锅炉蒸汽温度控制系统 2讲解

火电厂锅炉温度控制系统锅炉温度的控制效果直接影响着产品的质量，温度低于或高于要求时要么不能达到生产质量指标有时甚至会发生生产事故。

采用双交叉燃烧控制以锅炉炉膛温度为主控参数、燃料和空气并列为副被控变量设计火电厂锅炉温度控制系统，以达到精度在-5 C范围内。

工程控制是工业自动化的重要分支。

几十年来，工业过程控制获得了惊人的发展，无论是在大规模的结构复杂的工业生产过程中，还是在传统工业过程改造中，过程控制技术对于提高产品质量以及能源的节约都起着重要的作用。

生产过程是指物料经过若干加工步骤而成为产品的过程。

该过程中通常会发生物理化学反应、生化反应、物质能量的转换与传递等等，或者说生产过程表现为物流过变化的过程，伴随物流变化的信息包括物流性质的信息和操作条件的信息。

生产过程的总目标，应该是在可能获得的原料和能源条件下，以最经济的途径，将原物料加工成预期的合格产品。

为了打到目标，必须对生产过程进行监视和控制。

因此，过程控制的任务是在了解生产过程的工艺流程和动静态特性的基础上，应用理论对系统进行分析与综合，以生产过程中物流变化信息量作为被控量，选用适宜的技术手段。

实现生产过程的控制目标。

生产过程总目标具体表现为生产过程的安全性、稳定性和经济性。

(1)安全性在整个生产过程中，确保人身和设备的安全是最重要和最基本的要求。

在过程控制系统中采用越限报警、事故报警和连锁保护等措施来保证生产过程的安全性。

另外，在线故障预测与诊断、容错控制等可以进一步提高生产过程的安全性。

(2)稳定性指系统抑制外部干扰、保持生产过程运行稳定的能力。

变化的工业运行环境、原料成分的变化、能源系统的波动等均有可能影响生产过程的稳定运行。

在外部干扰下，过程控制系统应该使生产过程参数与状态产生的变化尽可能小，以消除或者减少外部干扰可能造成的不良影响。

(3)经济性在满足以上两个基本要求的基础上，低成本高效益是过程控制的另外一个重要目标。

为了打到这个目标，不进需要对过程控制系统进行优化设计，还需要管控一体化，即一经济效益为目标的整体优化。

锅炉安全控制技术——过热蒸汽温度安全控制现代锅炉的过热器在高温高压条件下工作。

过热器出口温度是全厂工质温度的最高点，也是金属壁温的最高处，在过热器正常运行时已接近材料允许的最高温度。

如果过热蒸汽温度过高，容易烧坏过热器，也会引起汽轮机内部零件过热，影响安全运行；温度过低则会降低全厂热效率，所以电厂锅炉一般要求过热蒸汽温度偏差保持在±5℃以内。

过热蒸汽温度自动控制系统是锅炉控制中的难点。

目前，很多实际系统并没有达到控制指标的要求。

其主要原因有下述两方面。

(1)扰动因素多变化大表18—1列出了各种扰动因素对过热蒸汽温度的静态影响关系。

(2)控制通道滞后大控制过热蒸汽温度的手段总是调节减温水量。

控制通道的动特性与减温器的安装位置有关。

假若能将减温器装于过热器的出口，显然控制通道的滞后要小得多。

但是这样的工艺流程对过热器的安全是不利的。

为了保护过热器不超温，工艺上总是将减温器安装在过热器的人口，这将带来控制对象较大的滞后。

过热蒸汽控制对象特性可用一阶加线滞后来近似。

线滞后r和时间常数丁的大小还与减温器的形式有很大关系。

表面式减温器的滞后较大，，约为60s，T约为130s；混合式减温器滞后较小，t约为30s，T约为100s。

过热蒸汽温度安全控制系统的基本方案见图18—15和图18—16。

图18—15的方案是两个温度的串级控制。

设计该方案的前提是减温器到过热器之间有预留孔，允许安装测温元件测取θ2。

图18—16方案用减温水流量作副回路。

由于锅炉进水系统往往合用一根总管，然后分两路：一路作为锅炉汽包的进水；另一路是减温水，这就造成锅炉液位控制系统和过热蒸汽温度系统的严重关联。

而设置这种流量副回路可大大削弱这种关联的影响。

烟道气温度日，往往是该温度系统的重要扰动，在这里通过设置前馈控制减少它的影响。

需要指出的是，由于不同的工艺情况，过热蒸汽温度被控过程的难控程度具有极大差异。

假若减温器采用混合器，而且在减温器出口又允许安装测温元件，对这种情况只要采用图18—15方案，即能得到很满意的控制效果。

North China Electric Power University 第三章锅炉蒸汽温度控制系统流经再热器侧的烟气量份额随锅炉负荷的降低而增加，在一定的负荷范围内维持再热汽温为额定值。

