《过程控制系统》课件-项目四 蒸汽温度自动控制系统的分析与实现

延时文字任务4.1过热汽温控制对象的动态特性项目四蒸汽温度自动控制系统的分析与实现0102过热汽温过热汽温（主蒸汽温度、一次汽温）的控制任务过热汽温控制对象的动态特性2过热汽温的控制任务第一部分相关概念THEBACKGROUND过热器及再热器布置图THESIGNIFICANCE过热汽温的给定值如何生成RESEARCHREVIEW影响因素INFLUENCEFACTOR3锅炉过热汽温经济性的重要参数安全性参数过热汽温控制的任务维持过热器出口汽温在生产允许的范围内要求

过热汽温的偏差不超过额定值（给定值）的+5～－10℃4过热蒸汽温度过高容易烧坏过热器会使蒸汽管道、汽轮机内某些零部件产生过大的热膨胀变形而毁坏会降低全厂的热效率一般蒸汽温度每降低5～10℃热效率约降低1%使汽轮机最后几级的蒸汽湿度增加，加速汽轮机叶片蚀过热蒸汽温度过低影响机组的安全运行5图示31126108475高温再热器锅筒下降管

水冷壁1省煤器顶棚管过热器包墙管过热器前屏过热器后屏过热器9低温再热器高温对流过热器1312燃烧器空气预热器6480℃0MW180MW300MW425MW620MW机组给定负荷对应折线函数图600MW直流炉535℃571℃571℃571℃7过热汽温控制对象的动态特性第二部分减温水量扰动WATERREDULCINGWATER影响因素INFULUNCEFACTOR被控对象的导前区与惰性区CONTROLLEDOBJECT蒸汽流量（负荷）扰动STEAMFLOW烟气热量扰动FLIUGASFLOW8燃烧工况变化锅炉给水温度变化锅炉受热面结垢进入过热器的蒸汽温度变化给水母管压力变化蒸汽流量变化流经过热器的烟气温度和流速变化减温水量9当锅炉负荷扰动时，汽温反应较快，迟延时间较小，约有15s左右。其特点是：有迟延，有惯性，有自平衡能力，且τ/Tc较小。tD0ΔDtθ0τTC10汽温反应较快，迟延时间只有10~20s。其时间常数Tc和迟延τ均比其他扰动小。tQY0ΔQYtθ0τTC11有迟延、有惯性、有自平衡能力的。汽温的迟延时间τ≈30～60s，时间常数Tc≈100s。tWB0ΔWBtθ0τTC12t0WBθ2θ1tθ0导前区的迟延和惯性明显小于惰性区导前区惰性区WBθ2θ1减温器θ2－－导前汽温θ1－－过热汽温13延时文字任务4.2串级过热汽温控制系统的分析与实现项目四蒸汽温度自动控制系统的分析与实现过热汽温的控制任务任务4.2大型锅炉最常用的过热汽温控制方法串级过热汽温控制系统的结构串级过热汽温控制系统的方框图减温器布置2串级过热汽温控制系统的分析控制器的正反作用3在锅炉设计时，一般总是使额定负荷下过热蒸汽温度高于汽温的额定值。1高压过热汽温度比额定值高40～60℃2中压过热汽温度比额定值高25～40℃改变过热器入口蒸汽温度的方法喷水式减温表面式减温因被控对象在基本扰动下的迟延时间太长，往往在机组负荷变动等扰动下蒸汽温度偏差较大。目前大多数机组都采用二级喷水减温控制方式。过热蒸汽温度过高容易烧坏过热器会使蒸汽管道、汽轮机内某些零部件产生过大的热膨胀变形而毁坏会降低全厂的热效率一般蒸汽温度每降低5～10℃热效率约降低1%使汽轮机最后几级的蒸汽湿度增加，加速汽轮机叶片蚀过热蒸汽温度过低影响机组的安全运行4副控制器

接受主控制器的输出信号和减温器出口温度信号

，副调节器的输出控制执行机构的位移，从而控制减温水调节阀门的开度。主控制器

接受过热汽温信号

，用于维持过热蒸汽温度，使其等于给定值；5串级过热汽温控制系统由内、外两个闭合的控制回路构成6在主、副控制器均采用PI控制规律的情况下，当系统不受任何扰动影响时，系统处于稳定状态，主、副控制器的输入偏差均为零，即即过热蒸汽温度等于给定值；导前汽温信号等于主控制器的输出信号

