600MW超临界火力发电机组再热蒸汽控制系统设计课程设计.doc

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1、摘 要本次课程设计的题目是600MW超临界机组再热汽温控制系统设计。通过对机组的再热汽温控制系统进行现场实地观察、原理分析、可靠性论证，从而提出保证该系统长期稳定处于协调控制的方案。在大型机组中，新蒸汽在汽轮机高压缸内膨胀做功后，需再送回到锅炉再热器中加热升温，然后再送入汽轮机中、低压缸继续做功。采取蒸汽中间再热可以提高电厂循环热效率，降低汽轮机末端叶片的蒸汽湿度，减少汽耗等。为了提高电厂的热经济性，大型火力发电机组广泛采用了蒸汽中间再热技术。再热蒸汽温度控制的意义与过热蒸汽温度控制一样，是为了保证再热器、汽轮机等热力设备的安全，发挥机组的运行效率，提高电厂的经济性。再热蒸汽温度控制的任务，是

2、保持再热器出口蒸汽温度在动态过程中处于允许的范围内，稳态时等于给定值。在再热蒸汽温度控制中，由于蒸汽负荷是由用户决定的，所以几乎都采用改变烟气流量作为主要控制手段，例如改变再循环烟气流量，改变尾部烟道通过再热器的烟气分流量或改变燃烧器（火嘴）的倾斜角度。本文是针对锅炉过热蒸汽温度控制系统进行的分析和设计。控制系统采用串级控制以提高系统的控制性能，在系统中采用了主控-串级控制的切换装置，使系统可以适用于不同的工作环境。通过使用该系统，可以使得锅炉过热器出口蒸汽温度在允许的范围内变化，并保护过热器营壁温度不超过允许的工作温度。关键词： 再热蒸汽，过热蒸汽，串级，过热蒸汽控制。目录第一章 引言31.

3、1 设计课题的目的、意义31.2 国内外现状及发展趋势31.2.1 国内背景31.2.2 国内现状及发展趋势4第二章 再热蒸气控制系统设计方案52.1再热蒸气控制任务52.2再热蒸气控制方法5 2.2.1执行器的选择6 2.2.2变送器的选择82.2.3控制器的选择102.3再热蒸气控制总体方案12第三章 再热蒸汽温度检测控制系统163.1 再热蒸汽温度检测控制的意义与任务163.1 再热蒸汽的特点163.3 再热蒸汽温度影响因素173.4 再热蒸汽温度控制方法手段173.5 再热蒸汽温度控制小结20心得体会21参考文献22第一章 引言1.1 设计课题的目的、意义再热蒸汽温度控制的目的与过热蒸

4、汽温度控制一样，是为了保证再热器、汽轮机等热力设备的安全，发挥机组的运行效率，提高电厂的经济性。再热蒸汽温度控制的任务，是保持再热器出口蒸汽温度在动态过程中处于允许的范围内，稳态时等于给定值。随着时代的发展，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。实现热力过程自动化具有：（1）提高机组运行的安全可靠性；（2）提高机组运行的经济性；（3）减少运行人员，提高劳动生产率；（4）改善劳动条件等特点。在大型机组中，新蒸汽在汽轮机高压缸内膨胀做功后，需再送回到锅炉再热器中加热升温，然后再送人汽轮机中、低压缸继续做功。采取蒸汽中间

5、再热可以提高电厂循环热效率，降低汽轮机末端叶片的蒸汽湿度，减少汽耗等。为了提高电厂的热经济性，大型火力发电机组广泛采用了蒸汽中间再热技术。因此，再热器出口蒸汽温度的控制成为大型火力发电机组不可缺少的一个控制项目。此外，再热气温如果控制不好，容易造成再热器高温腐蚀，以及联通管泄露等事故，所以再热气温的良好控制至关重要。某电厂在数年的运行中，由于负荷变化频繁，一直存在微量喷水减温器出口的再热蒸汽温度波动大的问题，出现的最大温度变化超过140。由于再热气温完全依赖喷水减温调节，使减温器后的蒸汽过热度发生很大的波动，该点的蒸汽过热度最大变化是由150快速降到接近饱和蒸汽温度。由于蒸汽温度变化大，且比较

