第五章 锅炉蒸汽温度控制系统

1,第五章 锅炉蒸汽温度控制系统,5.1 概 述 5.2 过热蒸汽温度的控制策略5.3 过热蒸汽温度控制系统组成5.4 过热蒸汽温度系统的实例分析5.5 再热蒸汽温度控制策略5.6 再热蒸汽温度控制系统组成5.7 再热蒸汽温度控制实例分析,2,5-1 概 述,3,一、蒸汽温度控制的任务 1. 过热蒸汽温度控制的任务 维持过热器出口温度在允许的范围之内，并保护过热器，使其管壁温度不超过允许的工作温度。 过热蒸汽温度是锅炉汽水系统中的温度最高点，蒸汽温度过高会使过热器管壁金属强度下降，以至烧坏过热器的高温段，严重影响安全。,4,过热蒸汽温度偏低，则会降低发电机组能量转换效率，据分析，汽温每降低5，热经济性将下降1%；且汽温偏低会使汽轮机尾部蒸汽湿度增大，甚至使之带水，严重影响汽轮机的安全运行。一般规定大容量高参数火力发电机组都要求保持过热蒸汽温在 的范围内。,5,2再热蒸汽温度控制的任务 随着蒸汽压力的提高，为了提高机组热循环的经济性，减少汽轮机末级叶片中蒸汽湿度，高参数机组一般采用中间再热循环。将高压缸出口蒸汽引入锅炉，重新加热至高温，然后再引入中压缸膨胀做功。,6,一般再热蒸汽温度随负荷变化较大，当机组负荷降低30%时，再热蒸汽温度如不加以控制，锅炉再热器出口汽温将降低2835 (相当于负荷每降低10%时，汽温降低10)。所以大型机组必须对再热汽温进行控制。,7,二、蒸汽温度控制对象的动态特性 1. 过热蒸汽温度控制对象的动态特性 主要为蒸汽流量、烟气传热量和减温水扰动。 （）蒸汽扰动下对象的动态特性 引起蒸汽流量变化的原因有二：一是蒸汽压力变化，二是汽轮机调节汽门的开度变化。,8,结构形式不同的过热器，在相同蒸汽流量D的扰动下，汽温变化的静态特性是不同的。对于对流式过热器的出口温度，随着蒸汽流量D的增加，通过过热器的烟气量也增加，导致气温升高；对于辐射式过热器，蒸汽流量D增加时，炉膛温度升高较少，炉膛辐射给过热器受热面的热量比蒸汽流量的增加所需的热量要少，因此辐射式过热器的出口汽温反而下降，对流式过热器和辐射式过热器的出口汽温对负荷变化的反应是相反的，其静态特性如下。,9,图. 蒸汽量变化与对流过热器及辐射过热器出口汽温变化的静态特性,10,实际生产中，通常把两种过热器结合使用，还增设屏式过热器，且对流方式下吸收的热量比辐射方式下吸收的热量要多，因此综合而言，过热器出口汽温是随流量D的增加而升高的。动态特性如上图所示。 注意：蒸汽流量的扰动不能作为调节信号用。,图. 蒸汽量变化对过热器汽温的影响,有延迟，有惯性，有自平衡能力。,11,（）烟气量扰动下过热汽温对象的动态特性,引起烟气传热量变化的原因很多，如给粉机给粉不均匀，煤中水分的改变，蒸汽受热面结垢，过剩空气系数改变，汽包给水温度变化，燃烧火焰中心位置的改变等。尽管引起烟气传热量变化的原因很多，但对象特征总的特点是：有延迟，有惯性，有自平衡能力。它的特征曲线如左图所示。,12,图. 烟气流量变化对过热汽温的影响,从烟气侧来的扰动量使沿整个长度过热器的传热量发生变化，汽温变化反应较快，延迟时间有1020s，可以用来作为调节量信号。,13,（）减温水量扰动下过热汽温对象的动态特性,常用的减温方法有两种：喷水式减温和表面式减温，前者的效果比后者好，喷水式减温器一般装在末级过热器高温段前面，一方面保护了过热器高温段，另一方面又改善了调节性能。这种过热器的安装方法与在饱和侧装设表面式减温器相比，延迟时间能减小1/4。,14,图. 减温水量变化对过热汽温的影响,特点： 有延迟，有惯性和有自平衡能力，延迟时间 约为30120s。减温水量是常用的调节量。,15,2再热蒸汽温度控制对象的动态特性,图. 烟流挡板控制再热汽温的动态特性,左图是再热汽温动态特性，当挡板从0 100变化时，再热汽温变化58，滞后时间80s；其传递函数可用四阶惯性环节的传递函数表示：,再热蒸汽温度控制对象的动态特性依控制方式的不同动态特性也不同。