，故可认为

是导前汽温信号的给定值。1.系统的动态特性7内回路分析1.系统的动态特性

当扰动进入内回路，如减温水侧的自发性扰动

，其调节过程表示为内回路的任务是尽快消除减温水量的自发性扰动和其他进入内回路的各种扰动，对过热汽温的稳定起粗调作用，副控制器一般可采用P或PD控制器。8外回路分析1.系统的动态特性只要在主汽温偏离给定值时，由主控制器就发出校正信号

，通过副控制器及执行器改变减温水量，使过热汽温最终恢复到给定值。其控制过程可表示为

外回路的任务:主控制器可采用PI或PID控制器保持过热汽温等于给定值9延时符对主控制器来说：当输入偏差增加时，输出减小，则主控制器的正反作用开关置于“反作用”位置。依据控制器入口信号的接线极性来确定控制器正反作用开关的位置，从而保证系统中内、外回路全部实现负反馈，以保证系统正常进行。对副控制器来说：输入偏差增加时，要求输出也增加，故副控制器的正反作用开关置于“正作用”位置；控制器的输入偏差信号增加时输出也增加，则选择控制器为正作用或标“INC”；若控制器输入偏差信号增加时输出减小，则选择控制器为“反作用”或标“DEC”。10延时文字任务4.3串级过热汽温控制系统的整定与仿真项目四蒸汽温度自动控制系统的分析与实现0102整定与仿真串级过热汽温控制系统的整定用MATLAB的SIMULINK对其进行仿真的基本过程主目录02串级过热汽温控制系统的整定第一部分整定举例SETTINGEXAMPLE整定过程SETTINGPROCESS03串级过热汽温控制系统的整定串级汽温控制系统可以采取内、外回路分别整定的方法进行整定。在此仅结合串级过热汽温控制系统的整定结果在MATLAB的SIMULINK的仿真进行讲解。041.串级过热汽温控制系统

原理方框图如图所示。已知系统中各环节的传递函数为整定举例试确定ψ＝0.75时，主、副调节器的整定参数05整定过程可得内回路的闭环特征方程式：带入传递函数式得断开主调节器，此时内回路方框图如图所示(1)副调节器的参数整定[解]根据控制对象及其导前区的传递函数故主、副调节器可分别整定。06整理后得这是一个二阶系统，可求得副控制器比例带数值

整定过程整定过程可得其特征参数为当内回路整定好之后，可视为一个快速随动系统，外回路等效方框图如右图所示广义被控对象的传递函数为整定过程（2）主控制器的参数整定08整定过程整定过程由表得

时，有

而等效主控制器的传递函数为

可得

09整定过程下面可用响应曲线法查表可求得主调节器的整定参数

从而得主调节器的整定参数为：

10用MATLAB的SIMULINK对其进行仿真的基本过程第二部分311串级汽温控制系统的仿真模型仿真的基本过程MATLAB的SIMULINK建立如图所示的仿真模型12将上述整定结果代入仿真模型中，加10的定值扰动，则得主蒸汽温度的仿真曲线如图所示。

时串级汽温控制系统的仿真曲线时串级汽温控制系统的仿真曲线仿真的基本过程采用串级汽温控制系统可以克服扰动对系统的影响，通过整定控制器的参数可保证将过热汽温控制在允许范围内变化，并最终与给定值保持一致。13任务4.4过热汽温分段控制策略项目四：蒸汽温度自动控制系统的分析与实现0102过热汽温分段控制策略分段控制系统过热汽温控制系统工艺流程主目录2分段控制系统第一部分3分段控制系统4延迟和惯性更大结构复杂过热汽管道长现代大型锅炉分段控制系统Piecewisecontrolsystem对于现代大型锅炉，由于过热器管道长，结构复杂，迟延和惯性更大，为了完成控制过热汽温和保护过热器两个任务，多采用分段控制系统。分段控制系统5分段控制系统6布置1作用2一级喷水减温器通常布置在屏式过热器前，二级喷水布置在高温过热器前。一级减温器的作用是使屏式过热器出口温度维持在设定值，以保护屏式过热器管壁不超温，同时配合高温过热器出口温度控制系统的工作。分段控制系统7作用3作用4二级喷水减温器是使过热汽温维持在规定的范围内，并保持末级过热器不超温。过热器每级喷水减温系统均有两只减温器，每只减温器均分A、B两侧。对于A、B两侧来说，由于其出口均有独立的温度测点，且温度的设定值可以相互独立，所以其控制系统可以设计为两套独立的汽温控制策略。分段控制系统8屏式过热器低温过热器一级减温水一级减温器二级减温水二级减温器过热蒸汽

