锅炉汽温调节系统

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。

．当机组负荷扰动时，蒸汽流量的变化使沿整个过热器管路长度上各点的蒸汽流速几乎同时改变，从而改变过热器的对流放热系数，使过热器各点的蒸汽温度也几乎同时改变。

所以，在机组负荷扰动下，过热汽温的迟延和惯性比较小。

当烟气热量扰动（烟气温度和流速发生变化）时，由于烟气流速和温度的变化也是沿整个过热器同时改变的，与蒸汽流量变化对传热影响的情况类似，所以过热汽温的反应也是较快的。

当减温水流量扰动时，改变了高温过热器的入口汽温，从而影响了过热器出口汽温。

由于过热器管路很长，因此汽温的反应是较慢的。

由此，在不同扰动作用下，过热汽温动态特）有较大的差别，例、K性参数的数值（τ、Tc远大于如：减温水扰动时汽温反应的迟延时间t 烟气侧扰动时的迟延时间。

使调正确选择调节过热汽温的手段，因此，（即调节机构动作节机构动作后能及时影响汽温应尽可能小）是τ时，汽温动态特性的迟延时间调节对象在调节作用下的迟但目前广泛采用喷水减温作为调节过热汽温的手段，很重要的。

太大，如果只根据汽温偏差来改变喷水量往往不能满足生产上的要和时间常数Tct延时间以便好地控制汽温的因此，在设计自动调节系统时应该设法减小调节对象的惯性迟延，求。

变化。

、过热汽温调节基本方案2从过热汽温调节对象的阶跃试验曲线可以看出：若从动态特性的角度考虑，改变烟气侧喷水减温对过热的调节手段是比较理想的，但具体实现比较困难。

参数（烟温或烟气流速）采用喷水所以尽管对象的调节特性不够理想，但还是被广泛采用。

器的安全运行比较有利，需由于对象调节通道有较大的迟延和惯性以及运行中要求有较小的汽温控制偏差，减温时，要从对象的调节通道中找到一个比被调量反应快的中间点信号作为调节器的补充反馈信号，一般考虑采用串级调节系统因此，以改善对象调节通道的动态特性，提高调节系统的质量。

方案。

．过热器减温器θ1 过热器θ2γγ蒸汽2θθ1减温执行器 P水 PID Wj其中：γγθ1—减温器后汽温；—温度变送器斜率；2θ1，θθ2—过热器出口汽温简图过热汽温串级调节系统汽温调节对象由减温器和过热器组成，减温水流量Wj为对象调节通道的输入信号，过热器出口汽温θ2为输出信号。

减温器出口处汽温θ1作为辅助调节信号（导前汽温信号）。

当调节机构动作（喷水量变化）后，导前汽温信号θ1的反应显然要比被调量信号θ2早得多。

这样，对象调节通道的动态特性Go（s）可以看成为由两部分构成：①以减温水流量作为输入信号，减温器出口温度θ1作为输出信号的通道，这部分调节通道称为导前区；②以减温器出口汽温θ1为输入信号，过热器出口汽温θ2为输出信号的通道，这部分调节通道称为惰性区。

可以知道，引入θ1负反馈而构成的副回路起到了稳定θ1（或Wj）的作用，从而使过热汽温保持基本不变，因此可以认为负副反馈回路起着粗调过热汽温θ2的作用。

而只要θ2不等于设定值，主调节器就会不断地改变其输出信号，并通过副调节器去不断地改变减温水流量Wj，直到θ2恢复到等于设定值为止。

如果减温水流量Wj发生自发性波动（可能是减温水压力或蒸汽压力改变）而引起变化时，由于副回路的存在，而且导前区的惯性又很小，副调节器能够及时动作，快速消除减温水流量的自发性波动，从而使过热汽温基本保持不变。

如果扰动发生在副回路以外，引起过热汽温偏离给定值时，串级汽温调节系统首先由主调节器改变其输出校正信号，通过副调节回路去改变减温水流量，使过热汽温恢复正常。

可见，在串级汽温调节系统中，副回路的任对过热汽温起粗调作务是尽快消除减温水流量的自发性扰动和其他进入副回路的各种扰动，用。

副调节器一般采用比例或微分调节器，主调节器的任务是保持过热汽温等于给定值，采用PI或PID调节器。

3、过热汽温自动调节系统（1/2U应用）宝钢电厂的1/2U锅炉过热蒸汽系统分为A、B两路。

主蒸汽温度的控制采用通常的喷水减温方法。

一般，即使是大容量锅炉，设置两级减温器也足能满足对汽温的控制要求了。

由于当初设计时考虑到宝钢电厂经常处于冲击负荷下运行，为了确保在冲击负荷下的汽温波动也不会过大，故在锅炉的设计上增加第三级喷水减温器。

第三级喷水减温器在正常运行条件下，其喷水调节门是全关的，只在主汽温偏差超过许可（±8℃）的情况下才参与汽温的控制。

所以第三级喷水减温调节系统纯粹是作为后备辅助之用的（或事故喷水减温用）。

针对汽温调节对象的上述特点，目前使用的汽温调节有两种方案（参见下图）。

这两个方案以过热器出口温度θ2作为主调节参数外，都引入了导前信号θ。

对于减温水量的扰1动，汽温θ肯定比θ2提前反映，而对于烟气侧或蒸汽负荷的扰动不起提前作用，但是它1能够比θ2提前反映调节效果，因此还是改善了闭环系统的动态特性，调节质量总是比不加这个导前信号时要好一些。

