再热器汽温控制系统课程设计说明书

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目录 第一章 绪论 - - - - - - - - - - - - - - - - -1 1.1 XDPS400简介 1.2汽温调节的概念 1.2.1从蒸汽侧调节气温 1.2.2从烟气侧调节气温 第二章 过热汽温控制系统的设计 - - - - - - - - -4 2.1 过热汽温系统的串级控制方案 2.2 具体设计方案 2.2.1执行器的选择 2.2.2变送器的选择 2.2.3控制器的选择 2.3 总体方案 2.4 仿真运行 第三章 总结 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 17

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300MW火力发电机组再热汽温仪表控制系统设计 第一章 绪论 1 1XDPS400简介 新华分散型控制系统XDPS-400是一套融计算机、网络、数据库和自动控制技术为一体的工业信息技术系列产品，可以构成各种独立的控制系统、分散控制系统DCS、监控和数据采集系统（SCADA），能满足各种工业领域对过程控制和信息管理的需求。系统的模块化设计、合理的软、硬件功能配置和易于扩展的能力，能广泛用于各种大、中、小型电站的分散型控制、发电厂自动化系统、电网自动化系统以及钢铁、化工、造纸、水泥等工业生产过程控制。 XDPS-400+的特点: 主干网络采用环形冗余以太网，通讯速率 100Mbps/1000Mbps; 智能远程I/O网络：1∶1冗余以太网与环网连接 ;I/O卡件与控制器通讯采用了1∶1冗余10兆以网 ;XDPS-400+应用最新的控制和信息技术，把生产过程控制数据和信息系统综合在一起，给工厂管控一体化带来了开放式计算机技术。 1.2汽温调节的概念 维持稳定的汽温是保证机组安全和经济运行所必须的。汽温过高会使金属应力下降，将影响机组的安全运行；汽温降低则会机组的循环的效率。据计算，过热器在超温10℃到20℃下长期运行，其寿命会缩短一半；而汽温降低10℃会使循环若效应降低0.5％，运行中一般规定汽温额定值的波动不能超过－10℃～+5℃。因此，要求锅炉设置适当的调温手段，以修正运行因素对汽温波动的影响。对汽温调节方法的基本要求是：调节惯性或延迟时间小，调节范围大，对热循环热效率影响小，结构简单可靠及附加设备消耗少。 2

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汽温的调节可归结为两大类：蒸汽侧的调节和烟气侧的调节。 1.2.1从蒸汽侧调节汽温 汽温调节通常采用喷水减温作为主要调节手段。再热器不宜采用喷水减温调节汽温。因为喷水减温器将增加再热蒸汽的数量，从而增加了汽轮机中，低压缸的蒸汽流量，即增加了中低压缸的出力。如果机组的负荷一定，将使高压缸出力减小，减少高压缸的蒸汽流量。这就等于部分的用低压蒸汽循环代替高压蒸汽循环做功，因而必然导致整个机组热经济性的降低。再热器喷水减温器的主要目的是当出现事故工况，再热器入口汽温超过允许值，可能出现超温损坏时，喷水减温器投入运行，借以保护再热器。在正常运行情况下，只有当采用其他温度调节方法尚不能完全满足要求时，再热器喷水减温器才投入微量喷水，作为再热汽温的辅助调节。 1.2.2 从烟气侧调节汽温 1、改变火焰中心位置。改变火焰的中心位置可以改变炉内辐射吸热量和进入过热器的烟气速度，因而可以调节过热汽温。当火焰中心位置抬高时，火焰离过热器较近，炉内辐射吸热量减少，炉膛出口烟温升高，则过热汽温将升高。火焰中心位置降低时，则过热汽温降低。改变火焰中心位置的方法有：调整喷燃器的倾角；改变喷燃器的运行方式 2、改变烟气量。若改变流经过热器的烟气量，则烟气流速必然改变，使对流传热系数变化，从而改变了烟气对过热器的放热量。烟气量增多时，烟气流速大，使汽温升高；烟气量减少时，烟气流速小，使汽温降低。改变烟气量即改变烟气流速的方法有：采用烟气再循环；烟气旁路调节；调节送风量。 3

