1、.鍋爐蒸汽溫度的調節方法1發電廠單元機組蒸汽溫度控制系統設計2主蒸汽溫度低的幾種主要原因及處理方法16主蒸汽溫度調節方案20鍋爐蒸汽溫度的調節方法維持穩定的汽溫是保證機組安全和經濟運行所必需的。汽溫過高會使金屬許用應力下降，將影響機組的安全運行；汽溫降低則會影響機組的循環熱效率。因此，汽溫調節是鍋爐的一項重要任務。下面從三個方面進行論述。運行中影響汽溫的因素影響汽溫的運行因素是多種多樣的，這些因素常常還可能同時發生影響。下面分別論述各個因素對汽溫的影響。鍋爐負荷 過熱器一般具有對流汽溫特性，即鍋爐負荷升高（或下降）汽溫也隨之上升（或降低）。過量空氣系數 過量空氣增大時，燃燒生成的煙氣量增多，煙

2、氣流速增大，對流傳熱加強，導致過熱汽溫升高。給水溫度 給水溫度升高，產生一定蒸汽量所需的燃料量減少，燃燒產物的容積也隨之減少，同時爐膛出口煙溫降低。在電廠運行中，高壓加熱器的投停會使給水溫度有很大變化，因而會使過熱汽溫發生顯著變化。受熱面的污染情況 爐膛受熱面的結渣或積灰，會使爐內輻射傳熱量減少，過熱器區域的煙氣溫度提高，因而使過熱氣溫上升。反之，過熱器本身的結渣或積灰將導致汽溫下降。飽和蒸汽用汽量 當鍋爐采用飽和蒸汽作為吹灰等用途時，用汽量增多將使過熱汽溫上升。鍋爐的排污量對汽溫也有影響，但因排污水的焓值低，故影響不大。燃燒器的運行方式 擺動燃燒器噴嘴向上傾斜，會因火焰中心提高而使過熱汽溫升

3、高。但是，對流受熱面距爐膛越遠，噴嘴傾角對其吸熱量和出口溫度的影響就越小。二、汽溫在規定范圍外的波動對鍋爐的危害性汽溫偏離額定數值過大時，會影響鍋爐和汽輪機運行的安全性和經濟性。汽溫過高對設備的安全有很大的威脅：1）汽溫過高會加快金屬材料的蠕變速度，還會使過熱器、蒸汽管道、汽輪機高壓部件等產生額外的熱應力，因而會縮短設備的使用壽命；2）嚴重超溫時，會造成過熱器管子金屬過熱而爆管。汽溫過低會影響用汽設備的安全運行和經濟性，原因是：1）汽溫過低會使汽輪機最末級的蒸汽濕度增加，加劇對葉片的腐蝕，甚至會發生水沖擊而威脅汽輪機的安全。2）汽溫過低會使汽輪機軸向推力增加，容易出現推力軸瓦燒毀事故。3）汽溫

4、過低由于汽輪機部件冷卻不均勻，會造成汽輪機的磨損或振動，嚴重時甚至被迫停機。4）當壓力不變而汽溫降低時，蒸汽的焓必然減少，因而蒸汽的做功能力減小，這樣會增加汽輪機或其他用汽設備的汽耗而影響設備運行的經濟性。由此可見，汽溫是鍋爐運行中必須監視和控制的主要參數之一。現代鍋爐對汽溫的控制非常嚴格，汽溫允許波動范圍一般不得超過額定值±5。對于不同的鋼材的過熱器，其運行控制溫度是有一定限度的。例如，20號鋼管壁溫最高不超過450，考慮到過熱器運行中會產生熱偏差，因此運行中常控制20號鋼管過熱器汽溫不超過425。三、蒸汽溫度的調節方法汽溫變化是由蒸汽側和煙氣側兩方面的因素引起的，因此對汽溫的調節

5、也就可以從這兩方面來進行。蒸汽側調節汽溫：采用減溫器，使給水或蒸汽凝結水通入減溫器，直接或間接地冷卻蒸汽。減溫器有表面式和混合式（噴水式）兩種，可采用自動調節。無論是表面式或混合式減溫器，調節操作都可以根據汽溫的變化來適當變更相應的減溫水調節閥的開度以改變進入減溫器的減溫水量，即可達到調節過熱汽溫的目的。當汽溫高時，開大調節閥增加減溫水量，當汽溫低時，關小調節閥減少減溫水量，或者根據需要將減溫器解列。在投運和使用減溫器時，應避免減溫水的猛加猛減，以防減溫器損壞或者造成汽溫過大波動。在現代大中型鍋爐上采用過熱蒸汽溫度自動調節系統就是借助與改變通過減溫器的減溫水量來實現的。高壓以上的鍋爐機組對汽溫

6、調節要求很嚴格，故常常設置有級（段）噴水減溫。第一級一般布置在屏式過熱器之前，第二級則布置在高溫對流過熱器的進口或中間。因此，在進行汽溫調節時，第一級是作為粗調節，其噴水量的多少，應以保持屏式過熱器的管壁溫度不超過允許數值為原則；第二級作為細調節，用以比較準確地控制過熱器出口主蒸汽溫度，使其符合規定值。煙氣側調節汽溫：通過改變流經過熱器煙氣的溫度和流速以改變過熱器煙氣側的傳熱條件改變過熱器受熱面的吸熱量。例如：改變火焰中心位置來改變過熱器入口溫度。1）改變噴燃器的傾角。適合于采用擺動式噴燃器的煤粉爐，將噴燃器向下傾斜某一角度，可使火焰中心位置下移，降低爐膛出口煙氣溫度，從而使汽溫降低。相反可以

