的范圍應(yīng)當(dāng)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。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。（3）主、副對象的時間常數(shù)應(yīng)適當(dāng)匹配。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(fù)，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”。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)。（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(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。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。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。（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。 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(fù)雜些。（1）先整定副調(diào)節(jié)器當(dāng)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?？砂磫位芈废到y(tǒng)的整定方法整定副調(diào)節(jié)器?？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)。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。② 調(diào)節(jié)器類型的選擇。③ 整定指標(biāo)的選擇。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。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(dǎo)前區(qū)動態(tài)特性可以用式（24）、（25）來表示，而且有和，那么當(dāng) 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。逐次逼近法（1）先整定副調(diào)節(jié)器。（2）根據(jù)整定主調(diào)節(jié)器。（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。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(fù)步驟（2）、（3），直到出現(xiàn)兩次整定結(jié)果基本相同為止。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)。從圖25或式（213）的關(guān)系中可知，所造成的等效控制對象只能在控制對象原有的基礎(chǔ)上，通過選擇的參數(shù)使它比較有利于控制。（2）選擇好的參數(shù)得到了等效控制對象后，就可