过热汽温串级控制系统的设计

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1、引言火电厂锅炉汽温控制系统具有大迟延、大惯性的特点，且影响汽温变化的扰动因素很多，如蒸汽负荷、烟气温度和流速、火焰中心位置、减温水量、给水温度等等，这些扰动会极大影响机组的安全、经济运行。本设计的工作意义是：大型火电厂锅炉过热汽温对电厂安全经济运行有着重要影响,过热蒸汽温度是锅炉汽水系统中温度最高点，如果蒸汽温度过高就会使过热器和汽轮机高压缸承受过高的热应力而损坏，威胁机组的安全运行。如果过热蒸汽温度偏低，则蒸汽含水量增加，会降低电厂的工作效率，甚至会使汽轮机带水，从而缩短汽轮机叶片的使用寿命。所以控制好过热

2、器出口温度非常重要。通常要求它的温度保持在额定值范围内。常规的蒸汽温度控制方案大致可分为两种:一种是串级控制,另一种是导前微分控制。目前该领域的控制方法有：过热汽温FPID(模糊PID)控制系统,基于控制历史的过热汽温模糊串级控制系统，过热汽温鲁棒PID控制系统，但以上方法都只是理论研究，应用于实际生产之中的控制方式以传统方法为主。继续提高主汽温、再热汽温的控制品质，仍具有较高的理论与实用价值。本文以过热汽温串级控制系统的思路对被控对象进行研究与分析，针对被控对象的大延迟，不确定等特点，选择串级控制系统能够获

3、得较好的抗干扰性能和动态特性。第一章单元机组燃烧系统本课题研究对象为200MW单元机组过热汽温串级控制系统，锅炉为高温、亚临界压力、中间再热、自然循环、单炉膛前后对冲燃烧、燃煤粉汽包炉，下面将先介绍锅炉的燃烧系统。1.1燃烧室(炉膛)炉膛断面尺寸为深12500mm、宽13260mm的矩形炉膛其深宽比为1:1.06。这样近似正方形的矩形截面为四角布置切圆燃烧方式创造了良好的条件。从而使燃烧室四周的水冷壁吸热比较均匀，热偏差较小。燃烧室上部布置四大片分隔屏过热器，便于消除燃烧室上方出口烟气流的残余旋转，减少进入水

4、平烟道的烟气温度偏差。1.2汽包汽包横向布置在锅炉前上方，汽包内径为，壁厚145mm，筒身长20500mm，筒身两端各与半球形封头相接，筒身与封头均用BHW-35钢材制成。汽包内部下方装有给水分配管。四根大直径下降管则均匀布置在汽包筒身底部。给水分配管上的给水孔正好在下降管管座上方，可以防止汽包壁受到低温水冷的影响，使汽包上下壁温比较均匀。下降管入口处装有十字形消涡器，以减少或消除下降管入口产生旋涡带汽，保证水循环安全。汽包内部装有轴流式旋风分离器、波浪形干燥器、连续排污管、事故紧急放水管和加药管等。1.3水

5、冷壁锅炉炉膛四周炉墙上敷设的受热面通常称为水冷壁。中压自然循环锅炉的水冷壁全部是蒸发受热面，高压、超高压和亚临界压力锅炉的水冷壁主要是蒸发受热面。在直流锅炉中，水冷壁既是水加热和蒸发的受热面，又是过热受热面，但水冷壁仍然主要是蒸发受热面。一、水冷壁的工作特点与作用锅炉发展初期，使用水冷壁主要是为了保护炉墙，布置在炉墙前的水冷壁管吸收大量炉内高温火焰的辐射热量，以降低炉墙的温度，使炉墙的机械强度提高，锅炉运行可靠安全。发展到今天，水冷壁已成为锅炉的主要受热面之—。它具有以下的特点和作用：(1)强化传热，减少锅炉

6、受热面面积。(2)降低高温对炉墙的破坏作用，起保护炉墙的作用。(3)能有效地防止炉壁结渣。高温熔融的焦炭和灰渣一旦碰撞在温度较低的水冷壁管上，很快降温凝固，失去粘性而下滑至冷灰斗。避免熔融灰渣粘结在高温炉墙上而造成结渣现象。(4)悬吊炉墙。近代中大型电站锅炉都采用敷设在水冷壁管上的敷管炉墙或管承炉墙。炉墙的全部重量靠悬吊的水冷壁支承，同时，受热面与水待壁一起向下膨胀。(5)作为锅炉主要的蒸发受热面。水冷壁由内螺纹管和光管组成。四周炉墙上共划分为32个独立回路，其中两侧墙各有6个独立回路，前、后墙各有6个回路。

7、最宽的回路有23根管子，它位于前、后墙中部。炉膛四角为大切角，每一切角处的水冷壁形成2个独立小回路，四角共8个独立小回路。切角下部形成燃烧器的水冷套，以保护燃烧室不致烧坏，水冷套与燃烧器一起组装出厂。1.4过热器亚临界参数锅炉，锅炉工作压力高，过热蒸汽的吸热量比例较大，占锅炉工质总吸热量的36.4％，过热器系统比较复杂和庞大。过热器系统包括顶棚过热器、低温对流过热器、分隔屏及后屏过热器、高温对流过热器等。顶棚过热器分前炉顶过热器和后炉顶过热器，也包括延伸烟道，即水平烟道两侧墙的包覆管过热器。低温对流过热器水平

8、布置在尾部烟道隔板的后烟道，逆向对流传热。四大片分隔屏过热器布置在炉膛上方，每片分隔屏由6小片管屏组成，其外形尺寸为高13400mm、宽2×28200mm，分隔屏的横向平均距离为2698mm。20片后屏过热器布置在炉膛出口处，每片后屏由14根U形管组成，位于炉膛内的屏高14300mm。高温过热器则布置在炉膛折焰角的上方，为顺流对流过热器[1]。1.5再热器再热器分成两级，第一级再热器是位于尾部烟道前