7、使汽溫升高。2）改變噴燃器的運行方式。對于沿爐膛高度布置有多排噴燃器的鍋爐，可以將不同高度的噴燃器組投入或停止運行，即通過上下排噴燃器的切換來改變火焰中心的位置。當汽溫高時，應盡量先投下排噴燃器加大下排噴燃器的燃料量，汽溫低時，可切換成上排噴燃器運行或減少下排噴燃器的燃料量。3）改變配風工況。在總風量不變的情況下，改變各燃燒器風量分配比例可改變火焰長度和爐膛熱態空氣動力場，以達到改變火焰中心位置的目的。這要根據燃燒設備的具體特性來進行調整。調節過熱蒸汽溫度的方法很多，各有其優缺點，在應用時，應根據具體情況予以選擇。一般情況下常利用煙氣側調溫作為粗調，而蒸汽側調溫作為細調。總之，在進行汽溫調節時

8、，操作應平穩均勻，例如對于減溫調節閥的操作不可大開大關，以免引起急劇的汽溫波動而危害設備的安全。影響汽溫變化的因素很多，因此調節汽溫時應全面綜合考慮，不能只滿足于平均汽溫不超限，還應在燃燒調節上力求做到不使火焰偏斜，避免水冷壁結焦，注意煙道兩側煙溫偏差，以加強對過熱器管壁溫度的監視，預防局部管壁因為超溫而爆管。發電廠單元機組蒸汽溫度控制系統設計1.1課程設計的背景隨著電力工業的快速發展，高參數、大容量的火力發電機組在電網中所占的比例越來越大。大容量機組的汽輪發電機和鍋爐都是采用單元制運行方式。什么叫單元制？單元制就是由一臺汽輪發電機組和一臺鍋爐所組成的相對獨立的系統。單元制運行方式與以往的母管

9、制運行方式相比，機組的熱力系統得到了簡化，且使蒸汽經過中間再熱處理成為可能，從而提高了機組的熱效率。高參數、大容量的發電機組也給生產帶來了一定的危險性。所以如何保護單元機組的安全、可靠且經濟運行，減少事故，提高設備的可靠性和運行的經濟性，是十分重要的問題。1.2火力發電廠自動控制需求發電機組是由鍋爐、汽輪發電機和輔助設備組成的龐大的設備群，是典型的過程控制對象。火電廠生產過程實質上是一個能源轉換的過程，火電廠的產品電能現階段尚不能大量儲存，因而其發、送、用電的過程是同時完成的，這就對電力生產的連續性和負荷適應性要求極為嚴格，必須通過有效的控制手段予以保證。目前，機組以從早期的手動控制發展到現在

10、的自動控制，從就地控制發展到現在的爐、機、電集中控制。過去，運行人員通過手動操作執行機構和人工記錄報表，如今，現代化大型機組普遍采用計算機控制、大屏幕顯示和高分辨率的CRT監視操作，從而將復雜的機組運行參數集中處理，并以圖表、文字形式實時顯示，供運行人員操作指導。由此可見，大機組自動控制不僅可減輕運行人員的勞動強度，而且可減少運行人員，節省勞動力。1.3火力發電廠的單元機組蒸汽溫度控制現狀鍋爐控制現場環境惡劣，采用傳統的基于模擬技術的控制器、儀器儀表或單片機，不僅結構比較復雜，效率比較低，并且可靠性也不高。大型單元機組都采用再熱式機組，鍋爐蒸汽溫度控制直接影響到全廠熱效率及設備的安全運行。因此

11、，汽溫控制系統式鍋爐的重要控制系統之一。鍋爐蒸汽溫度控制包括過熱蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度的溫度過高或過低都會顯著地影響電廠的安全性和經濟性。在過熱蒸汽溫度控制系統中采用主要有串級控制系統和采用導前汽溫微分信號的雙回路汽溫控制系統。再熱汽溫的控制一般以煙氣控制方式為主，可采用的煙氣控制方法有：控制煙氣擋板的位置，采用煙氣再循環，也可通過改變擺動燃燒器的傾角來控制再熱汽溫。在本次課程設計中，我們將闡述上述控制方式的特點。火力發電廠的單元機組的生產過程火力發電廠的單元機組的主要組成和工作流程如下圖2-1：圖2-11汽輪機高壓缸；2汽輪機中、低壓缸；3汽包；4爐膛；5煙道；6發電機；7冷凝器；8補充水；

12、9凝結水泵；10循環水泵；11低壓加熱器；12除氧器；13給水泵；14高壓加熱器；15給水調節機構；16省煤器；17過熱器；18過熱器噴水減溫器；19汽機高壓調汽門；20再熱器；21再熱器噴水減溫器；22汽機中壓調汽門；23煤粉倉；24燃料量控制機構；25噴燃器；26送風機；27空氣預熱器；28調風門；29水冷壁管；30引風機；31煙道擋板。單元機組主要包括三大系統：燃燒系統、汽水系統、電氣系統。2.1燃燒系統燃燒系統的任務一方面是將燃料B由燃料控制機構24經 噴燃器25送入爐膛燃燒，另一方式將助燃的空氣V由送風機26經空氣預熱器27預熱后再經調風門28按一定比例送入爐膛。空氣和燃料在爐膛內燃

13、燒，產生大量熱量傳給蒸發受熱面（水冷壁）29中的水。燃燒后的高溫煙氣經型煙道，不斷將熱量傳給過熱器17、再熱器20、省煤器16和空氣預熱器27，每經過一個設備煙氣溫度便會降低一次，最后低溫煙氣由引風機30吸出，經煙囪排入大氣中。2.2汽水系統在汽水系統中，鍋爐的給水W由給水泵13打出，先經過高溫加熱器14，再經過省煤器16吸收一部分煙氣的余熱后進入汽包3。汽包中的水在水冷壁中進行自然或強制循環，不斷地吸收爐膛輻射熱量，由此產生的飽和蒸汽由汽包頂部流出，再經過多級（34級）過熱器17進一步加熱成過熱蒸汽D。這個具有一定壓力和溫度的過熱蒸汽就是鍋爐的產品。蒸汽的高溫和高壓是為了提高單元機組的熱效率

