毕业设计（论文)过热汽温监控系统的设计

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1、沈阳工程学院毕业设计（论文）摘 要锅炉蒸汽温度自动控制包括过热蒸汽温度控制和再热蒸汽温度控制。锅炉过热蒸汽温度是影响锅炉生产过程安全性和经济性的重要指标和参数。现代锅炉的过热器是在高温、高压的条件下工作，必须通过自动化手段加以控制，维持其出口蒸汽温度在生产允许的范围内。因此，需要采用适当的减温方式改变过热器入口的蒸汽温度和压力，从而控制出口的过热蒸汽温度和压力。当各级减温器运行时可使大屏过热器、后屏过热器、高温过热器在温度或压力下降，也会对当前的过热器以及后续的过热器均受影响，温度和压力快速下降，做到保证机组的正常运行和安全生产。为了增大各段过热器吸热，可以使用烟气挡板控制、风机转速控制、煤粉

2、量控制使锅炉负荷增大，用这种方法，把从锅炉、过热器、省煤器出口排除的一些气体在锅炉入口处以风机和管道的方式重新引入。因此，在低负荷时采用烟气挡板控制、风机转速控制、煤粉量控制就有可能在此时获得较高的温度。关键词 过热蒸汽温度控制，烟气挡板控制，减温器控制 AbstractThe boiler steam temperature control include superheated steam temperature control and reheat steam temperature control.Boiler superheated steam temperature is boil

3、er safety and production process and important economic indicators and parameters. Modern boiler superheater in the high temperature and high pressure conditions, we must be controlled by automated means, to maintain steam temperature in the production of its permitted range.When running at all leve

4、ls can reduce the thermostat superheater big screen after screen superheater, superheater temperature drop in temperature or pressure, will the current and subsequent superheater are affected, rapid decline in temperature and pressure and ensure the normal operation and to ensure unit safety.To incr

5、ease the endothermic superheater sections, you can use smoke baffle control, fan speed control, volume control so that pulverized coal boiler load increased, using this method, the from the boiler, superheater, economizer export exclusion Some gas in boiler pipes at the entrance to the way fans and

6、the reintroduction. Therefore, use of low-load gas damper control, fan speed control, volume control coal is likely to obtain a higher temperature at this time.Key Words Superheated steam temperature control，Smoke Damper Control，Control by temperatureI- -目 录摘 要IABSTRACTII1 引 言11.1 过热汽温控制的意义与任务11.2 火

7、电厂自动化控制水平11.3 火电厂生产过程简图和分析21.4 蒸汽的生产过程32 过热汽温自动控制52.1 系统综述52.2 过热汽温控制对象的动态特性62.3 串级过热汽温控制系统82.3.1 系统的结构和工作原理82.3.2 串级过热汽温控制系统的整定92.3.3 串级控制系统特点92.4 过热汽温分段控制系统92.4.1 过热汽温分段控制系统102.4.2 按温差控制的分段控制系统112.5 过热器温度控制122.5.1 大屏过热器温度控制122.5.2 后屏过热器温度控制132.5.3 高温过热器温度控制132.6 过热汽温控制方案133过热气温监控系统153.1 监控软件的用途及种类

8、153.2 监控系统功能163.3 紫金桥组态软件主要特点163.4 过热汽温监控系统183.4.1 电厂生产流程183.4.2 过热汽温监控系统19结 论22致 谢23参考文献24I- -沈阳工程学院毕业设计（论文）1 引 言1.1 过热汽温控制的意义与任务实现生产过程自动化对国民经济的发展有十分重大的意义。在火力发电厂中,实现热力过程自动化后,能使机组安全、可靠、经济地运行。过热蒸汽温度是锅炉运行质量的重要指标之一，过热蒸汽温度过高或过低都会影响电厂的安全性和经济性。现代锅炉的过热器是在高温、高压的条件下工作，虽然过热器采用的是耐高温、高压的合金材料，但为了节约制造成本，过热器正常运行时的

9、温度已接近材料所允许的最高温度。如果过热蒸汽温度过高，容易烧坏过热器，引起过热器爆管事故，影响机组的安全运行；如果过热蒸汽温度过低，将会降低全厂的热效率，一般蒸汽温度每降低510，热效率约降低1，不仅增加燃料消耗量，浪费能源，而且还将使汽轮机最后几级的蒸汽湿度增加，加速汽轮机叶片的水蚀。所以，过热蒸汽温度过高或过低都是生产过程所不允许的。为了保证过热蒸汽的品质和生产过程的安全性、经济性，过热蒸汽温度必须通过自动化手段加以控制。因此，过热蒸汽温度的控制任务是：维持过热器出口蒸汽温度在生产允许的范围内，一般要求过热蒸汽温度的偏差不超过额定值（给定值）的510。大型锅炉的过热器一般布置在高温烟气区，

10、使高温对流过热面，也有的过热器布置在炉膛上部,属于辐射受热面。过热汽温的额定值通常在500以上，例如高压锅炉一般为540，就是说要使过热汽温保持在5405的范围。51.2 火电厂自动化控制水平大型火电机组热工自动化技术，包括以下四个方面：控制（Control）、报警（Alarm）、监测（Monitor）和保护（Protection），简称CAMP。这四个方面既相互独立，又相互联系。例如，运行参数由监测装置进行自动监视，当参数异常时自动发出报警信号，同时调节装置进行自动调节，而当设备异常或运行参数达到危险值时，保护装置动作，以保护设备及人身安全。目前，机组以从早期的手动控制发展到现在的自动控制，

