第二章 汽包锅炉蒸汽温度控制系统
第三章 汽包锅炉蒸汽温度自动控制系统
第二章 汽包锅炉蒸汽温度控制系统
第一节 引言
一、过热蒸汽流程图
350℃
540℃
顶棚过 热器
包墙管 过热器
470℃
屏式过热 器(半辐射)
高温过热器 (对流)
375℃
低温过热器 (对流)
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第二章 汽包锅炉蒸汽温度控制系统
¾ 组成：内回路(快)，外回路(慢) ¾ 原理：
内回路：快速消除内扰，粗调 外回路：对过热器出口汽温 进行最终校正，使 θ2 = SP
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(2) 导前区及惰性区对象特性
W
G1(s) θ1 G2(s)
θ2
G(s) 导前区传递函数
G1
(s)
=
出口蒸汽额定压力 （MPa） 2.5
锅炉负荷变化范围 （％） 75～100
出口蒸汽额定温度 （℃） 400
温度允许偏差值（℃）
＋
－
10
20
3.9
70～100
450
10
25
9.8
70～100
540
5
10
13.7
70～100
540/540
5
10
16.7～18.3
70～100
540/540
5
10
25.3
70～100
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减温水量扰动下主汽温对象传递函数的求取
减温水扰动下汽温动态特性还 可以用如下传递函数表示：
GWB
= θ (s)
Wθ (s)
=
K (1+ Ts)n
相关参数的求取：
K = Δθ
ΔWθ
τ = t1 − t0 Tc = t3 − t1
R≈ τ
Tc
当n=1—6时，可简化为：
n ≈ 1+10R T ≈ τ + 0.5Tc
目前这种控制方案在现场已很少 采用。
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2、采用串级控制的特点：
串级过热汽温自动控制系统以过热汽温θ2为被调量，根据喷水减温器出口 温度θ1调节减温水量，其系统结构图如下：
主调节器:维持过热汽温
θ2等于其给定值。
串级过热汽温自动控制系统结构图
副调节器: 根据θ1和主调
节器PI2输出信号的变化 调节减温水量。
θ1
W
=
K1 (1 + T1s)n1
, n1
=1~
2
G2
(s)
=
θ2 θ1
=
K2 (1 + T2s)n2
W 0
θ θ1
0
t ΔWj
θ2
t
由图可以看出，导前 区对象动态特性要明显快 于惰性区对象动态特性。
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(3) 惰性区传递函数特性的获取
在现场往往是改变喷水减温水流量来获取温度的响应曲线，由响
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1、采用导前微分控制的特点：
(1) 优点 导前汽温可以提前反映扰动，取
其微分信号引入调节器后，由于微分 动态时不为零而稳态时为零，所以动 态时可使调节器的调节作用超前，稳 态时可使过热器出口汽温等于给定值， 从而改善控制品质。 (2) 缺点：
微分器参数若整定不当，会产生 严重的非线性，使控制质量恶化。
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第三节 过热蒸汽温度控制方案
一、过热汽温的调节手段
1、混合式减温器原理
混合式减温器由雾化喷嘴、连接管、
保护管及外壳等组成。
减温水通过喷嘴雾化后直接喷进蒸
汽，利用水吸收蒸汽的汽化潜热，从而
混合式减温器
改变过热蒸汽温度。
1-外壳 2-保护套管 3-雾化喷嘴
从理论上来讲在过热蒸汽内喷水会
1 > 0 ，因此这部分为正对象。
必然升高)，属于正对象。
两部分串联后仍为正对象，因此主调节器须采用反作用(SP-PV) 。
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3、 减温器的布置位置 减温器一般安装在过热器的中间部位，这样既能保证灵敏性，
又能保护高温过热器。
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4、 其它要说明的问题
¾ 喷水减温器在再热器中可以使用，但因对汽轮机的循环 效率影响较大，不宜用作主要调温手段。 ¾ 用减温器作为过热蒸汽温度的调节手段时，要求有足够 的控制余量，一般在减温水门全关的情况下，锅炉出力最大 时，减温器入口蒸汽温度要高于设定值约30-40 ℃.