14、。2.3電氣系統汽輪機高壓缸1接受從鍋爐供給的過熱蒸汽，其轉子被蒸汽推動，帶動發電機轉動而產生電能Pe(MW)。從高壓缸汽輪機1做功后的蒸汽，其壓力、溫度都降低了。為了提高熱效率，需要把這部分蒸汽送回鍋爐，在再熱器20中再次加熱，然后再進入汽輪機中、低壓缸2做功，最后成為乏汽從汽輪機低壓缸尾部排入冷凝器7冷凝為凝結水。凝結水和補充水8一起經凝結水泵9先打入低壓加熱器11，然后進入除氧器12，除氧后進入給水泵，從而形成汽水系統的循環。高壓加熱器14和低壓加熱器11是利用汽輪機的中間抽汽來加熱給水和凝結水，以提高電廠的熱效率的設備。火力發電廠的單元機組的協調控制系統 3.1單元機組協調控制系統及其

15、組成目前火力發電廠普遍采用分散控制系統以實現協調控制。協調控制系統，是單元機組自動控制系統的總稱，是將單元機組的鍋爐和汽輪機作為一個整體來進行控制的系統。協調控制級上的協調控制器要對下一級中的若干個控制器進行協調。協調的過程是一個多目標決策的過程，也是一個全局優化的過程。單元機組協調控制系統的設計充分利用了機爐對象特性方面的特點，采用了前饋、補償、多變量解耦等控制策略，使控制系統具有合理、可靠、易于維護調整等優點。建立在現代控制理論和方法基礎上的單元機組協調控制系統也處于研究和發展之中。為了單元機組安全、經濟地運行，必須將生產過程中的主要工藝參數（如主蒸汽壓力、溫度、再熱蒸汽溫度、鍋爐汽包水位

16、、爐膛氣壓、過剩空氣函數、汽輪機轉速等）嚴格地控制在規定的范圍內，為此，我們需要設置相當數量的、最基本的控制系統，它們是：汽輪機的功率轉速控制系統、鍋爐的燃燒過程控制系統、汽包水位控制系統、蒸汽溫度控制系統等。汽輪機、鍋爐爐兩大部分既有動態特性差異大的一面，又是一個發電整體。因此，我們需要在汽輪機和鍋爐的多個基本的控制系統之上，設置一個上位控制系統。利用這個控制系統，實施汽輪機與鍋爐在響應負荷要求時的協調動作與配合，這樣單元機組的自動控制系統從總體上看，構成了一個由上層的協調控制級（負荷控制系統）和下層各基礎控制級兩部分組成的分級型控制系統如下圖圖3-1單元機組協調控制系統的組成框架從單元機組

17、協調控制系統的組成框架可知，協調控制級由負荷管理控制中心和機爐主控制器兩部分組成，作用為上位控制作用，也就是單元機組的負荷控制系統；下邊的鍋爐、汽輪機的各子控制系統則作為基礎控制級，起著最基本、也是最直接的控制作用。3.2單元機組負荷控制系統（協調控制級）單元機組自動控制的首要任務是機組負荷的自動控制，使機組的出力適應電網的需要。從電網來說，要求機組的出力能快速地適應外界負荷的需要；從機組本身來說，其出力由鍋爐和汽機兩者共同決定的。困難之處在于兩者的特性有很大差別，表現在適應負荷變化的能力有很大差異。蒸汽進入汽輪機到發電機送出電能是非常迅速的過程，與鍋爐相比，汽輪發電機是一個慣性小、反應快的控

18、制對象；而鍋爐從給水到生成過熱蒸汽則是一個很慢的過程，也是一個慣性大、反應慢、復雜的多變量的對象。負荷控制的任務是就在于如何控制鍋爐和汽輪機各自的出力，使之相互適應，以滿足機組負荷的需要。相互適應的標志就是主蒸汽壓力pT的穩定程度。因此，機組負荷控制系統有兩個被調量：機組實發功率Pe和主蒸汽壓力pT。相應的控制量為氣機調汽門的開度T和鍋爐的燃料量B。3.2.1負荷控制的原則及負荷控制方式當電網負荷變動時，從汽輪機側看，只要改變調汽門，就能迅速改變蒸汽量，立即適應負荷的需要。但鍋爐則不然，當負荷變化時，即使馬上調整燃料量B和給水量W，由于鍋爐固有的慣性及延遲，不可能立即改變提供給汽輪機的蒸汽量D

19、。因此，如果汽輪機調汽門開度已改變，流入汽機的蒸汽量相應地發生變化，此時就只能利用主汽壓力的改變來彌補或儲蓄這個蒸汽量供需差額。在這個過程中，主汽壓力一定會產生較大的波動。也就是說，提高機組負荷的適應能力和保持汽壓穩定這兩者之間存在著一定的矛盾。為了提高機組的響應性能，可在保證安全運行（即主蒸汽壓力在允許范圍內變化）的前提下，充分利用鍋爐的蓄熱能力，也就是在負荷變動時，通過汽輪機進汽調節閥的適當動作，允許氣壓有一定波動。即釋放或吸收部分蓄能，加快機組初期負荷的響應速度；與此同時，根據外部負荷的請求指令，加強對鍋爐側燃燒率（及相應的給水流量）的控制，及時恢復蓄能，使鍋爐蒸發量與機組負荷保持一致。

