热工课程设计 修改.doc

目 录前言11 汽温控制系统的对象特性11.1影响汽温变化的因素11.2影响汽温变化的主要因素12串级过热汽温控制系统22.1串级过热汽温控制系统23汽温控制系统的整定与仿真34汽温控制系统的SAMA图74.1一级过热器控制系统SAMA图简化：84.2再热器控制系统SAMA图简化：8结论9参考文献9前言火电厂中汽温控制系统是锅炉的重要控制系统之一，汽温控制的质量直接影响到机组的安全与经济运行。蒸汽温度自动控制系统包括过热蒸汽温度控制系统与再热蒸汽温度控制系统两大部分，过热蒸汽温度控制的任务是维持过热器出口蒸汽温度在允许范围之内，并保护过热器，防止爆管，而再热器汽温控制本文主要研究喷水减温方法，当单回路控制系统不能满足控制系统的性能要求时，需要采用功能更完善的多回路控制系统，主要是串级回路方法。1 汽温控制系统的对象特性1.1影响汽温变化的因素影响汽温变化的扰动因素很多，例如蒸汽流量（负荷），烟气温度和流速，给水温度，炉膛热负荷，送风量，给水母管压力和减温水量等，归纳起来主要是蒸汽流量、烟气热传量和减温水量三个方面的扰动。1.2影响汽温变化的因素影响汽温变化的扰动因素主要是以下三个方面因素：（一） 蒸汽流量扰动下气温对象的动态特性蒸汽流量变化是因为锅炉变化引起的。当锅炉负荷变化时，过热器出口温度的阶跃响应的特点是有延迟、有惯性和自平衡能力，且延迟和惯性较小。虽然在蒸汽负荷扰动下，汽温变化特性较好，但蒸汽符合是由用户决定的，不可能考虑作为控制汽温的手段。只能看做汽温控制系统的外部扰动。（二）烟气扰动下汽温对象的动态特性 引起烟气传热量扰动的因素很多，但总的来说不外是烟气流速和烟气温度对过热汽温的影响。在这种烟气侧扰动作用下，汽温对象的阶跃响应曲线有延迟、有惯性和自平衡能力，且延时很小。从动态特性决定考虑，利用烟气侧扰动作为过热汽温控制手段较好，但这类控制方法均会导致锅炉结构复杂化，从而实现起来较麻烦，所以一般较少使用。（三）减温水量扰动下汽温对象的动态特性 减温水流量变化时引起过热器入口蒸汽温度变化的主要因素，减温水扰动时，汽温控制对象也是有延迟、有惯性和自平衡能力的控制对象。减温器位置对对象的动态特性有显著的影响，故减温水扰动时控制对象也有延迟、有惯性比较大。综上所述，在各种扰动下气温对象是有延迟、有惯性的自平衡能力的控制对象，其典型的阶跃曲线如图1所示。 2 串级过热汽温控制系统2.1串级过热汽温控制系统过热汽串级控制系统，其原理结构如下图2所示：图2 串级过热汽温控制系统由上图，可得过热汽温串级控制系统的方框图：如图3所示图3 串级过热汽温控制原理方框图3 汽温控制系统的整定与仿真过热汽温串级控制系统中主调节器采用比例积分微分（PID）调节器, 副调节器采用比例（P）调节器。打开一个Simulink 控制系统仿真界面，根据过热汽温串级控制系统方框图建立仿真组态图，如图4所示：图4 串级过热汽温控制系统仿真组态图(1)首先整定内回路，即副调节器参数的整定 将中主回路反馈系数设为0，同时令主调节器的比例系数，积分系数，微分系数。将阶跃信号输出模块（Step）的终值（Final value）设为过热蒸汽温度的稳态值535，仿真时间设为1000s，逐渐增加副调节器的比例系数 ，在响应曲线显示器Scope1 中观察温度的变化，使温度尽快达到稳定，并尽量接近稳态值，此时的比例系数即为副调节器的比例系数。