(过热蒸汽温度控制系统设计).
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课程设计说明书题 目: 300MW 单元机组过热汽温控制系统设计 学生姓名: 任强 学 院: 能动学院 班 级: 能环10-3 指导教师: 施永红2014年 1 月 7 日学校代码: 10128 学 号: 201030307019内蒙古工业大学课程设计(论文)任务书课程名称:热工控制系统专业课程设计 学院: 能动学院 班级: 能环10-3 学生姓名: 任强 _ 学号: 201030307019 _ 指导教师:施永红、王胜捷一、题目300MW 单元机组过热汽温控制系统设计二、目的与意义本设计是针对“热工控制系统”课程开设的课程设计,是培养学生综合运用所学理论知识分析问题、解决问题的一个重要的教学环节。
通过本课程设计,使学生能更好的掌握热工控制系统的组成、控制方式和控制过程,使学生得到一次较全面、系统的独立工作能力的培养。
三、要求 已知条件:(1)串级过热汽温控制系统方框图如图1-1所示,系统中各环节的传递函数为:图1-1221()T W s d =;11111()(1)T i W s T sd =+;0010259()()()(/)(118.4)W s W s W s C V s °==+; 0228()(/)(123)W s C V s °=+; 120.1(/)V C q q g g °==;1z K K m ==(2)300MW 单元机组过热蒸汽流程:汽包所产生的饱和蒸汽先流经低温对流过热器进10θ2θ 1θ)(1s W T )(2s W T z KμK)(02s W )(01s W2θγ1θγK µ行低温过热,然后依次流经前屏过热器、后屏过热器和高温过热器后送入汽轮机。
屏式过热器和高温对流过热器均为左、右两侧对称布置。
在前屏过热器、后屏过热器和高温对流过热器的入口分别装设了Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级喷水减温器,其中Ⅲ级喷水减温器是左、右两侧对称布置。
主要内容:1、根据图1-1及已知的传递函数完成串级汽温控制系统主、副调节器的参数整定。
过热汽温控制系统的无扰切换控制与组态设计余雷;费树岷;张茂青【摘要】针对某火电厂#2炉600MW机组的过热汽温控制系统的大时滞、大惯性、大超调问题,该文提出了一种基于单神经元自适应比例求和微分( PSD)的切换控制策略,内环(副环)采用常规比例积分微分(PID)控制器,外环(主环)采用单神经元PSD控制与PID控制进行合理切换,同时在Foxboro公司I/A系列的分散控制系统平台上进行了无扰切换控制策略的组态设计.采用实验室开发的先进控制平台软件进行模拟仿真,结果表明该控制策略具有超调量小(低于2%)、调节速度快、鲁棒性强等特点,实际现场应用显示出了良好的动态调节品质与控制效果.%For the presence of large delay,large inertia and large overshoot phenomenon of the No. 2 steam temperature of 600 MW boiler of an electric power limited liability company, a single-neuron self-adaptive proportional sum differential ( PSD) switching control scheme is proposed here. A common PID controller is applied to inner loop. Outer loops use appropriate switching between single-neuron self-adaptive PSD control and PID control. Configuration of the undisturbed switching control scheme is designed based on the distributed control system platform of Foxboro I/A series. The simulation results from the software of advanced process platform designed in the lab illustrate that the proposed control scheme has the high performance of small overshoot (less than 2% ) , short tuning time and strong robustness. Practical application shows that the method has good dynamic quality adjustment and control effectiveness.【期刊名称】《南京理工大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2012(036)001【总页数】6页(P25-30)【关键词】过热汽温;无扰切换;组态设计【作者】余雷;费树岷;张茂青【作者单位】苏州大学机电工程学院,江苏苏州215021;东南大学自动化学院,江苏南京210096;苏州大学机电工程学院,江苏苏州215021【正文语种】中文【中图分类】TP273过热汽温温度是火电厂机组运行过程中需要监视、控制的重要参数之一,它直接关系着机组能否安全稳定地运行。