20、這就是負荷控制的基本原則，也是機、爐協調控制的基本原則。在設計負荷控制系統時，應根據機組在電網負荷變化中所承擔的任務而采用適當的控制方式。下面為三種可供選擇的控制方式：（1）鍋爐跟蹤方式、（2）汽機跟蹤方式、（3）機、爐跟蹤方式（1）鍋爐跟蹤方式下圖所示為鍋爐跟蹤方式的原理圖，這種控制方式是汽輪機調負荷（即調節輸出電功率）鍋爐調主汽壓。基本點：汽輪機為基礎，鍋爐跟隨的負荷控制方式，簡稱爐跟機方式。汽輪機接受負荷指令，負責調節功率，具有較好的負荷響應能力；爐負責調節汽壓，維持汽壓的穩定，由于鍋爐動態響應慢，動態過程中汽壓波動大；因機爐間的相互影響，燃料擾動（如增加）時壓力、功率都有變動（上升），

21、而為保持原有功率，汽輪機調節汽門要動作（關小），更使壓力有所波動（增加）。 圖3-2爐跟機的工作過程當負荷指令改變時，汽機主控制器發出指令，改變汽機的調氣門開度T，使發電機輸出功率Pe迅速與功率調節器的設定值P0一致，以滿足電網負荷的要求。與此同時，由于調汽門開度改變，主汽壓力也隨之改變，鍋爐主控制器根據汽壓偏差發出指令，改變燃燒率及相應的給水流量，使汽壓pT恢復到pT0，從而跟蹤汽機的負荷變化。這種控制方式是先讓汽機適應外界負荷的需要，再讓鍋爐跟隨汽機的需要，因此稱為“爐跟機”控制方式。它實質上就是常規的機、爐分別控制方式。這種方式的優點是：充分利用了鍋爐蓄熱量，使機組能較快地跟蹤外界負荷的

22、變化。但由于鍋爐的慣性和延遲，主汽壓pT會有較大的波動。這種大幅度波動對鍋爐安全、穩定地運行是不利的，這就要對機組出力變化的幅度和速度加以限制。在單元機組中，當鍋爐設備運行正常，機組輸出功率因汽輪機設備上的原因而受到限制時，可采用鍋爐跟蹤方式，此時，由汽輪機根據其帶負荷能力控制機組負荷，由鍋爐保持氣壓。 圖3-3 “爐跟機”控制方式（2）汽機跟蹤方式基本點：鍋爐為基礎，汽輪機跟隨的負荷控制方式，簡稱機跟爐方式。圖3-4機跟爐的工作過程機跟爐方式：爐接受負荷指令，負責調節功率，負荷響應能力差，不僅不能利用鍋爐蓄能，負荷增加時，還要先向鍋爐附加蓄能，要先提高汽包壓力；因機爐間的相互影響，燃料擾動時

23、，機組功率波動也大，如燃料增加時，功率、汽壓都上升，要保持原有汽壓，汽輪機調節汽門開大，會使功率更為增加，對燃煤機組來說這個缺點比較突出。單純的汽輪機跟蹤運行方式對電網干擾較大，不利于電網周波的穩定；但因汽輪機調壓的動態響應比鍋爐調壓快，不論負荷變化或燃料擾動，汽壓波動都小，有利于機組本身運行參數的穩定。 圖3-3“機跟爐”控制方式在這種控制方式中，由于主汽壓pT是用調汽門來保持的，所以主汽壓可以非常穩定，這對鍋爐安全運行是有利的，但是，這種方式沒有調用鍋爐的蓄熱量，因而機組對出力設定值改變的響應很緩慢。根據這種控制方式的特點，它只是用于承擔基本負荷的單元機組。（3）機、爐協調方式這種控制方式

24、是建立在協調鍋爐和汽機適應外界負荷變化能力基礎上的中綜合型協調控制方式。它既克服了“爐跟機”方式中因調用鍋爐蓄熱量過大而引起主汽壓波動太大的問題，又解決了“機跟爐”方式中根本不動用鍋爐蓄熱量以致不能較快地響應負荷變化的矛盾。實際上，這種方式是把上述兩種方法結合起來，取長補短。下圖為“機、爐協調控制”方式的示意圖。 圖3-4 機、爐協調控制方式當負荷指令P0改變時，機、爐主控制器同時對汽輪機側和鍋爐側發出負荷控制指令，改變汽輪機進汽調節閥開度和燃燒率（及相應的給水流量等）。一方面利用蓄能暫時應付負荷請求，快速響應負荷；另一方面改變進入鍋爐的能量，以保持機組輸入能量與輸出能量的平衡。當主蒸汽壓力產

25、生偏差時，機、爐主控制器對鍋爐側和汽輪機側同時進行操作。一方面加強鍋爐燃燒率的控制作用，補償蓄能的變化；另一方面又通過前饋適當限制汽輪機進汽調節閥的開度，控制蒸汽流量，維持主蒸汽壓力穩定，以保證機、爐之間的能量平衡。控制過程結束后，穩態下機、爐控制器共同保證實際發電率Pe和負荷指令P0一致，機前壓力pT恢復到設定值pT0。由此可見，綜合性協調控制方式能較好地保持機組內外兩個能量供求的平衡關系。這種方式的本質是，通過有節制地調用鍋爐的蓄熱量，既保證了機組有較好的負荷適應能力，又具有良好的汽壓控制性能，它是一種較為合理的和完善的協調控制方式，但系統結構比較復雜。這種控制方式一般適用于帶有變動負荷的

26、單元機組。由于這種控制方式具有機、爐兼顧，互相協調的特點，在大型單元機組中得到普遍的應用。應當指出，目前在大型單元機組中，一般同時具有上述三種控制方式，可根據機組運行的需要，經過邏輯開關切換到其中任一種控制方式。并可通過自動/手動開關切換到全手動方式，不論哪種控制方式，最終都是向機組輸出汽機調速器位置指令和鍋爐燃料量指令，然后通過機、爐各自的控制回路改變汽機調汽門和燃料量來進行的。 3.3負荷控制系統（協調級）的組成及作用負荷控制系統（協調控制級）由負荷管理中心（LMCC）和機爐主控制器組成，如單元機組協調控制系統的組成框架圖所示。3.3.1負荷控制系統控制中心（LMCC）主要作用負荷管理控制

