控制系统的教案

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实现生产过程自动化是非常有必要的火电厂热力过程自动化可以分为四个部分：

(1)热工检测：是自动化操作的依据。

(2)自动调节：是自动化操作的主体。

(3)远方控制及程序控制：是自动化操作的重要补充。

(4)自动保护：是自动化操作的重要保障。第2页/共128页

自动控制系统综述6学时

单元机组模拟量控制系统(MCS)18学时单元机组热工保护系统10学时

期中测试炉膛安全监控系统(FSSS)4学时汽轮机数字电液控制系统(DEH)6学时顺序控制系统(SCS)6学时

实验6学时

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第三章单元机组模拟量控制系统(MCS)

模拟量控制系统(ModulationControlSystem，MCS)是通过前馈和反馈作用对机、炉及辅助系统的过程参数进行连续自动调节的控制系统的总称，包含过程参数的自动补偿和计算、自动调节、控制方式、无扰动切换以及偏差报警等功能。

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模拟量控制系统一般包括负荷控制系统(协调控制系统)、燃烧控制系统、给水控制系统、过热汽温控制系统、再热汽温控制系统、除氧器压力控制系统、除氧器水位控制系统、加热器水位控制系统、凝汽器水位控制系统、轴封压力控制系统、润滑油温控制系统等。

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3.1协调控制系统概述

随着电力工业的发展，高参数、大容量火力发电机组在电网中所占的比例越来越大。大容量机组都是采用单元制运行方式，所谓单元制就是由一台汽轮发电机组和一台锅炉所组成的相对独立的系统。

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一、单元机组负荷控制的特点

在单元制运行方式中，锅炉和汽轮发电机既要共同保障外部负荷要求，也要共同维持内部运行参数(主要是主蒸汽压力)稳定。单元机组输出的实际电功率与负荷要求是否一致，反映了机组与外部电网之间能量的供求平衡关系；而主蒸汽压力是否稳定，则反映了机组内部锅炉与汽轮发电机之间能量的供求平衡关系。

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锅炉和汽轮发电机的动态特性存在着很大差异，即汽轮发电机对负荷请求响应快，锅炉对负荷请求响应慢，所以单元机组内外两个能量供求平衡关系相互间受到制约，外部负荷响应性能与内部运行参数稳定性之间存在着固有的矛盾，这是单元机组负荷控制中的一个最为主要的特点。

所谓协调就是通过一套控制回路协调锅炉、汽轮机控制回路的工作，使机组能快速、安全、经济地对外界负荷作出响应。

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二、协调控制系统的定义

单元机组的协调控制系统(CoordinatedControlSystem，简称CCS)是根据单元机组的负荷控制特点，为解决负荷控制中的内外两个能量供求平衡关系而提出来的一种控制系统。

协调控制系统是单元机组的负荷控制系统。第9页/共128页

协调控制系统把锅炉和汽轮发电机作为一个整体进行综合控制，使其同时按照电网负荷需求指令和内部主要运行参数的偏差要求协调运行，既保证单元机组对外具有较快的功率响应和一定的调频能力，又保证对内维持主蒸汽压力偏差在允许范围内。

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三、协调控制系统的主要功能是：

(1)接受电网中心调度所的负荷自动调度指令、运行操作人员的负荷给定指令、电网频差信号，及时响应负荷请求，使机组具有一定的电网调峰、调频能力，适应电网负荷变化的需要。

(2)协调锅炉、汽轮发电机的运行，在负荷变化率较大时，能维持两者之间的能量平衡，保证主蒸汽压力稳定。

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(3)协调机组内部各控制子系统(燃料、送风、引风、给水、汽温等控制系统)的控制作用，在负荷变化过程中使机组的主要运行参数在允许的工作范围内，以确保机组有较高的效率和可靠的安全性。

(4)协调外部负荷请求与主／辅设备实际能力的关系。在机组主／辅设备能力受到限制的异常情况下，能根据实际情况，限制或强迫改变机组负荷。这是协调控制系统的联锁保护功能。

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四、协调控制的基本原则从锅炉燃烧率改变到引起机组输出电功率变化，其过程有较大的惯性和迟延，如果只是依靠锅炉侧的控制，必然不能获得迅速的负荷响应。而汽轮机进汽调节阀动作，可使机组释放(或储存)锅炉的部分能量，使输出的电功率有较迅速的响应。因此，为了提高机组的响应性能，可在保证安全运行的前提下，充分利用锅炉的蓄热能力，在负荷变动时，通过汽轮机进汽调第14页/共128页