锅炉过热蒸汽温度控制系统课程设计过程控制课程设计说明书——锅炉过热蒸汽温度控制系统院系:化工学院化工机械系班级:10自动化(1)姓名:李正智学号:1 0 2 0 3 0 1 0 1 6日期:2013/12/2-2013/12/15指导老师:王淑钦老师引言蒸汽温度是锅炉安全、高效、经济运行的主要参数,因此对蒸汽温度控制要求严格。
过高的蒸汽温度会造成过热器、蒸汽管道及汽轮机因过大的热应力变形而毁坏;蒸汽温度过低,又会引起热效率降低,影响经济运行。
锅炉控制现场环境恶劣,采用传统的基于模拟技术的控制器、仪器仪表或单片机,不仅结构比较复杂,效率比较低,并且可靠性也不高。
本次课程设计的主要目的是锅炉蒸汽温度控制系统的设计。
蒸汽过热系统包括一级过热器、减温器、二级过热器。
锅炉汽温控制系统主要包括过热蒸汽和再热蒸汽温度的调节。
主蒸汽温度与再热蒸汽温度的稳定对机组的安全经济运行是非常重要的。
过热蒸汽温度控制的任务是维持过热器出口蒸汽温度在允许的范围之内,并保护过热器,使其管壁温度不超过允许的工作温度。
过热蒸汽温度是锅炉汽水系统中的温度最高点,过热蒸汽温度过高或过低,对锅炉运行及蒸汽设备是不利的。
蒸汽温度过高会使过热器管壁金属强度下降,以至烧坏过热器的高温段,严重影响安全。
一般规定过热器的温度与规定值的暂时偏差不超过±10℃,长期偏差不超过±5℃【1】。
如果过热蒸汽温度偏低,则会降低电厂的工作效率,同时使汽轮机后几级的蒸汽湿度增加,引起叶片磨损。
据估计,温度每降低5℃,热经济性将下降约1%;且汽温偏低会使汽轮机尾部蒸汽温度升高,甚至使之带水,严重影响汽轮机的安全运行。
一般规定过热汽温下限不低于其额定值10℃。
通常,高参数电厂都要求保持过热汽温在540℃的范围内。
由于汽温对象的复杂性,给汽温控制带来许多的困难,其主要难点表现在以下三个方面:(1)影响汽温变化的因素很多,例如,蒸汽负荷、减温水量、烟气侧的过剩空气系数和火焰中心位置、燃料成分等都可能引起汽温变化。
目录第一章引言 (1)1.1课题研究背景及发展 (1)1.2PID控制系统的发展现状 (2)第二章汽温控制系统原理 (4)2.1过热汽温控制对象的动态特性 (4)2.1.1减温水流量扰动下汽温的动态特性 (4)2.1.2蒸汽负荷扰动下汽温的动态特性 (5)2.1.3烟气侧扰动时的汽温动态特性 (6)2.1.4过热汽温控制系统的方案 (7)2.2串级汽温控制系统的工作原理 (8)2.2.1串级汽温控制系统的组成 (8)2.2.2串级汽温控制系统的工作原理 (9)第三章串级汽温控制系统的设计 (10)3.1汽温控制对象的实验建模 (10)3.1.1控制系统的数学建模 (10)3.1.2单位阶跃响应曲线 (10)3.1.3控制对象传递函数求取 (15)3.2串级控制系统的设计和调节器的选型 (22)3.2.1主、副回路的设计原则 (22)3.2.2主、副调节器的选型 (22)3.3串级汽温控制系统的整定 (23)3.3.1当串级汽温控制系统中内、外回路的工作频率相差大时整定 (24)3.3.2当串级汽温控制系统中内、外回路的工作频率差别不大时整定 (25)3.3.3串级控制系统的整定 (28)第四章过热汽温控制系统实例与分析 (31)4.1过热蒸汽流程 (31)4.2过热汽温控制系统方案 (32)第五章参考文献 (33)第一章引言1.1课题研究背景及发展火电厂中汽温控制系统是锅炉的重要控制系统之一。
汽温控制的质量直接影响到机组的安全与经济运行。
蒸汽温过高,会引起锅炉和汽轮机金属材料的超温过热,加速金属的氧化,降低材料的使用寿命;而汽温过低会降低热力循环的效率,同时使汽轮机末级叶片处的湿度增加,对叶片侵蚀作用增强,影响汽轮机安全运行。
火电厂在额定功率运行时通常规定允许主汽温偏离额定值的范围为-10~+5℃,然而影响主汽温变化的因素很多,主要有锅炉负荷、炉膛过量空气系数、给水温度、燃料性质、受热面污染情况和燃烧器的运行方式等;且主汽温被控对象本身具有大迟延、大惯性和时变特性。
毕业设计 [论文] 题目:过热蒸汽温度控制系统设计系别:电气与电子工程系专业:自动化姓名:龚宏奎学号:122408121指导教师:任琦梅河南城建学院2012年05月20日摘要过热蒸汽温度控制系统是单元机组不可缺少的重要组成部分,其性能和可靠性已成为保证单元机组安全性和经济性的重要因素。