,16,图. 烟气再循环对系统参数的影响,17,图. 摆动喷燃器角度对炉膛出口烟温的影响,18,5-2 过热蒸汽温度的控制策略,19,一、串级控制方案,1、系统结构,过热蒸汽温度串级控制的基本结构(最后一级)如右图所示。,图. 串级控制系统结构图,20,原理框图如下图所示,图. 串级控制系统原理方框图,21,主参数(主变量)： 串级控制系统中起主导作用的被调参 数称为主参数。副参数(副变量)： 其给定值随主调节器的输出而变化， 能映主信号数值变化的中间参数称为 副参数。这是一个为了提高控制质量 而引起的辅助参数。,22,主调节器： 根据主参数与给定值的偏差而动作，其输(主控制器) 出作为副调节器的给定值的调节器称为主 调节器，记为WT1(s)副调节器： 其给定值由主调节器的输出决定，并根据 (副控制器) 副参数与给定值(即主调节器输出)的偏差 动作的调节器称为副调节器，记为WT2(s)主回路(外回路)： 断开副调节器的反馈回路后的整个回 路称为主回路。,23,副回路： 由副参数，副调节器及其所包括的一部分对象等(内回路) 环节所组成的闭合回路称为副回路，副回路有 时亦称随动回路。主对象： 主参数所处的那一部分工艺设备，它的输入信号(惰性区) 为副变量，输出信号为主参数，记为WD1(s)副对象(导前区)： 副参数所处的那一部分工艺设备，它的 输入信号为调节量，其输出信号为副参数(副变 量)，记为WD2(s),24,2、串级控制系统的特点 串级控制仍然是一个定值控制系统，主参数在干扰作用下的控制过程与单回路控制系统的过程具有相同的指标和形式，但与单回路系统比较，串级控制系统具有以下特点： 1）串级控制系统具有很强的克服内扰的能力 2）串级控制系统可减小副回路的时间常数，改善对象动态特性，提高系统的工作频率。 3）串级控制系统具有一定的自适应能力。,25,二、导前控制方案,1、系统结构,图. 导前微分控制系统结构简图,26,图. 导前微分控制系统原理方框图,导前区对象,惰性区对象,内扰,27,副回路：,主回路：,28,2、 减温水量扰动时各信号分析,29,1） 引入导前微分信号缩短了迟延时间，等效地改善了控制对象的动态特性 在汽温导前微分控制系统中，当减温水量发生阶跃扰动时，I1、I2 变化如左图所示。 迟延时间缩短后，可控性变好，控制品质将得到改善。,3、导前微分控制系统的特点,30,2）引入导前微分信号能减小动态偏差，改善控制品质,图. 阀门开度阶跃扰动下汽温特性,31,曲线1、2分别为 1、* 自平衡飞升特性曲线；曲线3、4为加导前微分信号前后的调节曲线；曲线5、6则为加导前微分信号前后1的过渡过程曲线。 由于迟延时间和惯性都减小了，因而在调节器参数相同的情况下，加入微分信号可以减小过渡过程时间，改善控制品质。 3）导前微分控制系统有很强的克服内扰的能力,32,三、状态反馈-PID控制方案1、问题的提出 随着机组容量的增大,过热器和再热器管道也随之加长,这就使得其热惯性和调节滞后都大大增加,从而造成汽温控制系统投自动困难,或被调参数的动、静态品质指标差。,33,该方案将现代控制论中状态反馈和状态观测器理论与传统的PID 控制相结合,既克服了PID 对大滞后对象控制效果不理想的缺点,同时又具有在目前的DCS 系统中易于实现的优点。虽然在设计状态观测器时同样需要掌握被控对象的有关知识,但它并不一定要求确切知道对象模型的定量数据,对系统辨识这一难点问题作了一定程度的简化处理。,34,状态反馈的基本特点是采用对状态向量的线性反馈律来构成闭环控制系统,由于控制作用是系统状态的函数,可使控制效果得到很大地改善,从而具有比输出反馈更好的一系列控制特性。 对于由下述方程描述的单输入单输出系统,引入线性反馈律为,35,并考虑到一般情况下有d = 0 , 便得到引入状态反馈后闭环系统的动态方程,自动控制原理指出,控制系统的各种特性,或其各种品质指标,很大程度上是由系统的极点位置所决定的。