11、从就地控制发展到现在的炉、机、电集中控制。过去，运行人员通过手动操作执行机构和人工记录报表，如今，现代化大型机组普遍采用计算机控制、大屏幕显示和高分辨率的CRT监视操作，从而将复杂的机组运行参数集中处理，并以图表、文字形式实时显示，供运行人员操作指导。由此可见，大机组自动控制不仅可减轻运行人员的劳动强度，而且可减少运行人员，节省劳动力。2大机组的特点之一是监视点多(600MW机组I/O点多达30005000个 ，随着发电机变压器组和厂用电源等电气部分监视时纳入DCS之后， I/O点以超达7000个)，参数变化速度快和控制对象数量大(600MW机组超过1300个),而各个控制对象又相互关联，所适

12、应像600MW这样大型单元机组监控的要求。如果将大机组的监视与控制操作任务仅交给运行人员去完成，不仅体力和脑力劳动强度大, 而且很难做到及时调整和避免人为的操作失误，因此必须由高度计算机化的机组集控取而代之。31.3火电厂生产过程简图和分析煤粉在锅炉燃烧室内燃烧，将一部分热量传给燃烧室四周的水冷壁，燃烧产生的高温烟气经过热器，再热器，省煤器和空气预热器等受热面，将热量传递给蒸汽，水和空气，低温烟气经过除尘器除去飞灰，在引风机的作用下，从烟囱排向大气。锅炉下部的灰渣和除尘器下部排出的细灰经灰渣沟由灰渣泵排送到灰场。1水在水冷壁中吸热变为汽水混合物，经汽包汽水分离后，饱和蒸汽进入过热器，在过热器中

13、继续吸收热量，变为过热蒸汽，然后送到汽轮机高压缸做功，高压缸出口蒸汽回到锅炉再热器中吸收热量，再进入汽轮机的中，低压缸继续做功。蒸汽在汽轮机中膨胀做功，推动汽轮机转子旋转并带动发电机产生电能。汽轮机的排汽进入凝汽器放热而凝结为水，凝结水由凝结水泵经低压加热器加热后送入除氧器，除氧后的水经给水泵送往高压加热器进一步加热后进入锅炉，如此周而复始，不断地产生电能。见图1.1。图1.1火电厂生产过程示意图1.4 蒸汽的生产过程蒸汽动力发电厂的生产过程就是能量转化的过程，燃料的化学能在锅炉中转变为热能，再通过汽轮机将热能转变为机械能，最后在发电机中将机械能转变为电能。发电厂是生产电能的工业企业。电能的主

14、要部分都是利用所燃烧的有机燃料的化学能进行工作的火力发电厂中产生的。在用核燃料工作的发电厂-原子能发电厂和用水流能量工作的发电厂-水力发电厂中也生产电能。无论发电厂属于何种类型,通常,电能都是集中生产的,这就是说,各个独立的发电厂都并联于一个总的电网进行运行。这就提高了用户的供电可靠性,减少了所需要的备用容量,在并入电网的各电厂之间合理分配负荷,还可降低所生产电能的成本,并且能装建单机容量更大的机组。6火力发电厂是用有机燃料工作的主要形式的发电厂,它又被分成仅生产电能的凝汽式发电厂和同时生产电能和热能的热化式(供热式)发电厂。蒸汽轮机发电厂的优点在于集中大功率于一台机组,具有相对较高的经济性,

15、用于建筑物的基建投资最低,以及比较短的建设期限。蒸汽轮机发电厂的主要的热力机组是蒸汽锅炉和蒸汽轮机。蒸汽锅炉乃是用来生产蒸汽的受热面的组合系统,它利用燃料燃烧是释放出的热能把不断输入其中的水转变成蒸汽,而燃料则是同燃烧所必需的空气一起送入炉膛之内的。供入蒸汽锅炉的水称作给水。给水加热至饱和温度,然后蒸发,而从沸水(锅水)中分离出的饱和蒸汽则进一步过热。燃烧燃料时生成燃烧产物(烟气)-载热介质,它通过受热面把热量传给称作工质的水和蒸汽。在流过受热面之后,燃烧产物在较低的温度下通过烟冲排入大气。为了减少当地空气中污染物的浓度,大容量的发电厂的烟囱建成200-300米甚至更高的高度。燃用固体燃料剩下

16、的灰和渣,它们也都是从锅炉机组排出的。锅炉中得到的过热蒸汽送入汽轮机,在汽轮机里蒸汽的热能转变为汽轮机转轴所传递的机械能,最终带动发电机,在发电机里机械能转变为电能。从汽轮机排出的乏汽进入凝汽器-蒸汽在其中被冷却水冷却并凝结的设备,冷却水既可以来自天然水源(河流,湖泊,池塘,海),也可以来自人工水源(冷水塔)。4在装置了单机容量200MW及以上机组的现代火力发电厂中,采用蒸汽中间再过热。通常采用一次蒸汽中间再过热。在功率很大的装置中才采用二次蒸汽中间再过热,此时从汽轮机中间级来的蒸汽两次返回锅炉。中间再过热提高了汽轮机装置的效率,相应地也降低了生产电能的汽耗率,还降低了汽轮机低压级中蒸汽的湿度

17、,并减少了工作叶片的浸蚀磨损。凝结水用凝结水泵压引入低压加热器。在凝结水达到沸腾时水中将释放出引起设备腐蚀的氧气和二氧化碳。从除氧器出来的水用给水泵引入高压加热器送入蒸汽锅炉。凝结水在低压加热器中和给水在高压加热器中的加热,都是用来自汽轮机的抽汽进行的,这就是所谓的回热加热。给水的回热加热提高了汽轮机装置的效率,减少了凝汽器中的热损失。因此,在凝汽式发电厂中,蒸汽锅炉用它产生的蒸汽的凝结水作给水。这种凝结水的一部分损失于电厂系统中,并构成泄漏损失。在供热式电厂中,除此之外,还有部分蒸汽要用来满足工业企业的工艺需要或用于生活供热。在凝汽式发电厂中,泄漏损失占总汽耗量的份额不大-约0.5%至1%,

