600MW机组过热汽温一级减温系统设计正文

1、600MW单元机组过热汽温一级减温水系统设计3 一级过热喷水减温控制系统的功能和组成3.1 一级过热喷水减温控制系统的功能级过热器喷水减温控制系统是通过级减温水流量的控制，使屏式过热器出口汽温 维持在设定值，以保护屏式过热器管壁不致超温，同时配合高温过热汽温控制系统的工作。 外层慢速回路控制屏式过热器出口蒸汽温度，内层快速回路通过控制一级减温水流量来保 证屏式过热器入口蒸汽温度达到要求值。级 A 侧与 B 侧控制原理相同，下面以 A 侧为例介绍过热器喷水减温控制系统工作原 理，其简图如图 3.1 所示。屏式过热器出口蒸汽温度设定值采用用运行人员手动设定和系统自动设定两种方式。 在自动设定方式下

2、，屏式过热器出口温度设定值以经过 PTn 惯性环节的二级减温器出口温 度信号与期望的二级减温器温度降之和为基础，并受锅炉负荷允许的屏式过热器出口温度 的限制。屏式过热器入口蒸汽温度的设定值由外层慢速回路给定。外层慢速回路根据以下 主要因素预测维持或达到所设定的二级减温器入口温度所要求的一级减温器出口所需的温度。1屏式过热器出口蒸汽温度设定值和实测值之间的偏差屏式过热器进口汽温（一级 喷水减温器出口汽温）的变化以屏式过热器的动态特性影响屏式过热器出口汽温的动态变 化。假设锅炉一直处于稳定状态，操作者要求屏过出口蒸汽温度增加 5，在稳定的压力 和负荷状态下，这个差值会通过加法器及乘法器作用到 PI

3、D 的设定值上，从而使 PID 的设定值相应增加 5。设定值的增加导致喷水量的减少，这使得减温器出口的温度增加。当屏过出口蒸汽温度升高时，根据屏过出口温度设定值和实测值之间的偏差同方向地增加屏过入口温度，因此使得 PID 调节器的设定值很稳定。控制回路中采用屏过入口蒸汽温度经过 PTn 惯性环节模拟从屏过入口到屏过出口的温度变化过程。过热器的特性 PTn 随负荷的变动会发生改变，可通过负荷与惯性环节时间常数的关系曲线实现不同负荷下的过热器的特性。过热器特性 PTn 并不总是很准确。但经过 PTn 惯性环节的屏过入口蒸汽温度最终能稳定，所以屏过出口温度总能调整稳定到其设定点。这一系统可以满足超临

4、界机组负荷调峰时的需要。为了协调这个控制回路，设置在 PTn 里的延时必须与实际屏式过热器热延迟相匹配，实际值在现场试验期间确定，而且对不同的蒸汽量会有所改变。当实发功率低于某值或者级 A 侧减温水调节阀操作站切手动时，PTn 的输出等于输入。2锅炉负荷前馈负荷前馈是一个微分脉冲、有适当比例和受限制的信号。屏过入口温度设定值有一个 最低点（屏过出口蒸汽温度设定值也与此类似），此最低点与分离器湿态-干态转换点相对 应。这是因为在启动过程中，锅炉燃料量逐渐增加，分离器由湿态转向干态运行。炉内燃 料量增加时，炉膛出口烟温也增加，使炉膛内单位烟气的放热量反而减少，即对于屏式过 热器来说，单位重量蒸汽的

5、吸热量反而减少，而通过屏式过热器的蒸汽流量是增加的，从 而导致屏过出口汽温随负荷的增加反而减少（相当于辐射过热器的汽温特性） 。当分离器 干态运行后，汽温随负荷的增加而增加。因此在湿态-干态转换的短时间内，应注意过热 汽温出现快速的严重超温现象。 为了避免出现这种情况， 系统采用了快速降低汽温设定值， 预先增加喷水的方法。负荷指数在控制系统里产生一个“脉冲”并被处理，负荷增加时导 致产生更多的蒸汽，要求更多的冷却，通过从屏过入口温度设定值中减去负荷前馈分量以 减少屏过入口温度设定值从而增加喷水量。设定的比例（K）提供一个以为单位的值， 这个值代表一个确定的阀位变化，相当于所需给水量的变化，用以

