[科普中國(guó)]-汽溫控制系統(tǒng)

影響因素

影響蒸汽溫度變化的因素很多，例如減溫水流量、蒸汽負(fù)荷、鍋爐給水溫度、燃燒工況、煙氣溫度、爐膛熱負(fù)荷等，歸納起來主要的就是汽水側(cè)的擾動(dòng)和煙氣側(cè)的擾動(dòng)。不論何種因素的擾動(dòng)，汽溫的階躍響應(yīng)曲線都有一定的時(shí)滯和慣性，最后平衡在新的數(shù)值。

過熱汽溫控制 汽溫的調(diào)節(jié)方式涉及到鍋爐的結(jié)構(gòu)，有面式減溫、噴水減溫和擺動(dòng)燃燒器等，或者幾種方式并用，其中噴水減溫得到普遍應(yīng)用(見鍋爐汽溫調(diào)節(jié))。過熱汽溫控制系統(tǒng)主要有：串級(jí)汽溫控制系統(tǒng)；具有導(dǎo)前微分信號(hào)的汽溫控制系統(tǒng)；分段汽溫控制系統(tǒng)。

串級(jí)汽溫控制以噴水減溫器后的汽溫作為輔助被調(diào)量，由主調(diào)節(jié)器和副調(diào)節(jié)器組成的汽溫控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的原理如圖1所示。在減溫水量擾動(dòng)下，導(dǎo)前汽溫θa比主汽溫θ0提前反映。因此采用θa信號(hào)組成串級(jí)汽溫控制系統(tǒng)，可改善汽溫的控制質(zhì)量。只要導(dǎo)前汽溫θa發(fā)生變化，副調(diào)節(jié)器就去改變減溫水量，使后段過熱器的入口汽溫θa維持在一定范圍內(nèi)，起粗調(diào)作用，而過熱器出口汽溫θ0則通過主調(diào)節(jié)器起校正作用。調(diào)節(jié)結(jié)束后，導(dǎo)前汽溫θa可能穩(wěn)定在與原來不同的數(shù)值上，而主汽溫則等于給定值。

在串級(jí)汽溫控制系統(tǒng)中，由于主調(diào)節(jié)器和主回路的任務(wù)是維持主汽溫θ0恒定，故一般選用具有積分作用的調(diào)節(jié)器(PI或PID)。至于副調(diào)節(jié)器和副回路的任務(wù)是快速消除擾動(dòng)，一般可選用比例調(diào)節(jié)器(P)或比例微分調(diào)節(jié)器 (PD)，也可選用比例積分調(diào)節(jié)器 (PI)(見模擬量控制系統(tǒng))。

導(dǎo)前微分信號(hào)的汽溫控制以導(dǎo)前汽溫的微分作為補(bǔ)充信號(hào)所組成的雙回路汽溫控制系統(tǒng)。它是串級(jí)汽溫控制系統(tǒng)的變形，其原理如圖2所示。由于在系統(tǒng)中引入了導(dǎo)前汽溫θa的微分信號(hào)θa'，就等于改善了調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性。在噴水量擾動(dòng)時(shí)，導(dǎo)前汽溫θa使調(diào)節(jié)器提前動(dòng)作，可有效地減小主汽溫θ0的動(dòng)態(tài)偏差。在動(dòng)態(tài)過程中調(diào)節(jié)器根據(jù)導(dǎo)前汽溫θa的微分θa'和主汽溫θ0而動(dòng)作，在靜態(tài)時(shí)θa不再變化，微分器的輸出消失(即θ等于零)，這時(shí)主汽溫θ0必然恢復(fù)到給定值。

分段汽溫控制將整個(gè)過熱器分成若干段，各段之間設(shè)置一個(gè)減溫器，分別控制各段的汽溫，而使主汽溫等于給定值的汽溫控制系統(tǒng)。圖3為兩段汽溫控制系統(tǒng)的原理圖，各段控制方案均采用具有導(dǎo)前微分信號(hào)的雙回路汽溫控制系統(tǒng)。一般說來，分段控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)比一段控制要好。2

再熱汽溫控制再熱汽溫的控制取決于鍋爐的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)，一般采用汽—汽加熱器、煙氣擋板、煙氣再循環(huán)、擺動(dòng)式燃燒器等不同方式(見鍋爐汽溫調(diào)節(jié))。一般用煙氣側(cè)作為主要調(diào)節(jié)手段，噴水減溫只在汽溫超過限值時(shí)才參加調(diào)節(jié)或作為超溫的保護(hù)手段。為了克服被控對(duì)象的滯后和慣性，更好地維持再熱汽溫，可引入空氣流量或蒸汽流量作為再熱汽溫的導(dǎo)前信號(hào)?？刂葡到y(tǒng)的原理示于圖4?？諝饬髁縑(或蒸汽流量D)是再熱汽溫的一個(gè)導(dǎo)前信號(hào)，當(dāng)它變化時(shí)通往再熱器的煙氣量或煙氣再循環(huán)量與空氣流量成比例的改變。這樣，只要整定好函數(shù)變換器的參數(shù)，就可使再熱汽溫基本不變。而當(dāng)再熱汽溫偏離規(guī)定值時(shí)，由再熱汽溫調(diào)節(jié)器進(jìn)行校正。當(dāng)再熱汽溫超溫時(shí)，噴水調(diào)節(jié)器經(jīng)執(zhí)行器打開噴水調(diào)節(jié)閥以限制汽溫的進(jìn)一步升高。在一般情況下，噴水調(diào)節(jié)系統(tǒng)不參加調(diào)溫工作。

技術(shù)難點(diǎn)蒸汽溫度是火電機(jī)組安全、高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要參數(shù)，因此對(duì)蒸汽溫度控制的要求相當(dāng)嚴(yán)格，蒸汽溫度過高會(huì)使過熱器和汽輪機(jī)高壓缸承受過高的熱應(yīng)力而損壞，汽溫偏低會(huì)降低機(jī)組的熱效率，影響經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。而蒸汽溫度控制一直是熱控方面的一大難題，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）要求控制精度高（±5℃）；

2）系統(tǒng)滯后大；

3）干擾因素較多，包括：給水溫度的變化、減溫水?dāng)_動(dòng)、負(fù)荷擾動(dòng)、燃燒擾動(dòng)、風(fēng)煤配比變化等；

4）對(duì)象特性的不確定性，過熱器在不同負(fù)荷、不同燃燒工況下，對(duì)象特性差異較大；

5）控制手段單一，目前主要以噴水減溫為主要控制手段。

目前所采用的汽溫控制方案主要包括串級(jí)控制、導(dǎo)前微分、相位補(bǔ)償、分段式控制、溫差控制等，但投運(yùn)效果均不理想?；谏鲜鲆蛩?，盡管國(guó)內(nèi)外許多控制專家在這一方面做了很多研究，也提出了不少新的、先進(jìn)的控制方案，但由于工程實(shí)現(xiàn)存在困難，應(yīng)用甚少，火電廠汽溫控制問題也一直未能徹底解決。