27、中心（LMCC）的主要作用是：對機組的各負荷請求指令（電網中心調度所負荷自動調度指令ADS或運行操作人員設定的負荷指令）進行選擇和處理，并與電網頻率偏差信號f一起形成機組主、輔設備負荷能力和安全運行所能接受的、具有一次調頻能力的機組負荷指令P0，作為機組實發功率的設定信號送入機、爐主控制器。LMCC除對外部負荷指令進行選擇外，還根據機組主、輔設備運行狀況，設定最大（或最小）負荷限值；根據機組當前變負荷能力，對正常及非正常情況下負荷指令的變化速率進行限制。當機組設備或控制系統出現異常時，LMMC可對負荷指令進行修改，使機組負荷降至適當的水平。3.3.2機、爐主控制器的作用機、爐主控制器的主要作用

28、是：接受LMCC輸出的負荷指令P0、機組實際發電功率Pe、主蒸汽壓力給定值pT0及實際主蒸汽壓力pT等信號；根據機組當前運行條件及要求，選擇合適的負荷控制方式，并實現不同控制方式間的切換；根據機組功率負荷偏差P=P0-PE和機前主蒸汽壓力偏差p=pT0-pT，按照選定的基本控制方式（爐跟隨或機跟隨）進行前饋反饋控制運算。分別產生鍋爐負荷指令（鍋爐主控指令）NB和汽輪機負荷指令（汽輪機主控指令）NT，NB和NT作為機、爐協調動作的指揮信號，分別送至鍋爐和汽輪機有關子控制系統。機、爐主控制器又稱機、爐主控制回路，由汽輪機主控制器與鍋爐主控制器兩部分組成，是機、爐協調控制思想的具體體現。大多數負荷控

29、制的基本方案是一個以前饋反饋控制為主的多變量協調控制方案。其中，反饋控制是負荷控制的基礎，通過它確保機組內外兩個能量供求平衡關系以及實現多種負荷控制方式的選擇切換。前饋控制主要是為了補償機組的動態延遲，加快負荷響應，同時也為了保證有關運行參數的穩定值與指令一致，是動態變化值始終在其穩態值附近。引入前饋控制運算，使機、爐之間的能量失衡或剛要失衡時及時按照機、爐雙方特性采取前饋控制，以產生一種能量失衡在較小范圍內的控制作用。這一功能是協調控制的核心。機組的協調控制功能是在基本的鍋爐跟隨（或汽機跟隨）控制方式的兩個相對獨立的反饋回路基礎上，引進適當的前饋控制方式予以實現的。單獨的“鍋爐跟隨”或“汽機

30、跟隨”控制都存在著能量失衡嚴重的現象，因為它們僅僅依賴于主蒸汽壓力pT來維持機組或機組內部能量平衡，而pT的恢復又具有較大慣性。引入前饋補償信號可使機爐兩個相對獨立的反饋回路彼此聯系，協調動作。一般情況下，負荷控制系統中還包含非線性的控制元件，其作用大多為保證充分利用蓄熱能力，并使汽壓不超出允許范圍。根據不同的前饋通道，設計可分為按負荷指令P0間接平衡和按能量信號p1/pT直接平衡的兩種不同類型的協調控制系統，前者以負荷指令P0為前饋信號，后者以汽輪機第一級后壓力p1與主蒸汽壓力pT之比值p1/pT為前饋信號，直接平衡機、爐的能量關系。采用能量信號直接平衡的協調控制系統，在快速適應負荷要求以克

31、服系統內部擾動方面優于按負荷指令間接平衡的協調控制，是目前諸多協調控制方案中較好的一種。下圖為這種協調控制方案原理圖。在實際應用中的動態因機組和采用的分散控制系統而異。 圖3-5按能量信號直接平衡的協調控制系統原理圖火力發電廠的單元機組蒸汽溫度控制系統大型單元機組都采用再熱式機組，鍋爐蒸汽溫度控制直接影響到全廠的熱效率及設備的安全運行。因此汽溫控制系統是鍋爐的重要控制系統之一。鍋爐蒸汽溫度控制包括過熱蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度控制。我們在這里主要設計過熱蒸汽溫度控制系統。4.1過熱蒸汽溫度控制系統過熱汽溫控制的任務是維持過熱器出口主蒸汽溫度在允許的范圍內，并對過熱器進行保護，使管壁金屬溫度不超過允

32、許的工作溫度。過熱蒸汽溫度是鍋爐汽水系統中的溫度最高點，蒸汽溫度過高會使過熱器管壁金屬強度下降，以至燒壞過熱器的高溫段，嚴重影響安全。過熱蒸汽溫度偏低，則會降低發電機組能量轉換效率，據分析，汽溫每降低5，熱經濟性將下降1%；且汽溫偏低會使汽輪機尾部蒸汽濕度增大，甚至使之帶水，嚴重影響汽輪機的安全運行。因此，必須將過熱汽溫嚴格控制在設定值（+5-5）范圍內。4.1.1過熱汽溫的主要影響因素(1)燃料、給水比（煤水比）只要燃料、給水比的值不變，過熱汽溫就不變。只要保持適當的煤水比，在任何負荷和工況下，直流鍋爐都能維持一定的過熱汽溫。(2)給水溫度正常情況下，給水溫度一般不會有大的變動；但當高壓加熱

