汽包锅炉过热蒸汽温度自动控制系统

钱敏(安徽化工学校)

一、汽包锅炉过热蒸汽热力系统概述

过热蒸汽温度是汽包锅炉运行中一个重要的监控参数，是锅炉汽水系统中的温度最高点。过热蒸汽温度过高，会使过热器管壁金属强度下降，以致烧坏过热器；过热蒸汽温度偏低，会降低电厂的工作效率。为了更好地理解汽包锅炉过热蒸汽温度控制系统，本节以600MW单元机组为例，介绍其锅炉过热蒸汽热力系统。

1.锅炉过热蒸汽热力系统简介

该系统的过热器采用辐射一对流组合式，主要包括顶棚过热器、包覆过热器、低温过热器、屏式过热器和高温过热器。顶棚过热器和包覆过热器(水平烟道包墙、尾部垂直烟道包覆、尾部烟道顶棚等)均布置在烟温较低区域，吸热少，传热效果较差。低温过热器由水平和立式两部分组成，水平段采用顺列布置。屏式过热器分前后两排，悬吊在炉膛的前上方。高温过热器(末级过热器)位于水冷壁排管后方的水平烟道内，属于对流式过热器，顺流布置。

该系统采用二级喷水减温，第一级布置在立式低温过热器与分隔屏过热器之间的连接管道上，第二级布置在后屏过热器与末级过热器之问，左右各布置一个。减温器的减温水来自锅炉给水泵的出口管路上，减温器的设计压力为20．59MPa。一级减温器作为粗调手段；二级减温器作为细调手段。过热器的减温器采用笛形管结构。

2.过热蒸汽被控对象的动态特性

对汽包锅炉来讲，不论是小型锅炉还是大型锅炉，其过热蒸汽温度被控对象的动态特性基本上相似，都是有迟延、有惯性、有自平衡能力的。对大型锅炉，由于过热器管道比较长，迟延、惯性相对大一些。关于过热蒸汽温度被控对象的动态特性可参考第六章第五节的相关内容，这里不再赘述。

二、汽包锅炉过热蒸汽温度控制系统

汽包锅炉过热蒸汽温度控制系统主要有过热蒸汽温度串级控制系统、过热蒸汽温度导前微分控制系统和过热蒸汽温度分段控制系统三种方案。

一、过热蒸汽温度导前微分控制系统

过热蒸汽温度导前微分控制系统如图1所示。

图1 过热蒸汽温度导前微分控制系统

该系统引入了减温器出口蒸汽温度的微分信号，将其作为调节器的补充信号，以改善控制质量。因为该信号与锅炉主蒸汽温度信号的变化趋势一致，且比锅炉主蒸汽温度信号快得多，所以它能迅速反映锅炉主蒸汽温度信号的变化趋势。动态时，调节器将根据减温器出口蒸汽温度的微分信号和锅炉主蒸汽温度信号与给定值之间的偏差而动作；静态时，减温器出口蒸汽温度的微分信号消失，锅炉主蒸汽温度等于给定值。

过热蒸汽温度导前微分控制系统原理方框图如图2所示。

图2过热蒸汽温度导前微分控制系统原理方框图

图2 中：GOz(s)为导前区对象的动态特性；Go，(s)为惰性区对象的动态特性；Gr)(s)为微分器的传递函数；GT(s)为调节器的传递函数；K：为执行器的传递系数；K，为减温水调节阀的传递系数；K。，为主变送器的传递系数；K碰为副变送器的传递系数。从图13—3可以看出，该系统是由两个闭合回路I、Ⅱ组成的。闭合回路I称为主回路，闭合回路Ⅱ称为副回路(静态时，断开)。该系统的主要特点是：

1.加入导前微分信号缩短了迟延时间，等效地改善了控制对象的动态特性。

将图2的控制系统等效变换成单回路控制系统，如图3所示。

图3 过热蒸汽温度导前微分控制系统等效成单回路控制系统

静态时，微分器输出为零，所以等效对象的输出01"一乱；动态时，等效对象的输出中除主蒸汽温度臼，外，还叠加了导前汽温岛的微分信号。由于导前汽温晚的迟延、惯性比主蒸汽温度岛小得多，因而等效对象的输出钟的迟延、惯性比主蒸汽温度凸小得多，因此加入导前微分信号缩短了对象的迟延时间，等效地改善了控制对象的动态特性。

2.加入导前微分信号的控制系统是串级控制系统的特例。

将图13—3的控制系统等效变换成串级控制系统，如图4所示。

图4 过热蒸汽温度导前微分控制系统等效成串级控制系统

从图4可以看出，微分器传递函数的倒数1／岛(s)相当于串级控制系统主调节器的传递函数，称为等效主调节器；而调节器与微分器的乘积研(s)GD(s)则相当于串级控制系统副调节器的传递函数，称为等效副调节器，因此加入导前微分信号的控制系统是串级控制系统的特例。

总结

通过这次对汽包锅炉过热蒸汽温度自动控制系统的研究，可以使锅炉过热器出口蒸汽温度在允许的范围内变化，并保证过热器壁温度不超过工作允许的温度，使其能够正常工作。

[1]方康玲，《过程控制系统》，武汉理工大学出版社，2002.

[2]王骥程，《化工过程控制工程》，化学工业出版社，1996.

[3]王树青，《工业过程控制工程》，化学工业出版社，1995.

[4]将慰孙，《过程控制工程》（第二版），中国石化出版社，2004.

[5]何衍庆，《工业生产过程控制》，化学工业出版社，2004.