减温器过热器θθ21/A αPPID∑PI 减温器 (b)串级调节系统 (a)有导前汽温微分信号的系统过热汽温自动调节系统原理图图锅炉过热器温度控制对象是一个容积延迟很大的大惯性对象，故采用了分为三级的分而第一级减温控在正常情况下，段控制方法。

主蒸汽温度主要由第二级减温控制回路保证；制回路主要用来消除落在低温前屏过热器区段内的扰动，稳定住第二级减温器的入口温度，故可以看作是主汽温控制的粗调。

1）二级喷水减温控制回路（参见MCS-1图SH168、176）二级喷水减温调节回路是主蒸汽温度控制的主回路。

它的原理与常规的带导前微分信号汽温控制系统相似。

主蒸汽温度经转换后，与设定值比较后加到PID调节器上，输出作为调节主信号。

由于主汽温对象的延迟较大，为改善系统的性能，引进了减温器出口温度的微分信号作为先行反馈信号。

同时，考虑到主蒸汽流量（机组负荷）及BFG混烧比的变化是引起汽温变化的主要外部扰动，所以把主蒸汽流量与BFG混烧比信号也作为先行信号引入控制信号中去，对喷水减温调节门实现先行控制，以其减小因机组负荷，燃料变化引起的汽温偏差。

调节器的输出与先行信号，导前微分信号的综合代表了不同负荷下所要求的喷水减温调节门开度指令，去控制二级喷水量，最终控制主蒸汽温度。

下面对几个信号作一些说明：（1）设定值信号的形成锅炉正常运行中，主蒸汽温度的设定值为额定值（541℃），由运行人员在设定器上给出。

锅炉在低负荷工况运行时，主蒸汽温度不能达到额定值。

所以在低负荷时应该相应地降低汽温设定值。

按锅炉设计，规定在小于50%额定负荷时，主蒸汽温度不控制到额定值，且负荷越低，过热汽温越低。

正常负荷时的主蒸汽温度额定值与经函数器f(x)处理后的负荷指令（主蒸汽流量）给出的设定值信号经低选器，输出信号作为主汽温调节器的给定值信号。

同时，为了消除由于相位补偿回路（目前相位补偿已经取消）与PID调节作用的很大的动态增益而使汽温设定值发生阶跃扰动，造成喷水减温调节门大幅度的动作，还考虑了设定值变化速率限制模块，速率3℃/MIN。

（参见MCS-1图SH168））SH170图MCS-1）先行信号（参见2（．在静态时，喷水减温调节门的开度信号是随着机组负荷和BFG混烧比的不同而不同的，所以把机组负荷（主蒸汽流量）和BFG混烧比信号经函数器作为调节主汽温的先行信号（参见下图）。

TFFSF×(x) f ÷――总燃料TFBFG全(x)BFG全烧煤先行信号图先行信号形成回路在BFG混烧比为零的情况下（即100%烧煤），先行信号由f(x)形成；当BFG混烧比2为100%的情况下，把经负荷修正的混烧比信号与经f(x)的负荷信号相加，作为主蒸汽温度2在负荷和BFG 混烧比情况出现变化时的外扰先行信号。

另外，还考虑了总燃料量与蒸汽流量之差的先行信号。

（3）喷水减温调节系统的投入①锅炉起动阶段主汽温调节系统不是全程调节系统。

在锅炉起动直到升温到额定值，一段时间内，采用APS 直接控制二级减温调节门的DDC控制方式。

（冷态时从主蒸汽温度480℃到控制温度到设定值的±4℃为止，再切回到正常的自动方式）当锅炉在起动时，只要控制系统电源正常，APS在正常使用状态，汽温控制系统不在手动方式等条件满足，则按下二级喷水减温控制上的“APS方式”按钮，即能使二级喷水减温调节门置于APS DDC控制之下。

②锅炉正常运行阶段．当锅炉起动到达额定工况后，二级汽温控制系统能在APS指令下，自动转为MCS自动控制方式；或者由运行人员按下自动方式按钮，使系统成为自动方式。

③发生FCB时，调节系统能强制转为自动方式在二级汽温控制系统的逻辑回路中，还考虑了联锁保护动作：当二级减温水调节门A、B的开度都接近于零时（即调节门全关），警报设定器H/L动作，通过联锁接点能自动关闭减温水隔绝门，以防止在锅炉空负荷或低负荷时有减温水漏进减温器中，造成汽温不正常下降。