节阀的适当动作，即释放或吸收部分蓄能，加快机组初期负荷的响应速度；与此同时，根据外部负荷请求指令，加强对锅炉侧燃烧率(及相应的给水流量)的控制，及时恢复蓄能，使锅炉蒸发量保持与机组负荷一致。这就是负荷控制的基本原则，也是机炉协调控制的基本原则。

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五、协调控制系统的基本组成

1．协调控制系统的分层设计原则

(1)最高层为机组级的CCS主控系统，也称协调层。

(2)第二层为汽轮机主控TM和锅炉主控BM级，也称组控层，分别控制汽轮机或锅炉。

(3)第三层为锅炉给水、燃烧、送风等各个子回路的控制，也称基础自动层。

(4)第四层为控制驱动级，也称执行层，包括操作员站以及执行机构。第16页/共128页

2．协调控制系统的功能组成单元机组协调控制系统的功能系统范围包括负荷控制系统、子控制系统和负荷控制对象三大部分。第17页/共128页

负荷管理控制中心(LMCC)接受的是外部负荷指令、根据机组和控制系统本身需要所设的内部负荷指令。

内部负荷指令一般有机组辅机故障减负荷快速返回(RunBack)指令，与机组负荷有关的主要运行参数超过上限而引起的减负荷迫降(RunDown)指令，主要运行参数低于下限而引起的增负荷迫升(RunUp)指令。

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外部负荷指令一般有电网调度所的负荷分配指令(AutomaticDispatchSystem，ADS)、机组运行人员手动增／减负荷的指令、电网频率偏差信号△f。

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负荷管理控制中心的主要作用是对外部要求的负荷指令或目标负荷指令(TargetLoadDemand，TLD)进行选择，并根据机组主辅机运行的情况加以处理，使之转变为机、炉设备负荷安全运行所能接受的实际负荷指令(ActualLoadDemand，ALD)P0。实际负荷指令又称单元机组负荷指令(UnitILoadDemand，ULD)。

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单元机组主控制系统是单元机组协调控制系统的核心。在单元机组协调控制系统中，无论是调频或调负荷、机组的启动或停止、故障情况下的安全运行、锅炉燃烧率的变化，还是汽轮机调节汽阀开度的变化，都是在主控制系统统一指挥下达到协调一致的。即机组的输入能量和输出能量在满足电网负荷要求的前提条件下总是保证平衡的，完成主控制系统与子系统之间的协调。

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3.2单元机组负荷控制系统

协调控制系统的设计是将锅炉与汽轮机作为一个整体进行控制，使在机组的届时实际能力下，能最大限度地满足电网对机组的发电量要求，确保机组的安全、稳定、经济运行。协调控制系统的主控系统在检测、调节、保护、联锁、通信、显示、报警以及监控管理的各个方面将机、炉作为一个整体控制。第22页/共128页

主控系统(负荷控制系统)的组成主要有两部分：

第一部分为负荷管理控制中心(机组指令处理回路)，用以协调机组能力与电网需求的平衡

第二部分为机炉主控制器，根据机组功率指令ULD、机组的运行工况、运行方式以及机、炉不同的动态特性，协调锅炉与汽轮机间的能量平衡，提供机组级的输出功率与机前压力的联合控制，从而使机组的负荷适应性与运行稳定性兼优。

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一、负荷管理控制中心负荷管理控制中心(LMCC)是协调控制系统的指挥机构，它的主要功能是根据电网调度中心的要求负荷指令或机组运行人员要求改变负荷的指令以及机组主辅机运行情况，处理成适合于机炉运行状态的实际负荷要求指令ALD或ULD(P0)。

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LMCC的主要功能包括以下几个方面:1．实际负荷要求指令ULD的产生

在机组正常运行工况下，电网调度来的负荷分配指令(ADS)或机组运行人员设定的负荷指令，通过负荷变化速率限制器、电网频率校正(如果机组参与电网调频)最小最大负荷限制回路，即产生实际负荷要求指令。