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第二章 再热器气温控制系统设计方案 2.1再热汽温控制的任务 为了提高大容量、高参数机组的循环效率，并防止汽轮机末级蒸汽带水，需采用中间再热系统。提高再热汽温对于提高循环热效率是十分重要的，但受金属材料的限制，目前一般机组的再热蒸汽温度都控制在560℃以下。另一方面，在锅炉运行中，再热器出口温度更容易受到负荷和燃烧工况等因素的影响而发生变化，而且变化的幅度也较大，如果不进行控制，可能造成中压缸转子与汽缸较大的热变形，引起汽轮机振动。 再热蒸汽温度控制系统的任务是将再热蒸汽温度稳定在设定之上。此外，在低负荷、机组甩负荷或汽轮机跳闸时，保护再热器不超温，以保证机组的安全运行。 2.2 再热汽温的控制方法 再热蒸汽温度调节采用调节延期挡板，摆动火嘴和喷水减温的控制方式。 按设计，再热蒸汽温度正常情况下由烟气挡板的摆动来控制。也就是说一般以采用烟气控制的方式为主，这比采用喷水控制有较高的热经济性。 1.采用烟气挡板控制再热汽温的控制系统 采用烟气挡板需把尾部烟道分成两个并联烟道，在主烟道中布置低温再热器，旁路烟道中布置低温过热器。在低温过热器下面布置省煤器，调温挡板则布置在工作条件较好的省煤器下面。主，旁两侧挡板的动作是相反的，即再热器侧开，过热器侧关，反之亦然。 2、摆动火嘴： 摆动燃烧器火嘴倾角是设计用来调节再热汽温的正常手段，它是一个4

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带前馈信号的单回路调节系统。在锅炉A，B侧末级再热器出口联箱上各装有两个出口蒸汽温度测点，可由运行人员在OIS上手动选择每侧的某一测点或两个测点的平均值作为本次再热汽温控制使用。 根据主蒸汽流量经函数发生器给出的随机组负荷变化的再热汽温设定值，与运行人员手动设定值经小值选择器后与再热蒸汽测量值进行比较，偏差进入控制器。控制器设计为SMITH预估器和PID调节器互相切换的方式，两者只能由一个起控制作用，可由热控工程师通过软件调节。为了提高再热汽温在外扰下的调节品质，控制回路设计了机组负荷和送风量经函数发生器给出的前馈信号。根据再热汽温的偏差经控制器的控制运算后在加上前馈信号，形成了对燃烧器火嘴倾角的控制指令，这个指令信号分四路并列输出去驱动炉膛四角的燃烧器火嘴倾角。当进行炉膛吹扫时，火嘴倾角将被自动连锁到水平位置。 3、喷水减温： 喷水减温只起辅助或保护性质的减温作用。每侧的再热汽温有两个测量信号，当摆动火嘴在自动控制状态时，喷水减温的再热汽温设定在摆动火嘴控制系统设定值的基础上加上根据摆动火嘴控制指令经函数发生器给出的偏置量，意在当摆动火嘴有调节与低时抬高喷水减温控制系统设定值以确保喷水减温阀门关死。当摆动火嘴控制指令接近下限而将失去调节余地时，该偏置量应该减小到零以便再热汽温偏高时喷水阀门接替摆动火嘴的减温手段。 由于喷水减温系统只是设计用作辅助调节手段，故系统设计比较简单，再热汽温设定值与测量值的偏差经PID调节器后直接作为喷水减温阀门开度指令，控制器未设计SMITH预估器，也未设计任何前馈信号 2.2.1执行器的选择 一、作用 5

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制器的输出快速改变到需要的数值，只要操作杆不动，就保持这一数值不变。由于有保持电路，使自动与软手动相互切换，硬手动只能切换到软手动，都是无平衡无扰动切换，只有软手动和自动切换到硬手动需要事先平衡才能实现无扰动切换。 如果是全刻度指示控制器，测量信号的指示电路和设定信号的指示电路分别把1～5V电压信号转化为1～5mA电流信号用双针指示器分别指示测量信号和设定信号。当控制器出现故障需要把控制器从壳体中取出检查时，可以把便携式手动操作器插入手动操作插孔，以实现手动操作。 图4.3中的4～20mA输出信号通过 精密电阻转化为1～5V电压反馈到控制器的输入端，使控制器形成了自闭系统，提高了控制器的运算精度。 根据生产设计要求，采用WHSPL型调节器。 教师批阅 图2 DDZ―Ⅲ基型控制器框图 技术参数： ●统一标准信号：1-5VDC或4-20mADC。 ●控制精度为<0.5%。 11