6、消除扰动。简图中 f(t) 是一个超前滞后环节，超前时间常数和滞后时间常数均可根据实际工况调整，当实发功率 低于某值或者级 A 侧减温水调节阀操作站切手动时，f(t)的输出等于输入，即此时负荷 前馈不发生作用。3屏过入口汽温的变化对屏过出口汽温变化的影响过热器出口汽温的改变量是通过过热器进口汽温（喷水减温器出口汽温）的改变量实 现的，在不同负荷或压力下，同样出口汽温的改变量需要不同的进口汽温的改变量，这两 处汽温改变量存在定量关系，此定量关系可通过过热器进口和出口蒸汽的比热容确定。利 用这一原理根据屏过出口压力对屏过出口温度偏差进行修正，将其转换为屏过入口温度的 变化量。出口与进口蒸汽比热容的

7、比值为出口汽温对进口汽温要求的调整系数。比热容及 调整系数随压力而变化，压力增加，同样的出口汽温改变量要求较大的进口汽温的变化。 由于过热器蒸汽侧级间的中间压力不测量，所以用这些级间的设计压力来计算比值。在 级过热器喷水减温控制系统中，根据汽水分离器的实测压力和比值计算级间的中间压力， 从而建立相应点比热容与邻近测量压力间的关系。4饱和温度限制为了避免一级减温后的过热蒸汽带水，必须使一级减温后的蒸汽保持一定的过热度， 因此系统设计了饱和温度限制回路。一级减温器出口温度的低限限值采用汽水分离器压力 对应的饱和温度，并增加一个与汽水分离器压力的裕量得到。理论上，f(x)包含可查找的 蒸汽表。为了系

8、统安全运行，过热器以及喷水减温控制设计有以下保护系统：当锅炉发生 主燃料跳闸时， 应全关一级减温水调节阀门， 即一级减温水调节阀门操作站强制输出为 0%。当发生 RUNBACK 或者级 A 侧喷水电动门全关的情况下，一级减温水调节阀门操作站 应输出一个常数，该数值由运行人员确定。如果系统出现下列情况之一时，一级减温水调 节阀门 M/A 操作站应强制到手动状态：（1）总给水量信号故障（2）机组给定负荷信号故障（3）屏式过热器入口蒸汽温度 信号故障（4）屏式过热器出口蒸汽温度信号故障（5）一级减温水调节阀门指令与位置反 馈偏差大（6）屏式过热器入口蒸汽温度设定值与实际测量值偏差大（7）MFT 动作

9、。3.1.1 一级 A 侧过热喷水减温控制系统图图3.1 级A侧过热器喷水减温控制系统图3.1.2一级过热喷水减温控制系统的组成以屏式（后屏）过热器入口汽温与锅炉负荷作为基本调节回路，再加上修正信号，通 过改变喷水调节器（一级喷水减温）的开度来调节汽温。图 3.2 为屏式过热器汽温调节的 基本回路。在机组自启停装置（UAM）投自动时，喷水调节阀开度决定于 UAM 指令。当 UAM 指令不在自动时则由锅炉负荷的函数得到屏式过热器入口汽温的设定值。当燃烧器倾角变 化、屏式过热器入口汽温变化或其它运行工况变化时，则在该入口汽温的设定值上再加上 修正信号，实际的屏式过热器入口汽温与设定值的偏差决定喷水

10、减温器的开度。这一屏式过热器汽温调节的修正信号综合了煤水比修正与屏式过热器出口汽温偏差 的修正，其中屏式过热器出口汽温的设定值由锅炉负荷函数与高温过热器的喷水函数的差 值得到。这样设计的目的是当高温过热器的喷水量大于或小于一定范围后，通过改变屏式 过热器的出口汽温，以使高温过热器的喷水量恢复到前述范围内，保证高温过热器有一定 的可调范围。而煤水比修正信号是通过前馈方式送到过热器入口汽温设定值修正回路，如 图 3.3 所示。图3.2 屏式过热器汽温调节的基本回路在屏式过热器汽温调节回路中，屏式过热器汽温有一个切换点，它是由于分离器由湿 态到干态的切换影响。在启动过程中，分离器由湿态转向干态运行时

11、，用增加燃料量的方 法。当炉内燃料量增加时，炉膛出口烟温也增加，使炉膛内单位公斤燃料的放热量反而减 少，就是说对于前、后屏过热器，单位公斤燃料的吸热量反而减少。另外，在湿态转换到 干态运行过程中，通过前屏过热器的蒸汽流量是增加的，这样屏式过热器的汽温是随着负 荷的增加反而减少（相当于辐射过热器的汽温特性） ，因此屏式过热器入口（后屏入口） 汽温有一个下降的过程。当分离器转入干态运行后，也即锅炉转入直流运行，其汽温变化 是随着锅炉负荷（燃料量）的增加而增加的。因此分离器由湿态转入干态运行过程中屏式 过热器入口汽温有一个明显切换点。图3.3 屏式过热器入口气温设定值修正3.2过热汽温分段控制系统锅