因此,系统综合指标的形式之一,可以取为s 平面上给出的一组所希望的极点。而所谓极点配置问题,就是通过反馈阵的选择, 使闭环系统的极点,恰好处于所希望的一组极点的位置上。,36,2、基本原理 （1）状态观测器及其状态反馈 下图所示为过热器的状态观测器,整个过热器划分为四段,对每一分段又可简化为一阶惯性环节,整个过热器就是四阶惯性环节。至于时间常数T通常是单元机组负荷的函数, 可作为状态反馈控制系统中的一个待定因变量, 在运行过程中通过观测试验进行参数整定。,37,过热器的状态观测器及其状态反馈示意图,38,将过热器入口温度偏差和出口温度偏差引入状态观测器, 这样观测到的状态变量更明确地反映了温度的变化方向,同时过热器入口温度偏差的引入使状态观测器具有了预测控制的某些特点。为适应过热器参数的变化,入口温度设定值,出口温度设定值及时间常数T 均为锅炉负荷的函数。,39,设过热器导前区传递函数为,惰性区传递函数为,图中：,40,状态观测器的反馈矩阵： Kc = Kc1 , Kc2 , Kc3 , Kc4 ;状态反馈矩阵： K = K1 , K2 , K3 , K4 , K5 ,其中K1 为过热器导前区的反馈增益。,41,惰性区传递函数的增益K2 可以查阅锅炉的热力计算书,取不同工况的平均值。而过热器惰性区时间常数T2 的辨识则可以利用状态观测器来完成。 首先,令状态反馈控制开环,状态反馈矩阵Kc =0 ,0 ,0 ,0 ; 然后,调节观测器时间常数,使观测器输出值和过热器出口值的变化基本保持一致, 此时的观测器时间常数即可认为是惰性区传递函数的时间常数。由此可以确定K0 和T0 , 进而计算出矩阵Kc 和K。工程实践表明这种方法是简便有效的。,42,（2）状态反馈-PID 控制系统状态观测器、状态反馈控制与常规PID 调节相结合,43,采用状态反馈控制能方便地通过配置闭环极点的方法,改变系统的特性,达到提高控制精度的目的。这对控制具有迟延环节的工业对象来说,无疑是一种较好的控制方案。但是,由于单相受热管的动态特性与热流量有关,单靠状态反馈配置极点还难以保证在不同的工况下使锅炉蒸汽温度控制系统的指标均达到理想的要求,而PID 控制恰好具有鲁棒性好和抗高频干扰能力强的优点,二者的优势可以互补。,44,利用状态反馈改善系统的闭环特性,提高系统响应速度,这是控制的第一个层次;将这个品质比较好的广义被控对象交由PID 控制,改善系统的鲁棒性,使系统的适应性提高,这是控制的第二个层次。对于大量具有迟延环节的工业对象而言,采用这种状态反馈-PID 控制比传统的PID 串级控制和仅仅由状态反馈控制都将更有效。,45,一级过热减温状态反馈,46,二级过热减温状态反馈,47,48,四、分段控制方案 在大型锅炉中，过热器管道较长，结构亦复杂，为了改善控制品质，一般采用分段控制，即将整个过热器分成若干段，每段设置一个减温器，分别控制各段的汽温，以维持主汽温为给定值。,49,采用了一次减温喷水装置。蒸汽经屏式过热器以后又进入水平烟道的对流过热器，为了保证过热器出口温度m为给定值，在高温段水平过热器处装设了二次喷水装置。如：机组一共设置两个减温器，分别调整屏式过热器出口温度和和高温段出口汽温。对于更大型的锅炉，设置的减温器有34个之多。 对于分段控制系统，由于过热器受热面传热形式和结构的不同，可以采用不同的控制方法。,50,如果整个过热器的受热面的传热形式属于纯对流形式，则应采用分段控制法将各段汽温维持在一定值，每段设置独立的控制系统。如果过热器的受热面的传热形式既有对流又有辐射，则必须采用温差控制系统，即前级喷水用以维持后级减温器前后的温差。,51,1、过热汽温分段控制,52,2、温差控制的分段控制,53,54,五、相位补偿控制方案 随着单元机组容量的增大，过热器管道的加长，主汽温的滞后和惯性大大增加。如何克服主汽温的惯性和滞后，是大型机组过热汽温控制中值得注意的一个问题。,55,下图表示了一个采用移位补偿的过热汽温控制系统。