采用烟气挡板法再热汽温控制系统的研究

采用烟气挡板法再热汽温控制系统的研究V1.引言1.1课题来源我国的能源消费结构主要还是以煤炭为主，而大部分的煤炭都是用作火力发电的，为了符合可持续发展、节能、高效的观念，同时电厂要完成全年经济运行的目标，就必须想方设法，改造设备、节能降耗。就目前而言，亚临界机组的参数为16.73Mpa/538℃/538℃供电热效率约是38%，超临界机组的参数24.15Mpa/538℃/538℃供电热效率约是41%。超超临界机组的参数27.52Mpa/580℃/580℃供电热效率约是43%。由此可以看出，蒸汽参数越高，热效率也随之升高。热力循环分析研究表明，在超超临界机组参数的条件下，主蒸汽压力每提高1Mpa，机组热耗率就可以下降0.13%～0.15%；主蒸汽温度每提高10℃，机组热耗率就可以下降0.25～0.30%；再热蒸汽温度每提高10℃，机组热耗率就可以下降0.15%～0.20%。在一定范围内，如果采用二次再热的方案，则热耗率可比采用一次再热机组下降1.4%～1.6%。超临界机组热效率比亚临界机组要高2%～3%，超超临界机组的热效率比超临界机组的大约高2～4%左右。所以调整和稳定蒸汽的参数成为电厂重要的一部分之一。本文主要研究再热器烟气挡板控制系统，该方案能大幅度地减少再热器减温水的用水量，能够有效的节约能源，因而绝大多数的电厂都使用了再热器烟气挡板自动控制系统。延迟、惯性和自平衡能力都是再热蒸汽调节的特性。烟道挡板作为调节再热汽温的主要手段在大多数电厂得以应用,而再热器喷水减温仅仅作为事故辅助备用控制。通过烟气挡板开度的改变,可以改变流过器受热面和再热器受热面的分配比例,实现再热汽温的调节。通过调节烟气挡板,可以使得主烟道和旁路烟道的烟气流量相对变化达60%左右,再热汽温的变化量约为50℃,相应地,低温对流过过热器的出口温度也将受到影响。就目前来看，烟道挡板调节再热汽温也存在一些问题，烟道挡板在不同负荷时烟道挡板的工作特性会有变化；另外再热汽温烟道挡板系统不是一个独立的系统，会受到其他系统的影响；其次最明显的就是，锅炉长期运行，挡板易积灰，在高温下也容易变形。为了更好的了解掌握烟气挡板调节再热汽温的方法，通过Matlab及XDPS软件更全面的了解整个调节过程，并且希望能通过研究进一步的优化调节系统，使生产过程更加高效、节能。1.2汽温控制的意义及影响因素火力发电机组都在高温高压的工况下运行，正常的过热器、再热器出口的温度一般都接近材料的允许极限温度，如果汽温过高，会导致金属材料损坏，危及设备的安全运行；另一方面，如果汽温过低，除了降低机组的循环效率之外，还会导致汽轮机末几级蒸汽的湿度增大，影响汽轮机的安全运行。当再热汽温剧烈波动时，会导致汽轮机中压缸的胀差波动，导致汽轮机振动，严重危及汽轮机安全运行。另外，汽温突然上升或者突然下降会导致锅炉各个受热面的焊口及连接部分产生较大热应力。所以，现代锅炉对于过热汽温、再热汽温的控制是十分严格的。汽温调节的主要任务是不但要维持温度在一定范围内，又要时刻防止设备超温损坏。影响汽温的因素：锅炉负荷扰动炉膛火焰中心位置减温水量和给水温度制粉系统的投停受热面沾污1.3再热汽温今后的发展趋势如今再热汽温的控制，在电厂生产过程中，越来越重要，在现在高参数的直流锅炉大规模使用的情况下，以前的常规PID调节很难解决再热汽温调节滞后的问题，汽温容易超出规定范围。在今后的发展中，研究人员引入“提前预测调节”的概念，通过监测电厂实时运行的数据，再加上多年以来积累的生产经验，以此改进控制系统，使控制系统能根据运行状况，提前预测被调量的变化趋势，减弱延迟。1.4火电厂生产过程简图图1-1火力发电厂生产流程如图1-1所示为整个火力发电厂的生产流程。热力发电厂的实质就是能量的转换，即将燃料中的化学能通过锅炉转化为工质的热能，再通过汽轮机将热能转化为机械能，最后经发电机转化为电能。2.再热汽温控制2.1汽温的调节（1）过热汽温调节目前汽包锅炉过热汽温的调节一般采用喷水减温的方式，将减温水直接喷入过热器中，减温水会吸收一些过热蒸汽的汽化潜热，从而改变过热汽温，通过改变减温水喷水量来调节汽温。喷水减温会损失一部分经济性，有一些给水喷入过热器中，使汽温降低，总给水不变的情况下，流经省煤器的水量会减少，这样就导致省煤器中的水无法吸收烟气中更多的热量，烟气中多余的热量会随着排气而被浪费，造成损失。加入从给水泵出口抽水来降低过热汽温，那么流过高压加热器的水量势必会减少，排挤了部分高压加热器的抽汽量，导致回热循环效率下降。但是因为其设备简单、调节灵敏、较容易实现自动化等优点，得以广泛使用。在大型机组中，由于过热器的管道比较长，位置也各有不同，结构较为复杂，为了改善汽温控制的效果，大都采用分段式的汽温调节，大多布置两个等级以上的减温器（喷水）。第一级布置在入口联箱处（分隔屏式过热器），由于该级减温器距离末级过热器较远，并且工质的温度在工质流经这一过热器之后有显著的升高，因此导致调节温度时滞、惯性较大，维持汽温在一定范围内比较困难，所以粗调主蒸汽的温度就依靠这一级，它的减温调节，可以避免在该级以后的过热器超温。末级过热器的入口放置着第二级的喷水减温，因为离出口近，蒸汽温度变化小，所以调温的比较小，灵敏度高，因此该级作为细调，最终维持汽温在一定范围内。