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如果机组主、辅机发生故障或事故而产生快速返回(RB)、快速切回(FCB)、迫升(RU)、迫降(RD)、主燃料跳闸(MFT)等信号时，机组将自动地切换到手动方式运行，这时实际负荷要求指令将跟踪锅炉实际负荷指令μB。

2．负荷的增加和减少

协调控制系统提供运行人员增／减负荷按钮，来指明机组“目标负荷指令”的增加和减少。

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3．最大／最小负荷限制机组的实际出力是有限的，为使机组在允许的出力范围内正常工作，LMCC设置了出力限制回路，运行人员可通过分散控制系统的人机接口，根据机组运行情况设定最大／最小负荷限值。第30页/共128页

4．负荷变化速率限制机组在不同的运行情况下对负荷变化速率的限制有不同的要求，为避免负荷变化太快引起机组故障，LMCC设置了负荷指令变化速度限制回路，它可根据机组当前变负荷的能力，对负荷指令的变化速率进行限制。运行人员通过分散控制系统的人机接口设定负荷变化速率的限制值。第31页/共128页

5．远方／就地控制

机组运行人员可操作按钮来选择就地或远方控制。在“就地”控制时，运行人员可操作“增加”和“减少”按钮来改变“目标负荷指令”。

6．负荷快速返回(RunBack，RB)

当机组主要辅机(如送、引风机、一次风机、磨煤机、空气预热器、给水泵等)出现故障时机组就不能满负荷运行，必需迅速减负荷。CCS设计了快速返回信号，以保护机组的安全。第32页/共128页

7．负荷快速切回(FastCutBack，FCB)

机组在运行时，如果发生严重故障，例如机组突然与电网解列(即送电负荷突然跳闸)，或汽轮机跳闸，这时快速返回就已不能适应迅速减少负荷的要求。CCS设计了快速切回信号，以实现机组快速甩负荷。

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8．负荷增／减闭锁

当发生煤输送管道或燃烧喷嘴堵塞，挡板卡死，执行机构、控制机构等设备工作异常的故障时，将会造成燃料量、空气量、给水量等运行参数的偏差增大。CCS设计了负荷增／减闭锁信号，对这些运行参数的偏差大小和方向进行监视，如果出现故障，负荷增／减闭锁回路根据偏差的方向，将对实际负荷指令实施增或减方向的闭锁，以防止故障的危害进一步扩大，直至偏差回到规定限值内才解除闭锁。

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9．负荷迫升(RunUp)／迫降(RunDown)

当有关的运行参数偏差超过了允许值，同时有关的控制器输出已达到极限位置，不再有调节余地，则迫升／迫降回路根据偏差的方向，将对实际负荷指令实施迫升／迫降，使偏差回到允许值范围之内，从而达到缩小故障危害的目的。当发生迫升／迫降后，CCS将使负荷指令处于保持状态。

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10．负荷保持／恢复

CCS还设置了负荷的保持和恢复按钮，其作用是在各种控制方式下切换或发生负荷指令的迫升／迫降后，暂时维持切换前的负荷指令不变，待切换完毕后再进行控制。

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二、机炉主控制器

(一)机炉主控制器的功能机炉主控制器由汽轮机主控制器(TM)和锅炉主控制器(BM)两部分组成，是机炉协调控制思想的具体体现之处。

机炉主控制器的功能主要包括：

(1)接受LMCC输出的负荷指令P0、机组实发电功率PE和机前主蒸汽压力偏差信号，按照选定的基本控制方式(锅炉跟随或汽轮机跟随方式)进行常规的反馈控制运算。

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(2)根据机、炉之间能量供求关系的平衡要求，在反馈控制的基础上，引入某种前馈控制，使机、炉之间能量在失去或刚要失去平衡时，及时按照机炉双方的特性采取前馈控制运算，以产生一种限制能量失衡在较小范围内的控制作用。这一功能是协调控制的核心。

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(3)根据不同的控制方式和前馈-反馈控制运算结果，发出适应外部负荷需求或满足机组运行要求的汽轮机负荷指令PT和锅炉负荷指令PB，以指挥各子控制系统的运算。

(4)实现不同控制方式(如锅炉跟随、汽轮机跟随、协调控制等方式)之间的切换。控制方式的切换可根据机组的运行状况手动或自动进行。

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(三)协调控制系统运行方式的管理为了调节锅炉和汽轮机以适应机组输出功率的变化和保持主蒸汽压力稳定，就产生了单元机组的不同的运行方式。运行方式的管理是单元机组主控制器的任务。