该系统仍然属于双回路汽温控制系统，与前所讨论的采用导前微分信号的双回路汽温调节系统不同之处在于，在主回路（即主汽温）中串入了一个比较器和相位补偿器，比较器的作用是将主汽温与给定值进行比较，偏差值进入相位补偿器进行相位超前和幅值校正，也称相位补偿。当被控对象不需进行位补偿或相位补偿器本身有故障时可用开关将其短路。,56,57,相位补偿器的传递函数为,这是一个二阶超前环节，可用以补偿控对象的相位滞后。,58,由于过热器惰性区的惯性特大，其相位滞后采用一阶超前校正往往得不到满意的补偿效果，可采用二阶超前校正进行补偿，其超前补偿器的传递函数上式 。 串联相位超前校正的作用是提高了系统的稳定裕量和改善了输入信号（即主汽温）的快速性，同时也在一定程度上改善了系统的稳定性。串联超前校正的优劣取决于微分作箱的强弱。一般说来，微分作用不宜过强，否则不仅会降低系统的抗干扰能力，且使校正环节的稳态衰减过大，从而要求调节器具有较小的比例带予以补偿，这在系统的具体实现上将会产生一定困难。,59,六、Smith的控制 Infi-90 Smith预估器对过热汽温的控制,60,七、自适应控制方案 过热汽温的动态特性分析中，指出过热汽温难于控制的原因是燃料变化时，主汽温动态特性的时间常数较大，并且时间常数和放大系数均随负荷而变化。 为了补偿这个滞后的时间常数，可采用负荷前馈信号。一旦负荷在大范围内变化时，采用这种补偿方法很难将汽温控制在给定范围之内。对于时间常数较大而且作随机变化的复杂过程，可采用自适应预测控制，很有效果。,61,下图表示了自适应预测控制系统的原理框图。主汽温、压力等信号送到卡尔漫滤波器，然后分别送到主汽温预测模型和参数修正。主汽温预测模型输出值与主汽温目标模型进行比较，通过比例积分控制器对生产设备进行控制。参数修正根据负荷变化对传热率和对象放大系数的影响不断修正比例积分参数，使其适应于随负荷变化的被控对象动态特性。,1、自适应预测控制,62,图.自适应预测控制原理框图,63,2、模型参考自适应预估控制,64,通过设置在过程通道中的可调的二阶惯性补偿器和增益补偿环节来实现广义过程对象与参考模型的惯性和增益相匹配。但是从信号的流动次序来看，由于上述自适应补偿环节设置在过程模型的后面，由自适应律对可调参数的调整效果，须经过过程的时滞时间后才能在过程的输出中反映出来，也既输出反映的只是滞后时间 以前的可调数的状态。这样自适应律对补偿环节的调整是基于 时刻以前模型匹配信息进行的。,65,八、模糊控制方案 1、自整定模糊控制 主汽温系统是火电厂锅炉机组的重要环节，其控制质量的优劣直接影响机组的安全性及经济性。主汽温系统属于典型的多容环节，其对象具有较大的迟延及时变型。影响主汽温系统稳定性的主要因素有：(1)炉膛燃烧不稳定； (2)喷水压力变化； (3)蒸汽流量变化。当负荷变化时，三种扰动可能会同时产生，造成主汽温的变化幅度较大。,66,(1)自整定模糊控制器的结构 主汽温自整定模糊控制器下图所示，它由信息获取与处理、知识库和控制规则集构成。与传统的专家控制系统相比，此系统实际上是一个专家模糊控制器。,67,(2)信息的获取与处理 信息获取主要是接收闭环控制系统的反馈信息及系统的输入信息，对这些信息进行处理。在主汽温自整定模糊控制器中，输入变量包括主汽温T及其定值T0，导前区汽温Td、喷水减温阀位置反馈Ft。主蒸汽温度、导前区汽温的偏差eT、eTd及偏差变化率ecT、ecTd如下：,68,式中，Td0为导前区温度定值,69,由于导前区温度与运行工况有关，无法设定温度定值，故在算法中只用到了导前汽温变化率，其值为：,根据对象特性及现场运行数据，eT的模糊量化区间取为-10,10、ecT、ecTd的模糊量化区间取为-5/min, 5/min。选择系统各变量的论域，并将它们的大小量化为七个等级，将eT 、 ecT、ecTd量化后得到的模糊量用eT 、 ecT、ecTd表示。