汽包鍋爐過熱蒸汽溫度自動控制系統(tǒng)

錢敏(安徽化工學校)

一、汽包鍋爐過熱蒸汽熱力系統(tǒng)概述

過熱蒸汽溫度是汽包鍋爐運行中一個重要的監(jiān)控參數(shù)，是鍋爐汽水系統(tǒng)中的溫度最高點。過熱蒸汽溫度過高，會使過熱器管壁金屬強度下降，以致燒壞過熱器；過熱蒸汽溫度偏低，會降低電廠的工作效率。為了更好地理解汽包鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)，本節(jié)以600MW單元機組為例，介紹其鍋爐過熱蒸汽熱力系統(tǒng)。

1.鍋爐過熱蒸汽熱力系統(tǒng)簡介

該系統(tǒng)的過熱器采用輻射一對流組合式，主要包括頂棚過熱器、包覆過熱器、低溫過熱器、屏式過熱器和高溫過熱器。頂棚過熱器和包覆過熱器(水平煙道包墻、尾部垂直煙道包覆、尾部煙道頂棚等)均布置在煙溫較低區(qū)域，吸熱少，傳熱效果較差。低溫過熱器由水平和立式兩部分組成，水平段采用順列布置。屏式過熱器分前后兩排，懸吊在爐膛的前上方。高溫過熱器(末級過熱器)位于水冷壁排管后方的水平煙道內(nèi)，屬于對流式過熱器，順流布置。

該系統(tǒng)采用二級噴水減溫，第一級布置在立式低溫過熱器與分隔屏過熱器之間的連接管道上，第二級布置在后屏過熱器與末級過熱器之問，左右各布置一個。減溫器的減溫水來自鍋爐給水泵的出口管路上，減溫器的設計壓力為20．59MPa。一級減溫器作為粗調(diào)手段；二級減溫器作為細調(diào)手段。過熱器的減溫器采用笛形管結構。

2.過熱蒸汽被控對象的動態(tài)特性

對汽包鍋爐來講，不論是小型鍋爐還是大型鍋爐，其過熱蒸汽溫度被控對象的動態(tài)特性基本上相似，都是有遲延、有慣性、有自平衡能力的。對大型鍋爐，由于過熱器管道比較長，遲延、慣性相對大一些。關于過熱蒸汽溫度被控對象的動態(tài)特性可參考第六章第五節(jié)的相關內(nèi)容，這里不再贅述。

二、汽包鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)

汽包鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)主要有過熱蒸汽溫度串級控制系統(tǒng)、過熱蒸汽溫度導前微分控制系統(tǒng)和過熱蒸汽溫度分段控制系統(tǒng)三種方案。

一、過熱蒸汽溫度導前微分控制系統(tǒng)

過熱蒸汽溫度導前微分控制系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 過熱蒸汽溫度導前微分控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)引入了減溫器出口蒸汽溫度的微分信號，將其作為調(diào)節(jié)器的補充信號，以改善控制質(zhì)量。因為該信號與鍋爐主蒸汽溫度信號的變化趨勢一致，且比鍋爐主蒸汽溫度信號快得多，所以它能迅速反映鍋爐主蒸汽溫度信號的變化趨勢。動態(tài)時，調(diào)節(jié)器將根據(jù)減溫器出口蒸汽溫度的微分信號和鍋爐主蒸汽溫度信號與給定值之間的偏差而動作；靜態(tài)時，減溫器出口蒸汽溫度的微分信號消失，鍋爐主蒸汽溫度等于給定值。

過熱蒸汽溫度導前微分控制系統(tǒng)原理方框圖如圖2所示。

圖2過熱蒸汽溫度導前微分控制系統(tǒng)原理方框圖

圖2 中：GOz(s)為導前區(qū)對象的動態(tài)特性；Go，(s)為惰性區(qū)對象的動態(tài)特性；Gr)(s)為微分器的傳遞函數(shù)；GT(s)為調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)；K：為執(zhí)行器的傳遞系數(shù)；K，為減溫水調(diào)節(jié)閥的傳遞系數(shù)；K。，為主變送器的傳遞系數(shù)；K碰為副變送器的傳遞系數(shù)。從圖13—3可以看出，該系統(tǒng)是由兩個閉合回路I、Ⅱ組成的。閉合回路I稱為主回路，閉合回路Ⅱ稱為副回路(靜態(tài)時，斷開)。該系統(tǒng)的主要特點是：

1.加入導前微分信號縮短了遲延時間，等效地改善了控制對象的動態(tài)特性。

將圖2的控制系統(tǒng)等效變換成單回路控制系統(tǒng)，如圖3所示。

圖3 過熱蒸汽溫度導前微分控制系統(tǒng)等效成單回路控制系統(tǒng)

靜態(tài)時，微分器輸出為零，所以等效對象的輸出01"一亂；動態(tài)時，等效對象的輸出中除主蒸汽溫度臼，外，還疊加了導前汽溫島的微分信號。由于導前汽溫晚的遲延、慣性比主蒸汽溫度島小得多，因而等效對象的輸出鐘的遲延、慣性比主蒸汽溫度凸小得多，因此加入導前微分信號縮短了對象的遲延時間，等效地改善了控制對象的動態(tài)特性。

2.加入導前微分信號的控制系統(tǒng)是串級控制系統(tǒng)的特例。

將圖13—3的控制系統(tǒng)等效變換成串級控制系統(tǒng)，如圖4所示。

圖4 過熱蒸汽溫度導前微分控制系統(tǒng)等效成串級控制系統(tǒng)

從圖4可以看出，微分器傳遞函數(shù)的倒數(shù)1／島(s)相當于串級控制系統(tǒng)主調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)，稱為等效主調(diào)節(jié)器；而調(diào)節(jié)器與微分器的乘積研(s)GD(s)則相當于串級控制系統(tǒng)副調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)，稱為等效副調(diào)節(jié)器，因此加入導前微分信號的控制系統(tǒng)是串級控制系統(tǒng)的特例。

總結

通過這次對汽包鍋爐過熱蒸汽溫度自動控制系統(tǒng)的研究，可以使鍋爐過熱器出口蒸汽溫度在允許的范圍內(nèi)變化，并保證過熱器壁溫度不超過工作允許的溫度，使其能夠正常工作。

[1]方康玲，《過程控制系統(tǒng)》，武漢理工大學出版社，2002.

[2]王驥程，《化工過程控制工程》，化學工業(yè)出版社，1996.

[3]王樹青，《工業(yè)過程控制工程》，化學工業(yè)出版社，1995.

[4]將慰孫，《過程控制工程》（第二版），中國石化出版社，2004.

[5]何衍慶，《工業(yè)生產(chǎn)過程控制》，化學工業(yè)出版社，2004.