两种主汽温控制系统的设计及性能比较

摘要300MW单元机组过热汽温控制通常采用分段控制系统，由二段相对独立的串级控制构成，串级控制系统对改善控制过程品质极为有效。

过热汽温的控制系统对于电厂的安全经济运行都非常重要，整个系统是维持过热器出口蒸汽温度保持在允许的范围内，并且保护过热器是管壁温度不超过允许的工作温度。

在电厂整个控制系统中，影响过热汽温的因素很多，主要有蒸汽流量扰动、烟汽流量扰动、减温水量扰动三方面。

而喷水减温对过热器的安全运行比较有利是目前广泛采用的方法。

在串级控制系统中副调节器所在的内回路能快速消除减温水量的自发性扰动和其他进入内回路的各种扰动，而主调节器所在的外回路保持过热汽温等于给定植。

并且系统实现了自动跟踪和无扰切换，保证机组安全经济的运行。

对于过热蒸汽的采集实现了二冗余，提高了系统的可靠性。

整个过热汽温控制系统是用N—90实现的，且系统切换和逻辑报警线路全面，具有较高的可靠性。

关键词：电力系统，过热汽温，串级控制I目录摘要 (I)1 引言............................................................... - 1 -2 DCS控制系统简介..................................................... - 2 -2.1分散控制系统的产生....................................................................................................................... - 2 -2.2分散控制系统结构........................................................................................................................... - 3 -2.2.1网络通信子系统................................................................................................................... - 3 -2.2.2过程控制子系统................................................................................................................... - 3 -2.2.3人机接口子系统（HMI） ..................................................................................................... - 4 -2.3分散控制系统(DCS)的特点............................................................................................................. - 5 -3 过热汽温控制系统概述................................................. - 7 -3.1过热蒸汽温度控制的意义和任务................................................................................................... - 7 -3.2被控对象动态特性分析................................................................................................................... - 7 -3.2.1锅炉负荷扰动下过热汽温的阶跃响应曲线 ....................................................................... - 8 -3.2.2烟汽热量扰动下过热汽温的阶跃响应曲线 ....................................................................... - 8 -3.2.3减温水量扰动下过热汽温的阶跃响应曲线 ....................................................................... - 9 -3.2.4减温水量扰动与负荷扰动或烟汽量扰动的比较 ............................................................... - 9 -3.2.5改善减温水量扰动下动态特性的方法 ............................................................................. - 10 -3.3常规过热汽温传统控制策略......................................................................................................... - 10 -3.4串级汽温调节系统.......................................................................................................................... - 10 -3.4.1过热汽温串级调节系统的组成................................................................................................. - 10 -3.4.2串级系统的结构和工作原理 ............................................................................................. - 11 -3.4.3主汽温串级控制系统原理................................................................................................. - 12 -3.4.4串级汽温调节系统的分析................................................................................................. - 12 -4 过热汽温的整定...................................................... - 14 -4.1串级控制系统方框图..................................................................................................................... - 14 -4.2过热汽温的参数整定..................................................................................................................... - 15 -5 SAMA图分析......................................................... - 17 -5.1控制系统ＳＡＭＡ图绘制............................................................................................................. - 17 -5.2控制系统ＳＡＭＡ图分析............................................................................................................. - 18 -结论................................................................. - 20 -参考文献............................................................... - 21 -II1 引言火力发电厂在我国电力工业中占有主要地位，是我国重点能源工业之一。

主蒸汽温度控制系统设计中面临的难点
在主蒸汽温度控制系统设计中，可能会面临以下一些难点：
1. 快速响应：主蒸汽温度的变化可能是非常快速的，系统需要具备足够的响应速度以及能够快速调整系统参数的能力。

2. 温度波动的抑制：由于工艺操作或其他因素，主蒸汽温度可能会产生周期性的波动，设计一个有效的控制算法来抑制这种波动是一个挑战。

3. 多变因素的影响：主蒸汽温度受到多种因素的影响，如燃料质量、锅炉负荷、蒸汽流量等，将这些因素考虑在内，并建立数学模型进行控制是一个复杂的问题。

4. 鲁棒性与稳定性：主蒸汽温度控制系统需要具备良好的鲁棒性，能够适应不同工况和参数变化，并能够在各种故障和干扰下保持系统的稳定性。

5. 成本和可行性：设计一个高效且可靠的主蒸汽温度控制系统需要考虑成本和可行性，包括硬件设备、控制算法、人力资源等方面的因素。

一、问题描述设已知主汽温对象W 0(s)=W 01(s)W 02(s)=42)8.151(45.2)141(589.1s s +⋅+，燃烧扰动通道为：2)125(1)(+=s s W d 。