6、频繁，经常出现很大的温度变化率，这使该处的管道经常承受很大的交变热应力，尤其是内壁承受的热应力最大，这样经过一定时间后，就会在管道的环向焊缝内侧产生裂纹，并逐渐向周围、外侧扩散，再进一步恶化就会影响锅炉的安全运行，后果严重。1.2 国内外现状及发展趋势1.2.1 国内背景火力发电厂在我国电力工业中占有主要地位，是我国重点能源工业之一。大型火力发电机组在国内外发展很快，我国现以300MW机组为骨干机组，并逐步发展600MW以上机组。目前，国外已经建成单机容量1000MW以上的单元机组。单元发电机组是有锅炉、汽轮发电机和辅助设备组成的庞大的设备群。由于其工艺流程复杂，设备众多，管道纵横交错，有上千

7、个参数需要监视、操作或控制，而且电能生产还要求有高度的安全可靠性和经济性，因此，大型机组的自动化水平受到特别的重视。目前，采用以分散微机为基础的集散型控制系统（TDCS），组成一个完整的控制、保护、监视、操作及计算等多功能自动化系统。 我国自从70 年代发展125MW 等级的中间再热大型电站锅炉机组以来，紧接着有200MW ，300MW 的国产机组问世， 80 年代又相继从国外引进各种300MW 以上的炉型，均无一例外为中间再热机组，所以有关再热汽温调节问题也引起了锅炉界同仁的关注。国产锅炉的再热汽调温方式大致上经历了3个发展阶段，即:(1) 烟气再循环调温技术，早在70 年代上海锅炉厂生产的

8、配125MW 机组的400MW 锅炉采用这一技术, 其中多数是燃煤机组。 (2) 80年代中尾部分隔烟道挡板再热汽调温方式得到锅炉制造厂的青睐。随后成立的北京巴威公司生产的300MW 和600MW 锅炉也采用了这种调温方式。(3) 80年代后期随大型电站锅炉引进美国CE公司技术后，以CE公司锅炉技术特方式之一的摆动燃烧器调节再热汽温，已作为300MW 等以上容量锅炉的调温手段。此外， 汽汽热交换面式减温器也曾用于某些200MW 锅炉的再热汽温调节，但受先天性缺陷的限制，如管组和阀门的泄漏、调温幅度小和动态特性差等, 影响了其效能。近几年来, 随着各地工农业生产的迅猛发展,电力建设事业进展极快，

9、各电厂均注重降低煤耗和发电成本, 争取低价上网, 而且由于地方电网装机总量的增大， 一些200MW 甚至300MW 容量的机组作调峰运行已屡见不鲜，低负荷运行经济性已提上日程; 过去影响机组安全运行的问题多半已解决， 电厂领导和职能、运行管理人员所关心的已是“挖潜节能”， 故对于再热汽调温问题已十分重视。1.2.2 国内现状及发展趋势国内的现状是大部分执行机构老化或技术不够先进，我们国内有很好的控制理论和控制系统，但是到执行机构这里就出现问题了！就好像一个人有灵活的大脑，却有笨拙的四肢，无法很好的支配一样。彭城电厂再热器控制系统就是一例，它就是以摆动燃烧器喷嘴为主要调节，微量喷水调节为辅助调节

10、的控制手段。它的控制系统“软件”没有问题，但是执行机构这个“硬件”就有问题了：如四角不能同时摆动、执行机构卡涩、燃烧器摆角下垂(出现单个燃烧器下垂，也有整组燃烧器下垂)，这些问题曾导致锅炉运行中燃烧不稳定，甚至造成锅炉灭火。经多次检修处理，却不能解决这些问题，不得不将燃烧器摆角固定在一定的角度，不再参与再热汽温调节。因此微量喷水调节就成为正常工况下汽温调整的唯一手段。由于完全依赖喷水调节再热汽温，导致运行过程中所投入的减温水量超过设计值。如在额定设计工况下减温水用量是5.0 t/h，实际中需投用减温水量达到2030 t/h。喷水量大幅度地频繁变化，导致减温器后的汽温变化幅度超过规定范围，对减温

