汽温控制系统课件.ppt
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1、第四章第四章 汽温控制系统汽温控制系统第一节第一节 过热汽温控制系统过热汽温控制系统第二节第二节 再热汽温控制系统再热汽温控制系统第一节第一节 过热汽温自动控制系统过热汽温自动控制系统一、过热汽温自动控制的任务与对象的动态特性1、过热汽温控制的意义与任务2、过热汽温控制对象的静态和动态特性(1)静态特性锅炉负荷与过热汽温的关系过剩空气系数与过热汽温的关系给水温度与过热汽温的关系燃烧器的运行方式与过热汽温的关系第一节第一节 过热汽温自动控制系统过热汽温自动控制系统(2)动态特性蒸汽流量扰动下过热汽温对象的动态特性烟气传热量扰动下过热汽温对象的动态特性减温水流量扰动下汽温对象的动态特性 在各种扰动
2、下,汽温对象是在各种扰动下,汽温对象是有迟延、有惯性和自平衡能力的。有迟延、有惯性和自平衡能力的。蒸汽流量扰动:迟延时间蒸汽流量扰动:迟延时间2020秒秒烟气侧扰动:迟延时间烟气侧扰动:迟延时间15-2515-25秒秒减温水扰动:迟延时间减温水扰动:迟延时间30-6030-60秒秒控制汽温的手段:控制汽温的手段:烟气侧调节(烟气调节挡板、摆动式燃烧器)烟气侧调节(烟气调节挡板、摆动式燃烧器)喷水减温调节喷水减温调节第一节第一节 过热汽温自动控制系统过热汽温自动控制系统1 1、具有导前微分信号的双回路控制系统、具有导前微分信号的双回路控制系统2 2、串级汽温控制方案、串级汽温控制方案二、过热汽温
3、控制系统的基本方案二、过热汽温控制系统的基本方案过热汽温控制的关键是解决系统大迟延、大惯性大迟延、大惯性的问题。的问题。第一节第一节 过热汽温自动控制系统过热汽温自动控制系统:主蒸汽温度,系统的主信号:主蒸汽温度,系统的主信号1 1:减温器出口温度,导前汽温信号:减温器出口温度,导前汽温信号1、具有导前微分信号的双回路控制系统如果不加入导前汽温信号,控制系统就如果不加入导前汽温信号,控制系统就是一个只根据主汽温度进行控制的单回路是一个只根据主汽温度进行控制的单回路调节系统,由于调节对象存在大迟延、大调节系统,由于调节对象存在大迟延、大惯性,不可能获得满意的调节效果,甚至惯性,不可能获得满意的调
4、节效果,甚至不能投入自动。不能投入自动。加入导前汽温的微分信号后,由于导前加入导前汽温的微分信号后,由于导前汽温能迅速反映扰动的影响,所以能有效汽温能迅速反映扰动的影响,所以能有效改善调节品质。动态过程中,改善调节品质。动态过程中,PIDPID调节器根调节器根据导前信号的微分信号和主蒸汽信号动作,据导前信号的微分信号和主蒸汽信号动作,稳态时,导前汽温的微分信号为稳态时,导前汽温的微分信号为0 0,因此过,因此过热器出口主汽温度一定等于设定值。热器出口主汽温度一定等于设定值。第一节第一节 过热汽温自动控制系统过热汽温自动控制系统2、串级汽温控制方案PID2PID1:主蒸汽温度,系统的主信号:主蒸
5、汽温度,系统的主信号1 1:导前汽温信号:导前汽温信号 在该方案中,只要导前汽温发生在该方案中,只要导前汽温发生变化,副调节器变化,副调节器PID2PID2就去改变减温水就去改变减温水调节阀的开度,改变减温水量,初步调节阀的开度,改变减温水量,初步维持后段过热器入口(减温器出口)维持后段过热器入口(减温器出口)处的汽温,对后段过热器出口主汽温处的汽温,对后段过热器出口主汽温起粗调作用。后段过热器出口主汽温起粗调作用。后段过热器出口主汽温由主调节器由主调节器PID1PID1控制。只要后段过热控制。只要后段过热器出口汽温未达到设定值,主调节器器出口汽温未达到设定值,主调节器PID1PID1的输出就
6、不断地变化,使副调节的输出就不断地变化,使副调节器不断地去改变减温水量,直到主汽器不断地去改变减温水量,直到主汽温恢复到主汽温设定值为止。稳态时,温恢复到主汽温设定值为止。稳态时,减温器出口的汽温,即导前汽温可能减温器出口的汽温,即导前汽温可能与原来数值不同,而主汽温一定等于与原来数值不同,而主汽温一定等于设定值。设定值。第一节第一节 过热汽温自动控制系统过热汽温自动控制系统由于导前汽温能比主汽温提前反映扰动对主汽温的由于导前汽温能比主汽温提前反映扰动对主汽温的影响,尤其是减温水扰动,显然串级控制系统可以影响,尤其是减温水扰动,显然串级控制系统可以减小主汽温的动态偏差。减小主汽温的动态偏差。在