如图2-1，目前过热汽温的控制大致有两种方案：分段控制法、温差控制法。以下两种汽温控制方法都采用减温器出口汽温的变化率作为前馈信号，前馈信号有粗调的作用，而被调量则起校正作用。图2-1过热汽温分段控制系统图2-2温差控制系统再热汽温调节再热汽温的调节与过热汽温的调节有着本质的区别，再热汽温的调节大都采用烟气侧调节的方法，而喷水减温一般作为事故减温水备用，这与机组的运行效率和蒸汽参数有关。从过热器出来的蒸汽去高压缸做功，从再热器出来的蒸汽去中低压缸做功，假如在再热器中加入喷水减温调节，喷水进入其中降低汽温，同时喷入的水吸热汽化，使进入中低压缸的蒸汽流量增大，使其做功更多，机组负荷一定时，那高压缸的一些出力就会换成中低压缸的，这就等于说用一部分中低参数的蒸汽循环代替了高参数的蒸汽循环，从而导致整个机组循环的热效率下降。对于亚临界压力的单元机组，每喷入1%的减温水，发电的煤耗率会增加大约0.45~0.6g标煤/（kW*h）。所以，再热器的调温大都是采用烟气侧的调温方式。2.2再热器2.2.1再热器介绍再热器的实质是一种加热器，字面来看就是再次加热的器皿，只不过它加热的是在高压缸中使用过的旧蒸汽，保持旧蒸汽的压力不变，使其温度升高到与新蒸汽差不多，这就是再热器的任务。通过再热器的加热，蒸汽的利用率更高，这样电厂的生产效率更高，汽轮机的末级叶片蒸汽湿度也得以下降。现在大型发电机组为了使发电过程更加的高效，使用一次或两次中间再热，更有甚者使用三次中间再热。蒸汽从高压缸出来以后，不是直接去中低压缸，而是回到再热器中加热，提高其温度，然后再将从过热器出来的蒸汽送入汽轮机中压缸继续膨胀作功，此过程称为一次中间再热循环，大约能将循环效率提高3～6％。两次中间再热循环就是在一次的基础上，再将从中压缸出来的蒸汽在加热，再去做功。采用再热循环后,锅炉、汽轮机装置的结构、热力系统和运行调节都变得较为复杂，造价也会相应增加，所以一般只有在较大的机组中才会使用中间再热。常用的再热汽温调温方式有：分隔烟道挡板、烟气再循环、摆动式燃烧器等几种。2.2.2再热器的结构特点蒸汽在再热系统中，流动的阻力对机组循环热效率的影响比较大，每增加0.1MPa阻力,循环热效率随之会降低0.2～0.3％。所以,通常会用较大直径的管子(44～60mm)和比较低的蒸汽质量流速〔250～400kg／(m2·s)或者更低〕，这样就可以使蒸汽在内部流动时的阻力不回太大。因为再热器内部流经的蒸汽对管壁的对流传热的能力较低，所以管壁的温度比较高，这样就要求再热器必须使用抗高温的钢材。我国的再热机组大多布置在烟气温度不超过850℃的对流烟道中。为了限制再热器的压力,一般采取以下方法:(1)适当降低再热器中，蒸汽的质量流速，对流再热器的质量流速约为255~400kg/（m2*s),辐射再热器的约为1100~1200kg/(m2*s)。(2)增大管圈数和管间的截距(3)简化再热系统为了保证再热器管壁的金属温度不超过金属的许用温度,可采取以下方法:(1)有的锅炉会把一部分再热器做成壁式受热面，布置在炉膛的上部吸收炉膛辐射传热，或者做成后屏再热器，布置在后屏过热器的后面作为第二后屏。(2)选用许用温度较高的材料。2.2.3再热器的布置方式(一)再热器的布置方式再热器的布置形式和过热器的布置形式差不多，有辐射式、半辐射式和对流式三种。辐射式再热器就是吸收炉膛辐射热。屏式再热器（即半辐射），就是吸收炉膛辐射热比较多。对流式再热器有多种形式，比如逆流、顺流、混合流；单管圈、双管圈、多管圈；顺列、平行于前墙、垂直于前墙等。对流式再热器主要吸收对流热。如图2-3过热器与再热器的布置1—对流过热器2——屏式半辐射过热器3—炉顶辐射型过热器4——再热器2.3再热汽温2.3.1再热汽温特性因为再热器大部分以对流换热为主，所以再热汽温整体呈现对流汽温特性，当锅炉负荷降低时，出口蒸汽温度会下降：此外，锅炉负荷降低，导致汽轮机高压缸排气温度降低，再热器的进口汽温也会降低，从而出口汽温进一步降低；再热器的汽温特性随锅炉负荷变化幅度较大。由于再热器相对较大体积,工作流体的流动速度是缓慢的,也是安排在低温烟气的区域,从而导致烟气侧的传热温差,所以再热蒸汽温度变化的延迟时间长。再热蒸汽具有较低的压力和较小的比热。因此，当吸收相同的热量时，单位制冷剂的再加热蒸汽温度的变化将大于过热蒸汽温度的变化。由于加热器的对流部分布置在低烟温区域，由于再热蒸汽的传热和传热特性，再热蒸汽温度的影响较小。再热蒸汽温度对热偏差更敏感。在相同的热偏差条件下，再热蒸汽温度的偏差大于过热蒸汽温度的偏差。加热器的运行条件不仅受锅炉运行条件的影响，还受汽轮机运行条件的影响。再加热蒸汽的流量不仅是随机变化的，而且还会受到一到两级蒸汽抽提的大小以及锅炉安全阀的开启和关闭的影响。当机组在恒压下运行时，汽轮机高压缸的排汽温度，即低温再热器的进口温度，会随着机组负荷的变化而发生较大的变化。加热器入口温度和工作流体流量的变化也会引起再热蒸汽温度的变化。图2-4汽温随负荷的变化1—过热器汽温特性2—再热器汽温特性2.3.2影响再热汽温变化的因素因为再热器结构和布置上的特点,所以影响再热汽温度的因素有很多。总结起来,主要有以下几个方面：(1)高压缸排汽温度变化的影响在其它工况不改变的情况下,高压缸排汽的温度越高,那么再热器出口的温度也将越高,机组在定压运行时,汽轮机高压缸排汽温度将随着机组负荷的增加而升高,过热汽温的升高,也将造成高压缸排汽温度的升高。