低温过热器分段控制系统9过热汽温分段控制策略图屏式过热器高温过热器低温过热器一级减温器二级减温器Dθ1θ2θ3θ4分段控制系统10一级喷水控制策略图屏式过热器高温过热器低温过热器一级减温器二级减温器Dθ1θ2θ3θ4分段控制系统11二级喷水控制策略图屏式过热器高温过热器低温过热器一级减温器二级减温器Dθ1θ2θ3θ4过热汽温控制系统工艺流程第二部分12过热汽温控制系统工艺流程过热汽温控制系统工艺流程工艺流程该机组过热蒸汽控制系统的DCS工艺流程界面如右图所示13任务4.5单元机组过热汽温控制系统的工程实现项目四：蒸汽温度自动控制系统的分析与实现0102过热汽温分段控制策略一级减温控制系统SAMA图二级减温控制系统SAMA图主目录2一级减温控制系统第一部分3一、一级减温控制系统4SAMA图分析串级控制系统，PI1是主控制器，PI2是副控制器。被控量是二级过热器出口汽温，导前信号是一级喷水减温器出口汽温。控制任务一级减温控制的任务是维持二级减温器入口汽温，即屏式过热器（二级过热器）出口汽温在给定值上。过热器一级减温控制系统SAMA图1.汽温的测量与处理5在锅炉A、B侧二级过热器出口联箱上各装有两个出口蒸汽温度测点，正常运行时取两个测点的平均值作为本侧一级减温控制系统的被控量。01在左右一级减温器后设蒸汽温度测点，正常运行时取两个测点的平均值作为本侧一级减温控制系统的副被控量（也称为导前信号）。02汽温的测量与处理过热器一级减温控制系统SAMA图2.主控制器PI1给定值的形成6主控制器PI1给定值的形成主控制器PI1给定值的形成由两部分构成：第一部分与负荷变化及机组的运行方式有关。第二部分设计有运行人员手动干预给定值的手段。主控制器PI1给定值的形成第一部分第二部分过热器一级减温控制系统SAMA图3.副控制器PI2给定值的形成7系统SAMA图过热器一级减温控制副控制器P12给定值的形成主控制器P11的输出与汽包压力经函数模块f5(x)运算后加上10℃的过热度二者取大作为PI2的给定值4.一级减温喷水控制信号的形成8副控制器起粗调作用/Effect主控制器较正二级过热器出口汽温。

过热器一级减温控制系统SAMA图5.一级减温喷水控制逻辑9NO:1一级过热器出口温度变送器或第一级喷水减温器后的温度变送器故障NO:2喷水调节阀执行器故障NO:3主燃料跳闸NO:4负荷小于20%MCR一级减温喷水阀M/A站从自动切至手动逻辑过热器一级减温控制系统SAMA图二级减温控制系统SAMA图分析第二部分10二级减温控制系统SAMA图分析主要是通过调节锅炉左右两侧二级喷水减温控制阀的开度，改变二级减温水量的大小来调整过热蒸汽温度等于其设定值。调节减温控制阀过热蒸汽温度=设定值11二级减温控制系统SAMA图分析过热器一级减温控制系统SAMA图一、综合前馈信号的作用121.锅炉烟气流量2.喷燃器角度3.汽包压力和第一级汽室压力的偏差过热器一级减温控制系统SAMA图2、二级减温器喷水控制逻辑131综合前馈信号故障2锅炉出口汽温信号故障3二级减温器后温度信号故障4二级喷水调节阀故障5主燃料跳闸6负荷小于20%MCR二级减温喷水阀M/A站从自动切至手动逻辑过热器一级减温控制系统SAMA图任务4.7再热汽温控制系统的工程实现项目四：蒸汽温度自动控制系统的分析与实现主目录2再热汽温控制系统的工程实现再热汽