,70,（3） 各种工况下的控制规则 1）正常工况下的规则 根据对象特性，考虑到主汽温偏差及其变化率、导前区汽温，采用增量式模糊控制方法，以公式形式给出的控制规则如下：,71,式中，U为减温阀控制信号输出，手动时跟踪减温阀开度反馈Ft。、(1-)、分别为ET、ECT、ECTd的加权调整因子，其相对大小决定了三个变量在控制中所占比重。Ku为控制量从模糊集论域到基本论域的比例因子。 主蒸汽温度为大迟延高阶对象，为了提高系统的调节品质，偏差较大时，应根据偏差进行控制，偏差的加权系数可取大些，偏差较小时，应根据偏差变化率控制，偏差变化率的加权系数应大些。表1给出了加权系数取值的一个例子。,72,与固定加权因子相比，在控制规则中引入可调整加权因子后，可有效提高系统的响应速度。偏差较大时，根据偏差进行快速调整，偏差较小时，根据偏差变化率进行适当调整，保证系统只有较小的过调。不同情况下加权因子的取值要根据具体对象而定，取值的变化不宜太大，否则会使系统的调节效果变差，合适的加权因子取值可通过仿真寻优结果确定。,73,由于在一定区间内eT量化后的值为零，采用模糊控制器可能会带来静差。可以采用下面几种方法减小静差： a. 可将eT量化为更多等级，则死区将线性缩小，但量化等级太多会失去模糊控制的优点； b.不采用均匀的量化区间，对0值的量化期间取小些； c.在eT进入死区时采用没量化过的偏差及变化率，将公式改为：,74,2）异常工况下的规则 异常工况主要指主蒸汽温度偏差太大或变化率太大的情况。此时对减温阀要进行快速调节。例如，当主蒸汽温度或导前区温度过高或温升太快时，应快速打开喷水阀：,这里，Tm、Tdm为主蒸汽及导前区汽温允许的最大值，dTm、dTdm为相应的温升速率允许的最大值，dUm1、dUm2为喷水减温阀快开的设定值。,75,(4) 结 论 针对主汽温具有影响因素多、时滞较大及模型时变的特点，利用解析公式形式，对主汽温偏差及其变化率、导前汽温变化率进行了综合考虑，并可根据运行工况自动调整各模糊变量的加权因子，从而提高了控制质量。仿真研究表明，该模糊控制算法具有鲁棒性好、算法简单、实用、易于工程实现的优点，其控制效果明显优于普通的模糊控制器，对主汽温系统具有很好的适用性。,76,2.自适应模糊控制方案 虽然可以通过总结归纳操作人员和领域专家的经验来建立模糊控制器的规则库，但实际应用中，对那些具有非线性、大时滞、高阶次的复杂系统，利用人的经验建立的控制规则也很难完美无缺，很难完全满足控制要求。且当被控对象具有时变性或系统环境不断改变时，一成不变的控制规则难以适应对象和环境的变化，达不到满意的控制效果。,77,自适应模糊控制又称自组织模糊控制。它能自动地对模糊控制规则进行修改、改进和完善，以提高控制系统的性能。 自适应模糊控制器有着更好的控制性能。,78,自适应控制器，如图所示。它比一般的模糊控制器增加了三个环节：性能量测、控制量校正和控制规则修正。性能量测环节用于测量实际输出特性与希望特性的偏差，以确定输出响应的校正量。控制量校正环节将输出响应的校正量转换为对控制量的校正量。控制规则修正环节修改模糊控制器的控制规则，进而实现了对控制量的校正。,79,然而，提出一种简单实用的自适应模糊控制算法是热工控制工程师所关心的问题。 本例是通过在常规PD型模糊控制系统的基础上，通过引入积分环节，提出了PID型的模糊控制器，从而可消除模糊控制系统的稳态误差。并通过，提出一种调整可调因子的模糊校正方法，从而使所提出的PID型模糊控制系统具有自适应能力。,80,81,PID型模糊控制系统： 一般的模糊控制器是以被调量与定值之间的误差和误差变化率为输入变量，因此它具有类似于常规PD控制器的作用，采用该类模糊控制器的控制系统可以获得良好的动态品质，但被调量的稳态偏差难于消除。为能消除控制系统的稳态偏差，可采用如图1所示的PID型模糊控制系统。 图1中，控制规则可以采用如下形式：,82,不失一般性，假设模糊集合Ai，Bj的隶属函数为如图2所示的三角形函数，ui,j为控制规则的单值型输出。