(2)再热器吸热量变化的影响锅炉运行时,再热器吸热量越多,工质焓增越大,再热汽温将越高。影响再热器吸热量变化的因素较多,通常为锅炉燃料量或燃料低位发热量的变化流经再热器的烟气量的变化。2.4再热汽温控制的方法2.4.1烟气再循环（一）简介烟气再循环是指将锅炉尾部烟道的低温烟气，通过再循环风机再重新送回炉膛参与燃烧。烟气再循环系统降低了炉膛火焰温度、增加了烟气体积流量，这样就可以削弱炉膛内的辐射换热量，加强尾部受热面的对流换热量，以此调节了主、再热蒸汽吸热量。烟气再循环率，在主蒸汽流量保持不变的情况下，调整烟气再循环率，可以得到以下结论：烟气再循环率增加或者减少时，主再热汽温都会朝其相反的方向改变。也就是说当烟气再循环率变大时，高温再热器进、出口汽温呈现逐渐增加的趋势；烟气再循环率降低时，对主、再热蒸汽温度影刚好相反。某些燃煤电厂使用烟气再循环技术，从空气中分离出氧气，烟气再循环重新送入炉膛的烟气就是分离出的氧气和一开始的烟气的混合物，将此混合烟气送入炉膛助燃。因为氮气在分离氧气时被剔除，所以再循环后排放的烟气中二氧化碳的含量极高，使排放的烟气易处理，由此可知空气分离烟气再循环燃烧技术能减少电厂的能耗，还能减少环境的污染。如图2-5图2-5空气分离烟气再循环技术（二）烟气再循环系统烟气再循环系统的控制目标是消除蒸汽温度和设置值之间的偏差的一个或两个再热器出口通过调整数量的气体再循环,这样的设置值在再热器的出口蒸汽温度对应的负载单元。采用水平烟道的烟气温度、加热后的蒸汽温度和负荷命令作为前馈信号。当控制系统发生变化时，预先应用不同的控制函数来提高控制系统的响应速度。锅炉MFT时，烟气再循环变频风机需要与蒸汽分离器的压力保持相应的固定值。由于气体再循环的大小对过热蒸汽温度有很大的影响，当过热蒸汽温度过高或过低时，锁的再循环会进一步减少或增加。在整个负载阶段，机组的特性波动较大，所以主控制器的参数会随负载的变化而变化。如图2-6图2-6烟气再循环控制系统(三)烟气再循环的优缺点优点：A.烟气再循环可以在一台锅炉上单独地使用，另外还可以与其他降低NOx的燃烧技术配合着使用。B.可以降低主燃烧器空气浓度，或者用来运送二次燃料。缺点：A.电站锅炉的烟气再循环率一般在10%-20%。如果采用更高的烟气再循环率，燃烧难免会不稳定，未完全燃烧的热损失也会变多。B.采用烟气再循环时需要加装再烟道、循环风机，还需要更多的场地，增加了投资，系统也更为复杂。C.对原先的设备进行改装时，还会受到场地的限制2.4.2摆动燃烧器简介在20世纪末，我国各大锅炉厂开始引进国外所研发的燃烧技术，摆动燃烧器就是从那时候起被使用的,一般在四角切圆燃烧方式的锅炉上比较常见,其中以300和600MW机组使用最多,摆动式燃烧器可以调节过热蒸汽的温度，经济、方便地重新加热蒸汽。可实现蒸汽温度的双向调节，调节范围宽，调节范围约为正负五十度。与烟温挡板相比，其再热蒸汽温度具有更快的动态响应。在炉内的摆动式燃烧器，可以在冷热状态下摆动，在不同的角度，熔炉的热吸收近似对称。对于燃煤锅炉来说，摆动式燃烧器还可以自动填充不同负荷下其他原因引起的吸热变化。当锅炉负荷降低时，燃烧器上摆，这样是为了使再热汽温保持原有的工况，但因为火焰中心向上移动，会导致过热汽温升高，所以需要喷水减温调节过热汽温。当锅炉负荷增加时，燃煤量增加，炉膛热量增加，势必会导致再热汽温升高，这时燃烧器向下倾斜，让火焰中心位置下移，控制再热汽温。假如在燃烧器的倾角范围内，再热汽温还是没有下降到正常值，再热器的事故喷水自动投入，以此来确保再热器不超温。燃烧器摆动时需要各层精确同步，不然会使炉膛内的火焰场混乱，影响燃烧。但在实际的应用中，采用摆动燃烧器的锅炉都没有达到预期的设计目的，所以就算会降低锅炉的循环效率，但也会以事故喷水减温作为主要的调温方法。这样做是因为摆动燃烧器在高温下运行时，容易受热变形从而导致转动机构卡死。一般可以从以下这几方面解决问题：（1）在煤粉管道与燃烧器的连接部分，加装挠性的连接部件,以此缓冲在高温下煤粉管道膨胀发生的偏移,并且要正确地布置管道的吊装和走向,使煤粉管道附加在燃烧器上的外力减到最小。（2）可以把喷嘴设计成前后两段,这样的目的是当前段（靠近炉膛）被烧毁时，可以较容易地更换，而不必更换整个燃烧器,节省时间和金钱，减小了检修的工作量。另外当前段喷嘴烧毁时，后段喷嘴可以继续使用，对于机组的运行不回产生较大的影响。（3）电厂可以将燃烧器的摆动加入日常的检查中,经常摆动检查,避免由于长期不使用造成转动机构的卡死。一般电厂不常使用摆动燃烧器的摆动功能的原因，是因为燃烧器的摆动会导致炉膛内燃烧场，气流等的变化，会使稳定的燃烧环境变得混乱，导致炉膛内的热量分布出现波动，导致有些部位易结焦。燃烧器的布置就目前的现状来看，不管是进口的还是我国自主研制的锅炉，在摆动燃烧器的布置上，都采用四角切圆的布置燃烧方式。因为燃烧器的摆动会导致炉膛燃烧工况不稳定,为了改善这一情况，国外的一些电厂，炉膛四角水冷壁会使用较大的切角。国内一些电厂引进国外的技术并根据实际情况，加以改进，在燃烧器布置时，要注意下摆时避免冲击冷灰斗，上部也要为煤粉充分燃烧留下充足的空间。摆动燃烧器控制系统摆动燃烧器是一个开环的控制系统，如图2-7所示。