33、器因故障出系時，給水溫度就會降低。對于直流鍋爐，若燃料不變，由于給水溫度降低，加熱段加長、過熱段縮短，過熱汽溫會隨之降低，負荷也會降低。 (3)過剩空氣系數 過剩空氣系數的變化直接影響鍋爐的排煙損失，同時影響對流受熱面與輻射受熱面的吸熱比例。當過剩空氣系數增大時，除排煙損失增加、鍋爐效率降低外，爐膛水冷壁吸熱減少，造成過熱器進口溫度降低、屏式過熱器出口溫度降低；雖然對流過熱器吸熱量有所增加，但在煤水比不變的情況下，末級過熱器出口汽溫有所下降。過剩空氣系數減小時，結果與增加時相反。若要保持過熱汽溫不變，則需重新調整煤水比。 (4)火焰中心高度火焰中心高度變化的影響與過剩空氣系數變化的影響相似。在

34、煤水比不變的情況下，火焰中心上移類似于過剩空氣系數增加，過熱汽溫略有下降；反之，過熱汽溫略有上升。若要保持過熱汽溫不變，亦需重新調整煤水比(5)受熱面結渣煤水比不變的調節下：爐膛水冷壁結渣時，過熱汽溫有所降低；過熱器結渣或積灰時，過熱汽溫下降明顯。前者發生時，調整煤水比就可；后者發生時，不可隨便調整煤水比，必須在保證水冷壁溫度不超限的前提下調整煤水比。 4.1.2過熱蒸汽溫度對象的動態特性過熱汽溫控制對象的動態特性是指引起過熱汽溫變化的擾動與汽溫之間的動態關系。引起過熱汽溫變化的因素有很多，歸納起來主要為蒸汽流量（負荷）D、加熱煙氣量V和減溫水流量G的變化。 a b c圖4-1過熱氣溫控制對象

35、的動態特性 (a)鍋爐負荷擾動下 （b）煙氣量擾動下 （c）減溫水擾動下汽溫對象在不同的擾動作用下，其動態特性參數值（對象延遲時間，對象時間常數TC，對象自平衡系數）可能有很大差別。因此為了能在調節機構動作后能及時的對汽溫變化產生影響，要求在調節機構動作后，汽溫對象的動態特性具有較小的和/TC,因此正確選擇調節汽溫的手段是很重要的。在3個擾動中，減溫水擾動最大，煙氣擾動次之，蒸汽流量擾動最小。其中蒸汽流量是主蒸汽流量，為機組負荷，不能作為控制手段，而煙氣流量實現又比較困難，且會與再熱汽溫互相影響，所以一般采用噴水減溫作為控制手段。對于維持汽溫來說，汽溫對象在控制作用下動態特性的延遲和時間常數T

36、C仍比較大，如果根據氣溫偏差來改變減溫水量通常不能有效控制汽溫偏差，所以設計汽溫控制系統時，應該充分考慮影響汽溫的各種因素及其影響，以便設計出合理且可行的具有良好控制品質的過熱汽溫控制系統。因此應該加入一些能夠比過熱汽溫提前反映擾動的補償信號，使擾動發生后，過熱汽溫還沒有發生明顯變化時就進行調節，及早消除擾動對溫度的影響以便有效地控制溫度的變化。4.1.3過熱汽溫控制系統典型方案對象在噴水量Wj的擾動下，過熱器出口汽溫s有較大的容積延遲，但減溫器出口蒸汽溫度d則有明顯的導前作用，若以d為副參數、s為主參數組成如圖4-2所示的串級控制系統，可使控制質量得到改善。該系統中副回路及副控制器的任務是快

37、速消除作用與內回路的干擾影響，主回路及主控制器則保證過熱器出口汽溫恒定。 圖4-2 汽溫串級控制系統目前大多數機組過熱器都分段布置采用兩級噴水減溫控制方式，、級汽溫控制系統是各自獨立的串級系統，如圖4-3所示。圖4-3 過熱蒸汽溫度控制系統如僅從過熱器出口主蒸汽溫度的控制效果來考慮，則級汽溫控制系統相當于粗調，級汽溫控制系統相當于細調；級汽溫控制的任務是消除來自燃燒工況變化等擾動的影響，穩態時維持屏式過熱器出口汽溫s1為設定值，該設定值隨負荷而改變。同時，級噴水減溫還具有防止屏式過熱器超溫，確保機組安全運行的作用；級汽溫控制的任務則是保證過熱器出口主蒸汽溫度等于設定值。為了改善控制質量，在系統

38、設計上還考慮了機組負荷等作為前饋信號。4.1.4過熱溫度控制系統模型對一個系統進行控制，多采用比例、積分、微分（PID）進行控制的調節。在進行調節的過程中，針對控制對象來進行參數調節。過熱蒸汽溫度的控制影響因素主要為蒸汽流量（負荷）D、加熱煙氣量V和減溫水流量G的變化。所以系統是一個典型的多模型串級PID控制系統。系統模型如下圖所示：圖4-4主汽溫蒸汽溫度的多模型串級PID控制模型控制系統結構框圖如圖4-4所示。K P、K I、K p1、T p1、K p2、T p2為系統內回路的固定參數, 便于快速消除系統內擾。系統外回路部分采用多模型PID 控制,用于對系統最終輸出進行調節。虛線框內為局部模

39、型，局部模型的加權和為全局模型。4.1.5MATLB仿真 查閱資料，以某鍋爐為例，內回路PID 控制器取比例積分形式，其參數固定為:K p= 1. 1，K I= 0. 04。外回路控制器PID1 為如下實際PID 形式:當負荷率為62%時，導前區的函數為4. 35/ ( 19s+ 1)2，惰性區的函數為1. 83/ ( 28. 2s+ 1) 4，Kc=0.34，TI=60，TD=28， TF=12。進行SIMULINK仿真如下：圖4-5 MATLAB下的SIMULINK 仿真給系統加一個階躍信號，數值540。在系統平衡之后，分別加入如圖4-5的兩次干擾，在采樣1000單位時間處加入導前區的內干