为了适应不同的机组、不同的运行工况和要求，单元机组主控制器应当能使机组具备多种运行方式，并能根据需要选择相应的运行方式。因此，机组运行方式的管理是必不可少的。

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2．单元机组运行方式的种类及特性通常，根据机炉主控制器控制方式的不同，单元机组具有4种基本运行方式：手动方式(Manual)锅炉跟随(BF)；汽轮机跟随(TF)；协调控制(COORD)。

(1)手动方式手动方式也称基础方式，锅炉主控制器(BM)为手动方式，汽轮机主控制器(TM)也为手动方式。机炉的主控制器指令都由操作员手动改变。锅炉和汽轮机的子控制系统各自分别维持本身运行参数的稳定，没有机、炉的协调动作。

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(2)以锅炉跟随为基础的协调控制方式(BF)

汽轮机先动作，而锅炉随后动作的调节称为炉跟随调节模式，简称炉跟机。该方式是汽轮机控制系统控制负荷，锅炉控制系统控制主汽压力。这种炉跟随方式的特点是：充分利用锅炉蓄热，机组功率变化比较快，但主汽压力波动比较大。这种方式以满足负荷为主，适用于调峰机组。

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(3)以汽轮机跟随为基础的协调控制方式(TF)

锅炉调节在前，汽轮机调节在后，称为机跟随调节模式，简称机跟炉。该方式下，锅炉控制系统控制机组功率，汽轮机控制系统控制主汽压力。机跟随方式特点是：机组功率变化过程中，主汽压力波动比较小，但燃料的燃烧最终变成机组功率需要一定时间，所以机组功率对外界负荷适应性比较差。这种方式以保证汽压为主，适用于带基本负荷的机组。

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3．综合型协调控制方式(COORD)

该方式是上述两种协调控制方式的综合，前两种方式中，只有一个被调量是通过两个控制变量的协调操作来加以控制的，而另一个被调量是单独由一个控制变量来控制的，因而，它们只是实现了“单向”协调。“单向”协调控制在负荷的响应过程中，机组或机炉之间的能量供求仍存在较大的动态失衡现象。第46页/共128页

为避免这一问题，综合协调控制方式采用的是“双向”协调，即任一被控量都是通过两个控制变量的协调操作加以控制的。当负荷指令P0改变时，机、炉主控制器同时对汽轮机侧和锅炉侧发出负荷控制指令，改变燃烧率和汽轮机进汽调节阀开度，一方面利用蓄能暂时应付负荷请求，快速响应负荷，另一方面改变进入锅炉的能量，以保持机组输入能量与输出能量的平衡。第47页/共128页

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由此可见，综合型协调控制方式能较好地保持机组内、外两个能量供求的平衡关系，既具有较好的负荷适应性能，又具有良好的汽压控制性能，是一种较为合理和完善的协调控制方式，但系统结构比较复杂。应当明确，无论是何种协调控制方式，都是从解决“快速负荷响应和主要运行参数稳定”这一对源于机、炉动态特性差异的矛盾而设计的。把握这一要点，对认识、分析、设计协调控制系统大有益处。

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第51页/共128页3.3燃烧控制系统

(一)燃烧控制的任务锅炉燃烧过程控制的基本任务是既要提供热量适应蒸汽负荷的需要，又要保证燃烧的经济性和锅炉运行的经济性、安全性。每台锅炉燃烧过程的具体控制任务与制粉系统、燃烧方式以及机炉运行方式有着密切的关系。第52页/共128页

炉跟机方式：锅炉调汽压，汽轮机进汽阀门调负荷

(1)维持机前压力PT，机前压力应保持在允许范围内。

(2)维持炉内过剩空气稳定，以保证燃烧经济性，

(3)维持炉膛负压，要求控制系统保持炉膛压力在允许范围内。第53页/共128页

机跟炉方式，锅炉调负荷，汽轮机调汽压

(1)维持单元机组的负荷；

(2)维持炉内过剩空气稳定，以保证燃烧经济性；

(3)维持炉膛负压，控制系统应能保持炉膛压力在允许范围内。

第54页/共128页(二)燃烧控制对象的动态特性

燃烧对象主蒸汽压力PT受到的主要扰动来源有二个，其一是燃烧率扰动，称为基本扰动或内部扰动；其二是汽轮机调节阀开度的扰动，称为外部扰动。

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(三)燃烧过程自动控制系统

单元机组中各部分之间的联系密切，互相影响大，设计时不仅要考虑制粉系统是直吹式还是中间储仓式，机组运行方式是带变动负荷还是带基本负荷，滑压运行还是定压运行，因此设计的燃烧控制系统是不相同的。燃烧控制系统是由三个相对独立的子系统即燃料控制系统、送风控制系统、引风控制系统组成的。