1）试用频域法，参考手工计算法，借助rltool 工具设计控制器，并通过仿真实验验证和优化（自行指定性能指标）；2）试与PID 控制器相比较，讨论两者的优缺点。

二、理论方法分析频域特性分析方法是经典控制理论中常用的分析方法，尤其当系统的性能指标以稳态误差、相位裕量和增益裕量等频域指标表示时，此法更方便。

频域分析法是通过研究系统对正弦输入信号下的稳态和动态响应特性来分析系统的。

控制系统设计过程中可以采用频域分析的图解法，方便直观，计算量不大。

应用频域法设计控制器最经典的示例是串联校正型控制器。

串联校正型控制器的特性按照其频域特性上的相位超前或滞后的性质可分为三类：相位超前、相位滞后和相位滞后超前。

Matlab 专为控制系统的根轨迹设计和频域设计的工具软件rltool ，设计者可以通过简单的运算和方便的鼠标拖拽，实现所需控制系统的设计, 大大提高了试凑时的工作效率。

在伯德图上把控制器的幅频和相频曲线分别加在原系统的幅频和相频曲线上就能清楚地显示控制器的作用，同时也能方便地根据性能指标确定所需要的控制器。

增益裕量和相位裕量作为设计控制系统的频域性能指标。

增益裕量和相位裕量的数值不宜过大或过小。

较好的经验值范围是)(6,60~30dB K GM PM b g b ≥=︒︒==γ三、实验设计与实现1）确定稳态误差ssr e 、相位裕量γ和增益裕量GM 等频域指标先建立PID 的simulink 模型并进行参数整定，如图5-1所示：图5-1其波形图为：图5-2自定义稳态误差ssr e =0.01，由图5-2中可得到75.01=-=-=AB A B A ϕ,所以21225.0ξξπ--== A B ，解得阻尼比22.0=ξ，然后通过相位裕量和时域指标的关系o 2.242412tan 241=-+=-ξξξγ，取PM=50，由ssr e =pK +11得99=p K ，所以43.2589.3==P c K K ；2）用rltool进行调整，获得最佳幅频曲线先将零极点模型转化成多项式模型，在matlab中输入以下内容：[z]=[];p=[-1/14 -1/14 -1/15.8 -1/15.8 -1/15.8 -1/15.8];k=0.0000003187; num=k*poly(z);den=poly(p);printsys(num,den)回车之后得到如下所示的结果：num/den =3.187e-007-----------------------------------------------------------------s^6 + 0.39602 s^5 + 0.065303 s^4 + 0.0057393 s^3 + 0.00028355 s^2+ 7.4664e-006 s + 8.1868e-008在matlab中输入以下内容：num=[3.187e-007];den=[1 0.39602 0.065303 0.0057393 0.00028355 7.4664e-006 8.1868e-008];wg=tf(num,den);rltool(wg)进入rltool后查看Bode图，得到如下结果：图5-3增添零极点，最终得到符合条件的GM和PM值，Bode图如下：图5-4此时的阶跃响应如下所示：图5-53）与PID进行比较根据第一步得到的PID参数和第二步中得到的频域设计的参数，在simulink 平台建立模型如下：图5-6进行仿真后，双击示波器scope可以在同一窗口查看两个波形图，便于比较分析。

贝利公司300MW机组给水、主汽温、再热汽温控制系统摘要本文将分三部分对贝利公司300MW机组给水，主汽温，再热汽温进行详细的设计。

主要包括它们的工作原理，动态特性，工作流程，SAMA图的分析等。

正常运行的生产设备必须保证产品满足一定的数量和质量的要求，同时也要保证生产设备的安全性和经济性。

因此，要求生产设备在规定的工况下运行。

但是生产过程在进行的时候总是处在许多的因素影响下，如果不加以操作和控制就不能保证生产过程的正常进行。

生产过程是否政策进行，通常是用一些物理量来表征的，如：汽压，汽温，水位等。

给水自动控制系统的任务是使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量，维持汽包水位在规定的范围内，本文给水自动控制系统采用的是给水全程自动调节系统。

