直流锅炉汽温控制

汽温控制系统
过热蒸汽温度和再热蒸汽温度控制

第一节过热汽温控制系统

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一、过热汽温对象特性
主要扰动有四种：（1）燃料量和燃料种类或成分的扰动；（2）给水流量和给水温度扰动；（3）烟气热量扰动：燃烧器运行方式变化、风量变化等等这些变化最终均反映在烟气热量的变化；（4）蒸汽流量（负荷）扰动；（5）减温水流量扰动。

D

GD(s)

Q

+
GQ(s) +

+
+

θ

Wj

GW(s)

M

G M(s)

W

G W(s)

１．蒸汽流量（负荷）扰动下的汽温特性
? (1) 静态特性

蒸汽流量对过热器出口温度影响

(2) 动态特性
D
ΔD

0 θ

TD

t

GD ( s ) ?

? ( s)
D( s )

?

KD e ?? D s 1 ? TD S

0

τD

t

蒸汽流量扰动下过热汽温响应曲线

特点：有滞后、有惯性、有自平衡能力，且τD、TD较小

2．烟气热量扰动下汽温特性
Qy ΔQy
0 TQ

θ

t

GQ ( s) ?

? (s)
Q( s )

?

KQ 1 ? TQ S

e

?? Q s

0

τQ

t

烟气热量扰动下过热汽温响应曲线

3．减温水量扰动下的过热汽温特性
Wj 0 ΔWj TC

t

K G(s) ? ? e?? s W ( s) 1 ? Tc s

? ( s)

θ

0 τD

G(s) ?
t

? ( s)
W (s)

?

K (1 ? Ts) n

减温水扰动下过热汽温响应曲线特点:有迟延、惯性、有自平衡能力的。减温水流量扰动时，汽温反应较慢。

采用减温器作为过热汽温的调节手段时，要求有足够的调节余量，一般在减温水门关死的情况下，锅炉出力最大时，汽温要高于给定值约30－40℃。

二、过热汽温一般控制方案
1．控制系统组成
Wj 0 t

ΔWj

Wj

G2(s)

θ2

θ1

G1(s)

θ θ2

θ1

G(s)

0

t

过热器Ⅰ θ 3

减温器 θ2 γθ2

过热器Ⅱ

θ1

串级过热汽温控制系统
蒸汽 γθ1
PI1 PI2 KZ

减温水调节阀

+

－

Gc1(s)

U1 －+

ΔWj
Gc2(s) KZ
γθ2

Ku

G (s) Wj 2

θ2

G1(s)

θ1

γθ1 过热汽温串级控制系统框图

2、过热汽温分段控制系统
Ⅰ段过热器

二级减温器一级减温器 θ4 Ⅱ段过热器θ3 θ2
γθ4 γθ3 PI3 γθ2

Ⅲ段过热器

θ1

γθ1 PI1

PI4

PI2 KZ

KZ
减温水 Wj1

减温水 Wj2

过热汽温分段控制系统

Ⅰ段过热器一级减温器 θ4

Ⅱ段过热器 θ3 γθ3 f2(x) －

二级减温器 θ2 Ⅲ段过热器 θ1 γθ2 γθ1

γθ4

＋－ PI3

＋ f1(x) － PI1
＋＋ PI2 －

D 蒸汽流量D

∑

＋＋－ PI4 KZ

KZ
二级减温水调节阀
θ0

一级减温水调节阀

按温差控制的过热汽温分段控制系统

D

第二节直流锅炉过热汽温控制系统
二级减温器前后温差蒸汽流量

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一、常规控制方式
f2(x) 总风量 PID1 燃烧器摆角指令 f1(t) 过热度分离器出口压力 f3(x) ∑3 ＞ ∑1 f2(t) ∑2

PID2

一级减温器出口温度

一级减温水流量指令一级喷水减温控制系统方案

末级过热器出口温度

蒸汽流量

f2(x)

总风量 PID1
燃烧器摆角指令 f 1( t )

过热度末级过热器出口压力 f 3( x ) ∑3 ＞ ∑1 f2(t)

∑2

PID2

末级过热器入口温度

二级减温水流量指令

二级喷水减温控制系统方案

二、其它控制方式
针对直流锅炉的大滞后和非线性时变特性，在目前直流锅炉的过热汽温控制中，采用了一种基于预测控制和自适应控制的控制方法。

D D + － Y YSP + － Gc(s) G(s) Y

YSP

Gc(s)

G(s)

－
G’(s) +

单回路反馈控制系统内模控制系统

处理不可测干扰D (1)可测干扰——前馈控制； (2)串级控制处理

D YSP

+

－－

Gc1(s)

+

－

Y

Gc2(s)
G’1(s)

G2(s)

G1(s)

+

串级控制系统的内模控制

D YSP
+ － KP1 + － + G’1(s) Y Gc2(s) G2(s) G1(s)