调节完成后得：, 仿真运行效果：如图5所示图5 串级过热汽温控制系统内回路参数整定后的仿真曲线(2)整定外回路，即主调节器参数的整定 图中主回路反馈系数 改为1，副调节器的比例系数保持上一步的整定参数不变，仿真时间设1000s，逐渐增加主调节器的比例系数 ，在响应曲线显示器Scope 中观察温度 的变化，直至响应曲线出现等幅振荡，记下此时的比例系数同时通过响应曲线可以确定振荡周期，查表即可确定调节器参数值调节完成后由图得： 其仿真运行图：如图6所示图6 串级过热汽温控制系统外回路参数整定后等幅震荡的仿真曲线计算主调节器的各参数： 查表确定参数为： 温度T1的响应曲线，如图7所示图7 串级过热汽温控制系统温度t1的响应曲线在过热汽温串级控制系统的参数整后，在500s时加入减温水扰动，分别在机组负荷50%、100%下的MATLAB仿真下的曲线。50%的负荷主汽温整定下，T1的响应的曲线：如图8所示图8 机组在50%负荷下串级过热汽温控制系统温度t1的响应曲线100%的负荷下主汽温整定下，T1的响应的曲线：如图9所示图9 机组在100%负荷下串级过热汽温控制系统温度t1的响应曲线负荷升高以后，系统的动态偏差变小，达到平衡的时间变短了过热汽温串级自动化控制系统中，主回路采用PID运算，副回路采用PD运算。在主回路串级自动控制系统采用微分作用，对于迟延和惯性较大的对象调节质量较好。过热汽温串级自动控制系统中主、副调节回路相对独立，因此在投运时，参数整定、调试直观方便。串级自动控制系统数据运算复杂，对运算设备要求高，总之，在火力发电厂机组中过热汽温才用自动控制方案比较理想。目前再热汽温的控制方法一般有采用烟气在循环、摆动喷嘴器角度、变化烟气挡板位置、汽汽热交换器、喷水减温等。上述几种再热汽温控制方法各有优缺点，但就可靠性、滞后时间、对其他参数的影响、运行经济等技术指标而言，改变烟气挡板位置和调整燃烧器倾角方法优于其他方法。再热汽温调节一喷水作为辅助调节手段。当再热汽温偏高，用调节烟气挡板或燃烧器倾角的方式还无法控制时，可以利用微分喷水或事故喷水减温方法来避免再热蒸汽继续超温。4 汽温控制系统的SAMA图一、一级过热器控制系统SAMA图简化：过热汽温控制方式为分段控制，分为一级、二级和三级，大屏式过热器前、后分别设一、二级喷水减温，一级减温为主调节，且为粗调；二级减温作备用，防止后屏过热器超温；三级减温器设在高温过热器前，为过热汽温微调，用来维持过热蒸汽额定温度二、再热器控制系统SAMA图简化在再热蒸汽温度控制中，由于蒸汽负荷是由用户决定的，所以几乎都采用改变烟气流量作为主要控制手段，例如改变再循环烟气流量，改变尾部烟道通过再热器的烟气分流量或改变燃烧器（火嘴）的倾斜角度。再热汽温测量值与设定值之偏差,由PID调节器运算,输出控制信号去控制再热器档板和过热器挡板的开度,PID调节器2最终消除再热蒸汽温度与其设定值的偏差。结论本文主要分析了过热汽温和再热汽温特性和控制方法，采用串级控制方法是一个很巧妙的方法，能很好的控制扰动出现时维持汽温再规定值，而对于再热汽温的控制方法很多，虽说本文只讨论喷水减温方法，但不代表它是很经济的，控制汽温主要还是组织好燃烧。通过研究得到的结论主要有：过热汽温串级自动化控制系统中，主回路采用PID运算，副回路采用PD运算。在主回路串级自动控制系统采用微分作用，对于迟延和惯性较大的对象调节质量较好。过热汽温串级自动控制系统中主、副调节回路相对独立，因此在投运时，参数整定、调试直观方便。串级自动控制系统数据运算复杂，对运算设备要求高，总之，在火力发电厂机组中过热汽温才用自动控制方案比较理想参考文献1 谷俊杰,彭学志,鲁许鳌. 单元机组协调控制M. 华北电力大学. 2005.2热工控制系统，边立秀等编著，中国电力出版社，2001年3热工自动控制系统，李遵基主编，中国电力出版社，1997年4 热工自动控制系统设计手册 水电出版社