11、器后的管道产生更大的热应力。国内发展趋势是尽量恢复燃烧器摆角作为再热汽温的主调节手段；改善被控对象的控制品质；负荷变化时，使再热汽温尽可能稳定。第二章 再热器气温控制系统设计方案2.1再热蒸汽控制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

12、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 再热蒸汽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。

13、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

14、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。

15、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 控制机构与执行机构合称执行器，它是电厂热工自动控制系统的执行环节。执行器接受控制器或人工给定的控制信号。将其进行功率放大，并转换为输出轴相应的转角或直线位移，连续或断续地推动各种控制机构。如控制阀(或调节阀)、挡板，以完成对各种参量的控制。二、分类执行器根据所使用的能源形式，可分成气动、电动和液动三大类。气动执行器是利用压缩空气作为能源；电动和液动执行器分别利用电和高压液体作为能

16、源。在火电厂中，气动和电动使用较多，液动使用较少。执行器根据输出位移量的不同，又分为角位移(或角行程)执行器和线位移(或直行程)执行器。三、特点及应用1电动执行器(1)采用电源为动力， 使用方便，无需特殊的气源和空气净化装置。电源消失时，能保持原来位置。 (2)可以远距离传输信号，电缆的安装比气管方便。且便于检查。 (3)体积小、推力较大、定位精度高、反应快、滞后时间短。 (4)与计算机控制系统连接方便。而且本身也可智能化(内装微处理机)，智能电动执行器是执行器的发展方向。 电动执行器的缺点是结构复杂，价格较高，不适用于防火防爆场合，频繁启停易损害电机或阀门。目前，在火电厂中应用的电动执行器，

17、除DDZ-I、型外，还有引进型电动执行器。如：德国西门子的M76346系列和MAM393系列、法国伯纳德的SD系列、英国罗托克M系列和A系列。此外，还有DDZS型智能电动执行器等。2气动执行器气动执行器的主要优点是；结构简单、工作安全可靠、价格便宜、维护方便、运行平稳、不损坏阀门或设备、负载能力大、天然防火防爆；缺点是：体积大、不便与计算机控制系统连接、需要气源和空气净化装置、气信号不便远传。气动执行器主要有薄膜式和活塞式两大类，并以薄膜式应用最广。在电厂气动基地式自动控制系统中，常采用这类执行器。气动活塞式执行器由气缸内的活塞输出推力，并容易制造成长行程的执行器。所以，气动活塞式执行器特别适

18、用于高静压、高差压以及需要较大推力和位移(转角或直线位移)的工艺场合，如火电厂中的给水、减温水控制阀和送、引风挡板开度的控制。常用的型号为；ZSLD-A、ZSZ、ZSL及MDQZ型，此外还有从国外引进的气动执行器。3液动执行器液动执行器的优缺点与气动执行器基本相同，只是它的响应速度更快，输出推力更大，在电厂中常作为汽轮机控制系统的执行器，如电液伺服执行器(简称EH)。执行器是自动控制系统中不可缺少的重要设备。因此，只有了解和掌握执行器的作用、特点、工作原理和维修调整技能，才能保证热工自动控制系统的安全投入，使火电机系统机组安全运行。在本系统中，调节阀是系统的执行机构，是按照控制器所给定的信号大

19、小和方向，改变阀的开度，以实现调节流量的装置。调节阀的口径的大小，直接决定着控制介质流过它的能力。为了保证系统有较好的流通能力，需要是控制阀两端的压降在整个管线的总压降占有较大的比例。在正常工况下，一般要求调节阀开度应处于15%85%之间，应具体根据实际需要的流通能力的大小进行选择。调节阀按驱动方式可分为：气动调节阀、电动调节阀和液动调节阀，即以压缩空气为动力源的气动调节阀，以电为动力源的电动调节阀，以液体价值压力为动力源的液动调节阀，由于生产现场有防爆要求，所以应选择气动执行器。调价阀的开、关形式需要考虑到以下几种因素：1生产安全角度：当起源供气中断，或调节阀出故障而无输出等情况下，应该确保