40、擾，在采樣1500單位時間處，引入一個外干擾，系統響應如下圖4-6：圖4-6系統響應仿真由圖4-6知，控制系統具有良好的快速性和穩定性，在受到外界干擾的影響下，能夠迅速作出反應，并能夠達到之前的穩定狀態。此系統可在不同負荷率下，均能達到理想的穩定狀態。4.2再熱汽溫控制系統4.2.1再熱汽溫控制系統的任務對于大容量、高參數機組，為了提高機組的循環熱效率，防止汽輪機末級帶水，需采用中間再熱系統，新蒸汽經過高壓缸做功后，被加熱后的再熱蒸汽推動中低壓缸做功。理論上，只有當附加的再熱循環熱效率高于附加前郎肯循環熱效率時，具有再熱系統的循環熱效率才會提高。因而保證汽輪機末級蒸汽干度是使用再熱器的根本原因

41、。再熱蒸汽溫度控制系統的任務是將再熱蒸汽溫度控制在某個定值上。此外在低負荷時或者機組甩負荷時，以至汽輪機跳閘時，保護再熱器不超溫，以保證機組安全運行。4.2.2再熱汽溫的控制手段及控制系統再熱汽溫控制一般以煙氣控制方式為主。可采用煙氣控制方法有：控制煙氣擋板的位置，采用煙氣再循環，也可以通過改變擺動燃燒器的傾角來控制再熱汽溫。上述各種再熱汽溫控制方法各有優缺點，但就可靠性、滯后時間、對其他參數的影響、運行經濟性等技術指標而言，改變煙氣擋板位置和調整燃燒器傾角的方法優于其他方法。圖4-7煙氣擋板再熱汽溫控制系統的原理圖作為煙氣擋板控制或調整燃燒器傾角控制的輔助控制手段，是微量噴水或事故噴水減溫方

42、法。當用煙氣擋板或者調整燃燒器傾角不能將再熱汽溫控制住，在再熱汽溫高過一定值時，則通過噴水快速降低再熱汽溫。由于采用減溫水控制再熱汽溫會降低機組的循環熱效率，因此不宜作為再熱汽溫的主要控制手段。煙氣擋板再熱汽溫控制系統的工作原理：再熱汽溫作為主信號(被調量)，左側通過加法器，調節器去調節煙氣擋板，右側去調節噴水。正常時主要靠煙氣擋板來調節再熱汽溫，兩個函數發生器用以修正擋板的非線性，反相器是用以使兩個擋板反向動作(即一開一關)。煙氣擋板再熱汽溫控制系統，系統的原理如圖4-7所示，正常情況下，再熱汽溫的定值是主蒸汽流量的函數，考慮到低負荷時，擋板難以將再熱汽溫維持在較高溫度（例如540），因而保

43、證一定的過熱度的情況下，可適當降低再熱汽溫的設定值。設定值也可由運行人員手動設定（如圖中A1）。再熱汽溫測量值與設定值之偏差，由PID調節器2運算，輸出控制信號去控制再熱器擋板和過熱器擋板的開度，PID調節器5最終消除再熱蒸汽溫度與設定值的偏差。五、蒸汽溫控系統的儀器儀表的選型5.1溫度測量、變送器的選擇在蒸汽控制任務中，溫度的測量十分重要。溫度傳感器有熱電偶和熱電阻兩種。基于我們要測的溫度范圍在500以上，而熱電偶溫度傳感器的測溫范圍在2001300,特殊情況下可達到2702800，耐高溫，精度高，結構簡單，更換方便，壓簧式感溫元件，抗震性能好，可以將熱能轉換為電能，用所產生的熱電勢測量溫度

44、，所以我們選擇熱電偶傳感器。而標準化的熱電偶傳感器有S型、K型、E型、J型等，通過對比我們采用K型熱電偶。K型熱電偶具有以下特點：K型熱電偶具有線性度好，熱電勢較大，靈敏度較高，穩定性和復現性均好；K型熱電偶能用于氧化性和惰性氣氛中；K型熱電偶也是目前用量最大的廉金屬熱電偶，其用量為其它熱電偶之和，充分證明了其可靠性；K型熱電偶的使用溫度2001300，正好符合我們的要求。對于溫度變送器，我們可選電動和氣動方式的，我們選擇更為方便的電動型的溫度變送器。在工業中常用的控制儀表有電動型、型。兩種類型的儀表功能是基本上相同的，但兩者的控制信號不同：電動型的典型控制信號為010mADC，電動型的典型控

45、制信號時420mADC，靈敏度來說型儀器更好一點。與型儀表相比，型儀表操作、維護更為方便、簡捷，同時型儀表還有較完善的跟蹤、保持電路，使得手動切換更為方便，隨時都可以進行轉換，而且保證無干擾。通過對比，我們選擇電動型儀表。5.2噴水閥的選擇噴水調節閥的選擇，根據減溫水的壓力、流量，選擇合適口徑的調節閥5.3執行電動機的選擇根據火力發電廠的實際工作環境，考慮到負荷的大小（功率的性能需求），選擇適當的電動機。總結通過本次課程設計，我們對于火力發電廠的生產流程，有了一定的了解。對于蒸汽溫度控制系統的設計，我們學到了更多的過程控制的知識。在整個發電廠蒸汽溫度控制系統的設計中，我們通過查閱相關資料，獲得