在低负荷时采用单冲量控制，在高负荷时采用串级三冲量控制。

过热蒸汽温度自动控制的任务是维持过热器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。

过热蒸汽温度是锅炉运行质量的重要指标之一。

机组在运行时，再热汽温是变化和波动的，那么当再热汽温发生波动偏离额定值后，就会影响机组运行的经济性和安全性。

针对这种情况，在全面介绍再热汽温调节控制方式方法的同时，本文着重对控制锅炉再热汽温的方法进行分析研究，分析它对锅炉及机组热效率的影响及其原因。

以上就是本文将要涉及的主要内容，具体设计就要看以下的文章介绍了。

我们相信火力电厂只要把本文所涉及的几个主要系统达到国际上的先进水平，那么我们国家的技术水平就很领先了。

关键词：自动控制给水主汽温再热汽温I沈阳工程学院毕业设计（论文）AbstractIn this text will divide three parts water supply to the shell benefit company 300 MW machine set, main vapor, again hot vapor carry on a detailed design.Mainly include their work principle, the dynamic state characteristic, workflow, analytical etc. of the SAMA diagram.The production equipments of the normal movement has to be promise the product satisfies the certain quantity and the request of the quality, also wanting to promise the safety and the economy of the production equipments.Therefore request to produce an equipments to circulate under the work condition for rule.But the production line always is placed in at the time of carry on under much factor influence, if don't take in to operate and can't promise with control production line normally carry on.Production line whether the policy carry on, usually using some physical quantity token, such as:The vapor press, the vapor, water level etc.The mission that the water supply controls system automatically is the amount of evaporation of the amount of water applied orientation boiler that makes boiler, the maintenance vaporWrap water level in the provision of the scope, this text water supply's controling the system adoption automatically is the water supply whole distanceses to regulate to fasten automatically 统.At low carry adopt the single blunt quantity control, at high burden adopt string class three blunt quantity control.The mission that leads hot steam temperature to control automatically maintained the hot machine export steam temperature in allow the scope, and protected a hot machine, making the work temperature that the tube wall temperature doesn't exceed to allow.Lead the hot steam temperature is one of the important index signs that the boiler circulates quality.The machine set while circulate, again hot vapor is a variety and motion of, be so again hot vapor occurrence the motion deviate a sum settle value after, will influence the machine set the economy and the safety for circulate.Aim at this kind of circumstance, at overall introduction again hot vapor regulate the control method method of in the meantime, this text emphasize to control boiler again the method of hot vapor carry on analysis research, analyzing the influence of it upon the boiler and the machine set hot efficiency and its reason.Be the main contents that this text will involve above, the concrete design will see a following article introduce.We believe the thermodynamic power power station as long as attain the advanced level of the international top to a few main systems that this text involve, so the technique level of our nation led very much.Key Words:automatic control feedwater main steam temp reheat steam tempII贝利公司300MW机组给水、主汽温、再热汽温控制系统目录摘要 (I)Abstract ......................................................................................................................................... I I 目录............................................................................................................................................. I II 引言. (1)第1章锅炉给水控制系统 (3)1、1系统介绍 (3)1.1.1 小负荷给水控制原理 (3)1.1.2 大小负荷给水切换原理 (4)1.2 给水全程控制系统存在的问题 (4)1.3 铁岭电厂实际给水系统图（图纸编号：FW—1~FW—9）的分析： (4)1.3.1 汽包水位测量（图纸编号FW—1） (5)1.3.2 给水流量测量（图纸编号FW—2） (5)1.3.3 蒸汽流量信号测量（图纸编号FW—3） (6)1.3.4 给水控制过程分析（图纸编号FW—4、FW—5） (6)第2章主汽温控制系统 (8)2.1 过热汽温控制系统方案 (9)2.1.1 系统的设计 (9)2.1.2 系统原理分析 (10)2.2 系统特点 (11)2.3 铁岭电厂实际系统图（图纸编号ST—1,ST—2，ST—3）的分析： (11)第3章再热汽温控制系统 (13)3.1 再热汽温的作用及典型特点 (13)3.2 再热汽温的典型调节手段 (14)3.3 问题描述 (14)3.3.1 再热器分布及设计特性 (14)3.3.2 再热汽温设计的自动调节手段 (15)3.3.3 再热汽温调节存在问题 (16)3.4 相关问题及建议 (16)3.4.1 漏风问题 (17)3.4.2 执行机构问题 (17)3.5 铁岭电厂实际系统图（图纸编号RT—1，RT—2，RT—3）分析 (17)结论 (19)致谢 (20)参考文献 (21)附录 (22)III贝利公司300MW机组给水、主汽温、再热汽温控制系统引言1、设计锅炉给水、主汽温，再热汽温等控制系统炉的意义汽包锅炉给水控制系统是火力发电厂单元机组主要的控制系统一，通过对汽包锅炉给水全程控制系统的分析，提出了系统分析时应注意的几个关键问题，这几个关键问题对汽包锅炉给水全程控制系统的分析、设计和调试均具有很大价值。