18、为了弥补它,需要在水处理设备中预先处理过的水作为补充水。在热电厂中,补充水量可达30%-50%,甚至更多。补充水和汽轮机凝结水含有一定杂质,主要是溶于水中的盐,金属氧化物和气体,这些杂质和给水一起进入锅炉。在汽化过程中水中杂质的浓度会逐渐提高,在一定条件下它们可能以沉积层的形式沉淀到锅炉工作表面上,这种沉积层恶化了通过工作面的传热。此外,水中杂质在汽化过程中也常常转移到蒸汽中,但是为了避免杂质在汽轮机通流部分沉积,蒸汽的洁净度应是很高的。根据以上两点原因,给水不允许有较大的污染。保证锅炉工作的设备和机械有:燃料制备设备、向锅炉供应给水的给水泵、供给燃烧用的空气的送风机、用来把烟气通过烟囱排入大

19、气的引风机,以及其它辅助设备。蒸汽锅炉和所有上述设备的组合组成锅炉装置。现代大型锅炉装置乃是用来生产蒸汽的复杂的工艺设施,其中进行的全部工作过程全部是机械化和自动化;为了提高工作可靠性,还装置有事故自动防护装置。蒸汽锅炉的发展趋势是:增大单机容量、提高蒸汽的初始压力和初始温度、采用蒸汽中间再过热、控制操作机械化和自动化。2 过热汽温自动控制2.1系统综述锅炉中将蒸汽从饱和温度进一步加热至过热温度的部件，又称蒸汽过热器。过热器按传热方式可分为对流式、辐射式和半辐射式； 按结构特点可分为蛇形管式、屏式、墙式和包墙式。它们都由若干根并联管子和进出口集箱组成。管子的外径一般为3060毫米。对流式过热器

20、最为常用，采用蛇形管式。它具有比较密集的管组，布置在 4501000烟气温度的烟道中，受烟气的横向和纵向冲刷。烟气主要以对流的方式将热量传递给管子，也有一部分辐射吸热量。屏式过热器由多片管屏组成，布置在炉膛内上部或出口处，属于辐射或半辐射式过热器。前者吸收炉膛火焰的辐射热，后者还吸收一部分对流热量。在10兆帕以上的电站锅炉中，一般都兼用屏式和蛇形管式两种过热器，以增加吸热量。敷在炉膛内壁上的墙式过热器为辐射式过热器，较少采用。包墙式过热器用在大容量的电站锅炉中构成炉顶和对流烟道的壁面，外面敷以绝热材料组成轻型炉墙。图为几种过热器的布置。装有过热器的小容量工业锅炉一般只用单级管组的对流式过热器即

21、能满足要求。锅炉运行工况的变化，例如负荷高低、燃料变化、燃烧工况变动等,都对过热器出口汽温有影响,所以在电站锅炉中都有调节锅炉出口汽温使其稳定在规定值的手段。常用手段有：用喷水式或表面式减温器直接调节汽温；用摆动燃烧器改变炉膛出口烟气温度；用烟气再循环调节过热器吸热量。锅炉负荷升高时，对流式过热器的进出口蒸汽温度升高值增大，辐射式过热器的温度升高值减小。若将对流式、辐射式和半辐射式过热器合理组合配置，则可在负荷、燃烧工况等变化时使出口汽温变化较小。过热器管组中各并联管子的吸热量和蒸汽流量在运行中都会有差别。为避免个别管子中温度过高，在大型锅炉中把过热器分成若干管组，用炉外的集箱对各管组蒸汽进行

22、混合并用导汽管使各管组换位，以避免各管间出现过大的温度差。过热器管壁金属在锅炉受压部件中承受的温度最高，因此必须采用耐高温的优质低碳钢和各种铬钼合金钢等，在最高的温度部分有时还要用奥氏体铬镍不锈钢。锅炉运行中如果管子承受的温度超过材料的持久强度、疲劳强度或表面氧化所容许的温度限值，则会发生管子爆裂等事故。过热汽温控制系统采用分段控制,且各段均采用串级控制,因此可及时消除各种扰动的影响,提高了系统的控制品质。该控制系统克服了一般的分段汽温控制系统在负荷变化时,对流过热器和辐射过热器减温喷水量相差很大的缺点,可提高控制品质,保证了过热器的安全运行。采用了前馈-串级分段控制方案,与普通的控制系统相比

23、,可克服内、外各种扰动,也可克服两侧汽温在调节过程中的相互干扰和影响,提高了蒸汽参数的稳定性。2.2 过热汽温控制对象的动态特性影响过热器出口蒸汽温度变化的原因很多，如蒸汽流量变化、燃烧工况变化、锅炉给水温度变化、进入过热器的蒸汽温度变化、流经过热器的烟气温度和流速变化、锅炉受热面结构等。但归纳起来，主要有三个方面：（1）烟气热量扰动下过热汽温的动态特性。图2.1表示烟气热量Qy阶跃变化时过热汽温的反应曲线，其特点是：有迟延、有惯性、有自平衡能力。烟汽热量扰动（烟气温度和流速产生变化）时，由于烟气流速和温度的变化也是沿整个过热器同时改变的，因而沿过热器整个长度使烟汽传递热量也同时变化，所以汽温

