汽包鍋爐過熱蒸汽溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)

錢敏(安徽化工學(xué)校)

一、汽包鍋爐過熱蒸汽熱力系統(tǒng)概述

過熱蒸汽溫度是汽包鍋爐運(yùn)行中一個(gè)重要的監(jiān)控參數(shù)，是鍋爐汽水系統(tǒng)中的溫度最高點(diǎn)。過熱蒸汽溫度過高，會(huì)使過熱器管壁金屬?gòu)?qiáng)度下降，以致燒壞過熱器；過熱蒸汽溫度偏低，會(huì)降低電廠的工作效率。為了更好地理解汽包鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)，本節(jié)以600MW單元機(jī)組為例，介紹其鍋爐過熱蒸汽熱力系統(tǒng)。

1.鍋爐過熱蒸汽熱力系統(tǒng)簡(jiǎn)介

該系統(tǒng)的過熱器采用輻射一對(duì)流組合式，主要包括頂棚過熱器、包覆過熱器、低溫過熱器、屏式過熱器和高溫過熱器。頂棚過熱器和包覆過熱器(水平煙道包墻、尾部垂直煙道包覆、尾部煙道頂棚等)均布置在煙溫較低區(qū)域，吸熱少，傳熱效果較差。低溫過熱器由水平和立式兩部分組成，水平段采用順列布置。屏式過熱器分前后兩排，懸吊在爐膛的前上方。高溫過熱器(末級(jí)過熱器)位于水冷壁排管后方的水平煙道內(nèi)，屬于對(duì)流式過熱器，順流布置。

該系統(tǒng)采用二級(jí)噴水減溫，第一級(jí)布置在立式低溫過熱器與分隔屏過熱器之間的連接管道上，第二級(jí)布置在后屏過熱器與末級(jí)過熱器之問，左右各布置一個(gè)。減溫器的減溫水來自鍋爐給水泵的出口管路上，減溫器的設(shè)計(jì)壓力為20．59MPa。一級(jí)減溫器作為粗調(diào)手段；二級(jí)減溫器作為細(xì)調(diào)手段。過熱器的減溫器采用笛形管結(jié)構(gòu)。

2.過熱蒸汽被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性

對(duì)汽包鍋爐來講，不論是小型鍋爐還是大型鍋爐，其過熱蒸汽溫度被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性基本上相似，都是有遲延、有慣性、有自平衡能力的。對(duì)大型鍋爐，由于過熱器管道比較長(zhǎng)，遲延、慣性相對(duì)大一些。關(guān)于過熱蒸汽溫度被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性可參考第六章第五節(jié)的相關(guān)內(nèi)容，這里不再贅述。

二、汽包鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)

汽包鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)主要有過熱蒸汽溫度串級(jí)控制系統(tǒng)、過熱蒸汽溫度導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)和過熱蒸汽溫度分段控制系統(tǒng)三種方案。

一、過熱蒸汽溫度導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)

過熱蒸汽溫度導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 過熱蒸汽溫度導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)引入了減溫器出口蒸汽溫度的微分信號(hào)，將其作為調(diào)節(jié)器的補(bǔ)充信號(hào)，以改善控制質(zhì)量。因?yàn)樵撔盘?hào)與鍋爐主蒸汽溫度信號(hào)的變化趨勢(shì)一致，且比鍋爐主蒸汽溫度信號(hào)快得多，所以它能迅速反映鍋爐主蒸汽溫度信號(hào)的變化趨勢(shì)。動(dòng)態(tài)時(shí)，調(diào)節(jié)器將根據(jù)減溫器出口蒸汽溫度的微分信號(hào)和鍋爐主蒸汽溫度信號(hào)與給定值之間的偏差而動(dòng)作；靜態(tài)時(shí)，減溫器出口蒸汽溫度的微分信號(hào)消失，鍋爐主蒸汽溫度等于給定值。

過熱蒸汽溫度導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)原理方框圖如圖2所示。

圖2過熱蒸汽溫度導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)原理方框圖

圖2 中：GOz(s)為導(dǎo)前區(qū)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性；Go，(s)為惰性區(qū)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性；Gr)(s)為微分器的傳遞函數(shù)；GT(s)為調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)；K：為執(zhí)行器的傳遞系數(shù)；K，為減溫水調(diào)節(jié)閥的傳遞系數(shù)；K。，為主變送器的傳遞系數(shù)；K碰為副變送器的傳遞系數(shù)。從圖13—3可以看出，該系統(tǒng)是由兩個(gè)閉合回路I、Ⅱ組成的。閉合回路I稱為主回路，閉合回路Ⅱ稱為副回路(靜態(tài)時(shí)，斷開)。該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：

1.加入導(dǎo)前微分信號(hào)縮短了遲延時(shí)間，等效地改善了控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性。

將圖2的控制系統(tǒng)等效變換成單回路控制系統(tǒng)，如圖3所示。

圖3 過熱蒸汽溫度導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)等效成單回路控制系統(tǒng)

靜態(tài)時(shí)，微分器輸出為零，所以等效對(duì)象的輸出01"一亂；動(dòng)態(tài)時(shí)，等效對(duì)象的輸出中除主蒸汽溫度臼，外，還疊加了導(dǎo)前汽溫島的微分信號(hào)。由于導(dǎo)前汽溫晚的遲延、慣性比主蒸汽溫度島小得多，因而等效對(duì)象的輸出鐘的遲延、慣性比主蒸汽溫度凸小得多，因此加入導(dǎo)前微分信號(hào)縮短了對(duì)象的遲延時(shí)間，等效地改善了控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性。

2.加入導(dǎo)前微分信號(hào)的控制系統(tǒng)是串級(jí)控制系統(tǒng)的特例。

將圖13—3的控制系統(tǒng)等效變換成串級(jí)控制系統(tǒng)，如圖4所示。

圖4 過熱蒸汽溫度導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)等效成串級(jí)控制系統(tǒng)

從圖4可以看出，微分器傳遞函數(shù)的倒數(shù)1／島(s)相當(dāng)于串級(jí)控制系統(tǒng)主調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)，稱為等效主調(diào)節(jié)器；而調(diào)節(jié)器與微分器的乘積研(s)GD(s)則相當(dāng)于串級(jí)控制系統(tǒng)副調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)，稱為等效副調(diào)節(jié)器，因此加入導(dǎo)前微分信號(hào)的控制系統(tǒng)是串級(jí)控制系統(tǒng)的特例。

總結(jié)

通過這次對(duì)汽包鍋爐過熱蒸汽溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究，可以使鍋爐過熱器出口蒸汽溫度在允許的范圍內(nèi)變化，并保證過熱器壁溫度不超過工作允許的溫度，使其能夠正常工作。

[1]方康玲，《過程控制系統(tǒng)》，武漢理工大學(xué)出版社，2002.

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