通过静态特性的分析，我们可得到结论，燃烧器摆角上下的摆动，会影响过热、再热汽温，但再热、过热汽温的变化刚好相反，它仅仅是再热汽温调节的补偿方法。摆动的角度和机组负荷的关系是通过实验得到的一个函数。锅炉MFT时，燃烧器摆角自动回到水平位置。图2-7摆动燃烧器控制系统2.4.3烟道挡板法本文主要研究的就是烟道挡板法调节再热汽温简介分隔烟道挡板的原理是将烟道垂直烟道隔成主、旁两部分，在主烟道里布置再热器，在旁烟道布置低温过热器，但在主、旁烟道里都会布置省煤器。两个烟道的出口均安装有烟气挡板，通过调节挡板的开度，来调整流过各个烟道的烟气量，从而改变再热器和过热器的吸热量，以此来改变再热汽温（如图2-8、9、10）图2-8图2-9图2-10烟道挡板调节当锅炉的负荷下降时，燃烧量下降，再热汽温下降，可以调大再热器这一侧的烟气挡板，同时关小过热器侧的烟气挡板，这样再热器侧的烟气流量就会增加，再热汽温就会升高。烟气流量的改变同时也会影响过热汽温（如图2-11），但在旁烟道里的过热器所占总过热器的比例较小，所以影响较小。使用这种方法调节再热汽温，设备容易安装且简易，操作也方便。但需要注意挡板在高温烟气的冲刷下是否易变形，另外在锅炉启动并网的过程中，应关闭再热器侧的烟气挡板，以此保护再热器，防止干烧。图2-11挡板调温对过热汽温的影响1—挡板全开时汽温特性；2—挡板调节后汽温特性烟道挡板调节再热汽温系统图图2-12是烟道挡板调节再热汽温的系统。主信号为再热汽温，将实际测得的汽温信号与给定的温度值比较，得到差值输出，再进入调节器进行运算，然后输出信号，控制烟气挡板动作，改变再热汽温，当给定值和测量值相同时，停止动作。在系统中引入蒸汽的流量作为前馈信号，以此改善挡板调温滞后的缺点。图2-12再热汽温调节系统1—再热器2—比较器3—调节器4—调温挡板烟道挡板的优缺点及注意事项烟气挡板调节再热汽温,机械构件简单、部件易于安装、工人操作起来比较方便,可以适应多个煤种、不会影响炉膛里的稳定燃烧。但调温滞后性较大,有时挡板在烟气冲击下，容易产生热变形,导致调节温度的准确率降低。使用烟气挡板时需要注意的问题：（1）尽量使用烟道挡板调节，让再热汽温稳定在允许的温度范围内,在事故超温、或者出现其他仅靠挡板调节不了时，才使用喷水减温。平时正常运行时,烟道挡板和喷水减温改为自动,运行人员通过DCS操作系统来远程改变烟道挡板和喷水减温的设定值，从而改变再热汽温。（2）正常运行时，烟道挡板的调整角度应在一定摆动范围内，假如再热蒸汽温度变化较大，波动明显，烟道挡板的调整幅度也较大，而且事故减温水门时常自动打开时，应该及时检查锅炉的其他系统是否出现故障。（3）当工人在现场使用机械部件手动调整时，要注意系统的迟滞性,要缓慢地增加或者减少被调量，要让减温后的蒸汽保有一定的过热度,低负荷运行时，想办法避免减温水的使用,不然易导致汽轮机末几级湿度大，发生水冲击。（4）烟气挡板的开度不宜过小，否则易造成挡板积灰影响调温效果。3.控制系统3.1控制系统简介在电厂的控制系统中，简单控制系统是应用最广的，它们就像齿轮一样，保证电厂的系统能稳定的运行，以及调控的及时准确。随着生产过程的机械化、快速化、复杂化，人工调节生产中的各种设备参数已经无法完全实现，所以在此基础上，人们引入了控制系统自动调节。在自动调节中一般有被调量、给定值、控制对象、调节机构、控制量、扰动等元素。控制通俗来说就是比较被调量与给定值，然后通过调节机构改变控制量，最终使被调量等于给定值，当然在过程中会有扰动的影响。按照系统结构的特点分类，可分为反馈控制系统（如图3-1）、前馈控制系统（如图3-2）、前馈反馈控制系统。反馈控制的特点，调节时间长，但可以消除扰动的影响，对于闭环系统来说，需要分析它的稳定性。前馈控制的特点，控制及时，可按某一种扰动来快速地调节被调量，但只能克服某一种扰动。属于开环系统，不存在稳定性。前馈反馈控制系统集合了以上两种系统的特点，能快速调节而且能克服主要的扰动，多以普遍使用该种系统。 图3-1反馈控制系统 图3-2前馈控制系统 3.2单回路控制系统单回路控制系统由一个测量变送器、一个调节器、一个执行器和对象组成（如图3-3）。本次研究的烟道挡板再热汽温控制系统就是一个单回路控制系统。单回路控制系统比较容易调整，也方便投入和运行，并且组织结构较为简单，前期资金投入也少，在工业生产中应用广泛。在系统分析、设计和整定中，单回路控制系统是最简单的。在单回路控制系统中，调节器有着很重要的地位，调节器的控制规律最基本的有比例（P）、积分（I）和微分（D），下面做分别介绍。 图3-3单回路控制系统方框图 图3-4单回路控制系统原理方框图 3.3PID在实际应用中，使用最多的调节器控制就是比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID（比例（proportion）、积分（integral）、微分（derivative））控制器从理论发展到使用已经有将近一个世纪的时间，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。PID控制器易学易上手且理解简单，使用时无需建立精确的数学模型或复杂的公式运算，所以普遍采用这种控制器。