有自平衡能力。 （迟延较大，与减温器的位置和
过热器管道的长短有关）。 一般锅炉： 迟延时间：30-60s， 惯性时间常数：>100s
GWθ
= θ(s)
Wθ (s)
= K e−τ s 1+ Tcs
可用特性参数τ / Tc 来表征汽温控制
对象动态特性的好坏。
τ / Tc 越大，越难以控制。
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思考：
为何在烟气扰动下汽温变化快，而在减温水扰动 下汽温变化慢？
原因分析：
烟气传热量发生变化时，是沿着整个过热器管路 对汽温产生影响，因此汽温反应较快；而减温水量 的变化对汽温产生的影响是从一点扩散开来的，要 经过较长的过热器管道才能使出口汽温发生变化， 而汽温的变化还要影响到过热器管壁传热的变化， 因此汽温反应较慢，延迟较大。
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安装好的屏式过热器
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正在安装中的高温过热器
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二、主汽温控制的必要性
1、 安全性
¾ 汽温过高，金属产生蠕变，缩短使用寿命；
二、主汽温控制方案的设计
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减温水
导前汽温
e
W
θ1
内回路
外回路
主汽温串级控制方框图 主汽温单回路控制方框图 主汽温导前微分控制方框图
第二 汽包锅炉蒸汽温度控制系统
结合喷水减温扰动下主汽温对象动态特性思考： 采用单回路控制有何缺点？
当入口的蒸汽温度变化或减温水出现扰动，要等到出口温 度发生变化后，调节器才动作，不能及时克服扰动影响，过热 汽温出现较大动态偏差，所以单回路控制系统难以满足控制要 求和生产安全。
n2
=
(nT − n1T1)2 nT 2 − n1T12
实例：
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特点：大惯性、大滞后、时变、非线性
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三、串级控制系统 投运时需要考虑的问题 1、 控制器控制规律的选择
副调节器WT1(s)：P 主调节器WT2(s)：PI 2、控制器参数的整定 方法：两步整定法（先整定内回路，再整定外回路） 整定内回路时，将外回路视为开路，则内回路为一个单回路
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第二节 主汽温对象特性分析
一、主汽温对象的影响因素
¾ 蒸汽流量 D ¾ 烟气热量 QH ¾ 减温水量 QW
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1、蒸汽流量变化对过热汽温的影响
对流过热器：
要求负荷增大 燃料量和送风量增大 烟气温度和流速都增大 对流换热加强 对流过热器出口汽温升高
例：假如某受热面管材为12Cr1MoV，在585℃时能连续运行 十万小时，但是如果长期在595℃运行，其寿命就只有三万小时。 可见，其工作温度提高10℃，寿命就只有原来的30％了。
严重超温：爆管。同时会使汽轮机汽缸、汽门、喷嘴、叶片、 高压缸前轴承等的机械强度降低。 ¾ 汽温过低：汽温降低还会使汽轮机尾部的湿度增大，这不仅使 汽轮机效率降低，而且会造成汽轮机末几级叶片的侵蚀加剧。 此外， 汽温过低，汽轮机转子所受的轴向推力增大，这对机组 安全运行十分不利。 ¾ 过热汽温变化过大，除使管材及有关部件产生疲劳外，甚至会 产生剧烈振动，危及机组安全运行。
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三、主汽温控制的任务
在规定允许偏差值的同时，还应规定允许偏差值下运 行的持续时间和汽温变化时允许的变化速度。目前我国对 此尚无统一的规定，而大多数锅炉沿用如下规程：
每次允许偏差值下的运行持续时间不得大于2分钟，在24小时内 允许偏差值下运行的累计时间不得大于10分钟；蒸汽温度允许变化速 度应≤3℃/min。
2、烟气传热量变化对主汽温的影响
右图为汽机调门开度不变、减温水 流量不变燃烧率发生变化时主汽温的变 化曲线。
动态过程分析：
主蒸汽流量（曲线3）在燃烧率（曲
线2）增加后并不立即增加，这段时间锅
炉吸收的热量高于蒸汽流量带走的热量，
因此主汽温（曲线1）升高；当主汽流量
也开始增加，主汽温逐步下降。
过渡过程结束后，由于负荷工况发生
应曲线利用切线法或者两点法获得导前区的传递函数 G1(s) 和减温水 到过热器出口蒸汽温度的传递函数 G(s) 。
G1
(s
)
=
θ1
W
=
K1 (1 + T1s)n1
G(s) = θ2
W
=
K (1+ Ts)n
再由G1(s)和 G(s) 求出 G2 (s)
K2
=
K K1
T2
=
nT 2 nT
− n1T12 − n1T1
n − 0.35
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2、主汽温控制对象特性小结：