20、生产设备的安全，不至发生事故；2保证产品质量：当发生控制阀处于无源状态而恢复到初始位置时，产品的质量不应降低；3尽可能的降低原料、产品、动力耗损；4从介质的特点考虑。2.2.2变送器的选择热电偶温度变送器与各种测温热电偶配合使用，可将温度信号线性地转换成为420mADC电流信号或15VDC电压信号输出，它是由量程单元和放大单元两部分组成的。热电偶温度变送器的主要特点是采用非线性负反馈回路来实现线性变化。这个特殊的性质反馈回路能按照热电偶温度毫伏信号间的非线性关系调整反馈电压，以保证输入温度t与整机输出 或 间的线性关系。零点调整、量程调整电路的工作原理与直流毫伏变送器大致相仿。所不同的是：在热

21、电偶温度变送器的输入回路中增加了由铜电阻 等元件组成的热电偶冷端温度补偿电路；同时把调零电位器 移动到了反馈回路的支路上；在反馈回路中增加了运算放大器 等组成的线性化电路起线性化作用，图1热电偶温度变送器所示。由于锅炉炉膛内的温度值较高，所以选用的热电偶变送器的温度测量值必须达到要求，这里，我选用的是DBW-1150型热电偶温度变送器。DBW-1150型热电偶温度变送器是DDZ-III系列仪表的主要品种。本温度变送器用热电偶作为测温元件，将被测温度线性地转换成标准信号1-5VDC或4-20mADC输出，供给指示、记录、凋节器、计算机等自动化监控系统。 图1热电偶温度变送器技术参数：输 入： 标

22、准热电偶 输 出： 输出电流：420mADC 输出电压：15VDC 输出电阻：250 允许负载变化范围：100量 程： 01600冷端补偿误差： 1温度漂移： 0.1基本误差/1绝缘电阻： 电源、输入与输出端子间100M 绝缘强度： 电源/输入/输山端子间1500VAC/分钟 工作条件： 环境温度：050 相对湿度：90%（RH）电源电压： 24VDC5%功 耗： 2W防爆等级： IICT6重 量： 2Kg2.2.3 控制器的选择 （1）采用模拟控制器:DDZIII型调节器控制器的输入信号为15V的测量信号。设定信号有内设定和外设定两种。内设定信号为15V，外设定信号为420mA。测量信号和设

23、定信号通过输入电路进行减法运算，输出偏差到比例积分微分电路进行比例积分微分运算后，由输出电路转换为420mA信号输出。手动电路和保持电路附于比例积分微分电路之中，手动电路可实现软手动和硬手动两种操作，当处于软手动状态时，用手指按下软手动操作键，使控制器输出积分式上升或下降，当手指离开操作键时，控制器的输出值保持在手指离开前瞬间的数值上，当控制器处于硬手动状态时，移动硬手动操作杆，能使控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

24、。如果是全刻度指示控制器，测量信号和设定信号的指示电路分别把15V电压信号转化为15mA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。图中的420mA输出信号通过精密电阻转化为15V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。 DDZ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%。负载电阻250750。比例度2500。积分时间0.012.5min与0.125min。微分时间0.

25、0410min。电源：22010%AC，0.2A。PID参数范围： （1）给定值-6.9%106.9% （2）比例带0.0799.9% （3）积分时间0.099.9%分 （4）微分时间0.099.9%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0.020.10MPa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

26、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：型式： 扁平式焊接或铸造阀体公称通径： 1252000

27、mm（580）公称压力： PN0.25、0.6、1.0、1.6MPa JIS2K、 JIS5K、JIS10K ANSI 150连 接 型 式： 法兰式：1252000mm（880）密封面型式：RF材 料： 25#、SUS304、SUS316、高温耐热钢Ni25Mo等标 准 型： 适用-5200，公称通径DN550以下。外 部 承 型： 公称通径DN600以上；公称通径DN550以下，温度200600。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

28、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070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再热蒸气控制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

29、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如图所示。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。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。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

30、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。 2、喷水减温控制：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

31、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：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

