热工自动控制系统

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1、第 七 章 汽 包 锅 炉 给 水 控 制 系 统 试 验浙 江 大 学 冯 晓 露 返 回 目 录返 回 目 录返 回 目 录上 一 页上 一 页上 一 页 第 七 章 汽 包 锅 炉 给 水 控 制 系 统 试 验一 、 汽 包 水 位 控 制 系 统 信 号 的 测 量 和 修 正1。 汽 包 水 位 的 测 量 玻 璃 管 水 位 计 ： 主 要 用 于 就 地 观 察 水 位 电 触 电 水 位 计 ： 曾 用 于 水 位 保 护 差 压 式 水 位 计 ： 主 要 用 于 水 位 的 控 制 ， 目 前 也 作 为 水 位 保 护 信 号 源 ， 但 在 锅 炉 起 停 过 程 中

2、 误 差 较 大 ， 此 时 应 以 电 极 式 水 位 计 为 准2。 差 压 式 水 位 计 的 计 算 和 修 正 0HpLLH sw Sa 2、 蒸 汽 流 量 的 测 量 和 修 正 ),( tpPKD ),( tp )/(0561.066.1001.0 56.18),( 3mkgpt ptp 过 热 蒸 汽 密 度 ， 过 热 蒸 汽 压 力 和 温 度 的 函 数p - - - - - 过 热 蒸 汽 绝 对 压 力t - - - - - 过 热 蒸 汽 温 度K - - - - - 流 量 系 数3、 给 水 流 量 的 计 算 和 修 正 273 t PKQt 给 水 温 度

3、K 流 量 系 数 1 给 水 量 扰 动 时 的 动 态 特 性 给 水 量 扰 动 时 ， 汽 包 水 位 的 变 化 过 程 可 以 分 别 从 两 个 角 度 加 以 分 析 ： 1、 仅 仅 从 物 质 平 衡 的 角 度 来 分 析 ； 2、 仅 仅 从 热 平 衡 的 角 度 来 分 析 。二 、 汽 包 水 位 控 制 对 象 特 性 试 验 综 合 上 述 两 种 角 度 分 析 的 结 果 ， 对 曲 线 和 曲 线 进 行 线 性 叠 加 ， 得 到在 给 水 量 阶 跃 扰 动 下 ， 汽 包 水 位 的 实 际 变 化 曲 线 ： 式 中 ： 迟 延 时 间 s； 飞

4、 升 速 度 ， 即 单 位 给 水 流 量 改 变 时 水 位 的 变 化 速 度 ；1)s( s(s)G 01 在 给 水 量 扰 动 下 ， 被 调 对 象 具 有 迟 延 、 惯 性 和 无 自 平 衡 能 力 特 性 。 2 蒸 汽 量 扰 动 时 的 动 态 特 性 蒸 汽 量 扰 动 时 ， 汽 包 水 位 的 变 化 过 程 同 样 可 以 从 两 个 角 度 加 以分 析 。 1 仅 仅 从 物 质 平 衡 的 角 度 来 分 析 2 仅 仅 从 热 平 衡 的 角 度 来 分 析 。 在 蒸 汽 量 阶 跃 扰 动 下 ， 汽 包 水 位 的 实 际 变 化 曲 线 。 动

5、 态 特 性 的 数 学 描 述 为 ： s1Tsk(s)G02 式 中 ： k 比 例 系 数 ， T 时 间 常 数 飞 升 速 度3 燃 料 量 扰 动 时 的 汽 包 水 位 动 态 特 性 燃 料 量 扰 动 时 的 汽 包 水 位 的 变 化 与 蒸 汽 流 量 扰 动 时 相 近 ， 只 是 虚 假 水 位 更轻 些 ， 迟 延 时 间 也 较 短 。汽 包 水 位 动 态 特 性 的 特 点 总 结 ： 1、 具 有 迟 延 ；2、 具 有 “ 虚 假 水 位 ” 现 象 ；3、 无 自 平 衡 能 力 三 、 单 级 三 冲 量 给 水 调 节 系 统 及 参 数 整 定 1