12、炉过热器由辐射过热器、对流过热器、屏式过热器和减温器等组成，其任务是将汽包出来的蒸汽加热到一定温度，然后送往汽轮机做功。过热蒸汽温度是锅炉运行质量的重要指标之一，过高或过低都会影响电厂的经济性和安全性，由于过热器承受高温、高压，它的材料采用耐高温、高压的合金钢。过热器正常运行的温度已接近刚才允许的极限温度，强度方面的安全系数最小。因此，必须相当严格的将过热气温控制在给定值附近，一般要求过热气温与给定值的暂态偏差不超过士10摄氏度，长期偏差不超过士5摄氏度，过热气温过高会使过热器与汽轮机高压缸承受过高的热应力而损坏，气温偏低会降低机组热效率。第一段控制系统中，以前屏过热器入口汽温6作为导前汽温信

13、号，通过控制级喷水WB1来维持前屏过热器出口汽温5为给定值。第二段控制系统中，以后屏过热器入口汽温4为导前汽温信号，通过控制级喷水量WB2以维持后屏过热器出口汽温3为给定值。第三段控制系统中，以高温对流过热器入口汽温2为副参数，通过控制级喷水量WB3以保持高温对流过热器出口汽温（主汽温）1满足要求。三段汽温控制系统均采用串级控制，结构相似图3.4 过热蒸汽流程示意图A、B减温水调节阀 A、B减温水闭锁阀总 结本次设计是基于串级控制系统的锅炉过热蒸汽温度控制系统的设计，对炉温过热蒸汽的良好控制室保证系统输出蒸汽温度稳定的前提。采用串级控制系统可以极大地消除控制系统工作过程中的各种扰动，使系统工作

14、在良好的状态下，在系统中控制仪表可进行主控、串级控制的切换，可满足系统在不同情况下的控制要求。本设计应用了很多我们曾经学过的知识，我将已经被束之高阁的一些书籍重新找出，认真阅读，从中不仅找到了设计需要的知识点，还发现了一些在以前的学习中忽略了的知识，这是本次设计中的额外收获。在设计过程中，我真切的感受到理论和实践之间存在的很大的距离，实践对于知识的掌握的重要性，这对我将来的学习和实践有很大的帮助。发现问题，面对问题，才有可能解决问题。书本上的知识是死的，只有通过实践的考验，真正的掌握了的知识才是自己的。在学习中一定要牢记，实践是检验真理的唯一标准。9致 谢再设计过程中，培养了我发现问题，分析问

15、题和解决问题的能力，也使我学到了很多课本无法涉及到的知识。此次设计的结束很完美，这其中有我自己的努力，但更多的是同学和老师的支持与帮助。开始我总是被一些小的、细的问题挡住前进的步伐，让我总是为了解决一个小问题而花费很长的时间，最后还要查阅其他的书籍才能找出解决的办法。并且我在做设计的过程中发现有很多东西我都还不知道。设计中遇到了很多自己无法解决的问题，在指导老师的点拨以及同学们的建议下，我完美的解决了遇到的问题。由此我意识到，任何时候任何事情闭门造车是不可取的，要一直向周围的师长、同学求教，以取得新鲜的主意。在此感谢他们对我的帮助，感谢他们仔细的为我寻找设计中的缺陷，耐心的为我解答难题。通过此

16、次课程设计我比较清楚地明白了控制过程的设计，以及优化控制系统的思想。劳动是艰辛的，合作是愉快的，收获是甜美的。相信我能在未来的生活中体会到这些艰辛、愉快、甜美；收获他人的帮助，也给与他人帮助。 参考文献1李友善 自动控制原理 北京：机械工业出版社 19812方康玲 过程控制系统 武汉：武汉大学出版社 20023边立秀、周俊霞合编 热工控制系统 中国电力出版社 20024杨庆柏 热工控制仪表 中国电力出版社 20085翁维勤 过程控制系统及过程 北京：化学工业出版社 20056付忠光 电厂汽轮机运行于事故处理 中国电力出版社 20077张栾英 孙万云编著 火电厂过程控制 中国电力出版社 20008邵裕森 过程控制工程（第二版） 北京：机械工业出版社 20049何希才 传感器及其应用电路 北京：电子工业出版社 200110何衍庆 工业生产过程控制 北京：化学工业出版社 200111夏雷 火电厂锅炉主汽温度控制策略研究 锅炉技术 200712黄红艳 600MW超临界锅炉的控制策略 热