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●负载电阻250～750Ω。 ●比例度2％～500％。 ●积分时间0.01～2.5min与0.1～25min。 ●微分时间0.04～10min。 ●电源：220±10?，0.2A。 ●PID参数范围： （1）给定值-6.9%—106.9% （2）比例带0.0—799.9% （3）积分时间0.0—99.9%分 （4）微分时间0.0—99.9%分 （5）采样周期200毫秒 （2）本设计采用气动薄膜调节阀，其工作原理：当气室输入了0.02～0.10MPa信号压力之后，薄膜产生推力，使推力盘向下移动，压缩弹簧，带动推杆、阀杆、阀芯向下移动，阀芯离开了阀座，从而使压缩空气流通。当信号压力维持一定时，阀门就维持在一定的开度上。 气动薄膜调节阀的结构可以分为两部分，上面是执行机构，下面是调节机构。它主要由膜片、弹簧、推杆、阀芯、阀座等零部件组成。当来自控制器的信号压力通入到薄膜气室时，在膜片上产生一个推力，并推动推杆部件向下移动，使阀芯和阀座之间的空隙减小，流体受到的阻力增大，流量减小。推杆下移的同时，弹簧受压产生反作用力，直到弹簧的反作用力与信号压力在膜片上产生的推力相平衡为止，此时，阀芯与阀座之间的流通面积不再改变，流体的流量稳定。 出于安全的原因，在此次设计中使用VBD气动端面密封蝶阀，VBD气动端面密封蝶阀是一种重量轻，结构简单的后座式端面密封蝶阀。阀体、阀板均用钢板焊接或铸造加工而成。适用于低压状态的空气或其他气体的流量、压力控制。本产品符合GB/T4213-92标准。 技术参数： 12

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●型 式： 扁平式焊接或铸造阀体 ●公称通径： 125～2000mm（5″～80″） ●公称压力： PN0.25、0.6、1.0、1.6MPa JIS2K、 JIS5K、JIS10K ANSI 150 ●连接型式： 法兰式：125～2000mm（8″～80″）密封面型式：RF ●材 料： 25#、SUS304、SUS316、高温耐热钢Ni25Mo等 ●标 准 型： 适用-5～200℃，公称通径DN550以下。 ●外部轴承型： 公称通径DN600以上；公称通径DN550以下，温度200～600℃。 ●压盖形式： 螺栓压紧式 ●填 料： 聚四氟乙烯、 聚四氟乙烯石棉（常温用）、柔性石墨（中温、高温用） 阀内组件 ●额定行程： 全开60°或全开90° ●阀板材料： 25#、SUS304、SUS316等 ●旋转轴材料： SUS630、SUS304、SUS316 ●阀体、阀板密封形式 端面密封型 执行机构 ●型 式 气缸活塞执行机构 ●供气压力 500kPa ●气源接口 G1/8\、G1/4\、G3/8\、G1/2\、 ●环境温度 0～＋70℃ ●阀作用型式 根据执行机构与旋转轴之间键连接位置不同，可实现阀的气—关式或气—开式 ●阀门安装方式 阀杆应水平地安装在配管上。若安装方式发生变13

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化，请予以注明。 附 件 ●定位器、空气过滤减压器、保位阀、行程开关、阀位传送器、手轮机构等 2.3总体方案 蒸汽再热器是锅炉的重要组成部分，它的作用是将在汽轮机高压缸作功后的蒸汽再次加热到新蒸汽温度，然后送入汽轮机中压缸继续作功，经过再热循环，一方面可以进一步提高循环热效率，另一方面可以使汽轮机末级叶片的蒸汽湿度控制在允许的范围内，其调节用温度测点和执行机构接线图附录1所示。 再热汽循环可以降低汽轮机末端叶片的蒸汽湿度，降低消耗，提高电厂的热效率，高压缸做功以后的乏汽，回到锅炉后，主要提高蒸汽的干度，进入汽轮机做功，对汽轮机不会产生损坏，控制再热温度的目的也就在于此，提高机组的热效率，降低汽轮机低压部分蒸汽带水，。某电厂控制再热器温度的手段有两大部分，一部分为控制热风挡板的位置来控制再热汽温，另一部分为控制再热喷水量来控制再热汽温。(图如附录1) 1、系统构成 再热汽温控制系统外围设备包括再热减温出口温度TE0601A、TE0601B温度元件，再热器压力信号PT0501变送器，再热器喷水流量信号为PDT2123差压变送器，再热器出口温度信号分别为TE0691A、TE0691B温度元件，A侧热风注入信号分别为PDT7107AA、PDT7107AB，B侧热风注入信号分别为PDT7107BA、PDT7107BB差压变送器，应确保量程合适、测量正确、CRT显示正常，再热减温执行器BN0601、热风注入挡板CD7107A、CD7107B，执行机构应确保动作方向正确，行程时间和行程误差合适。（图如附录2） 2、喷水减温控制（图如附录3） 在喷水减温控制回路中，被调主参数为再热器出口温度二取大的信14