引言在生产和科学技术的发展过程中，自动控制起着主要的作用，目前已广泛应用于工农业生产及其他建设方面。

生产过程自动化是保持生产稳定、降低成本、改善劳动成本、促进文明生产、保证生产安全和提高劳动生产率的重要手段，是20世纪科学与技术进步的特征，是工业现代化的标志之一。

可以说，自动化水平是衡量一个国家的生产技术和科学水平先进与否的一项重要标志。

电力工业中电厂热工生产过程自动化技术相对于其他民用工业部门有较长的历史和较高的自动化水平，电厂热工自动化水平的高低是衡量电厂生产技术的先进与否和企业现代化的重要标志。

设计所讨论的汽温控制系统包括锅炉主蒸汽温度控制系统。

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，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上限不高于其额定值5℃。

如果过热蒸汽温度偏低，则会降低电厂的工作效率，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几个方面：（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。

（2）汽温对象具有大延迟、大惯性的特点，尤其随着机组容量和参数的增加，蒸汽的过热受热面的比例加大，使其延迟和惯性更大，从而进一步加大了汽温控制的难度。

（3）汽温对象在各种扰动作用下（如负荷、工况变化等）反映出非线性、时变等特性，使其控制的难度加大。

第一章汽温控制系统的作用、特点和调节规律本章将以300MW的单元机组锅炉为例，通过研究其高温、亚临界压力、中间再热、自然循环、单炉膛前后对冲燃烧、燃煤粉汽包炉，且汽轮机为单轴、三缸、两排汽、再热、凝汽冲动式，说明过热器与再热器在锅炉中的位置及布置情况，从而全面掌握研究对象的生产过程，并熟悉其动态特性及分析影响汽温变化的各种因素。

引言火电厂锅炉汽温控制系统具有大迟延、大惯性的特点，且影响汽温变化的扰动因素很多，如蒸汽负荷、烟气温度和流速、火焰中心位置、减温水量、给水温度等等，这些扰动会极大影响机组的平安、经济运行。

本设计的工作意义是：大型火电厂锅炉过热汽温对电厂平安经济运行有着重要影响, 过热蒸汽温度是锅炉汽水系统中温度最高点，如果蒸汽温度过高就会使过热器和汽轮机高压缸承受过高的热应力而损坏，威胁机组的平安运行。

如果过热蒸汽温度偏低，那么蒸汽含水量增加，会降低电厂的工作效率，甚至会使汽轮机带水，从而缩短汽轮机叶片的使用寿命。

所以控制好过热器出口温度非常重要。

通常要求它的温度保持在额定值5范围内。

常规的蒸汽温度控制方案大致可分为两种: 一种是串级控制, 另一种是导前微分控制。

目前该领域的控制方法有：过热汽温FPID(模糊PID)控制系统, 基于控制历史的过热汽温模糊串级控制系统，过热汽温鲁棒PID控制系统，但以上方法都只是理论研究，应用于实际生产之中的控制方式以传统方法为主。

继续提高主汽温、再热汽温的控制品质，仍具有较高的理论与实用价值。

本文以过热汽温串级控制系统的思路对被控对象进行研究与分析，针对被控对象的大延迟，不确定等特点，选择串级控制系统能够获得较好的抗干扰性能和动态特性。

第一章单元机组燃烧系统本课题研究对象为200MW单元机组过热汽温串级控制系统，锅炉为高温、亚临界压力、中间再热、自然循环、单炉膛前后对冲燃烧、燃煤粉汽包炉，下面将先介绍锅炉的燃烧系统。

1.1 燃烧室(炉膛)炉膛断面尺寸为深12500mm、宽13260mm的矩形炉膛其深宽比为。

这样近似正方形的矩形截面为四角布置切圆燃烧方式创造了良好的条件。

从而使燃烧室四周的水冷壁吸热比拟均匀，热偏差较小。

燃烧室上部布置四大片分隔屏过热器，便于消除燃烧室上方出口烟气流的剩余旋转，减少进入水平烟道的烟气温度偏差。

汽包，壁厚145mm，筒身长20500mm，汽包横向布置在锅炉前上方，汽包内径为1743筒身两端各与半球形封头相接，筒身与封头均用BHW-35钢材制成。