过热蒸汽温度较高时,机组热效率则相对较高,但过高时,汽机的金属材料又无法承受,气温过低则影响机组效率。
过热蒸汽温度的稳定对机组的安全经济运行非常重要,所以对其控制有较高的要求。
但是由于过热蒸汽温度是一个典型的大迟延、大惯性、非线性和时变性的复杂系统,本次设计采用串级控制以提高系统的控制性能,在系统中采用了主控-串级控制的切换装置,使系统可以适用于不同的工作环境。
通过使用该系统,可以使得锅炉过热器出口蒸汽温度在允许的范围内变化,并保护过热器营壁温度不超过允许的工作温度。
关键词:过热蒸汽温度,减温水,串级控制系统,PIDABSTRACTThe superheated steam temperature control system is an important and indispensable unit aircrew part, its performance and reliability has become ensure safety and economic behavior of the unit aircrew important factors. The superheated steam temperature is higher, the thermal efficiency is relatively high, but is high, the metal materials and the turbine unable to bear, the temperature is too low will influence the unit efficiency. The superheated steam temperature stability of the unit safe and economic operation is very important, so for the control have higher requirements. But because the superheated steam temperature is a typical time-delayed, large inertia, nonlinear and changeable complex system, this design USES the cascade control in order to improve the control performance of the system, in the system by the master-cascade control of switching device, make the system can be used in different working environment. By using this system, can make the boiler overheating export steam temperature in allowed within the scope of the change, and the protection of superheater wall temperature not more than allow the camp of working temperature.Key words: the superheated steam temperature, reduce warm water, cascade control system, PID目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1绪论 (1)1.1选题的背景及其意义 (1)1.2国内外研究现状 (1)1.3本次设计的目的 (2)1.4本次设计所做的工作 (3)2汽温控制系统的组成与对象动态特性 (4)2.1汽温调节的概念和方法 (4)2.1.1从蒸汽侧调节汽温 (4)2.1.2从烟气侧调节汽温 (5)2.2过热器的分类及基本结构 (7)2.2.1过热器的分类 (7)2.2.2过热器的基本结构 (9)2.3过热蒸汽温度控制系统的基本结构与工作原理 (11)2.3.1过热器一级减温控制系统 (11)2.3.2二级减温控制系统 (12)2.4过热蒸汽温度控制对象的动静态特性 (14)2.4.1静态特性 (14)2.4.2动态特性 (14)3过热汽温控制系统的基本方案 (18)3.1串级汽温控制系统 (18)3.2串级汽温控制系统的基本结构及原理 (18)3.3串级汽温控制系统的设计 (20)3.4串级汽温控制系统的整定 (21)4相关器件的选型 (25)4.1温度检测变送器的选择 (25)4.2控制器的选型 (26)4.3执行器的选型 (28)4.4阀门定位器的选型 (30)5主蒸汽温度控制系统的改进与仿真 (33)5.1Smith预估补偿器 (33)5.2改进型Smith预估器 (37)5.3带有改进型Smith预估器的主蒸汽温度控制系统设计与仿真 (40)6结论 (43)参考文献 (44)致谢 (45)附录 (46)1绪论1.1选题的背景及其意义过热汽温(过热蒸汽的温度)的控制就是维持过热出口蒸汽温度在允许范围内,并且保护过热器,使管壁温度不超过允许的工作温度。