6、、 单 级 三 冲 量 给 水 自 动 调 节 系 统 的 组 成 D 2 内 回 路 (inner loop)的 分 析 与 整 定 内 回 路 的 主 要 任 务 是 当 给 水 流 量 侧 产 生 自 发 性 扰 动 时 ， 必 须 迅 速消 除 扰 动 ， 使 被 调 量 （ 汽 包 水 位 H） 基 本 不 受 到 自 发 性 扰 动 的 影 响 ；当 内 回 路 外 部 发 生 扰 动 汽 包 水 位 H 发 生 变 化 时 ， 内 回 路 要 具 有 快 速 随动 的 特 性 ， 使 给 水 流 量 W尽 快 地 起 到 调 节 汽 包 水 位 的 作 用 。 WWSI SW 1

7、)( )( 3 外 回 路 (outer loop)的 分 析 与 整 定 外 回 路 可 以 看 作 是 一 个 单 回 路 调 节 系 统 ， 所 以 可 以 采 用 整 定 单回 路 调 节 系 统 的 方 法 来 整 定 外 回 路 。 4. 蒸 汽 流 量 侧 的 选 择 D 要 使 静 态 偏 差 为 零 ， 静 态 时 必 须 满 足 ID=IW， 即 ：wwDD WD 在 正 常 运 行 时 ， 可 认 为 D=W， D= W， 则 有 D= W 因 此 ， 为 了 克 服 静 态 偏 差 ， 蒸 汽 流 量 侧 分 流 器 的 分 流 系 数 D必 须等 于 给 水 流 量

8、侧 分 流 器 的 分 流 系 数 W。 串 级 系 统 实 现 自 动 调 节 比 单 级 系 统 更 加 灵 活 ， 克服 静 态 偏 差 完 全 由 主 调 节 器 实 现 ， 分 流 系 数 D取 值 不 必考 虑 静 态 偏 差 的 问 题 ， D值 可 取 得 大 一 些 ， 以 利 于 更 好地 改 善 调 节 过 程 的 调 节 品 质 。 分 流 系 数 W取 值 影 响 内 回路 的 稳 定 性 ， 在 外 回 路 中 ， 可 通 过 主 调 节 器 的 和 Ti来 整定 ， W的 影 响 并 不 大 ， 从 而 使 内 、 外 回 路 互 不 影 响 。四 、 串 级 三

9、 冲 量 给 水 调 节 系 统 及 参 数 整 定 1、 串 级 三 冲 量 给 水 控 制 系 统 的 组 成 3 外 回 路 (outer loop)整 定 4 蒸 汽 流 量 侧 D的 选 择此 时 蒸 汽 流 量 信 号 不 一 定 与 给 水 流 量 信 号 严 格 配 合 ， 即 : 2 内 回 路 (inner loop)整 定 与 单 级 三 冲 量 系 统 的 内 回 路 一 样 等 效 主 调 ： )11( 11 STK WW WD 五 、 变 速 给 水 泵 的 安 全 工 作 设 计 变 速 泵 最 小 流 量 控 制 系 统 ： 用 一 次 测 量 元 件 和 流

10、量 变 送 器 对 各 个 给水 泵 的 入 口 流 量 进 行 测 量 ， 通 过 各 泵 的 再 循 环 调 节 阀 将 泵 出 口 的 部 分 给 水 流回 除 氧 器 ， 以 保 证 通 过 给 水 泵 的 流 量 高 于 设 计 的 最 小 流 量 。 第 一 节 过 热 蒸 汽 温 度 调 节 系 统第 八 章 汽 温 调 节 系 统The Steam Temperature Control System 锅 炉 过 热 器 结 构 示 意 图 第 一 节 过 热 蒸 汽 温 度 调 节 系 统 一 过 热 蒸 汽 温 度 的 动 态 特 性 试 验 三 种 扰 动 ： 蒸 汽 量

11、 、 烟 气 量 和 减 温 水 量 。1 蒸 汽 量 扰 动 时 ， 过 热 蒸 汽 温 度 的 动 态 特 性 特 点 是 有 迟 延 ， 有 惯 性 ， 有 自 平 衡 能 力 。 阶 跃 响 应 曲 线 蒸 汽 量 变 化 对 汽 温 变 化 的 传 递 函 数 可 用 下 式 近 似 表 示 ： sDD eSTKsD ssG 1)( )()( 2 烟 气 侧 扰 动 时 过 热 蒸 汽 温 度 的 动 态 特 性 阶 跃 响 应 曲 线 ： 烟 气 扰 动 时 的 过 热 器 出 口 汽 温 的 阶 跃 响 应 曲 线 特 点 是 ： 有 迟 延 、 有 惯 性 、 有 自 平 衡