32、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。 第三章 再热

33、蒸汽温度检测控制系统3.1 再热蒸汽温度检测控制的意义与任务在大容量、高参数机组中，新蒸汽在汽轮机高压缸内膨胀做功后，需送回到锅炉再热器中加热升温，然后再送人汽轮机中、低压缸继续做功。这样可以提高机组的循环效率，并防止汽轮机末级蒸汽带水，减少汽耗，提高热经济性。提高再热蒸汽温度对于提高循环效率是十分重要的，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，而且变化的幅度是相当大的，如果不进行控制，可能造成中压缸转子与汽缸产生较大的热变形，引起汽轮机振动，造成事故。因此，再热器出口蒸汽温度的控制

34、成为大型火力发电机组不可缺少的一个控制项目。再热蒸汽温度控制的意义与过热蒸汽温度控制一样，是为了保证再热器、汽轮机等热力设备的安全，发挥机组的运行效率，提高电厂的经济性。再热汽温控制系统的任务是保持再热器出口蒸汽温度在动态过程中处于允许的范围内，稳态时等于给定值。3.2 再热蒸汽的特点在电力工业的长期发展过程中，通过蒸汽的初参数不断变化来提高电厂的循环热效率。但蒸汽温度的进一步提高受到高温钢材的限制，现大多数电站锅炉的过热汽温维持在540-555度的水平，仅提高压力而不相应的提高过热蒸汽的温度，会使蒸汽在汽轮机内膨胀终止时的湿度过高，从而影响汽轮机的安全运行。再热循环的利用一方面可以进一步提高

35、循环的热效率（采用一次再热可使循环效率提高4%6%，二次再热可提高6%8%），另一方面可以把汽轮机末级叶片的蒸汽温度控制在允许的范围内。蒸汽参数的提高使水的蒸发热减少，过热热增加，使锅炉受热面的布置发生变化，为增加炉内吸热量，在炉内除布置蒸发受热面外，还要布置过热受热面，因此再热器的低温级在炉内以壁式再热器或屏式再热器形式存在，高温再热器一般采用对流式。由于再热器是加热压力较低的蒸汽，且所加热的蒸汽为在高压缸内作功的蒸汽，故与过热蒸汽相比有以下特点：（1） 再热器的工作条件较差由于再热蒸汽压力低，在相同的蒸汽流速下，管内壁对再热蒸汽的放热系数比过热蒸汽小得多（对于铁岭发电厂1021T/H亚临界

36、压力锅炉，在额定工况时的再热蒸汽放热系数仅为过热蒸汽的20%左右），所以再热蒸汽对管壁的冷却能力差，即在受热面负荷相同的情况下，管壁与蒸汽间的温差较过热器大。（2） 再热器系统的阻力对机组的热效率有较大影响再热器的位置使该系统的阻力对蒸汽在汽轮机内的有效焓降有很大影响，从而使热耗和热效率相应减小，降低阻力既降低流速又会使通流面积过大，金属耗量加大。（3） 再热器对汽温偏差比较敏感因蒸汽比热随压力降低而减少，再热蒸汽的压力远比过热蒸汽低，所以在相同的热偏差条件下，在偏差管与平均管的焓增差相同的情况下，所引起的出口汽温偏差比过热蒸汽大。从改善热偏差的角度看，应在再热器系统中增加混合交叉次数，但要考

37、虑流动阻力加大的负面影响，铁岭电厂仅在低温再热器和高温再热器间采用一次交叉换热。（4）运行工况变化对再热汽温影响较大当运行工况变化时（如锅炉出力、过量空气系数、火焰中心位置等）将使受热面的吸热量及蒸汽的焓增发生相应的变化，从而使出口汽温的变化，在焓增相同的情况下，再热汽温的变化量要比过热蒸汽大。（5）运行方式对汽温的影响较大再热器一般安装在以对流热交换为主的锅炉烟道内，所以再热汽温受烟气流量及烟温的影响较大，同时再热汽温又受汽轮机高压缸排汽压力和温度的影响，对定压运行而言这种影响很大，变压运行时由于调门处于全开或部分全开，使流量、温差等因素均有利于维持主汽温和再热温度，故温度变化较小。当定压运