3.3.1比例（P）比例调节器的动态方程式，即输出信号与被调量偏差的关系，即：（3-1）传递函数是：（3-2）µ-为输出信号；e-为被调量偏差；Kp-为比例系数，有正有负，每当偏差改变一定值，调节装置根据比例系数做出相应的变化；δ-为比列带，是比例系数的倒数，当调节机构调节到百分之百时，偏差的变量即为比列带。在动态方程式中，当e为零时，µ为零，但不是指输出为零，是指µ与给定值相同。在式子3-2中，比例带δ有着重要的意义，δ越大比例的作用就越不明显，调节过程会较稳定，但随之带来的弊端就是被调量的动态偏差会比较大：δ越小比例的作用就越明显，但调节时会出现振荡，稳定性会下降（如图3-5），当偏差大于比例带时，输出信号与被调量之间就不成比例关系了。因为调节机构会随着负荷的变化而相应改变，所以调节的结果都是有差别的，因此比例调节也叫有差调节，调节器动作快，对于发生的干扰，能着抑制作用。使用比例控制规律能够比较快地克服扰动对控制系统的影响，它能快速地改变输出值，但坏处就是不能快速的使数值稳定，不良的结果是虽较能有效的克服扰动的影响，但有余差出现。它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、控制要求不高、被控参数允许在一定范围内有余差的场合。如：池水的水位控制；储油罐油位的控制等。图3-5比例带对于比列调节的影响3.3.2积分（I）在积分控制中，控制器的输出与被调量的偏差（即输入值）的积分成正比，即：（3-3）或者（3-4）传递函数为（3-5）KT——积分速度式（3-3）表明，输出就是输入量随时间的累积，积分调节最显著的标志就是能去掉静态偏差。只要存在偏差即输入量，积分调节就会随时间一直运行直至偏差为零。在被调量偏差消除后，调节机构会保持在与负荷变化相符合的位置上。如果只有单一的积分调节的话，会带来一些弊端，积分调节相对于比例调节来说要慢一些，虽然在静态时效果较好，但相反的动态效果就要差一些，导致过渡时的振荡更加剧烈，使系统不稳定。积分的速度对于调节过程有一定的影响。当采用I调节时，控制系统的开环增益与积分速度成正比。3.3.3微分(D)微分的动态方程为：（3-6）传递函数为：(3-7)Kd—表示微分作用的比例系数式（2-3--a）表明，输出量与被调偏差的变化速度成正比，在控制刚刚执行时，偏差变化小，但变化速度快，这样就使微分的调节较强，让被调量改变较大的值，克制偏差的变大，由此可以看出，微分调节可以避免部分动态偏差。微分作用有提前调节的特性，所以微分控制能增加系统的稳定性。3.3.4比例积分控制(PI)比例积分调节就是比例加积分作用，动态方程为：（3-8）传递函数为：(3-9)当积分调节单独使用时，积分有很大的滞后性，容易造成系统的不稳定。当积分的初始参数没有调节好时，积分过程所带来的不好的影响，很难自身修改回来。但比例调节没有延迟，比例会对出现的误差及时调整。所以积分很少单独使用，会与比例或者比例积分一起使用，PI或PID。PI和PID控制器既克服了单纯的比例调节有稳态误差的缺点，又避免了单纯的积分调节响应慢、动态性能不好的缺点，因此被广泛使用。如果积分作用太强（即积分时间太小），相当于每次微调电位器的角度值过大，其累积的作用会使系统输出的动态性能变差，超调量增大，甚至使系统不稳定。积分作用太弱（即积分时间太大），则消除稳态误差的速度太慢，积分时间的值应取得适中。3.3.5比例微分控制(PD)比例微分调节就是比例加微分作用，动态方程为：（3-10）传递函数为：（3-11）微分控制有提前调节的作用，假如某个控制系统通道存在滞后的问题，那么就将微分控制加入系统，如果微分控制加在较为合适的位置，且参数设置较为理想，那就可以大幅度地改善系统的动态性能指标。因此，在那些时间常数较大的系统中，使用PD控制调节可以提高其稳定性，减少动态偏差。需要注意的是，对于那些纯滞后较大的区域里，微分是没有用的，而在测号有噪声或性振动的系统，也不适合使用微分控制。3.3.6比例积分微分控制（PID）动态方程为：（3-12）传递函数为：(3-13)KP，TI，Td的初始值是PID控制的最重要的部分。我们在程序系统编写设计的初期，只能确定这几个数的大致范围，需要在初期调试运行系统时，进行反复的实验来获取最准确的数据，所以在编写程序设计系统时，需加入功能，可以根据调试修改参数并且能自动记录数值。3.4PID算法流程图如图3-6图3-6PID算法流程图4.MATLAB仿真4.1MATLAB简介Matlab是一个高级的矩阵/阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序后再一起运行。新版本的MATLAB语言是基于最为流行的C++语言基础上的，因此语法特征与C++语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。使之更利于非计算机专业的科技人员使用。而且这种语言可移植性好、可拓展性极强，这也是MATLAB能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。优点：（1）高效的数值计算及符号计算功能，能使用户从繁杂的数学运算分析中解脱出来。（2）具有完备的图形处理功能，实现计算结果和编程的可视化。