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号，被调副参数为再热器减温喷水出口温度二取小的信号，细调参数为PDT2123差压信号经开方处理的再热器喷水流量信号。 再热汽温喷水调节阀采用的是串级三冲量调节系统，再热汽温度为主信号，喷水出口温度为辅助信号，喷水流量为细调信号，内回路调节器根据减温水流量和减温器出口温度的变化来动作喷水调节阀，减少这些信号扰动对再热汽温主信号的影响；当再热汽温主信号偏离给定值时，外回路主调节器发出校正信号往动作喷水阀，适当地改变喷水量，维持再热汽温主信号基本即是给定值 3、热风注进控制（图如附录4） 在热风注进控制回路中，被调主参数为再热器出口温度二取大的信号，被调副参数为单侧热风注进差压信号经开方后，二取均值作为单侧热风注进流量信号。 热风注进控制回路是串级三冲量调节系统，在主回路中，当系统中由于某种扰动使再热蒸汽出口温度上升时，主调节器进口丈量信号将上升，由于调节器C-1模块为反作用，所以在设定值不变的情况下，控制器C-1模块的输出将减小，其副调设定值减小，所以调节器C-2、C-3模块的进口偏差信号将上升，由于调节器C-2、C-3模块为反作用，终极将使两侧的热风挡板位置向关小的方向动作，用以减小炉膛底部热风注进量，力图使再热汽温下降，从而保证再热汽温在给定值的四周，并保持在答应的范围内。 在副回路中，当系统由于某种扰动使热风输进量增加或减小时，副调节器C-2、C-3模块的丈量信号将上升或下降，由于副调节器C-2、C-3模块采用的是反作用，所以副调节器的输出将使挡板开度关小或开大，也力图使热风注进量减小或增加，从而使系统趋近平衡。 15

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2.4仿真运行

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第三章 总结 此次再热蒸汽温度控制系统的设计，巩固了我们所学的热工测量与控制仪表的知识，使我对热工控制的方法与原理有了深入的了解。经过这次课程设计，我进一步了解了仪表控制系统的原理，串级控制系统设计。对PID控制也有了深刻的了解和认识，学会了对过程控制系统的动态仿真以及用CAD软件对控制系统的示意图、SAMA图、组态图等进行绘制，并灵活运用MATLAB程序对控制系统进行论证。 本次课程设计要求我们广泛地查阅文献资料，以对此次的课程设计有更全面的了解，从而使得对再热汽温控制系统的设计更有理有据。因此，我将已经被束之高阁的一些书籍重新找出，认真阅读，从中不仅查找到了设计中需要的知识点，还发现了一些以前学习中忽略了的知识。灵活地运用MATLAB程序对系统进行仿真、计算、分析，以提高运算速度与精度。在计算期间，我也深刻地体会到了严谨和细心的重要性，一旦计算的某一个环节出错，几乎就要从头再来，这是本次课程设计中我认为最大的一个挑战。巧妙地运用WORD对文档进行排版，使文档整洁美观；精确地使用CAD对控制系统的示意图、SAMA图等进行绘制等多方面技能的综合运用。也正是大学生综合素质与技能的体现。 通过这些天的课程设计，我对锅炉过热汽温自动控制系统的设计有了更加系统、全面、深刻的了解与掌握，进一步提高了我的动手能力，以及如何充分利用身边的资源去处理实际问题的能力。同时在这次课程设计中我也学到了在大学课堂中学不到的东西，认识到了自己在实际的工程能力上还有很大的不足，但是，我也看到了自己在这次课程设计中的成长和进步，因此我相信，通过不断的训练和磨砺，自己的能力和水平会更上一层楼 17

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参考书目: [1]周尚周.热控分册.中国电力出版社，北京：2010.4 [2]宋景智，麻红育.自动化控制仪表安装，北京：中国设计出版社，2005.9 [3]巨林仓.热工过程控制系统.西安:西安交通大学出版社,2009.7 [4]赵建立.大型火电机组热工控制技术,北京:中国电力出版社,2009.6 其他参考: 电力之家论坛 18

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附录1 附录2 19

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附录3 20

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附录4 21

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