河南城建学院本科毕业设计（论文） 汽温控制系统的组成与对象动态特性

图2.4 过热器二级减温控制系统

副回路的被控量为二级减温器出口蒸汽温度，其温度的测量值送入副回路与其

给定值比较，形成二级减温器出口蒸汽温度的偏差信号。副回路给定值是上主回路控制器的输出与前馈信号叠加而形成的。

二级过热器蒸汽温度控制是锅炉出口蒸汽温度的最后一道控制手段，为了保证汽轮机的安全运行，要求尽可能提高锅炉出口蒸汽温度的调节品质。因此，二级减温控制的主回路前馈信号采用了基于焓值计算的较为完善的方案。其前馈信号有主蒸汽温度和压力的给定值的函数，还有主蒸汽流量代表机组负荷以及送风量、燃烧器火嘴摆动倾角等。

除了以上内容外，二级减温控制系统的其他部分以及工作原理与一级减温控制系统完全相同。由于二级过热器蒸汽温度控制是锅炉出口蒸汽温度的最后一道控制手段，为了保证汽轮机的安全运行，要求尽可能提高锅炉出口蒸汽温度的调节品质。因此本次设计主要是对二级减温控制系统的设计，使机组在不同负荷下维持锅炉二级减温器入口和二级减温器出口的蒸汽温度为设定值。

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2.4 过热蒸汽温度控制对象的动静态特性

2.4.1 静态特性

1、锅炉负荷与过热汽温的关系

锅炉负荷增加时，炉膛燃烧的燃料增加，但是，炉膛中的最高的温度没有多大的变化，炉膛辐射放热量相对变化不大，因此炉膛温度增高不大。这就是说负荷增加时每千克燃料的辐射放热百分率减少，而在炉膛后的对流热区中，由于烟温和烟速的提高，每千克燃料的对流放热百分率将增大。因此，对于对流式过热器来说，当锅炉的负荷增加时，会使出口汽温的稳态值升高；辐射式过热器则具有相反的汽温特性，即当锅炉的负荷增加时，会使出口汽温的稳态值降低。如果两种过热器串联配合，可以取得较平坦的汽温特性，但一般在采用这两种过热器串联的锅炉中，过热器出口蒸汽温度在某个负荷范围内，仍随锅炉负荷的增加有所升高。 2、过剩空气系数与过热汽温的静态关系

过剩空气量改变时，燃烧生成的烟气量改变，因而所有对流受热面吸热随之改变，而且对离炉膛出口较远的受热面影响显著。因此，当增大过剩空气量时将使过热汽温上升。

3、给水温度与汽温关系

提高给水的温度，将使过热汽温下降，这是因为产生每千克蒸汽所需的燃料量减少了，流过过热器烟气也就减少了。也可以认为：提高给水温度后，在相同燃料下，锅炉的蒸发量增加了，因此过热汽温将下降。则是否投入高压给水加热器将使给水温度相差很大，这对过热汽温有显著的影响。 4、燃烧器的运行方式与过热汽温的静态关系

在炉膛内投入高度不同的燃烧器或改变燃烧器的摆角会影响炉内温度分布和炉膛出口烟温，因而也会影响过热汽温，火焰中心相对提高时，过热汽温将升高。

2.4.2 动态特性

目前，单元机组厂广泛采用喷水减温方式来控制过热蒸汽温度。影响汽温变化的因素很多，但主要有蒸汽流量、烟气传热量和减温水量等。在各种扰动下，汽温控制对象是有烟池、惯性和自平衡能力的。

1、蒸汽流量扰动下的蒸汽温度对象的动态特性

引起蒸汽流量扰动的原因有两个：一是蒸汽母管的压力变化：二是汽轮机 调节阀的开度变化。结构形式不同的过热器，在相同蒸汽流量的扰动下，汽温 变化的特性是不一样的。当锅炉负荷扰动时，蒸汽流量的变化使沿整个过热器

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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， 使沿整个过热器各点的蒸汽温度几乎同时改变，因而汽温反应较快。 其传递函数可以表示为：

W(S)?

?2(S)D(S)?KD?se1?TDS

K D —锅炉负荷扰动时被控对象的放大系数； 式中：

?一负荷扰动后对象的滞后时间； TD—对象的时间常数。

从阶跃响应曲线可知，其特点是：有延迟、有惯性、有自平衡能力，但其延迟和惯性都比较小，即时间常数TD和滞后时间?都比较小,且?TD较小。动态特性曲线如图2.5（a）所示。

(a)蒸汽量D或烟气传热量Q扰动 （b）减温水WS扰动

图2.5 在扰动下温度的变化曲线

2、烟气侧热量扰动下蒸汽温度对象的动态特性

当燃料量、送风量或煤种等发生变化时，都会引起烟气流速和烟气温度的变化，从而改变了传热情况，导致过热器出口温度的变化。由于烟气传热量的改变是沿着整个过热器长度方向上同时发生的，因此汽温变化的迟延很小，一般在15-25s之间。烟气侧扰动的汽温响应曲线如图2.5（a）所示。它与蒸汽量扰动下的情况类似。烟气热量的扰动也几乎同时影响过热器管道长度方向各处的蒸汽温度，故它是一个具有自平衡能力、滞后和惯性都不大的对象，其传递函数可表示为一个二阶系统，即：

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W(S)??2(S)1?? ?S(S)1?T1S?T2S22式中：

?S(S)为烟气温度

但对象特征总的特点是：有迟延，有惯性，有自平衡能力，其动态特性曲

线如图2.5（a）所示。

3、蒸汽温度在减温水量扰动下的动态特性

当减温水量发生扰动时，虽然减温器出口处汽温已发生变化，但要经过较长的过热器管道才能使出口汽温发生变化，其扰动地点（过热器入口）与测量蒸汽温度的地点（过热器出口）之间有着较大的距离，此时过热器是一个有纯滞后的多容对象。.动态曲线图如图2.5（b）所示。当扰动发生后，要隔较长时间才能是蒸汽温度发生变化，滞后时间比较大，滞后时间约为30-60s。综上所述，可归纳出以下几点： （1）过热器出口蒸汽温度对象不管在哪一种扰动下都有延迟和惯性，有自平衡能力。而且改变任何一个输入参数（扰动），其他的输入参数都可能直接或间接的影响出口蒸汽温度，这使得控制对象的动态过程十分复杂。

（2）在减温水流量扰动下，过热器出口蒸汽温度对象具有较大的传递滞后和容量滞后，缩减减温器与蒸汽温度控制点之间的距离，可以改善其动态特性。

（3）在烟气侧热量和蒸汽流量扰动下，蒸汽温度控制对象的动态特性比较好。 由图可见，在减温水流量扰动下，减温器出口过热汽温?1的响应比过热器出口汽温?2 快得多，可以肯定，在喷水减温过热蒸汽温度调节系统中，以?1作为导前信号构成串级调节系统，可大大改善控制系统的性能。

在减温水流量扰动下，导前汽温的传递函数可表示为：

W02(S)? 式中：

?2(S)K2??(S)(1?T2S)n

2K2—减温水流量扰动下导前汽温的放大系数；

T2—为减温水流量扰动下导前汽温对象的时间常数； n2—阶数；

在减温水流量扰动下，过热汽温的传递函数可表示为：

W0(S)?K0?1(S)??(S)(1?T0S)n

0式中：

K0一减温水流量扰动下过热蒸汽温度的放大系数； T0—为减温水流量扰动下过热蒸汽温度的时间常数；

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