24、反应较快，其时间常数Tc和迟延 均比其他扰动小。现场当中是通过改变烟气温度或改变烟气流量来求取汽温响应曲线的。 OtQytOTcQy图2.1 烟气热量扰动下过热汽温的阶跃响应曲线(2) 蒸汽流量扰动下过热汽温对象的动态特性。当锅炉负荷扰动时，蒸汽流量的变化使沿整个过热器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，使过热器各点的蒸汽温度几乎同时改变，因而汽温反应较快。过热器出口汽温的阶跃响应曲线如图2.2所示，其特点是：有滞后、有惯性、有自平衡能力。当锅炉的负荷增加时，对流式过热器和辐射式过热器的出口汽温随负荷变化的方向是相反的。负荷增加时，通过对流式过热器的烟气温度和流

25、速都增加，从而使对流式过热器的出口汽温升高。但是由于负荷增加时，炉膛温度升高不多，而炉膛烟温升高所增加的辐射热量小于蒸汽负荷增大所需要的吸热量，因而当负荷增加时，辐射式过热器出口汽温是下降的。OtDtODTc图2.2 锅炉负荷扰动下过热汽温的阶跃响应曲线OtWBtOWBTc(3) 减温水流量扰动下过热汽温的动态特性。 当减温水流量扰动时，改变了高温过热器的入口汽温，从而影响了过热器出口汽温。其阶跃响应曲线如图2.3所示。从图中可看出，其特点也是有迟延、有惯性、有自平衡能力的。但是由于现代大型锅炉的过热器管路很长，因而当减温水流量扰动时，汽温反应较慢。图2.3 减温水扰动下过热汽温的阶跃响应曲线

26、2.3 串级过热汽温控制系统2.3.1系统的结构和工作原理根据在减温水量WB扰动时，主蒸汽温度1有较大的容积延迟，而减温器出口蒸汽温度2却有明显的导前作用，完全可以构成以2为副参数、1为主参数的串级控制系统，系统结构如图2.4所示。系统中有主、副两个调节器。主调节器PI1用于维持主蒸汽温度1，使其等于给定值。副调节器PI2接受主调节器的输出信号和减温器出口温度信号，副调节器的输出控制执行机构KZ的位移，从而控制减温水调节阀门的开度。图2.4 串级过热汽温控制系统为了便于分析，我们给出了主汽温度串级控制系统原理框图，如图2.5所示。图2.5 串级过热汽温控制系统原理框图它有两个闭合的控制回路：（

27、1）由对象的导前区W02（s），导前汽温变送器r2，副调节器WT2（s），执行器KZ和减温水调节阀K组成的副回路（内回路）；（2）由对象的惰性区W01(s)，主汽温变送器r1，主调节器WT1(s)，以及副回路组成的外回路（主回路）。串级控制系统能改善控制品质，主要是由于有一个能快速动作的内回路存在。由图2.5可以看出，导前汽温2信号能快速反映扰动，尤其是减温水侧的自发性扰动WB1，只要2变化，内回路就立即动作，用副调节器WT2（s）的输出去控制减温水量，使2维持在一定范围内，从而使过热汽温1基本不变。当主汽温1偏离给定值时，则由主调节器WT1(s)发出校正信号V1，通过副调节器及执行器改变减温

28、水量，使主汽温最终恢复到给定值。主调节器的输出信号V1相当于副调节器的可变给定值。可见，在串级过热汽温控制系统中，内回路的任务是尽快消除减温水量的自发性扰动和其他进入内回路的各种扰动，对过热汽温的稳定起粗调作用，副调节器一般可采用P或PD调节器；而外回路的任务是保持过热汽温等于给定值，所以主调节器可采用PI或PID调节器。2.3.2串级过热汽温控制系统的整定一般讲，过热汽温控制对象导前区的延迟和惯性比惰性区要小，而且副调节器又选用P或PD控制规律。在这种情况下，内回路的控制过程要比外回路的控制过程快得多。此时，串级汽温控制系统可以采取内、外回路分别整定的方法进行整定。2.3.3串级控制系统特点

29、与简单控制系统相比,串级控制系统只是在结构上增加了一个内回路,却能收到明显的控制效果。这是因为串级控制系统具有以下几方面的特点:(1) 由于有副会路存在,串级控制系统能够迅速抑制窜入副回路的扰动。(2) 由于有副回路,改善了对象动态特性,提高了系统工作频率。(3) 副回路的存在,使串级控制系统对有一定的自适应能力。2.4 过热汽温分段控制系统在大型锅炉中，过热器管道较长，结构也很复杂，为了进一步改善控制品质，可以采用分段汽温控制系统，即将整个过热器分为若干段，每段设置一个减温器，分别控制各段的汽温，以维持主汽温为给定值。对于大型锅炉，设置的减温器有2个或3-4个之多。对于分段控制系统，由于过热

30、器受热面传递形式和结构的不同，可以采用不同的控制方法。下面将对大型锅炉过热汽温分段控制方案作简要介绍。2.4.1过热汽温分段控制系统当整个过热器的传递形式属于纯对流方式时，我们可采用2.6所示的分段控制方案。图2.6 过热汽温分段控制系统它为两段控制系统，每一段都是一个独立的串级控制系统，第一段控制系统中PI3是主调节器，副调节器是PI4，以I级喷水减温器后的汽温4为导前汽温信号，通过控制I级喷水量WB1以维持II段过热器出口汽温3不变。第I级喷水为第II级喷水控制下基础。第二段控制系统中，通过控制II级喷水量WB2以保持第III段过热器出口汽温（主汽温）1为给定值，它也是采用串级控制。可见，