,83,现假定时刻t的输入e落在 之间， 落在 中，其中 分别为模糊子集 ， 的核心， 分别为模糊子集 的核心，其关系如图 2 所示。 采用代数积-加法-重心模糊推理法，可推导获得PD型模糊控制器的数学表达式为：,式中：,84,由此可获得整个PID型模糊控制器的输入、输出关系为：,85,由式(3)，整个模糊控制器的输入、输出关系可近似看作是一个比例-积分-微分关系，其中比例系数为 ；积分系数为 ；微分系数为 。显然，可调因子kd影响了PID型模糊控制器的比例和微分成分，而可调因子影响控制器的比例和积分，也就是通过调整这两个参数就可以实现对PID型模糊控制器比例、积分和微分的综合调整，从而可实现PID型模糊控制系统的自适应。,86,下图为某锅炉汽温被控模型，在保持串级控制系统基本结构的前提下，设计PID型串级模糊汽温控制系统。,87,过热汽温控制系统采用的是常规的串级控制方案，由于被控对象的惯性较大，原控制系统不能取得满足运行要求的控制品质。成功地将带参数校正功能的PID型模糊控制器应用到该机组的过热汽温控制中后，带参数校正的自适应模糊控制系统表现出优良的控制品质。,88,九、神经网络控制,单神经元自适应控制在再热汽温控制中的应用,89,5-3 过热蒸汽温度控制系统组成,90,在大型锅炉中，过热器管道较长，结构亦复杂，为了改善控制品质，一般采用分段控制，即将整个过热器分成若干段，每段设置一个减温器，分别控制各段的汽温，以维持主汽温为给定值。,91,主蒸汽温度控制系统工艺流程如下图所示。,从图中可以看出，主蒸汽温度由三级喷水减温组成，一级有一个喷水减温阀，二、三级各有两个喷水减温阀。,92,一、一级喷水减温控制 （前屏过热器出口温度控制Front PHS Outlet TEMP Control） 一级喷水减温控制系统如下图所示。 1. 信号说明Front PHS Outlet TEMP前屏过热器出口温度Front PHS Inlet TEMP前屏过热器入口温度1 ST PRESS调速级（第一级）压力,93,Front PSH TEMP SIGN BQ前屏过热器温度信号坏质量1 ST PRESS SIGN MOD BQ一级压力信号指令坏质量1 RY CV A POS Error HI/LO一级喷水控制阀A位置误差高或低MFT.，FCB， or SF25主燃料跳闸，负荷快切装置动作或主汽量25%Reject 1 RY CV or MAN一级喷水控制阀切到手动1 RY SH Spray Water Valve A一级过热喷水阀A,94,一级喷水减温控制系统,95,2. 工作原理 此系统为串级控制，主调节器在左侧接收被调量信号 （Front PHS Outlet TEMP）与给定值的偏差信号并经过PI运算后送到副调节器的入口作为副信号（Front PHS Inlet TEMP）的给定值，然后经副调节器去控制一级喷水控制阀A。 （1）给定值的形成 给定值信号与一级压力（1 ST PRESS）之间的关系由f1(x)（函数发生器）决定，但此给定值可以由运行人员在操作台上（或操作键盘上）手动校正（通过“A”）并通过高低限后才作为最终给定值,而且校正值及最终给定值都可以在CRT上显示出来。除此之外，还可以对被调量（主信号）、要求阀位和实际阀位进行显示。,96,（2）手动工况 Reject 1RY CV to MAN成立时，此系统将自动切到手动运行方式，此时，运行人员可通过手操器使喷水阀的开度变化，以适应PSH（屏式过热器）出口温度的要求。 手动时的跟踪：当此系统处于手动控制时，为了防止下一次投自动时产生扰动，主、副调节器的输出必须都处于跟踪位置。副调节器的跟踪是为了保证切换无扰。主调节器的跟踪是为了防止副调节器在手动期间产生积分正向饱和。鉴于此，副调节器应跟踪手动输出信号。,97,主调节器的跟踪：在图中，要使副调节器在手动期间入口信号为0，即有：a-b-c=0，所以主调节器输出c=a-b 。