38、行时，一般负荷每降低1%，再热汽温降低近1%度。3.3 再热蒸汽温度的影响因素影响再热蒸汽温度的因素很多，例如机组负荷的大小，火焰中心位置的高低，烟气侧的烟气温度和烟速(烟气流量)的变化，各受热面积灰的程度，燃料、送风和给水的配比情况，给水温度的高低，汽轮机高压缸排汽参数等，其中最为突出的影响因素是负荷扰动和烟气侧的扰动。由于再热蒸汽的汽压低，重量流速小，传热参数小，所以再热器一般布置在锅炉的后烟井或水平烟道中，它具有纯对流受热面的汽温静态特性单位重量工质的吸热量随负荷的下降而降低。而且，当机组蒸汽负荷变化时，再热蒸汽温度的变化幅度比过热蒸汽温度的变化幅度要大，上例如，某机组负荷降低30时，再

39、热蒸汽温度下降2835，差不多是负荷每降低1再热蒸汽温度下降1。因此，负荷扰动对再热汽温的影响最为突出。由于烟气侧的扰动是沿整个再热器管长进行的，所以它对再热蒸汽温度的影响也比较显著。但烟气侧的扰动对再热蒸汽温度的影响存在着管外至管内的传热过程，所以它的影响程度次于蒸汽负荷的扰动。3.4 再热蒸汽温度控制方法手段再热汽温的控制一般以烟气侧控制为主要控制手段，可采用的烟气控制方法有：改变烟气再循环流量、变换烟气挡板位置来改变通过再热器的烟气分流量、改变燃烧器的倾斜角度来改变火焰中心位置、采用多层布置圆型燃烧器等。此外，还可以采用微量喷水和事故喷水来配合减温。(1) 采用烟气再循环控制再热汽温的自

40、动控制系统烟气再循环法是利用烟气再循环风机，将部分烟气从省煤器后抽出，再从炉底冷灰斗外送入炉膛，形成再循环烟气流量。低温烟气送入炉膛底部可降低炉膛温度，以减少炉膛的辐射传热，从而提高炉膛出口烟气的温度和流速，使再热器的对流传热加强，达到调温的目的。例如，当负荷降低而使再热汽温降低时，可通过开大再循环风机的出口挡板来增加再循环烟气的流量，使再热汽温升高，烟气再循环装置如图4.1所示。烟气再循环对主汽温产生正向影响，即调高再热汽温时，同时主汽温度升高。另外，烟气再循环对主蒸汽压力和蒸汽流量也要造成扰动。若由于某种原因使再热汽温升高，这时起升温作用的烟气再循环装置显然是不需要投入的，只能用事故喷水进

41、行再热汽温控制。当再循环设备停用时应自动打开热风门，引入压力稍高的热风将炉膛烟气封锁，以防止高温炉膛烟气经挡板缝隙倒流入再循环烟道而烧坏设备。总之，采用再循环烟气控制再热汽温的优点是反应灵敏，调温幅度大；缺点是设备结构较复杂，且易造成对其他参数的扰动。另外，再循环风机工作条件恶劣，容易磨损和腐蚀，风机增加了长用电消耗。 烟气再循环示意图采用烟气再循环控制再热汽温的自动控制系统如图所示。该系统工作原理如下：再热汽温在比较器内与给定值（由A产生）比较，当汽温低时，偏差值为正信号，此信号进入调节器PI1，其输出经执行器KZ去控制烟气挡板开度，增大烟气再循环量，以控制再热汽温。在加法器中引入了送风量信

42、号VG作为比值控制信号，送风量V反映了锅炉负荷大小，同时能提前反映汽温的变化。当V增加时，汽温升高，故V按负向送入调节器。函数模块f（x）是用来修正风量和再循环烟气量的关系的，风量增加时，相应的烟气再循环量应减少，乘法器采用烟温信号修正再循环烟气量。当再热蒸汽超温时，比较器输出为负值，PI1输出负信号直至关紧烟气再循环挡板，烟气再循环失去调温作用。同时，比较器的输出通过反相器-K1，比例偏置器去喷水调节器PI2，开动喷水调节阀去控制再热汽温，负汽温偏差信号经反相器-K2去偏差报警器，实现超温报警，同时继电器打开热风门，用热风将循环烟道堵住，防止因高温炉烟倒流入再循环烟道而烧坏设备。当再热汽温恢