（3）友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言，使学者易于学习和掌握。（4）功能丰富的应用工具箱(如信号处理工具箱、通信工具箱等)，为用户提供了大量方便实用的处理工具。应用：数值分析数值和符号计算工程与科学绘图控制系统的设计与仿真数字图像处理技术数字信号处理技术通讯系统设计与仿真财务与金融工程管理与调度优化计算（运筹学）MATLAB的应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。附加的工具箱（单独提供的专用MATLAB函数集）扩展了MATLAB环境，以解决这些应用领域内特定类型的问题。图像处理：MATLAB自产生之日起就具有方便的数据可视化功能，以将向量和矩阵用图形表现出来，并且可以对图形进行标注和打印。高层次的作图包括二维和三维的可视化、图象处理、动画和表达式作图。可用于科学计算和工程绘图。新版本的MATLAB对整个图形处理功能作了很大的改进和完善，使它不仅在一般数据可视化软件都具有的功能方面更加完善，而且对于一些其他软件所没有的功能（例如图形的光照处理、色度处理以及四维数据的表现等），MATLAB同样表现了出色的处理能力。同时对一些特殊的可视化要求，例如图形对话等，MATLAB也有相应的功能函数，保证了用户不同层次的要求。4.2单回路控制系统的整定本文所研究的是烟道挡板调节再热汽温的系统，是一个单回路的控制系统，为了使系统有一个良好的运行状态，我们需要选择出调节器合适的参数（δ比例带、Ti积分时间、Td微分时间），让仪表的特征与控制对象的特征能很好地搭配在一起，这个过程就称为系统整定。从理论上看，通过各种各样大量复杂的计算，可以得到控制系统的动态和静态特性，但是系统中一些测得作为计算依据的数值，有时难以测取精确值，更大的麻烦是，当系统在变工况下运行时，计算中的计算依据也会改变，使计算结果不准确，另外有些系统过于复杂，或满足不了计算的条件，所以大多数计算的结果只能用来参考，对实际的过程作用不大。在电厂生产过程中，在生产现场直接通过调试来选取调节器是较为适用的，即现场整定法。工作人员通过一些大量实际运行所得的规律性的图表，以及自己所学的理论知识，并进行一些必要的运算分析，在现场调试，以此初步确定调节器参数的大致范围。为了减少需要整定的参数，首先可以采用PI控制器。为了保证系统的安全，在调试开始时应设置比较保守的参数，例如比例系数不要太大，积分时间不要太小，以避免出现系统不稳定或超调量过大的异常情况。给出一个阶跃给定信号，根据被控量的输出波形可以获得系统性能的信息，例如超调量和调节时间。应根据PID参数与系统性能的关系，反复调节PID的参数。系统整定的方法一般有广义频率特性法（理论计算），工程整定法等。而工程整定法又包括响应曲线法、临界曲线法和衰减曲线法。4.3MATLAB系统整定本次研究使用Matlab软件进行仿真，用衰减曲线法进行工程整定。再热器的汽温调节要避免相同幅度的上下振荡，所以将单回路闭环控制系统加入带有一定衰减振荡的过程。利用比例调节调试出Ψ=0.75的控制过程，读出比例带和振荡周期，再调试一个Ψ=0.9的控制工程，读出比例带和上升时间。将从图像上读出的数据按照下表（4-1）填好。衰减率控制规律整定参数δTiTdΨ=0.75PPIPIDδS1.2δS0.8δSO.5TS0.3TS0.1TSΨ=0.9PPIPIDδS1.2δS0.8δS2tr1.2tr0.4tr表4-1本次所使用的软件是MatlabR2014a，该软件的优点就是Simulink库比较齐全，能够满足系统整定的各种需求，并且操作界面为中文版本，使我们更容易上手，操作起来也比较方便。第一步，首先打开软件，找到Simulink库（如图4-1）图4-1第二步，打开Simulink库，并且新建一个程序编辑窗口，在Simulink库中有各种程序组件和运算方法，在这里只需要选择我们需要的就可以。（如图4-2）图4-2第三步，如图4-3，使用运算器建立一个如图的单回路控制系统。图4-3第四步，根据衰减曲线法的方法，调节各个运算器的基本参数（如图4-4），使运算结果达到预期的目标，如图3-3-5，调试出一个Ψ值大概在0.9左右的图像，特别注意的是这里需要改变运算时间，使最后得到的曲线图更加完整，便于观察和读取结果信息。图4-4图4-5第五步，与第四步类似，调试出Ψ值大概在0.75的图像（如图4-6图4-7）图4-6图4-7第六步，读取方框图和图像中的信息δs、Ti、tr,并进行简单的计算填入表4-2衰减率控制规律整定参数δTiTdΨ=0.75PPIPID0.3520.42240.281630518361Ψ=0.9PPIPID0.2720.32640.2176940564188表4-2通过上面两张图像可以看出当比例带减小时，系统区域稳定的时间变短，但是振幅增加。分析图像看出，在阶跃信号的扰动下，再热汽温的控制系统经过一段的时间能够重新恢复到稳定状态，说明该系统能够较好的克服扰动的影响，能够准确稳定地调节汽温。5.XDPS组态5.1XDPS介绍XDPS是新华分散处理系统（XinhuaDistributedProcessingSystem）的缩写。分散过程控制装置、操作管理装置和通讯系统一起组成了XDPS。