7、串级汽温控制系统中,两个回路的任务及对象的在串级汽温控制系统中,两个回路的任务及对象的动态特性不同。副调节器的任务是快速消除落在内动态特性不同。副调节器的任务是快速消除落在内回路内的扰动影响,要求控制过程的持续时间较短,回路内的扰动影响,要求控制过程的持续时间较短,但不要求无偏差,故可选用比例调节器,也可用比但不要求无偏差,故可选用比例调节器,也可用比例、积分、微分调节器。例、积分、微分调节器。主调节器的任务是维持主汽温为设定值,一般选用主调节器的任务是维持主汽温为设定值,一般选用比例积分微分调节器,在采用计算机控制系统后,比例积分微分调节器,在采用计算机控制系统后,还可选用更复杂的控制算法。
8、还可选用更复杂的控制算法。第一节第一节 过热汽温自动控制系统过热汽温自动控制系统三、过热蒸汽温度控制系统举例三、过热蒸汽温度控制系统举例第一节第一节 过热汽温自动控制系统过热汽温自动控制系统 对于现代大型锅炉,由于过热器管道长,结构复杂,迟延和惯性更大迟延和惯性更大,为了完成控制主蒸汽温度和保护过热,为了完成控制主蒸汽温度和保护过热器两个任务,多采用分段控制系统(多级减温)。器两个任务,多采用分段控制系统(多级减温)。一级减温:减温器布置在低过出口集箱至全大屏过热器进口集箱的连接管上,一级减温:减温器布置在低过出口集箱至全大屏过热器进口集箱的连接管上,左右各一只,其作用是保护屏式过热器,防止屏
9、过超温,同时改善二级减温左右各一只,其作用是保护屏式过热器,防止屏过超温,同时改善二级减温控制系统的控制品质。在运行中作汽温的粗调,是过热汽温的主要调节手段。控制系统的控制品质。在运行中作汽温的粗调,是过热汽温的主要调节手段。ECRECR:14.49T/H14.49T/H二级减温:减温器全大屏过热器出口,共二级减温:减温器全大屏过热器出口,共2 2只。其作用是保证主蒸汽(高过出只。其作用是保证主蒸汽(高过出口)温度等于设定值,在运行中作汽温的细调节。口)温度等于设定值,在运行中作汽温的细调节。ECR:7.75T/HECR:7.75T/H第一节第一节 过热汽温自动控制系统过热汽温自动控制系统(一
10、)一级减温控制系统1 1、信号部分、信号部分被调量:二级减温器入口被调量:二级减温器入口的蒸汽温度的蒸汽温度1 1给定值:机组的负荷函数,给定值:机组的负荷函数,可由运行人员进行手动偏置。可由运行人员进行手动偏置。前馈信号:机组负荷、送前馈信号:机组负荷、送风量、燃烧器摆角风量、燃烧器摆角第一节第一节 过热汽温自动控制系统过热汽温自动控制系统2 2、串级控制部分、串级控制部分主调节器主调节器副调节器副调节器 主调节器主调节器 PIDPIDl l的输入的输入偏差信号偏差信号e e1 1是二级减温器入是二级减温器入口的蒸汽温度给定值口的蒸汽温度给定值l l与与实际值实际值00的偏差。的偏差。E1=
11、 0 0- 1 1E2= 1j -OPID1+f 一级减温器出口温度一级减温器出口温度1j1j与主调节器输出的差,与主调节器输出的差,加上前馈信号加上前馈信号f f形成副调节形成副调节器器PID2PID2的输入偏差信号的输入偏差信号e2e2。第一节第一节 过热汽温自动控制系统过热汽温自动控制系统l当某种扰动引起二级减温器入口当某种扰动引起二级减温器入口蒸汽温度蒸汽温度11上升时,主调节器上升时,主调节器输入偏差减小,输入偏差减小,PIDlPIDl的输出下降,的输出下降,引起副调节器的输入偏差增大,引起副调节器的输入偏差增大,PID2PID2的输出增加,使减温水增加,的输出增加,使减温水增加,一
12、级减温器出口汽温一级减温器出口汽温1j1j立即下立即下降,经延时使二级减温器入口汽降,经延时使二级减温器入口汽温温11下降。下降。1j1j下降使副调节下降使副调节器的输入偏差器的输入偏差e2e2减小。这样,在减小。这样,在主汽温的迟延期间内,当主调节主汽温的迟延期间内,当主调节器输出还在减小时,器输出还在减小时,1j1j也在同也在同时减小,抑制了副调节器输出的时减小,抑制了副调节器输出的进一步增加,从而防止了减温水进一步增加,从而防止了减温水过调。过调。 第一节第一节 过热汽温自动控制系统过热汽温自动控制系统l系统引入机组负荷、送风系统引入机组负荷、送风量、喷燃器摆角等外扰信量、喷燃器摆角等外
