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鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)課程設(shè)計(編輯修改稿)

2025-08-19 13:35 本頁面

　

【文章內(nèi)容簡介】目的有兩個，一是為了使汽溫調(diào)節(jié)更靈敏，減小熱慣性，二是為了保護(hù)過熱器。第一級噴水減溫器布置在前屏過熱器之后，調(diào)節(jié)量較大且調(diào)節(jié)惰性大，用來調(diào)節(jié)因負(fù)荷、給水溫度和燃料性質(zhì)變化而引起的汽溫變化，為粗調(diào)。另外它還有保護(hù)屏式過熱器和對流過熱器受熱面的作用。第二級噴水減溫器布置在高溫對流過熱器（末級過熱器）之前，這一級熱慣性小，可保證出口汽溫能得到迅速調(diào)節(jié)。減溫器共有四只，每級安裝兩只，每只噴水量為每級噴水量的一半。減溫水源為自制冷凝水。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(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：單回路控制系統(tǒng)和串級汽溫控制系統(tǒng) [5]。單回路控制系統(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。由圖可知，這種調(diào)節(jié)方法是最不理想的。圖單回路控制系統(tǒng)原理圖理論上減溫器應(yīng)盡可能地安裝在靠近蒸汽出口處，但需在過熱器材料安全的基礎(chǔ)上，這樣會得到較好的動態(tài)特性。但作為控制對象的過熱器由于管壁金屬的熱容量比較大，使其有較大的熱慣性，加上管道有一定較長時間的傳遞滯后，同時在單回路控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)器在接受過熱器出口蒸汽溫度的變化后，調(diào)節(jié)器才會開始動作，去控制減溫水的水流量變化又要經(jīng)過一段時間才能影響到蒸汽溫度的變化，這樣既不能及早發(fā)現(xiàn)擾動，又不能及時反映控制的效果，將使蒸汽溫度發(fā)生不能允許的動態(tài)偏差，即使整個系統(tǒng)采用 PID 算法。這樣的控制方案會影響到鍋爐生產(chǎn)的安全，而且還不夠經(jīng)濟(jì)。串級控制系統(tǒng) 由圖可以看出，鍋爐蒸汽溫度串級控制系統(tǒng)采用兩級調(diào)節(jié)器串在一起的；兩級調(diào)節(jié)器各有其特殊的任務(wù)，調(diào)節(jié)器 1 直接控制調(diào)節(jié)閥的動作，同時調(diào)節(jié)器 2 控制著調(diào)節(jié)器 1的設(shè)定值，從而形成了特殊的雙閉環(huán)系統(tǒng)，其中副環(huán)由調(diào)節(jié)器 1 和減溫水出口溫度組成，調(diào)節(jié)器 2 和出口蒸汽溫度形成的閉環(huán)為主環(huán)。主環(huán)和副環(huán)一起構(gòu)成了一個完整的串級控制系統(tǒng)。其中調(diào)節(jié)器 1 為副調(diào)節(jié)器，主調(diào)節(jié)器是調(diào)節(jié)器 2。圖過熱蒸汽溫度串級控制系統(tǒng)原理圖串級控制系統(tǒng)的原理方框圖如圖所示，具有內(nèi)外兩個回路。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；外回路由主汽溫對象、汽溫變送器、主調(diào)節(jié)器及整個內(nèi)回路組成。由圖可知，主調(diào)節(jié)器的輸出即副調(diào)節(jié)器的給定，而副調(diào)節(jié)器的輸出直接送往調(diào)節(jié)閥。其中主調(diào)節(jié)器的的給定值使是一個定值，所以主回路是一個定值控制系統(tǒng)。而副回路的給定值是由主調(diào)節(jié)器的輸出給定的，所以它隨主調(diào)節(jié)器輸出的變化而變化，為一個隨動控制系統(tǒng)。主調(diào) 節(jié) 器調(diào) 節(jié) 閥減溫器出口蒸汽溫度主溫度變送器設(shè) 定值副溫度變送器副調(diào) 節(jié)器過熱器圖串級控制系統(tǒng)方框圖系統(tǒng)中以減溫器的噴水作為控制手段，通過減溫水的控制達(dá)到控制蒸汽溫度的效果。