12、能 力 。 3 减 温 水 量 扰 动 时 过 热 蒸 汽 温 度 的 动 态 特 性 导 前 区 ： 导 前 汽 温 2测 点 前 至 减 温 器 惰 性 区 ： 过 热 器 出 口 汽 温 1测 点 到 导 前 汽 温 测 点 )( )()( 202 sw ssG )( )()( 2101 sssG )()()( )()( 01021 sGsGsw ssG 式 中 2 导 前 汽 温 1 过 热 器 出 口 汽 温 w 减 温 喷 水 量 减 温 水 量 扰 动 时 过 热 蒸 汽 温 度 被 调 对 象 的 阶 跃 响 应 曲 线 图 ： 2)1()( 2202 nSTKsG 1)1()

13、( 2101 nSTKsG nTSKsGsGsG )1()()()( 0102 汽 温 对 象 的 传 递 函 数 可 用 下 式 表 示 ：一 般 n2=2 一 般 n1 2 二 串 级 汽 温 调 节 系 统 1 系 统 构 成 及 工 作 原 理 2 串 级 汽 温 调 节 系 统 的 分 析 与 整 定 系 统 方 框 图 为 ： G PI(s) GP(s) G 01(s)G 02(s)Kz Kr 2r 1 I0 I 1 I 2+ - + - +I1 WW 1 W 2 图 8-6 串 级 汽 温 调 节 系 统 原 理 框 图G02(s) 导 前 区 对 象 传 递 函 数 ； G01

14、(s) 惰 性 区 对 象 传 递 函 数 ； r 1和 r 2 温 度 1和 2的 变 送 器 系 数 ； Kz 执 行 机 构 传 递 系 数 ； K 喷 水 调 门 传 递 系 数 ； W 1 调 节 作用 下 减 温 水 量 ； W 1 扰 动 作 用 下 减 温 水 量 ； W 总 减 温 水 量 ， W =W 1+W 2 2 1 （ 1） 内 回 路 分 析设 副 调 节 器 选 用 比 例 调 节 规 律 ： 此 时 可 将 除 G02(s)以 外 的 部 分 视 为 等 效 调 节 器 ， 则 等 效 副 调 节 器 为 : 21)( sG p *222* 11)( rKKsG

15、 zup 22*2 rKK zu可 根 据 单 回 路 系 统 整 定 原 则 对 内 回 路 进 行 整 定 计 算 。 （ 2） 外 回 路 分 析 当 内 回 路 整 定 好 后 ， 可 把 它 看 作 一 个 快 速 随 动 系 统 ， 则 212 1 rI 即 ： 整 个 内 回 路 等 效 为 一 个 比 例 环 节 。GPI(s) G01(s)1/r 2r 1I0 I 1+ - I1 1 2图 8-7 等 效 外 回 路 方 框 图如 果 将 主 调 节 器 GPI（ s） 以 外 均 视 为 被 调 对 象 ， 则 等 效 被 调 对 象 的 传 递 函 数 为 ： )()(

16、0121*01 sGrrsG 根 据 单 回 路 整 定 方 法 来 整 定 外 回 路 。 导 前 汽 温 微 分 信 号 双 回 路 系 统 为 串 级 系 统 的 方 框 图 上 一 页上 一 页上 一 页 返 回 目 录返 回 目 录返 回 目 录三 采 用 导 前 汽 温 微 分 信 号 的 双 回 路 汽 温 调 节 系 统 1 系 统 构 成 及 工 作 原 理 该 系 统 可 用 等 效 串 级 系 统 整 定 和 补 偿 法 整 定 两 种 方 法 来 整 定 。 2 等 效 串 级 系 统 整 定 方 法 等 效 主 调 节 器 )(1)( 1 sGsG DPI （ 1）

17、等 效 主 调 节 器 SGsG DPI 1)(1 STK ST DD D 1)11(1 STK DD 可 见 等 效 主 调 节 器 为 PI作 用 ， 其 比 例 带 和 积 分 时 间 分 别 为 ：Di DTT K11（ 2） 等 效 副 调 节 器 )11()(2 STKsG iDPI 可 见 等 效 副 调 节 器 也 为 PI作 用 ， 其 比 例 带 和 积 分 时 间 分 别 为 ：ii DTT K22 / 调 节 器 出 现 积 分 饱 和 的 原 因 ： 调 节 器 具 有 积 分 作 用 ， 只 要 被 调 量偏 差 存 在 时 ， 积 分 作 用 就 不 停 的 进