该调温方式以不牺牲电厂循环效率为基础，是最为经济的调温方式，但为增加调节灵敏度，再热系统也布臵两级减温器，第一级布臵在低温再热器进口集箱前的管道上（左右各一台），作为事故喷水减温器，第二级布臵在低温再热器至屏式再热器的连接管道上（左右各一台），作为微喷减温器。

以上两级喷水减温器均可通过调节左右侧的喷水量，以达到消除左右两侧汽温偏差的目的。

冷渣器所用水冷介质来自回热系统。

North China Electric Power University 第三章锅炉蒸汽温度控制系统一、再热汽温烟气挡板控制系统
North China Electric Power University 第三章锅炉蒸汽温度控制系统二、再热汽喷水控制系统。

安全技术/特种设备
锅炉运行时怎样控制和调节汽温
对于饱和蒸汽锅炉，其蒸汽温度随蒸汽压力的变化而变化；对于过热蒸汽锅炉，其蒸汽温度的变化主要取决于过热器烟气侧的放热和蒸汽侧的吸热。

当流经过热器的烟气温度、烟气量和烟气流速等变化时，都会引起过热蒸汽温度的上升或下降。

当过热蒸汽温度过高时，可采用下列方法降低汽温：
（1）有减温器的，可增加减温器水量。

（2）喷汽降温。

在过热蒸汽出口，适量喷入饱和蒸汽，可降低过热蒸汽温度。

（3）对过热器前的受热面进行吹灰。

如对水冷壁吹灰，可增加炉膛蒸发受热面的吸热量，降低炉膛出口烟温，从而降低过热器传热温度。

（4）在允许范围内降低过剩空气量。

（5）提高给水温度。

当负荷不变时，增加给水温度，势必减弱燃烧才能不使蒸发量增加，燃烧的减弱使烟气量和烟气流速减小，使过热器的吸热量降低，从而使过热蒸汽温度下降。

（6）使燃烧中心下移。

适当减小引风和鼓风，使炉膛火焰中心下移，使进入过热器的烟气量减少，烟温降低，使过热蒸汽温度降低。

当过热蒸汽温度过低时，可采用下列方法升高汽温：
（1）对过热器进行吹灰，提高其吸热能力；
（2）降低给水温度；
（3）增加风量，使燃烧中心上移；
（4）有减温器的，可减少减温水量。

浅谈火力发电燃煤锅炉过热蒸汽温度自动控制系统锅炉蒸汽温度是影响锅炉生产过程安全性和经济性的最重要的参数之一，过热汽温过高导致金属温度过高、蠕胀增强，降低管道寿命，经常超温可导致过热器管道超温爆管。

过热蒸汽温度过低将会降低全厂热效率，一般过热器汽温每降低5～10℃热效率减低1%。

本文对两种不同燃煤炉型的过热蒸汽自动控制系统，从控制方案、影响因素进行说明对比。

标签：过热蒸汽;温度自动;控制方案;影响因素在第二轮“上大压小”政策之前，30万容量等级机组仍然是火电中的主力军，四角切圆燃烧方式燃煤亚临界机组较为普遍，发展至今过热蒸汽温度控制方案都比较成熟、因各厂实际燃烧特性及影响因素的略有不同使得控制方案因地制宜相似而不相同，更是随着自动控制理论的发展和科技的发展，将更加先进的控制算法（自适应、鲁棒、模糊、预测控制）应用在发电自动控制系统中。

1、330MW亚临界汽包炉四角切圆燃烧1.1设备概述机组过热汽温度很高，一般采用逐级分段加热（给水→省煤器→水冷壁→低过→屏过→高过→汽轮机），同时要求控制低过、屏过、高温过热器壁温在安全运行指标内，各段汽温调节控制反应迅速才能满足要求，所以汽温控制大多采用分段多级（2～3级）喷水控制，这样保证调温灵活，又能保护高温过热器。