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第59页/共128页1、燃料控制系统

燃料控制的任务在于进入锅炉的燃料量随时与外界负荷要求相适应。因为汽压是锅炉燃料热量与汽轮机需要能量的平衡标志，并且在负荷扰动下汽压具有近似比例的响应特性，因此汽压可以作为燃料控制系统的被调量。第60页/共128页

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2、送风控制系统送风调节的任务在于保证燃烧的经济性，具体地说，就是要保证燃烧过程中有合适的燃料与风量比例，送风调节对象近似比例环节。因此通常采用保持燃料量与送风量成比例关系的送风控制系统。

只要调整比例系数K到适当的值，控制系统就能使进入锅炉的风量与燃料量保持最合适的比例，达到经济燃烧的目的。

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3、引风控制系统引风控制的任务是保持炉膛负压在规定的范围之内。由于引风调节对象的动态响应快，测量也容易，所以引风控制系统一般只需采取以炉膛负压声，作为被调量的单回路控制系统。

第64页/共128页3.4汽包锅炉给水控制系统

(一)给水控制的任务

汽包锅炉给水自动控制的任务是使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量，以维持汽包水位在规定的范围内，保持给水流量的相对稳定。

(二)给水控制对象的动态特性

主要的扰动有：给水流量W、锅炉蒸发量D、炉膛热负荷等。

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1．给水流量扰动下水位的动态特性

给水流量是调节机构所改变的控制量，给水流量扰动是来自控制侧的扰动，又称内扰。水位控制对象的动态特性表现为有惯性的无自平衡能力的特点，属于多容无自平衡能力对象。

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2．蒸汽流量扰动下的水位的动态特性

蒸汽流量扰动主要来自汽轮发电机组的负荷变化，属外部扰动。

当锅炉蒸汽负荷变化时，汽包水位的变化具有特殊的形式：在负荷突然增加时，虽然锅炉的给水流量小于蒸发量，但开始阶段的水位不仅不下降，反而迅速上升(反之，当负荷突然减少时，水位反而先下降)，这种现象称为“虚假水位”现象。

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3．炉膛热负荷扰动下水位控制对象的动态特性

当燃料量扰动时，使蒸汽流量发生变化，因此其特性与蒸汽流量扰动时相似，也存在着“虚假水位”现象。

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第71页/共128页(三)给水自动控制系统分析

根据汽包锅炉给水控制对象动态特性的特点，我们可以提出确定给水控制系统结构的一些基本思想：

(1)由于对象的内扰动态特性存在一定的迟延和惯性，所以给水控制系统若采用以水位为被调量的单回路系统，则控制过程中水位将出现较大的动态偏差，给水流量波动较大。因此，对给水内扰动态特性迟延和惯性大的锅炉应考虑采用串级或其他控制方案。

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(2)由于对象在蒸汽负荷扰动(外扰)时，有“虚假水位”现象。因此给水控制若采用以水位为被调量的单回路系统，则在扰动的初始阶段，调节器将使给水流量向与负荷变化方向相反的方向变化，从而扩大了锅炉进、出流量的不平衡。

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所以在设计给水控制系统时，应考虑采用以蒸汽流量D为前馈信号的前馈控制，以改善给水控制系统的控制品质。总之，由于电厂锅炉水位控制对象的特点，汽包锅炉的给水自动控制普遍采用三冲量给水自动控制系统方案。第74页/共128页

1．单级三冲量给水控制系统

给水调节器接受汽包水位H、蒸汽流量D和给水流量w三个信号(所以称三冲量控制系统)。其输出信号去控制给水流量，其中汽包水位是被调量，所以水位信号称为主信号。为了改善控制品质，系统中引入了蒸汽流量的前馈控制和给水流量的反馈控制，这样组成的三冲量给水控制系统是一个前馈-反馈控制系统。