31、过热汽温采用分段控制，各段被控对象的迟延和惯性都小于只采用I段喷水的控制方案，因而大大改善了控制质量。当然也可以根据实际情况对每段系统采用具有导前汽温微分信号的双回路汽温的控制方式。102.4.2按温差控制的分段控制系统该系统的结构示意图如图2.7所示。图2.7 按温差控制的过热汽温分段控制系统II段过热器为辐射传热，III段过热器为对流传热。对于这种传热方式不同的过热器，仍采用第一种分段控制方法控制各点温度，则会造成I级减温器和II级减温器的喷水量随负荷变化且相差很大。因为负荷增加时，II段辐射式过热器出口汽温3将降低，为了保持3不变，则必须减少I级喷水。III段过热器为对流换热，负荷增加时

32、，出口汽温1将增加，为了保持1为给定值，II级减温器必须加大喷水量，这样两个减温器喷水量是一个减少而另一个增加，造成负荷变化时两级减温器喷水量相差很大，使整个过热器喷水不均匀，所以必须改用按温差控制喷水。按温差控制的分段控制系统原理如下：两段均采用了串级控制方案，与第一种方案的差别在于：这里以II级减温器前后的温差（3-2）作为第一段控制系统的被调量信号送入调节器PI1。定值信号0是由函数模块产生的，其值随负荷D的变化而变化，当负荷增大时，主调节器PI3的定值将减小，此时有（3-2）0,PI3入口偏差增大，这就意味着必须增大I级喷水量才能使3下降，从而使温差（3-2）减小。这样就可以防止负荷增

33、加时I级喷水量减小，达到I级喷水量和II级喷水量相差不大的目的。当时，I级的多喷水量对III段过热器出口汽温来说有超前控制的作用，因为负荷增加时，III段过热器出口汽温1肯定是升高的。这样各段过热器喷水量接近均匀，保证了过热器的安全运行。第II段控制系统和一般串级汽温控制系统一样，主调节器PI1主要维持主汽温1为定值，PI2为副调节器，接受PI1的输出信号和II级减温器后的汽温2，PI2的输出去控制II段喷水量。82.5过热器温度控制图2.8 过热器温度控制图 过热器温度控制图如图2.8。汽包所产生的饱和蒸汽先流经低温对流过热器进行低温过热，然后依次流经大屏过热器、后屏过热器和高温对流过热器后

34、送入汽轮机。在大屏过热器、后屏过热器和高温对流过热器的入口分别装设了一级减温器、二级减温器和三级减温器以调整大屏过热器出口汽温和高温段过热器出口汽温。2.5.1大屏过热器温度控制1段喷水的主要目的是为了保护大屏过热器。因此，控制系统的大屏过热器出口温度作为调信号，以1段喷水后温度作为2段调节的设定值。大屏过热器信号采用二选一方案，当二侧均为正常时，采用二重计装切换。系统中采用燃料微分作用，左，右二级喷水后温度作为后屏过热器出口温度的补偿信号，总燃料量的微分作用使系统能快速反应负荷的变化。系统中引入总煤量信号作为前馈信号，使系统能迅速对负荷变化做出反应。负荷稳定时，直接作为前馈信号，对1级喷水起

35、粗调作用，细调用串级调节完成，以定值信号作为设定值，2级调节器的设定值采用1级喷水后温度作为给定信号，经比例积分后，直接控制1级喷水调节阀。系统中引入再热汽温的目的，是防止喷燃器摆动喷嘴的扰动。2.5.2后屏过热器温度控制2级喷水后温度控制主要是维持后屏过热器温度稳定。此系统采用左、右2级喷水以调节过热汽温。2级喷水后温度信号测量采用二选一方案，当二侧均为正常时，采用二重计装切换。系统中设计温度预测回路的目的是为了进一步改善过热汽温的性能。只在2级减温水控制回路，也就是主汽温控制回路中设置了温度预测回路。温度预测为一次线性预测，为保证预测值不会偏离实测值过大，在预测回路中设置有限幅器LIM，其

36、限幅值为+10。自动增益补偿采用单侧投自动，双侧投自动分别补偿的方案。采用主燃料和再热汽温共同对级喷水阀起调节作用，直接控制左右级喷水的开度。细微变化由偏差控制。2.5.3 高温过热器温度控制3级减温喷水后温度控制主要是维持高温过热器的稳定。此系统采用左、右喷水以调节过热汽温。3级喷水后温度信号测量采用二选一方案，当二侧均为正常时，采用二重计装切换。系统中设计温度预测回路的目的是为了进一步改善过热汽温的性能。只在3级减温水控制回路，也就是主汽温控制回路中设置了温度预测回路。2.6过热汽温控制方案从被控制对象的动态特性看，控制通道的动态特性不如其它扰动下的动态特性。为了说明控制通道的滞后和惯性，

37、既可选择用串级汽温控制系统，也可选用具有导前微分流量的双回路控制系统。但选择具有导前微分流量的控制系统在烟气侧扰动时，主汽温1滞后很小，导前汽温2超前作用不明显，即便引入导前汽温信号1的偏差还可能很大。调节品质不够好，采用串级系统，便可有效的消除烟气侧扰动的影响。因此，选择串级汽温控制系统作为过热器主汽温度的控制策略。9在串级控制系统中，把减温器后的汽温作为导前信号。当减温器后的汽温发生变化时，调节机构就改变喷水量，而过热汽温起校正作用。只要输入不恢复到给定值，则PID调节器就不断地改变校正信号去改变减温水量，直到输入恢复到给定值时为止。所以调节结束后，导前汽温可能稳定在与原来不同的数值上，而

38、过热汽温则等于给定值。当蒸汽流量扰动或烟气热量扰动时，汽温的反应较快；而减温水量扰动时，汽温的反应较慢。因而从过热汽温控制对象动态特性的角度考虑，改变烟气侧参数（改变烟温或烟气流量）的控制手段是比较理想的（因为负荷信号由用户决定，不能作为控制量），但具体实现较困难，所以一般很少被采用。喷水减温对过热器的安全运行比较有利，所以尽管对象的特性不太理想，但还是目前广泛被采用的过热蒸汽温度控制方法。采用喷水减温时由于对象控制通道有较大的迟延和惯性以及运行中要求有较小的汽温控制偏差，所以采用单回路控制系统往往不能获得较好的控制品质。针对过热汽温控制对象控制通道惯性延迟大、被调量信号反馈慢的特点，应该从对