从图中可见，在手动时，主调节器的跟踪信号为偏差组件3= a-b 。（3）前馈信号 一级压力P1通过f2(x)引入副调节器，目的在于克服负荷变化时引起的温度变化。（4）事故工况（超驰状态） 从图中可以看出，当发生MFT，FCB以及主汽量25%时，系统处于超驰状态，喷水减温阀将自动关闭。,98,（5）一级喷水切手动条件： 1）一级喷水阀阀位偏大或偏小。 2）前屏过热器温度信号坏质量。 3）一级压力信号坏质量。 4）主燃料跳、紧急返回，SF25%,99,二、二级喷水减温控制 （后屏过热器出口温度控制Rear PSH Output TEMP Control） 二级喷水减温控制如下图。 1信号说明Rear PSH Ortlet TEMP后屏过热器出口温度Rear PSH Inlet TEMP后屏过热器入口温度Burner Tiet DMD燃烧器仰角命令Reject IRY CV to MAN二级喷水阀切到手动Rear PSH TEMP SIGN BQ后屏过热器温度信号坏质量BT DMD SIGH BQ燃料器仰角信号坏质量,100,二级喷水减温控制系统,101,二、工作过程 （1）两个喷水控制阀。左右两侧分别设置了控制阀，并且共用同一个主、副调节器，有两个手/自动平衡组件，可同时手动和自动，也可以一侧手动而另一侧自动运行。 （2）积分器的使用。在图的中部，有一纯积分器，积分器的作用主要用于左右两侧温度偏差太大时，校正两侧减温水，试图使左右两侧温度相等。 （3）3RY CV的使用。此信号的引入对高温过热器出口温度的控制是一个超前运行，这样可以防止高温段温度控制系统超温。,102,（4）二级喷水控制切手动条件： 1）二级阀位A或B不正常。 2）燃烧器仰角信号坏质量。 3）后屏温度信号坏质量。 4）一级压力信号坏质量。 5）主燃料跳、紧急返回及SF25%,103,三、三级喷水减温系统 （Boiler Outlet TEMP Control锅炉出口温度控制） 三级喷水减温系统如下图。 1信号说明HT CSH Outlet TEMP高温过热器出口温度HT CSH Inlet TEMP高温过热器入口温度Reject 3RY CV to MAN三级喷水阀切到手动HT CSH TEMP SIGN BQ高温过热器温度信号故障3RY B POS Error HI/LO三级喷水阀位B误差高或低3RY A POS Error HI/LO三级喷水阀位A误差高或低,104,三级喷水减温控制系统,105,2工作原理 此系统的工作过程与结构大致与前二级相同，唯一不同之处是一个主调节器，两个副调节器。 三级喷水控制切手动条件： （1）三级喷水控制阀位A或B不正常。 （2）BTD信号坏质量。 （3）高温过热器温度坏质量。 （4）一级压力信号坏质量。,106,107,5-4 过热蒸汽温度控制系统实例分析,108,国电福建南埔电厂过热汽温控制 1. 一级过热汽温控制，通过串级回路来控制一级出口过热器汽温，其中主回路用来调过热二级减温器入口温度，副回路用来调过热一级减温器出口温度。 2. 二级过热汽温控制，通过串级回路来控制主蒸汽温度，其中主回路用来调主蒸汽温度，副回路用来过热二级减温器出口温度。,109,一级过热器控制,110,一级过热器控制逻辑,111,二级过热器控制,112,二级过热器控制逻辑,113,5-5 再热蒸汽温度控制策略,114,再热汽温的控制，一般以采用烟气控制的方式为主，这比采用喷水控制有较高的热经济性。实际采用的烟气控制方式： 变化烟气挡板位置， 烟气再循环 摆动喷燃器角度 多层布置圆形燃烧器 汽-汽热交换器 蒸汽旁通,115,一、采用烟气挡板控制再热汽温的控制系统 采用烟气挡板需把尾部烟道分成两个并联烟道，在主烟道中布置低温再热器，旁路烟道中布置低温过热器。在低温过热器下面布置省煤器，调温挡板则布置在工作条件较好的省煤器下面。主，旁两侧挡板的动作是相反的，即再热器侧开，过热器侧关，反之亦然。