一种内模控制形式

K P1GC 2 ( s)G2 ( s)G1 ( s) Y (s) ? ? ?( s) YSP ( s) 1 ? K P1GC 2 ( s)G2 ( s)G1 ( s) ? GC 2 ( s)G2 ( s) ? GC 2 ( s)G2 ( s)G 1
K2 1 G ( s ) ? Gc 2 ( s) ? K p 2 (1 ? ) 2 (T2 s ? 1) n2 Ti 2 s
G1 ( s ) ? K1 (T1s ? 1) n1

? ? ( s) ? G 1

?? K 1 ?1 ? s ? 1)n (T 1

y(?) ? lim s
s ?0

K P1GC 2 (s)G2 ( s)G1 ( s) A ? ? ( s) s 1 ? K P1GC 2 (s)G2 ( s)G1 ( s) ? GC 2 ( s)G2 ( s) ? GC 2 ( s)G2 ( s)G 1

K P1 K P 2 K 2 K1 y (? ) ? A ?? K P1 K P 2 K 2 K1 ? K P 2 K 2 ? K P 2 K 2 K 1

? ? ?1 K 1

y (? ) ? A

过热器入口温度

负荷指令

过热器出口温度

测温点附近压力测点

K1
PV2 SP2

f1(x) Ti2 对象模型

f4(t) +

f2(x) + －－ ∑1 f4(x) f5(x)

PID2

∑4

f1(t) f2(t) f3(t) f3(x)

K2 －

×

∑2

－ ∑3

+

＞ ∑5 KP1 + PV 1 － SP1 A

PID1

喷水调节阀指令过热汽温控制方案

过热器入口温度动态前馈温度设定值转换函数 + K －－－测温点附近压力测点压力负荷指令汽温惰性区模型减温水 PID1 调节阀汽温导前区汽温惰性区过热器出口温度

负荷指令

－

+

负荷指令

温控系统方框原理图

比例器K1、调节器PID2和时间函数发生器f1(t)、f2(t)和f3(t)构成了从过热器入口温度（导前汽温）到过热器出口温度这段汽温惰性区域的增益为1的对象数学模型
1 ? s ? 1)3 (Ti 2 s ? 1)(T 1

汽温惰性区域对象静态增益K1为过热器出口温度变化量与过热器入口温度变化量之比，故
?Tout ?qsup cin (?qin ? ?q)cin ?q cin K1 ? ? ? ? (1 ? ) ?Tin ?qin cout ?qin cout ?qin cout
当机组为某一负荷下，过热器入口蒸汽参数为18.5MPa/470℃，其比热容为3.456，过热器出口蒸汽参数为18 MPa/540℃，其比热容为 2.907，这时

cin cout ? 3.456 2.902 ?1.19
在某一低负荷、滑压状态下，过热器入口蒸汽的参数为 12MPa/470℃ ，其比热为 2.813 ，过热器出口蒸汽参数为 11.8MPa/540℃，其比热为2.591，这时

cin cout ? 2.813 2.591 ?1.09

第三节再热汽温控制
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一、再热蒸汽温度控制任务
保持再热器出口汽温为给

定值。

二、再热汽温的影响因素
（1）机组负荷的变化（蒸汽流量变化）对再热汽温有很大的影响；（2）烟气热量变化也是影响再热蒸汽温度的重要因素。由于再热器是纯对流布置，再热器入口工质状况取决于汽轮机高压缸排汽工况，因而再热汽温的变化幅度较过热汽温大的多。

在各种扰动下，再热汽温的动态响应特性与过热汽温相类似，共有的特点为有迟延、有惯性、有自平衡能力。

三、再热汽温度调节手段
改变烟气流量作为主要调节手段，方法有：（1）变化烟气挡板位置，从而改变尾部烟道通过再热器的烟气分流量；（2）改变燃烧器的倾斜角度；（3）采用多层布置圆型燃烧器等方法。喷水减温是辅助调节手段当改变烟气流量已经无法或来不及控制且再热汽温又高于一定值时，则采用自动紧急喷水的方法，以快速降低再热汽温。

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四、再热汽温控制方案
? 1. 采用烟气挡板调节手段的再热汽温控制系统
主蒸汽流量D A 屏式过热器高温过热器高温再热器低温再热器省煤器低温过热器省煤器 f1(x) －K 再热挡板至空气预热器过热挡板 KZ 过热挡板 KZ 再热挡板
f3(x)

再热汽温

△ PID1 ±△ △
A

－

∑

PID2

f 2( x ) KZ 喷水阀

燃烧器

图18 烟气挡板控制再热汽温烟道布置示意图

图19

采用烟气挡板控制再热汽温控制方案

2. 采用摆动燃烧器调节手段的再热汽温控制系统
减温器后再热汽温主蒸汽流量再热汽温θ 送风量 f(x ) A ∑1 A ∑2 △ PID1

△
PID2

∑3

∑4

图22 燃烧器倾角对炉膛出口烟温的影响