其中一级、二级喷水减温进行蒸气温度控制的粗调，末级喷水减温作为主蒸汽温度控制的细调，将过热汽温控制在额定温度送至汽轮机。

1.2影响因素汽包炉、四角切圆锅炉，按照传热形式（对流、辐射、热传递）不同，可分为对流式过热器（尾部烟道低温过热器）、辐射式过热器（屏式过热器）以及半辐射半对流过热器（高温过热器），可以看出各级加热段的吸热方式不同，分析引起过热蒸汽温度变化的主要因素有三各方面;①“内因”蒸汽侧的主蒸汽流量、给水温度、减温水温度和流量等;②“外因”烟气侧的烟气量（送风量、燃料量）;③控制方式有燃烧器摆角、烟气挡板等。

其中最主要的有三个：主蒸汽流量、烟气量、减温水流量。

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。

汽包锅炉蒸汽温度自动调节系统一、蒸汽温度自动调节系统锅炉蒸汽温度自动调节包括过热蒸汽温度和再热蒸汽温度调节。

调节的任务是维持锅炉过热器及再热器的出口汽温在规定的允许范围之内。

1、过热汽温调节任务和特点过热汽温是锅炉运行质量的重要指标之一。

过热汽温过高或过低都会显著地影响电厂的安全性和经济性。

过热汽温过高，可能会造成过热器、蒸汽管道和汽机的高压部分金属损坏，因为超温会引起汽轮机金属内部过大的热应力，会缩短使用寿命，还可能导致叶片根部的松动；过热汽温过低，会引起机组热耗上升，并使汽机轴向推力增大而可能造成推力轴承过载。

过热汽温过低还会引起汽轮机尾部叶片处蒸汽湿度增加，从而降低汽轮机的内效率，并加剧对尾部叶片的水蚀。

所以，在锅炉运行中，必须保持过热汽温长期稳定在规定值附近（一般范围为额定值541±5℃）。

过热汽温调节对象的静态特性是指过热汽温随锅炉负荷变化的静态关系。

过热器的传热形式、结构、布置都将直接影响过热器的静态特性。

对流式过热器和辐射式过热器的过热汽温静态特性完全相反。

对于对流式过热器，当负荷增加时，通过其烟气的温度和流速都增加，因而使过热汽温升高。

而对于辐射式过热器，由于负荷增加时炉膛温度升高不多，而炉膛烟温升高所增加的辐射热量小于蒸汽负荷增大所需要的吸热量。

我们的过热器系统采取了对流式、辐射式和屏式（半辐射式）交替串联布置的结构，这有利于减小过热器出口汽温的偏差，并改善了过热汽温调节对象的静态特性。

引起过热蒸汽温度变化的原因很多，如蒸汽流量变化、燃烧工况变化、进入过热器的蒸汽温度变化、流过过热器的烟气温度和流速变化等。

归结起来，过热汽温调节对象的扰动主要来自三个方面：蒸汽流量变化（机组负荷变化），加热烟气的热量变化和减温水流量变化（过热器入口汽温变化）。

过热汽温调节对象的动态特性是指引起过热汽温变化的扰动与过热汽温之间的动态关系。

在各种扰动下的过热汽温调节对象动态特性的特点是有迟延和惯性，典型的过热汽温阶跃反应曲线如下图所示。

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 选题的背景及意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.3 本次设计的目的 (3)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 (6)2.2过热器的分类及其基本结构 (8)2.2.1 过热器的分类 (8)2.2.2 过热器的基本结构 (11)2.3 过热蒸汽温度控制系统的基本结构和工作原理 (12)2.3.1 过热器一级减温控制系统 (12)2.3.2 过热器二级减温控制系统 (13)2.4 过热蒸汽温度控制对象的动静态特性 (15)2.4.1 静态特性 (15)2.4.2 动态特性 (15)3 过热汽温控制系统的基本方案 (19)3.1 串级汽温控制系统 (19)3.2 串级控制系统的基本结构和原理 (19)3.3 串级汽温控制系统的设计 (21)3.4 串级汽温控制系统的整定 (22)4 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 (27)4.3 执行器的选型 (28)4.4 阀门定位器的选型 (29)5 主蒸汽温度控制系统的仿真和改进 (31)5.1 串级PID系统仿真 (31)5.2 基于Smith预估计补偿器的串级汽温控制系统 (34)5.3 基于改进型Smith预估器的串级汽温控制系统 (38)结论 (42)致谢 (43)参考文献 (44)附录 (45)附录A (45)1 绪论1.1 选题的背景及意义过热汽温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。