43、复到给定值时，比较器输出为零，PI2关死喷水门，偏差报警信号通过继电器关闭热风门，烟气再循环系统重新投入工作。(2) 采用烟气挡板控制再热汽温的控制系统此控制方案也可称之为“旁路烟道法”，即通过控制烟气档板的来改变流过过热器受热面和再热器受热面的烟气分配比例，从而达到控制再热汽温的目的。采用这种方法时，锅炉的尾部烟道分为两部分，在主烟道中布置低温再热器，旁路烟道中布置低温过热器，烟气挡板布置在烟温较低的省煤器下面。采用烟气挡板调温的优点是设备结构简单、操作方便；缺点是调温的灵敏度较差、调温幅度也较小。此外，挡板开度和汽温变化也不成线性关系。为此，通常将主、旁两侧挡板按相反方向联动联接，以加大主

44、烟道的烟气量的变化和克服挡板的非线性。当采用改变烟气流量作为控制再热汽温的手段时，控制通道的迟延和惯性较小，因此原则上只需采用单回路控制系统控制再热汽温。考虑到负荷变化是引起再热汽温变化的主要扰动，把主蒸汽量（负荷）作为前馈信号引入控制系统将有利于再热汽温的稳定。 (3) 采用摆动燃烧器法控制再热汽温的自动控制系统燃烧器摆动角度对炉膛出口烟温的影响如下图所示。由图知，燃烧器上倾时可提高炉膛出口烟气温度，燃烧器下倾时可降低炉膛出口烟气温度，因此改变燃烧器倾角能够控制再热汽温。此外，该机组还以减温喷水作为控制再热汽温的辅助手段。 21通过改变燃烧器倾斜角度来改变炉膛火焰中心的位置和炉膛出口的烟气温

45、度，使各受热面的吸热比例相应发生变化，达到控制再热汽温的目的。燃烧器摆动角度对炉膛出口烟温的影响如上图所示。由图知，燃烧器上倾时可提高炉膛出口烟气温度，燃烧器下倾时可降低炉膛出口烟气温度，因此改变燃烧器倾角能够控制再热汽温。图是采用该方法的一个控制系统图。燃烧器控制系统是一个单回路控制系统，定值器A给出的再热汽温设定值经过主蒸汽流量D的f1（x）修正后作为调节器的设定值，与再热器出口汽温比较，其偏差值送入PI1调节器。为了抑制负荷扰动引起的再热汽温变化，系统增加了主蒸汽流量的前馈补偿回路，补偿特性由两个函数模块f2（x）、f3（x）决定，前馈回路由两个并行支路构成，送入小选模块的一路在动态过程

46、中可以加强控制作用。当再热汽温超出给定值，偏差达一定值时，喷水减温系统便自动投入，通过喷水减温来限制再热汽温的升高。该系统的PI2调节器的测量值为再热汽温的偏差信号，设定值为再热汽温偏差允许值。同样为了改善控制过程的品质，这里也引入了由f4（x）构成的蒸汽流量动态补偿，原理同前述。(4) 采用微量喷水和事故喷水减温烟气挡板控制或燃烧器摆角控制的辅助控制手段，是微量喷水和事故喷水减温。当用烟气挡板或改变燃烧器摆角不能将再热汽温控制住时，并且再热汽温高过一定值时，则通过喷水快速降低再热汽温。但用减温水控制再热汽温会降低机组的循环效率，因为再热器采取喷水减温时，将减小效率较高的高压汽缸内的蒸汽流量，降低了机组的热效率，所以在正常情况下，再热蒸汽温度不宜采用喷水调温方式。但喷水减温方式简单、灵敏、可靠，所以可以将其作为再热蒸汽温度超过极限的事故情况下的一种保护手段。由于再热汽温大惯性，大滞后的特点，再热汽温在变负荷时，汽温变化往往超