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，副調(diào)節(jié)器采用 PI 或P 控制規(guī)律。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，主、副調(diào)節(jié)器的輸入偏差均為零。從而提高了整個系統(tǒng)的準(zhǔn)確度和實用性。再者，在串級控制系統(tǒng)中，兩個調(diào)節(jié)器串聯(lián)工作，但是以主調(diào)節(jié)器為主導(dǎo)，保證主變量為目的，在整個控制過程兩個調(diào)節(jié)器協(xié)調(diào)一致，互相配合，若干擾來自副回路，副調(diào)節(jié)器首先進(jìn)行粗調(diào)，主調(diào)節(jié)器再進(jìn)一步進(jìn)行細(xì)調(diào)。相對于過于簡單的單回路控制系統(tǒng)，串級控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量明顯優(yōu)越。具體體現(xiàn)在： ⑴由于副回路的存在，減少了控制對象的時間常數(shù)，縮短了控制通道，使控制作用更加明顯； ⑵在一定程度上提高了系統(tǒng)的工作頻率，使震蕩周期明顯縮短，調(diào)節(jié)時間也有一定程度上的縮短，系統(tǒng)的快速性相對增強了； ⑶整個控制系統(tǒng)對二次干擾即包括在副回路范圍內(nèi)的擾動具有很強的克服能力，這是單回路控制系統(tǒng)所不能實現(xiàn)的； ⑷對負(fù)荷或操作條件的變化有一定的自適應(yīng)能力。綜上所述，串級控制系統(tǒng)更適應(yīng)鍋爐蒸汽溫度的控制。四．過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計主變量的選擇根據(jù)串級控制系統(tǒng)選擇主變量的原則：在條件允許的情況下，首先應(yīng)盡量選擇能直接反映控制目的的參數(shù)為主變量；其次，要選擇與控制目的有某些單值對應(yīng)關(guān)系的間接單數(shù)作為主變量；最后，所選的主變量必須要足夠的變化靈敏度。所以，在本系統(tǒng)中需選擇送入負(fù)荷設(shè)備的出口溫度作為主變量。該參數(shù)可以直接反映本系統(tǒng)的控制目的。副變量的選擇副回路應(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，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。同時要求主、副對象的時間常數(shù)應(yīng)適當(dāng)匹配。并且應(yīng)保證副變量的選擇能實現(xiàn)生產(chǎn)工藝上的合理性、可能性和經(jīng)濟(jì)性。綜上所述，應(yīng)選擇減溫器和過熱器之間的蒸汽溫度作為副變量。操縱變量的選擇控制變量和擾動變量是工業(yè)過程的兩大輸入變量。其中，干擾時刻存在的，它是影響系統(tǒng)平穩(wěn)操作的主要因素，而操縱變量的主要作用是克服干擾的影響，是系統(tǒng)能重新穩(wěn)定運行的因素。選擇操縱變量的基本原則為： ⑴選擇對所選定的被控變量影響較大的輸入量作為操縱變量； ⑵在⑴的前提下，選擇變化范圍較大的輸入量作為控制變量，以便于控制； ⑶在⑴的基礎(chǔ)上選擇對被控變量作用效應(yīng)較快的輸入變量作為控制變量，使控制系統(tǒng)響應(yīng)較快；綜上所述，應(yīng)選擇減溫水的輸入量作為操縱變量。執(zhí)行器的選擇在本系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥是系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是按照調(diào)節(jié)器所給定的信號大小和方向，改變閥門的開度，來實現(xiàn)調(diào)節(jié)流體流量的裝置。調(diào)節(jié)閥的口徑大小，直接決定著控制介質(zhì)流過它的能力。為了保證系統(tǒng)有較好的流通能力，需要使控制閥兩端的壓降在整個管線的總壓降中占有較大的比例。在正常工況下一般要求

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