39、象的控制通道中找出一个比被调量反应快的中间点信号作为调节器的补充反馈信号，以改善对象控制通道的动态特性，提高控制系统的质量。7在大型锅炉中，过热器管道较长，结构亦复杂。为了进一步改善控制品质，可以采用分段控制系统。即将整个过热器分成若干段，每段设置一个减温器，分别控制各段汽温，以维持主汽温为给定值。3过热汽温监控系统3.1监控软件的用途及种类过热汽温监控系统由紫金桥组态软件实现。把过热汽温控制系统、减温水控制系统、烟道尾部挡板开度、风机转速等一一显示出来，完成界面交互的目的。组态软件，又称监控组态软件，译自英文SCADA，即Supervision，Control and Data Acquis

40、ition（数据采集与监视控制），组态软件的应用领域很广，它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统（RTU System，Remote Terminal Unit）。监控系统是人机接口的主要手段之一，其画面质量、表现形式的丰富多样性、使用的灵活性和编辑是否简便等，是评价一个监控系统品质的重要依据。监控软件的用途是在任何需要的时候把生产现场的信息实时地传送到控制室，并且通过局域网和Internet，可以在任何地方访问实时和历史生产数据，及时了解、评价生产情况和操作水平。从应用角度讲组态软件是完成系统硬件与软

41、件沟通、建立现场与监控层沟通的人机界面的软件平台，它的应用领域不仅仅局限于工业自动化领域。而工业控制领域是组态软件应用的重要阵地，伴随着集散型控制系统DCS（Distributed Control System）的出现监控软件已引入工业控制系统。在工业过程控制系统中存在着两大类可变因素：一是操作人员需求的变化；二是被控对象状态的变化及被控对象所用硬件的变化。而组态软件正是在保持软件平台执行代码不变的基础上通过改变软件配置信息（包括图形文件、硬件配置文件、实时数据库等），适应两大不同系统对两大因素的要求，构建新的监控系统的平台软件。以这种方式构建系统既提高了系统的成套速度，又保证了系统软件的成熟

42、性和可靠性，使用起来方便灵活，而且便于修改和维护。现在，组态软件已被广泛用于控制对象明确的工厂、纺织、机械等行业。被组态软件的优良特性所吸引，电力部门也已将引入以电量的监测与控制为主的发电厂和变电站等实时监控系统中，根据本课题的实际情况选用的是紫金桥软件。因此，采用先进的网络控制技术，实现所有外围系统集中控制，不仅可以在很多方面解决系统设计和设备存在的问题，而且将为构建统一的企业网，实现管控一体化创造一个良好的基础。3.2监控系统功能监测控制系统，是以监测控制计算机为主体，加上检测装置、执行机构，与被监测控制的对象（生产过程）共同构成的整体。在这个系统中，计算机直接参与被监控对象的检测（mon

43、itor）、监督（supervise）和控制（control），或者说应具有下述三方面的功能：采集与处理功能：要是对被监控对象的参数进行检测，采样和必要的预处理，并以一定的形式输出（如打印制表和CRT屏幕显示），用户提供详实的数据，以便于他们分析、了解监控情况，监视监控过程的进行。监督功能：检测的实时数据、人工输入的信息进行分析、归纳、整理、计算等二次加工，并制成实时和历史数据库加以存储。根据实际监控过程的需要及监控进程的情况，进行分析、故障诊断、险情预测，并以图、文、声等多种形式及时作出报道，以进行操作指导、事故报警。监督系统的输出一般都不直接作用于监控过程，而是经过用户的判断后再由操作人员

44、对监控过程进行干预。控制功能：检测的基础上进行信息加工，根据事先决定的控制策略形成控制输出，直接作用于监控过程。完整的计算机监测控制系统是上述三种功能的综合集成，它利用计算机高速度、大容量和智能化的特点，可以把一个复杂的监控（生产）过程组织管理成为一个综合、完整、高效的自动化整体。当然在实际使用中，可以根据实际对象的需求情况，系统只具有上述一项或两项功能；或是以某一项为主，而辅以其他的功能。这样可以更针对实际应用的需要，以降低成本，减少复杂性，增强可维护性。3.3紫金桥组态软件主要特点客户/服务器体系结构：紫金桥组态软件是真正的客户/服务器软件，同时支持分布式服务器和分布式客户端。一处定义，多

45、处引用：在服务器端定义的点，可以同时在多个客户端上引用，减少组态工作量和避免数据的不一致性。支持多种组网方式，可以根据实际需要灵活搭建分布式结构，如以太网、串口、拨号网络、无线电台、GPRS、卫星网等多种连接方式，适应不同场合。 强大的数据库处理核心：数据库服务器可以进行各种运算和数据处理，如量程变换、报警、历史数据记录、PID控制、流量累计等多种处理，支持数据库脚本，在核心级实施控制，满足控制的实时需求。灵活的点参数结构，用户根据需要组态自定义点类型和点参数，满足个性化需求。可靠的冗余系统：紫金桥组态软件支持双机/多机热备份，支持I/O冗余、主机冗余、通讯冗余，系统可以智能检测不同类型的故障