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可以看出，在单极三冲量给水控制系统中，水位、蒸汽流量和给水流量对应的三个信号VH、VD、Vw都送到PI调节器，静态时，这三个输入信号与代表水位给定值的信号相平衡。即VD－VW＋VH－V0＝0

则有：VH－V0=0VD－VW=0

即VH=V0VD=VW第77页/共128页

2．串级三冲量给水控制系统

在单级系统的基础上再增加一个调节器，使两个调节器串行工作，可以打破静态的限制，提高控制品质。由于有两个调节器在工作，就得有两套整定参数，必须要协调好这两套参数。第78页/共128页

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(四)全程给水自动控制系统

1．全程控制的概念

所谓全程控制系统是指机组在启停过程和正常运行时均能实现自动控制的系统。全程控制包括启停控制和正常运行工况下控制两方面的内容。常规控制系统一般只适用于机组带大负荷工况下运行，在启停过程和低负荷工况下，一般要由手动进行控制，而全程控制系统能使机组在启动、停机、不同负荷工况下自动运行。第80页/共128页

2．对给水全程控制系统的要求

(1)锅炉刚启动时，蒸汽参数和负荷变化很大，这就使水位、给水流量和蒸汽流量的测量准确性受到影响，必须要求这些测量信号能自动地进行压力、温度校正。

(2)现代大型机组的给水流量控制多通过控制变速给水泵的转速实现给水量的自动控制。因而在给水全程控制系统中不仅要满足给水量控制的要求，同时还要保证给水泵工作在安全工作区内。

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(3)由于锅炉给水对象的动态特性在不同负荷时是不一样的，因此在不同负荷时要采用不同形式的系统。低负荷时，虚假水位不太严重，可以采用单冲量控制系统，高负荷时要采用三冲量控制。

(4)在多种调节机构的复杂切换过程中，给水全程控制系统都必须保证无干扰，必须解决切换问题，即实现无扰切换。

(5)给水全程控制还必须适应机组定压运行和滑压运行工况，必须适应冷态启动和热态启动情况。第82页/共128页

3．变速给水泵的安全工作区

300MW以下的单元机组多用电动变速泵作主给水泵，通过调整液力联轴器的勺管位置来调节泵的转速。大于300MW的单元机组多采用汽动变速泵作主给水泵，再设置多台电动变速泵作启动给水泵并作为系统的备用泵使用。第83页/共128页

变速给水泵的安全工作区可在泵的流量-压力特性曲线上表示出来，变速泵的安全工作区由六条曲线围成：泵的最高转速曲线nmax和最低转速曲线nmin；泵的上限特性曲线Qmin。和下限特性曲线Qmax；泵出口最高压力Pmax和最低压力Pmin线。第84页/共128页

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4．单元制锅炉给水全程控制方案单元制给水全程控制的方案很多，主要有以下五种：

方案一：这是一个两段控制的方案，用改变调节阀门的开度来控制给水流量。低负荷时用单冲量调节器PI1控制旁路给水阀(小阀)的开度来改变给水量。第86页/共128页

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方案二：这也是一个两段控制方案。低负荷时，采用单冲量系统，由单冲量调节器PI1控制小阀的开度来改变给水流量，进行水位控制。高负荷时采用三冲量串级控制，用副调节器PI3输出的控制信号去控制大阀的开度，从而达到控制水位的目的。这个方案结构比方案一简单，但仍都采用阀门调节，故经济性较差。

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方案三：此方案在低负荷时采用单冲量系统，用PI1调节器改变旁路给水阀的开度以改变给水流量，保持水位。同时采用泵前压力调节器PI4控制给水泵出口压力，既使泵工作在安全工作区内，又保证安全供水所需的泵出口压力。但切换过于集中，容易产生比较大的扰动。

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方案四：由于所选泵型的安全工作区范围很宽，又为全容量配置，经验证明，无论是滑压启动还是定压运行，工作点均不会移到安全区以外，故方案中不设置给水泵出口压力控制子系统。低负荷时，由单冲量控制系统控制旁路给水阀的开度来维持水位，负荷升至25％左右时，系统由单冲量工作方式切换到三冲量串级工作方式。