46、了更多自己以前未接觸到的知識，比如多模型串級控制。火力發電廠，在我們工業生產和日常生活中仍然占據著很重要的地位。所以火力發電廠的自動控制系統的研究，對于我國的現階段的經濟發展仍然具有相當重要的地位。在本次課程設計中，也得到陳剛老師的幫助，對于我們的一些問題，給予了解答。另外，我們也在課程設計中，發現了自己的不足，對于一些基本知識點，和控制方案的解決，仍欠缺相當多的知識。今后，我們會更加努力的學習，完善自己的知識。主蒸汽溫度低的幾種主要原因及處理方法近期#6、7爐在正常運行或者加減負荷的過程中經常發生主汽溫度過低的異常情況，溫度波動幅值最大達6070，且時間短，溫降快，已經嚴重的威脅到機組的安全

47、運行。經分析，總結了幾種影響溫度大幅度變化的原因及處理方法供大家參考：一、 煤質的突然變化這種情況是近段時間引起溫度過低的最主要的原因。由于一臺或者多臺給煤機煤質突然變差，水煤比在短時間內大幅度下降，燃燒減弱，汽溫、汽壓均會下降，協調將會不斷增加燃料主控指令和給水指令維持機組負荷，引起水煤比暫時性失調，如果運行給煤機裕量不足，那么水煤比將嚴重失調，導致主汽溫快速下降，威脅機組安全。在這種情況下：1、 如果各運行磨煤量全部頂到最大，在有備用磨煤機的情況下應立即啟動備用磨；磨煤機最大出力不要機械理解，它會隨著磨煤機的使用時間而降低，大家要根據壓差，排煤等狀況感受其狀態。在主汽溫不斷降低時不要過多的

48、將磨煤機出力頂到頭，寧可限制負荷。2、 如沒有備用磨煤機，且負荷沒有變化的情況下應立即適當提高一次風壓，（#6爐可以提高到9.5以上）降低運行磨煤機的煤量，每臺磨煤機煤量不得超過50T/H，且注意磨碗的上下差壓不得超過3.5；3、 在主汽溫沒有下降之前如屏溫已下降較快，則應立即關小一、二級減溫水調門，不要等到主汽溫開始下降再去調整減溫水調門；同時提高過度熱，在溫度下降較快時提升幅度可稍微大點。4、 適當增加鍋爐總風量，關小燃盡風，保證二次風箱風壓。5、 有時候有這種情況發生：當煤質突然發生變化，燃燒上表現得不是很明顯，但大屏溫度會突降，基本上會從正常的510左右直接降到460左右，如果發生這種

49、情況而機組正在加負荷的話應立即停止，及時進行過熱度和減溫水的調整，防止溫度大幅度下降。6、 在溫度下降且在調整的過程中，如果主汽溫下降速度很快，且調整手段無法扼制，可以考慮解除鍋爐主控自動和汽機主控自動，維持給水自動，手動關汽機調門提升主汽壓，注意汽機調門最低不得低于83%，維持負荷在400MW以上，同時調整鍋爐主控保證各運行磨煤量在48T左右，待主汽溫和過熱度回升后重新投入CCS；這一方式可以當作事故情況下最后的調整手段，但必須要注意的就是提升壓力的速度不得過快，且時刻注意當壓力提升后過熱度的變化，防止因壓力的升高而導致突然轉濕；防止因壓力提升過快而給水流量跟不上。二、 虛假煤量 虛假煤量的

50、發生大致可以分為三種情況：1、 給煤機發生故障：主要表現為給煤機皮帶打滑，這臺給煤機上的煤量已記入總煤量但實際上并沒有進入爐膛，如時間稍長會導致汽溫、汽壓急驟下降，主要處理手段是及時發現，立即停止該給煤機的運行，并根據實際煤量增減負荷。2、 兩臺以及以上給煤機頻繁交叉斷煤：在出現兩臺及以上給煤機頻繁交叉斷煤的時候，處理的總原則就是保證進入爐膛的燃料和負荷相對應。解列燃料自動為手動，將頻繁斷煤的給煤機頻率置于低位以減少給煤機斷煤帶給給水流量的影響，同時估算總給煤量能帶的負荷相應進行負荷的調整，不要將另外幾臺沒有斷煤的給煤機全部給到50T以上，維持正常磨煤機的一次風壓（適當增加一次風壓，防止一次風

51、從斷煤磨煤機短路而導致正常運行磨的一次風壓偏低）。如發生煤質差，F層火檢閃爍，應及時拉等離子助燃和投入點火油檢助燃。3、 啟動磨煤機前倒風和給煤機斷煤進行清理后磨煤機里有較大存煤的情況：在這種情況下，啟動磨煤機后應立即啟動給煤機，并加大給煤量，利用燃料自動減少另外正常運行磨的煤量，以平衡啟動磨帶給給水流量的影響，這種情況發生一般會導致汽溫偏高。三、 AGC頻繁加減負荷和煤質波動的疊加機組AGC投入，經常會出現負荷在550MW600MW之間波動的情況，如果煤質差，加上我廠一次風壓自動跟蹤不是很好，就會出現壓力呈正弦曲線波動的現象，壓力的波動直接導致汽溫的波動。特別是在這種情況下如果煤質也跟著波動，煤質差的時候AGC加負荷、煤質好的AGC減負荷，也就是AGC加減負荷和煤質波動相疊加，將會對汽溫造成不可控制的升高和降低，最低的時候出現過汽溫降到510的情況，且持續時間長；還一種情況就是溫度隨著壓力呈正弦曲線變化，長時間高溫和低溫或者長時間的溫度交變對鍋爐受熱面金屬將造成巨大的損壞。處理方法：機長申請值長后將鍋爐主控解為手動控制，適當增減燃料量，將負荷和壓力穩定住，這一過程時間不會很長，待手動調整壓力曲線呈穩定趨勢后再投入自動運行。在這種調節過程中值得注意的是選擇好鍋爐主控解自動為手動的時機，以免造成機組負荷大幅度的波動。一般的選擇應