,116,117,图. 烟气档板控制再热汽温控制系统,118,1. 系统结构 采用烟气挡板控制再热汽温的控制系统如左图。 2. 工作原理 再热汽温作为主信号(被调量)，左侧通过加法器，调节器去调节烟气挡板，右侧去调节喷水。正常时主要靠烟气挡板来调节再热汽温，两个函数发生器用以修正挡板的非线性，反相器是用以使两个挡板反向动作(即一开一关)。,119,二、采用烟气再循环控制,1. 基本原理 利用再循环风机从烟道尾部抽取低温烟气进入炉膛底部，从而改变辐射受热面与对流受热面的吸收比例，以达到调温目的。被控对象的动态特性与再循环烟气量，烟气抽出位置及送入炉膛位置等因素有关。一般说来，从省煤器出口抽取烟气，把它送入炉膛底部冷灰斗，这样的烟气再循环能够有效地起调节再热汽温的作用。,120,图. 烟气再循环装置,121,122,2. 系统分析 烟气再循环对主汽温度产生正向影响，即调高再热汽温时，同时主汽温度升高。另外，烟气再循环对主汽压力和蒸汽流量也要造成扰动。若由于某种原因再热汽温升高，这时起升温作用的烟气再循环装置显然是不需要投入的，只能用事故喷水进行再热汽温控制。对停运的再循环烟道来说，炉膛内的高温烟气可能经挡板缝隙倒流入再热循环烟道而破坏设备。故在停运时，应自动打开热风门，引入压力稍高的热风将烟道封锁，以防高温炉烟倒入。,123,124,3. 工作过程 （1）再热汽温与给定值的偏差进入调节器，然后经加法器和手/自动平衡组件改变再循环烟气量以控制再热汽温，在加法器中引入送风量信号V和再热循环烟气量信号VG作为前馈控制信号。送风量V反映了锅炉负荷的大小，同时能提前反映汽温的变化， V增加时，汽温升高，故V按负向送入加法器。,125,（2）函数发生器用以修正风量和再循环烟气量之间的关系。风量增加时，相应的烟气再循环量应减少。乘法器采用烟温信号修正循环烟量。 （3）当再热蒸汽超温时，比较器输出负值。调节器输出负信号关烟气再循环挡板，烟气再循环失去调温作用。同时两个反相器将有正输出，右侧将打开喷水控制，左侧打开热风门，用热风将循环烟道封住，防止高温炉烟倒入再循环烟道，烧坏设备。,126,三、采用摆动燃烧器角度 即通过改变燃烧器倾斜角度来改变炉膛火焰中心的位置和炉膛出口的烟气变化，达到控制再热汽温的目的。 燃烧器上倾时可提高炉膛出口烟气温度，燃烧器下倾时可以降低炉膛出口烟气温度，因此改变燃烧器倾角能够控制再热汽温。例如低负荷时可通过上倾燃烧器来提高再热汽温使其维持给定值。,127,燃烧器摆动角度对炉膛出口烟温的影响如图所示。,128,129,130,四、汽汽热交换器再热汽温控制 采用汽汽热交换器进行再热汽温控制是属于蒸汽旁通的一种，它是在炉外设置一组用一次蒸汽来加热再热汽的热交换器，利用三通阀改变流经热交换器的再热蒸汽量来控制再热汽温。 汽汽热交换器的调整范围很小，还必须辅以喷水。,131,132,它如同一根粗的U形管筒，中间细管内流经过热蒸汽，外部粗筒流过再热蒸汽，利用三通旁路阀调整流过热交换器中再热蒸汽的流量，即可控制再热汽温。 1、粗调再热汽温 由于汽一汽热交换器的滞后和惯性较大，它的调温幅度不大，故在此将它作为一粗调再热汽温的装置。采用主蒸汽流量作为导前信号有助于克服被控对象的滞后和惯性，因此在粗调系统中，采用主蒸汽流量和再热器减温水量这两个信号至加法器中，经调节器PI去控制三通阀，函数模块f1（x）、f2(x)是用来修正主蒸汽流量和喷水量的比值关系的。,133,134,2、细调再热汽温 再热器的喷水只是作为再热汽温的细调手段。采用串级控制系统时，为了保证再热器出口汽温2调整平稳，取喷水后的再热汽温1信号经反相器-K作为主调节器PI2输出的上、下限幅信号，这个限幅信号是浮动的。例如，当再热汽温给定值增加很高时，由于PI2的积分作用，其输出将增大，但其上限受到一定限制，相应调节器PI3输出减少，减少喷水量。喷水量减少后，温度1首先升高，使上限限幅信号增大，PI2的输出跟着增加，使减温水再进