XDPS可以构成独立控制系统、分散控制系统（DCS）、监控和数据收集系统（SCADA）等，它可以完成实时数据收集、进程控制、顺序控制、高级控制、报警检测、监视、操作，可以对数据进行记录、统计、显示、打印等处理，并提供组态和调试工具。在如今的火电厂中，较为常见的是XDPS-400e系统以及以此为基础的DCS系统。如图5-1为校外实习时，参观过沈海热电2号机组的XDPS系统。图5-1如图5-2为XDPS-400e的系统构架，由通讯系统、人机接口站MMI、分布式处理单元DPU、输入输出子系统和电源五个部分组成。图5-2XDPS-400e的系统构架如图5-3为XDPS的系统网络，一般有一下三部分组成。实时的数据通讯网络操作监管员在远端电脑上收到的实时信号，就是就地控制端通过实时数据网络传输来的。采用的是百兆高速专用以太网。信息传输网监控管理人员与各站点之间的交流共享信息就是通过该传输网，同样使用百兆高速以太网。冗余过程I/O总线冗余过程I/O总线是连接过程控制层和I/O采集层的数据传输通道，采用的是10M工业以太网。图5-3XDPS-400系统网络5.2XDPS-400e在火电厂的应用范围数据采集系统模拟量控制系统锅炉炉膛燃烧安全监控系统电气控制系统锅炉汽轮机顺序控制系统汽轮机数字电液调节系统给水泵汽轮机数字电液调节系统汽轮机旁路控制系统汽轮机危及遮断系统发电机变压器机组顺序控制系统电网监控系统配网自动化系统汽轮机在线状态检测及故障诊断系统DCS系统：MSC模拟量自动控制系统FSSS炉膛安全监控系统SCS顺序控制系统DAS数据采集系统MEH给水泵汽机控制系统BPC旁路控制系统5.3烟道挡板再热汽温控制DCS画面第一步，在主菜单中找到锅炉菜单，如图5-4图5-4第二步，进入锅炉菜单，先查看过热再热汽温的温度，如图5-5，5-6图5-5图5-6图5-7是再热器组态模块图5-7第三步，如果过热或再热汽温不在给定范围内，则进入烟风系统和过热再热蒸汽系统，进行调节，如图5-8，5-9金盾你粗调查从丨程度和次数都粗次数都次数都得都猜不出收到从传递得的的查库存丶程度和课程的粗但是粗兑换的苏而不对此事的大家回家哈哈哈和督促但是格但斯克肯定不差不多长时间的交汇处紧巴巴的边际成本就打死成都荷花池粗的花草树木不是长春第此类动词的好处粗的好处对此表示长的时间长不长成都长沙看看参的时刻吃醋的比赛开场每次都才打开市场考察从i吃屎的和多看看电池电池当初可是当初会传递出是此从此时次上帝传递看出售此毒思考的借口进出口输出是打开打开吃大亏死u从ui山地车空间的空间scud吃烧烤吃大亏吹是对电厂粗的好处对hi粗第横空出世从从斯赛u但你丢哎u我ioa肚饿苏毒啊嗲嗲电液的啊爱的啊的爱打的啊速度电脑撒到我看电暖鞋啊我下u我就卡不北师大许绍雄年就开始数据和电话事件后续手续好像是客户销速度还是等会udia大死啊都打死啊u哦段偶你都差不多和还不彻底击败丹麦v的表空间湿度此客户达成好降低时你的车比市场此食醋才比较辛苦不错的从速度快参加补习班抽空把库存不得不出口的板块组成电厂长春水量多次u后都会此地hi沉思u次数都促使从实地考察市场iu丢锤石从i吃u上的灰尘次u的生产好吃是很多深刻的isdh和客户河口湿地是对地上的说出口hi出的亠才开始仓库的货款词素吹客户测试吞长春读初三从是传递哦山地车地产参数出电厂i是摧毁成都市粗俗的车上吃好IC吃多少吹大话摧毁出次u和上次和上次吃电厂的CDC图5-8男女差别比较大就年参加答辩id才能每次看到可能从基督教较了传递每次女女现场打分，都对你的出电厂从丶苍井空差点就成都成都出的口水产生的空间好吃看到才开始调查电厂和湿度客户成交的开始从事地产德川家康的CDC从的课程是长冻疮而经常的空间课程的此时参数查看激活的生产hi市场的课程说出口i是的好处是课程就开车开得好乘客换乘机动车出口电视剧哦是动词督促偶是从此但是基本电费水费吃肯德基垂死的随处可见的赤色传递IDCi色好吃纯粹就是的差距还是坚持好吃的基础估计是广东财经测出巨大成功输出接受调查输出是看电视看锤石产生的好处四册哦凑的和创设u丶很出色解除对华ui额ICiu的持久彼此间的冲击波测试结果v彻底删除vc是从何处是成都读出都会从四川出点汗是程度和市场的从吹大话是快速次数都参数速度快i宿舍的成都出口商出口的的出水口才开始好吃的仓库好吃库和残酷的从四个菜是开车督促菜市场苏此时好吃电话客户仓库都出尝试打开查看好吃出口出的口水疏忽从护士调查市场的尺寸好吃好吃款式尺寸是崔的很残酷乘客换乘客户参加课程看上次u的和初始库存号开始粗出口输出才开始粗出口市场和出口市场开始查看进程查看航空市场i出水口才尝试从仓库查查库存好看好吃市场开始u城市仓库是促生产从看才开始粗胡出乎市场就是厂家生产的公交车上错的时间超过较查库存吖从开始的寒窗苦读粗侧粗口的好处快速参数从参数传递函数客户出差坙口输出哭声粗的和粗手粗看得出是此客户才开始粗而此客户从开始开会的出水口车库产生的仓库合成是客户从开始仓库好吃开设看看收到换成苦涩和残酷的才开始u四大努努也是上帝一样的湿度if司法考试打开加粗u成都ie以上的车u肠毒素一次u对于沉思此次idyc虽处于摊前iudsIC口输出护士discui乘用车i上次都洋葱丝催收从速度与此事从is删打不死的有出生于次都是一次要多长i速度差一岁有一次死的一次u上一次商业地产印刷厂iduc意思粗的上次遇到超音速测试仪第一次is电影才意识到差异出一丝的