46、并自动进行响应的操作，确保系统安全可靠运行。丰富的I/O驱动：紫金桥组态软件在长期的应用过程中，开发了数百种久经考验的I/O通讯接口，支持各类智能仪表、智能模块、变频器、板卡、PLC和DCS。同时支持OPC、DDE等各类开放接口逼真的图形系统：全面支持过渡色、透明色，支持各种图形画刷，真实再现生产流程，能设计出逼真的图形效果。系统预先定义了数百种标准图形，如泵、阀、仪表、管道、马达等，可以大大缩短开发时间。用户也可以自定义图库，一劳永逸。功能强大的脚本系统：系统支持多种触发形式的脚本，如键动作、数据刷新动作、条件动作、应用动作、窗口动作、对象动作，可以构建各类复杂系统。脚本采用类BASIC语言

47、，简单实用，提供了功能丰富的预定义函数，支持间接变量、数组、循环和自定义函数。报表系统：紫金桥组态软件本身提供了报表系统，可以支持紫金桥的各类运算和函数，还提供了报表函数，报表格式灵活，可以制出各类报表。提供EXCEL组件，可把紫金桥的各类（包括实时、历史、统计等）数据无缝嵌入EXCEL。丰富的组件对象：可以直接在画面中插入各类Windows标准控件，如文本编辑框、下拉框、列表框、表格、复选框等，全面支持各类ActiveX控件和OLE对象，提供各种功能组件如温控曲线、时间调度、自定义菜单等。Web发布：紫金桥组态软件通过Web发布，可以在Internet上授权访问，授权操作。可以使用Windw

48、os自带的WebServer或紫金桥提供的WebServer，可以任意指定数据发布端口。客户端简单易用，用户无需降低IE浏览器安全级别，可直接浏览。周密的安全管理系统：安全管理支持用户分组，用户继承所在组的全部权限，且可以定义拥有自己的私有权限。对窗口、配方、各种点、各种操作等都提供了完整的安全保护机制，只有授权用户才可以操作。3.4过热汽温监控系统3.4.1电厂生产流程图3.1 电厂生产流程图3.1为电厂生产流程。按下绿色“|”按钮，启动系统。由送风机送来的空气， 在进入炉膛之前，先在空气预热器中接受排烟的预热，以减小排烟热量损失，并提高空气温度，改善燃烧过程。炉膛内的燃烧产物高温烟气，在引

49、风机的作用下，沿着锅炉本体倒U形烟道依次流过炉膛，过热器、省煤器（给水预热设备）和空气预热器，将热量逐步传递给水、蒸汽和空气。降温后的烟气流入除尘器进行净化，净化除尘后的烟气则被引风机抽出，最后经烟囱排入大气。燃料燃烧时从炉膛内落下的灰渣，从尾部烟道里落入空气预热器下面灰斗中的飞灰，以及除尘器收集下来的飞灰，通常都用水冲入冲渣沟和冲灰沟。锅炉给水先在省煤器中接受烟气的预热，然后引入锅炉顶部汽包内。锅炉水由于本身的重量沿炉膛外的下降管往下流动，经下联箱进入铺设在炉膛四周的水冷壁管,在其中吸热汽化，形成的汽水混合物上升到汽包内，并在汽包进行汽水分离。水不断在下降管、水冷壁管及汽包内循环，不断汽化，

50、形成的饱和蒸汽聚集在汽包上不；将饱和蒸汽引入过热器，使之继续加热变为过热蒸汽。过热蒸汽沿主蒸汽管进入汽轮机，推动汽轮机转子转动，从而获得机械能。做功后的乏汽排入凝汽器，并在其中冷却成凝结成水。汇集在凝汽器热井中的主凝结水，用凝结水泵打入加热器，预热后再进入除氧器，在其中继续被加热并除去溶解于水中的氧气，以防止氧对金属的腐蚀作用。在除氧器里脱过氧的主凝结水和化学补充水汇集于给水箱中，成为锅炉的给水，借给水泵升压后，沿给水管路送入锅炉的省煤器，以便继续使用。发电机由汽轮机直接拖动，所发出的交流电，一小部分由厂用配电设备予以分配，作为厂房照明和各种辅助机械的厂用电源，其余大部分电能都经主变压器升高电

51、压后送入电网。3.4.2过热汽温监控系统图3.2 过热汽温监控系统图3.2是未启动的过热器分段串级系统。此时，汽包未向各段过热器提供饱和蒸汽。各段过热器的进、出口压力和温度都为0。烟道尾部阀门开度未开启、二次风机未旋转、煤粉未吹进炉膛。图3.3 过热汽温监控系统图3.3是炉膛启动过程中的情况。低温过热器、大屏过热器、后屏过热器、高温过热器的进出口压力与温度都在逐步提高。图3.4 过热汽温监控系统图3.4是系统启动成功后的情况。此时，一次风带煤粉吹进炉膛，被炉膛内由各方向的燃烧器点燃，同时二次风起助燃作用。此时，机组的启动过程结束，进入正常运行状态，各段过热器的进出口压力与温度已趋于稳定。稳定运

52、行后，饱和蒸汽由汽包引出，经过管道进入低温加热器进行加热，然后进入一级减温器。三个级的减温器在过热器工作异常时喷洒水雾，降低该段及后续过热器的温度和压力，防止过热器产生爆管等人员和设备事故。从一级减温器处理后，在进入大屏过热器、二级减温器、后屏过热器、三级减温器、高温过热器，最后得到符合要求的过热蒸汽进入汽轮机的高压缸做功。图3.5 过热汽温监控系统图3.5为实时监控系统的画面。点击“烟道尾部阀门开度”按钮进行调整，画面上阀门挡板动作，“烟道尾部阀门开度”按钮控制尾部阀门的开度大小，此时画面会显示阀门的变化情况。烟道尾部阀门开度的变化会影响炉膛排出的烟气量，进而改变各段过热器进出口压力与温度的

53、变化，最后由送风机抽出送入烟囱排往大气。引风机给炉膛形成负压吸走废气煤灰。送风机抽进空气送入空气预热器，将空气加热为热空气后送进炉膛底部助燃。送风机的作用是给炉膛鼓风保证燃烧完全。保证电厂燃烧经济性最重要的指标是风煤比例系数。当风煤比例系数约为1.2时，煤粉能最好的充分燃烧。从现场经验得知，风大于煤则风会被浪费；煤大于风燃烧就不充分。所以把握住风煤比例系数就非常重要。点击“二次风机转速”按钮与“煤粉量”按钮就可调整风煤比例系数，同时监控画面上“红线”在风煤比例系数在1.0至1.4之间最多，代表燃烧最充分；在0.8至1.0或1.4至1.6之间则相对少，表示燃烧的比较不充分；当小于0.8或大于1.