13、扰信号作为前馈信号是十分有号作为前馈信号是十分有用的。这些扰动信号变化用的。这些扰动信号变化都会引起过热蒸汽温度的都会引起过热蒸汽温度的明显变化,因此将其引入明显变化,因此将其引入系统,可以用来抑制它们系统,可以用来抑制它们对过热蒸汽温度的影响,对过热蒸汽温度的影响,改善一级过热蒸汽温度的改善一级过热蒸汽温度的控制品质。如送风量增加控制品质。如送风量增加时,过热汽温会上升,将时,过热汽温会上升,将送风量信号作为前馈信号送风量信号作为前馈信号引入系统,使引入系统,使f f上升,副上升,副调节器输入偏差增大、输调节器输入偏差增大、输出增加,增加减温水量,出增加,增加减温水量,就可有效抑制汽温升高,
14、就可有效抑制汽温升高,改善系统在送风量扰动下改善系统在送风量扰动下的控制品质。的控制品质。 第一节第一节 过热汽温自动控制系统过热汽温自动控制系统l防超温保护回路由图中虚线框内防超温保护回路由图中虚线框内的加法器的加法器、调节器、调节器PID3PID3、44和和0 0给定器、限幅器、切换器给定器、限幅器、切换器等组成。正常情况下这一回路不等组成。正常情况下这一回路不起作用,它由切换器起作用,它由切换器T T控制,输控制,输出为零。只有当某种原因导致二出为零。只有当某种原因导致二级减温器入口蒸汽温度比给定值级减温器入口蒸汽温度比给定值高出高出44以上时,以上时,PID3PID3才会有大才会有大于
15、零的输出,使一级减温喷水调于零的输出,使一级减温喷水调节阀动态过开,以防止屏式过热节阀动态过开,以防止屏式过热器超温。防超温保护回路的控制器超温。防超温保护回路的控制作用受到限幅器的限制,以避免作用受到限幅器的限制,以避免喷水调节阀的动作太大。喷水调节阀的动作太大。 (3)(3)防超温保护回路防超温保护回路第一节第一节 过热汽温自动控制系统过热汽温自动控制系统(二)二级减温控制系统二级过热器出口蒸汽温度控制是锅炉出口蒸汽温度的最后一道控制手段,二级过热器出口蒸汽温度控制是锅炉出口蒸汽温度的最后一道控制手段,为了保证汽轮机的安全经济运行,要求尽可能提高锅炉出口蒸汽温度的控制为了保证汽轮机的安全经
16、济运行,要求尽可能提高锅炉出口蒸汽温度的控制品质。为此,二级减温控制系统的前馈信号采用了基于焓值计算的较为完善品质。为此,二级减温控制系统的前馈信号采用了基于焓值计算的较为完善的方案。的方案。其基本思想是:通过较为准确的计算,确定未段过热器入口处应具有的温其基本思想是:通过较为准确的计算,确定未段过热器入口处应具有的温度值,将其作为副调节器的设定值。首先控制好未段过热器入口温度,使得度值,将其作为副调节器的设定值。首先控制好未段过热器入口温度,使得过热蒸汽在这一温度值的基础上,经过末段过热器吸热后,其出口汽温正好过热蒸汽在这一温度值的基础上,经过末段过热器吸热后,其出口汽温正好达到或接近要求的
17、定值。若仍有偏差,再由主调节器来消除。达到或接近要求的定值。若仍有偏差,再由主调节器来消除。第一节第一节 过热汽温自动控制系统过热汽温自动控制系统l实现这一思想的关键是末段过热器入口汽温定值的估算。根据蒸汽特性,某一状态下的蒸汽温度可由焓值和压力两个参数求出。在这里,末段过热器入口处压力等于出口处的主汽压力加上蒸汽从入口流到出口产生的压损,而入口焓值则是出口焓值减去蒸汽流经末段过热器的焓增值。有了这两个参数就可根据蒸汽图表查出入口汽温定值。蒸汽特性表可用拟合方法存入计算机中,或用蒸汽参数计算公式计算;压损可根据蒸汽流量和阻力特性计算;出口蒸汽焓值可据出口主蒸汽压力和要求的主汽温度定值,由蒸汽表
18、查得。第一节第一节 过热汽温自动控制系统过热汽温自动控制系统不难看出,问题的关键是对不难看出,问题的关键是对焓增值焓增值的估计。在此,对影响焓增的几种因素作的估计。在此,对影响焓增的几种因素作一分析。一分析。流经末段过热器的蒸汽焓增与流经末段过热器的蒸汽焓增与锅炉输入热量锅炉输入热量直接有关。输入热量增加,焓直接有关。输入热量增加,焓增加大。一般用风量间接代表锅炉输入热量,风量信号可从燃烧控制系统增加大。一般用风量间接代表锅炉输入热量,风量信号可从燃烧控制系统的测量信号中获取。的测量信号中获取。炉内过剩空气系数炉内过剩空气系数,将影响到末段过热器入口处的烟速,过剩空气系数增,将影响到末段过热器
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