18、行 积 分 运 算 ， 使 调 节 器 输 出 不 断 增加 或 减 少 ， 当 被 调 量 偏 差 存 在 时 间 较 长 时 ， 调 节 器 的 输 出 就 会 达 到 其上 限 或 下 限 ， 即 出 现 积 分 饱 和 。防 止 办 法 ：1。 解 除 调 节 器 的 积 分 作 用2。 外 部 反 馈 模 式3。 引 入 阀 位 指 令 限 制四 、 串 级 控 制 结 构 中 主 调 防 止 积 分 饱 和 的 方 法 五 、 再 热 汽 温 的 控 制 第 九 章 燃 烧 过 程 自 动 控 制 系 统返 回 目 录返 回 目 录返 回 目 录上 一 页上 一 页上 一 页 一

19、、 燃 烧 过 程 自 动 调 节 的 任 务 锅 炉 燃 烧 过 程 自 动 调 节 的 目 的 在 于 使 进 入 锅 炉 的 燃 烧的 燃 烧 热 量 与 锅 炉 的 蒸 汽 负 荷 要 求 相 适 应 ， 同 时 保 证 锅炉 燃 烧 过 程 安 全 经 济 地 运 行 。 锅 炉 燃 烧 调 节 需 要 包括 下 列 几 项 内 容 ： 1、 燃 料 量 调 节 2、 送 风 量 调 节 3、 引 风 量 调 节 二 、 燃 烧 过 程 调 节 的 特 点 燃 烧 过 程 的 调 节 系 统 有 三 个 被 调 量 和 三 个 调 节 量 。锅 炉 的 运 行 实 践 表 明 ， 对

20、 燃 烧 过 程 的 三 个 被 调 量 的 调 节存 在 着 明 显 的 相 互 影 响 。 这 主 要 由 于 对 象 内 部每 个 被 调 量 都 同 时 受 到 几个 调 节 量 的 影 响 ， 而 每 个调 节 量 的 改 变 又 能 同 时 影响 几 个 被 调 量 。 左 图 表 示了 燃 烧 对 象 的 调 节 量 对 被调 量 的 这 种 影 响 。 所 以 燃烧 过 程 调 节 对 象 是 一 个 多输 入 多 输 出 的 多 变 量 相 关调 节 对 象 。 燃 烧 对 象 调 节 量 对 被 调 量 的 影 响 1 燃 料 量 的 修 正 （ 1） 热 量 信 号 DQ

21、 热 量 信 号 DQ的 表 达 式 为 : 其 中 ： D 蒸 汽 流 量 kg/s Ck 蓄 热 系 数 ， kg/Mpa P d 汽 包 压 力 Mpa 汽 包 压 力 信 号 微 分 （ 2） 热 值 校 正 a.对 总 燃 料 量 的 校 正 b.对 给 煤 机 煤 量 的 热 值 校 正 c.热 值 校 正 对 机 前 压 力 的 影 响 dtdPCDD dkQ dtdP d 2 氧 量 的 校 正 氧 量 校 正 的 原 因 ： 锅 炉 实 际 上 是 非 线 性 系 统 ， 仅 靠 前 馈 获 得 的 风 量 不 能 保 证 最 佳 的 氧 量 ； 氧 量 设 定 值 是 负

22、荷 的 函 数 ， 与 负 荷 呈 非 线 性 关 系 （ 而 锅 炉 机 组 是 按 线 性 系 统 设 计 的 ） 。 校 正 方 式 ： 可 以 将 当 前 氧 量 值 与 给 定 值 的 偏 差 对 风 量 指 令 进 行 修 正 ， 也 可 以 对 实 际 风 量 值 进 行 修 正 。3. 风 煤 交 叉 限 制 当 负 荷 变 化 时 ， 传 统 的 燃 烧 控 制 方 案 采 用 的 是 燃 料 和 风 量 同 时 动 作 。 由 于风 量 对 象 特 性 的 时 间 常 数 大 于 燃 料 量 对 象 特 性 的 时 间 常 数 ， 常 常 会 造 成 氧 量的 失 控 。 燃 烧 指 令风 煤 单 交 叉 限 制 ： 二 、 燃 料 量 控 制 子 系 统 的 各 种 基 本 策 略 燃油锅炉为保证燃料的充分燃烧，采用加燃料先加风、减燃料先减油的方法，使得燃料燃烧过程中始终有富裕的风量。