过热蒸汽温度是影响大型锅炉生产过程安全性和经济性的重要参数,因为过热器是在高温、高压条件下工作的,过热器出口的过热蒸汽温度是全厂整个汽水流程中工况温度的最高点,也是金属管壁温度的最高处。
过热蒸汽温度过高的话,则容易烧坏过热器,也会使蒸汽管道、汽轮机内某些零部件产生过大的热膨胀变形而损坏,影响机组的安全运行,因而过热汽温的上限不应超过额定值5℃。
相反过热蒸汽温度过低的话,又会降低全厂的热效率,增加燃料消耗量,浪费能源,同时会使汽轮机最后几级的蒸汽湿度增加,加速汽轮机叶片的水蚀,从而缩短汽轮机叶片的使用寿命,所以过热蒸汽温度过高或过低都是生产过程不允许的。
此外,如果过热蒸汽温度变化过大,还会引起汽轮机转子和汽缸的涨差变化,甚至会产生剧烈振动,危及到机组的运行安全。
因此,必须相当严格地将过热汽温控制在给定值附近。
一般中、高压锅炉过热蒸汽温度的暂时偏差不允许超过±10℃,长期偏差不允许超过±5℃,这个要求对过热蒸汽温度控制系统来说是非常高的。
过热蒸汽的温度一般可以看作是多容分布参数的受控对象,其动态特性描述可用多容惯性环节表示,该对象具有明显的滞后特性。
在锅炉运行中,影响过热器出口蒸汽温度的因素很多,有蒸汽流量、燃烧状况、锅炉给水温度、流经过热器的烟气温度、流量、流速等等。
在这些因素的共同作用下,过热汽温对象除了具有多容、大惯性、大延迟的特性之外,往往还表现出一定的非线性和时变特性,因此,过热蒸汽温度控制系统是锅炉各项控制系统中较为复杂的控制系统之一。
所以针对上述情况设计的控制系统,既要求对烟气侧扰动及负荷扰动等较大外扰具有足够快的校正速度,同时又要求能够对减温水的内扰有较强的抑制能力,从而使系统具有足够的稳定性和良好的控制品质,并能保证系统运行的安全性。
1.2国内外研究现状国内外广大专家学者和现场工作人员主要关注的热点问题是:面对具有大延迟、工况参数对模型参数有较大影响的过热汽温,如何稳定、准确、快速地对其进行有效的控制。
在火电厂中,各种类型的PID控制器因其参数物理意义明确、易于调整,依然在热工过程控制系统中占据着一定地位,但这种采用常规PID控制器较难确保控制系统的品质,由于它本身存在的一些缺陷使得它在实际应用中的控制效果不是很理想。
分析常规PID控制可以发现,这种控制无法解决稳定性与准确性之间的矛盾。
加大控制作用可使误差减少,准确性可以提高,但是降低了稳定性。
反之,为保证稳定性,限制控制作用,这样又降低了控制的准确性。
即使对被控对象整定了一组满意的PID参数,当对象特性发生变化时,也难以保持良好的控制性能。
过热汽温对象具有时变性、不确定性、非线性等特点,并且会有一些随机的扰动产生,工艺流程复杂,使其难以建立精确的数学模型。
同时,其还具有延迟和惯性较大等特性,由于模型参数的不确定性以及在控制系统的运行过程中出现环境变化、元件老化等问题,所以常规PID控制方法更难以取得满意的控制效果。
因此,许多火电厂都迫切希望能有一种理想的控制策略实现对过热汽温的有效控制。
随着控制理论的不断发展,控制领域出现了许多新的控制方法,如预测控制方法、自适应控制方法、各种智能控制方法(包括模糊控制、神经网络控制、遗传算法优化控制等等)。
一直以来,国内外许多专家学者都在积极研究将这些新的控制算法应用到过热蒸汽温度的控制上。
模糊控制作为一种智能控制方法,它是依据人对被控对象的控制经验而设计的,其模仿人的思维模式,不依赖被控对象的数学模型,对于处理过热汽温这种具有大延迟、非线性和对象模型不确定的被控制对象有很好的控制效果,为解决这类复杂对象的控制问题开辟了新途径,被一些专家学者引入到了对过热汽温的控制系统中。
但是,模糊控制实质上是具有PD控制规律的一种控制器,考虑到语言变量基本论域的量化特点以及模糊控制器具有模糊比例一微分作用,缺少积分环节,使得该系统不具有消除稳态误差的能力,且由于在“O”档处量化死区的影响,还可能出现稳态等幅振荡。
因此单独采用基本的模糊控制不能获得好的控制品质。
因此现在构成一种新型的模糊--PID复合串级控制系统,实现对过热蒸汽温度的控制。
1.3本次设计的目的本文的设计目的,就是针对过热蒸汽温度的特点,在深入分析过热蒸汽温度调节的过程,过热蒸汽温度调节对象的静态特性、动态特性以及过热蒸汽温度控制的设计难的基础上,确定在过热蒸汽温度控制系统中应用串级控制的可行性,并考虑根据蒸汽温度偏差和偏差的变化情况调整控制器的各个参数,以实现最优控制。
并且由控制系统输出信号来控制执行器,通过调节执行器去控制减温水阀门的开度,从而实现控制过热蒸汽温度。
并且通过仿真验证来控制效果。
1.4 本次设计所做的工作1.分析了过热蒸汽温度调节的任务,静态特性,在蒸汽流量(负荷)扰动、烟气流量扰动、减温水流量扰动三种主要扰动下过热汽温的动态特性,过热汽温控制的难点和设计原则,并对过热蒸汽温度控制系统的现状进行了大致的介绍。