54、6的，则说明燃烧的最不好。如果现场操作人员认为某个过热器的压力或温度过高，可进行一、二、三级减温器喷水减温。比如高温过热器的温度变化过快，可采用三级减温器进行喷水减温，点击“三级减温器”阀门，此时高温过热器段闪烁，说明正在进行喷水减温，如果达到要求，再次点击阀门，将停止喷水。因为过热器各段是相连的，假设对大屏过热器进行减温，会影响后续各段过热器的进出口压力与温度。结 论过热汽温监控系统采用分段控制,且各段均采用串级控制,因此可及时消除各种扰动的影响,提高了系统的控制品质。过热汽温监控系统克服了一般的分段汽温控制系统在负荷变化时,对流过热器和辐射过热器减温喷水量相差很大的缺点,可提高控制品质,保

55、证了过热器的安全运行。过热汽温监控系统采用了前馈-串级分段控制方案,与普通的控制系统相比,可克服内、外各种扰动,也可克服两侧汽温在调节过程中的相互干扰和影响,提高了蒸汽参数的稳定性。因此过热汽温控制在宏观上：采用喷水控制，是目前普遍采用的过热蒸汽温度控制的方法。文中设计为三级喷水减温，第一级喷水减温以低温过热器出口温度为被调量，任务是维持其出口温度等于给定值，相当于粗调。第二级喷水减温以大屏过热器出口温度为被调量，任务是保护该段过热器不超过允许的工作温度。第三季喷水减温以后屏过热器出口温度为被调量，任务是保护该段过热器不超过允许的工作温度。属于细调喷水减温虽然动态特性不太理想，但对过热器安全运

56、行非常有利。在微观上：采用串级控制系统。采用喷水减温时，由于对象控制通道有较大的迟延和惯性，以及运行中有要求有较小的汽温控制偏差，所以采用单回路控制系统往往不能获得较好的控制品质。针对过汽温控制对象控制通道惯性迟延大、被调量信号反馈慢的特点，从对应该从对象控制通道中找一个比被调量反应快的中间点信号作为调节器的补充反馈信号，以改善对象控制通道的动态特性，提高控制系统的质量。因而采用串级控制系统，其内回路为粗调，能迅速消除窜入副回路的扰动，保证调节的快速性；外回路保证过热器出口温度等于给定值，能够提高调节的精度，起到细调的作用。烟道尾部阀门挡板开度的调整能改变二次风，对煤粉的充分燃烧起很大作用，也

57、能改变各段过热器的参数。风煤比例系数是衡量机组燃烧经济性的重要指标。致 谢走的最快的总是时间，来不及感叹，大学生活已近尾声，四年多的努力与付出，随着本次论文的完成，将要划下完美的句号。从课题选择到具体的写作过程，无不凝聚着梁强老师的心血和汗水。梁强老师要指导很多同学的论文，加上本来就有的教学任务和科研项目，工作量之大可想而知，他还在百忙之中抽出大量的时间来指导我们。他的循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪，他的渊博的专业知识，精益求精的工作作风，严以律己、宽以待人的崇高风范，将一直是我工作、学习中的榜样。在我的毕业论文写作期间，梁强老师为我提供了种种专业知识上的指导和一些富于创造性的

58、建议，没有这样的帮助和关怀，我不会这么顺利的完成毕业论文。另外还要特别感谢张玉艳老师，给予我对紫金桥软件的指导，帮助我顺利完成组态部分。在此向梁强老师和张玉艳老师表示深深的感谢和崇高的敬意。同时，论文的顺利完成，离不开其它同学和朋友的关心和帮助。在整个的论文写作中，各位同学和朋友积极的帮助我查资料和提供有利于论文写作的建议和意见，在他们的帮助下，论文得以不断的完善，最终帮助我完整的写完了整个论文。最后，也是最重要的，我要感谢我的父母，因为没有他们，就没有现在站在这里的我，是他们给以我生命，给以我大学的机会，是他们创就今天的我。对于你们，我充满无限的感激。参考文献1 王存旭. 协调控制系统. 沈

59、阳：沈阳电力高等专科学校自编教材2 黄献勇. 热工过程自动控制. 北京：清华大学出版社，20003 黄其励. 电力工程师（动力卷）上、下册. 北京：中国电力出版社，2002 4 边立秀. 热工控制系统. 北京：中国电力出版社，2002.15 李国勇. 控制系统数字仿真与CAD. 北京：电子工业出版社 20036 荣銮恩. 燃煤锅炉机组. 北京：中国电力出版社，2005.17 高伟. 计算机协调控制系统. 北京：中国电力出版社，2000.118 刘志远. 火电厂计算机控制. 北京：中国电力出版社，2007.49 华东六省一市电机工程学会. 热工自动化. 北京:中国电力出版社，200010 Mayne,D,Q,The Design of Linear Multibariable Systems,Automatic,1973,1.9（2）：201-207-23-