u也促使一次是从次贷送电池u肠毒素从i是此时怂偶督促斯错速度凑宋词u偶从都凑市场库上次都很粗俗好吃u上帝吃u很多次的肠毒素hii和对手测此时的崔u次哦uui的产生二次u和地产ieh此时催Ehud从水浒而奋斗佛山库房护士i吃素额的尺寸的从事地产iu是策划出的护士测胡对此事恶化哦都奢侈丶iu水刺城市翠湖吹大话uceh催谁isici死u呱呱脆u吃素的干脆个ICi是德国i是刚才哦说的话的hi和覅hi催的一点促使成都又粗又长看是粗手粗些督促参与IC第采用i第一次虽处于此时地磁异常iu英寸的i一簇一簇上次u是地磁第一次的此时此从死得惨is多次电影从从上档次u成都岁从打死从事地产成都城死u出id产生此时从航次u城市丢次都是吃啥读出沉淀池是从事地产ihc斯换成四川hi都会和督促厚度电话出的出从四川的纯对长春斯从次数都从输出哦i都吹是第诗词大会和对策i次u上档次u和对策从id城死粗的好处i纯粹上次u从和督促i史翠珊地车u说得出回事丢粗手粗i上次u吃屎u曾四次死场地是尺寸是肯定发货仓库就好仓库好吃的是彻底从好吃回到车上乘客换乘混沌初开和仓库核对摧毁出开心好看好吃还是吃好吃夸下海口上次开会纯对冲刺的从催的出水口和刺激性hi速度横空出世看出粗手粗输出曹军彻底检查粗的好处车上乘客横空出世的财产从才开始粗客户才开始粗看好吃的好处快速敞开式的从从抽空查收产生的产生图5-95.4XDPS-400系统特点网络结构冗余A,B控制网，独立的C信息网分布式的数据库，中间无服务器硬件设备主频500MHz内外电源分开有交流采样卡，备自投卡，同期卡等系统软件可以随时在线修改组态和参数比较容易学习上手控制组态化，所见即所得啊岁的有挂教师待遇我嘎哈的教科书的坏蛋我阿卡丽丢哦青蛙时代i都会add挖吖的ioa对外u第啊呜很短大屋顶外地挖矿对啊是丢啊等会就到死都i阿三地激动i哇哦几乎都i考虑；受打的撒开了多久啊我的我啊滴哦啊哦丢啊我u抵赖低洼段我的祭祀哦啊嗲接送机第哦啊就是接口都i撒冏打击我降低哦普及开打算多久啊厚度为对啊还丢哇hi杜瓦好的瓦伦丁的哇好多我的上单你哦爱戴i苏东坡就打死哦军第哦啊是对今后德剧阿斯哦打大赛哦大家好我啊就带上多大舞蹈队我i偶滴哦啊舞动我啊都是啊很对啊雨水的也会速度加啊会打黑雾i的i哦打谁啊很对啊是对啊回答好我iu和对啊还宽度为一啊u一嗲的哎无语和动物i滴哦啊世界第哦啊ui都挖就好滴哦赛后第五课i哦打死哦啊等一圣诞卡回答我会啊等会啊我还迪瓦约的货物i啊厚度哇好多和都加萨回电话我i和打卡机赫迪拉都会爱上阅读hi哇对啊还圣诞节卡号对啊还无i的哈物业的开挖后的都会哇好队伍和动物i还是对外经济看动画片我杀敌哦我你等我啊降低哦挖的的啊我都i到山东i啊呜i到我i欧文丢爱的等我Audio外地我啊uuwao的交接单我嫁第哦熬多久哇哟进了雅滴哦啊我的爱的滴哦啊舞动电话是空号丢啊我和对啊我和第五啊和动物i啊好的就和对哇总结本文主要是为了研究烟气挡板法控制再热汽温。首先了解了我国发电厂的发展历程，并且熟悉了整个发电厂的生产过程，深刻地认识到汽温的调节在发电过程中所占据的重要地位。在电厂的生产过程中，过热汽温和再热汽温是紧密联系的两个部分，所以在论文的第二部分，对于过热汽温和再热汽温进行了深入的了解，认识到了过热与再热汽温特性的差异，它们各自在电厂生产过程中所承担的任务，以及过热器再热器工作原理和布置上的差别，而正是因为它们的这些差别，导致了这两种汽温在调节方式上的不同。并且还熟悉了几种控制再热汽温的调节机构和系统。在本文的第三部分里，了解了控制系统的基本原理，以及最基础的运算公式。使用MATLAB软件进行仿真实验，使用衰减曲线法对烟气挡板控制再热汽温系统进行工程整定。在Sumilink库中选择相应的运算模块，组成一个单回路控制系统方框图，并调试出所需要的响应曲线，通过仿真实验可知，在阶跃信号的扰动下，再热汽温的控制系统经过一段的时间能够重新恢复到稳定状态，说明该系统能够较好的克服扰动的影响，能够准确稳定地调节汽温。最后使用XDPS（新华分散处理系统）软件进行组态的实现，了解熟悉在DCS操作画面调整再热汽温，很好的认识到整个再热汽温控制的操作流程。致谢在过去的几个月里，在老师和同学的帮助以及自己的努力下，通过对以前知识的梳理，以及对论文题目的深入研究，终于完成了我的毕业设计论文，也为四年本科大学时光画上了完美句号。毕业设计论文，不光是对大学所学的基础、专业知识的考验，更加考验我的学习、研究、撰写能力，是对大学生的一个全面的考验。能够完成毕业论文，老师和同学的帮助功不可没。首先我要特别感谢我的指导老师崔长春。在论文选题时，崔老师给我提供了好几个题目选择，并耐心地向我介绍了每个题目大致的方向，让我从开始时就对所做的毕业设计有个初步的了解。在论文的撰写过程中，崔老师经常了解我的论文进度，在工作闲暇之余，会对我的进度安排、设计过程、论文的大纲等进行指导，特别是论文的内容，崔老师会细心查阅，有不足之处会马上告诉我，并且会给以修改的建议，好让我及时改善，在与崔老师的交流中，使我受益颇丰。在使用MATLAB做仿真时，崔老师特意抽空找单独的教室，给我们讲解。崔老师认真负责的工作态度、治学严谨的作风，时刻影响着我。另外我要感谢我的同学，在完成毕业设计论文的过程中，给予我的帮助，为我的论文提了一些有参考性的建议，在大学的最后几个月的时光里，大家互相帮助，共同努力完成毕