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由于此时系统的-输出信号增大到大于nmin信号，于是系统由调节阀门开度平稳地过渡到调节泵的转速，从而调节给水流量，所以这时是一段调节。当机组负荷达到30％左右，主给水调节阀全部打开，以尽量减小节流损失，系统进入完全调泵状态。此方案经济性好，且结构简单，调节段是无触点自由过渡，安全性能好。

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方案五：这个方案中，低负荷时采用单冲量系统，由PI1控制泵的转速，改变给水流量，维持水位。高负荷采用三冲量系统，由PI3改变调速泵转速来调节给水流量。为了保证给水泵工作在安全工作区内，设计了给水泵出口压力控制系统，由PI4经比例偏置环节去改变阀门开度来改变泵出口压力。这个方案结构合理，经济性好，切换简单，安全可靠性也较好。不足之处是压力控制系统和水位控制系统互相影响，两个系统动作频繁，调节阀磨损较快。

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三、锅炉主蒸汽温度自动控制系统

(一)过程汽温控制的任务过热蒸汽温度自动控制的任务是维持过热器出口蒸汽温度在允许范围内，并且保护过热器，使管壁温度不超过允许的工作温度。过热汽温的上、下限一般不应超过额定值的+5℃，-10℃，高压锅炉过热汽温的额定值一般为540℃，就是说要使过热汽温保持在540±5℃的范围内。

第98页/共128页(二)过热汽温控制对象的动态特性影响过热器出口蒸汽温度变化的原因很多，如蒸汽流量变化、燃烧工况变化、锅炉给水温度变化、进入过热器的蒸汽温度变化、流经过热器的烟气温度和流速变化、锅炉受热面结垢等。但归纳起来，主要有三个方面：

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1．蒸汽流量(负荷)扰动下的动态特性当锅炉负荷扰动时，蒸汽流量的变化使沿整个过热器管路长度上各点的蒸汽流速几乎同时改变，从而改变过热器的对流放热系数，使过热器各点的蒸汽温度几乎同时改变，因而汽温反应较快。其特点是：有迟延、有惯性、有自平衡能力，且τ相对较小。

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2．烟气热量扰动下的动态特性烟汽热量扰动时，由于烟气流速和温度的变化也是沿整个过热器同时改变的，因而沿过热器整个长度使烟气传递热量也同时变化，所以汽温反应较快，其时间常数Tc和迟延τ均比其他扰动小。图示烟气热量QY阶跃变化时过热汽温的反应曲线，其特点是：有迟延、有惯性、有自平衡能力。第102页/共128页

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3．减温水量扰动下的动态特性当减温水流量扰动时，改变了高温过热器的入口汽温，从而影响了过热器出口汽温，其特点也是有迟延、有惯性、有自平衡能力的。但是由于现代大型锅炉的过热器管路很长，因而当减温水流量扰动时，汽温反应较慢。

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第105页/共128页(三)过热汽温控制系统分析

1、采用导前汽温微分信号的双冲量过热汽温控制系统采用导前汽温微分信号的过热汽温控制系统如图所示。这个系统中引入了导前汽温θ2的微分信号作为调节器的补充信号，以改善控制质量。第106页/共128页

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2、采用串级双冲量的过热汽温控制系统在采用导前汽温微分信号的过热汽温控制系统的基础上，去掉导前信号的微分器，引入主信号的调节器，形成串级系统。第108页/共128页

第109页/共128页3、过热汽温分段控制系统

在大型锅炉中，过热器管道较长，结构也很复杂，为了进一步改善控制品质，可以采用分段汽温控制系统，即将整个过热器分为若干段，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。对于大型锅炉，设置的减温器有2个或3～4个之多。对于分段控制系统，由于过热器受热面传递形式和结构的不同，可以采用不同的控制方法。

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4、过热汽温分段按温差方式的控制系统

两段均采用了串级控制方案，以Ⅱ级减温器前后的温差(θ3－θ2)作为第一段控制系统的被调量信号送入主调节器PI3。定值信号θ0是由函数模块f(x)产生的，其值随负荷D的变化而变化。当负荷增大时，主调节器PI3的定值将减小，此时有(θ3-θ2)>θ0，PI3入口偏差增大，这就意味着必须增大I级喷水量才能使θ3下降，从而使温差(θ3-θ2)减小。

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四、再热气温自动控制系统简介

在锅炉运