汽溫控制系統是使蒸汽溫度 (過熱蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度) 保持在額定值或允許偏差範圍內的自動控制系統。鍋爐運行對汽溫的要求十分嚴格，一般不允許偏離額定汽溫的±5℃。汽溫過高會影響過熱器、再熱器和汽輪機的安全；汽溫過低會降低電廠的熱效率，並將增加汽輪機的排汽濕度，因而影響汽輪機的安全。
基本介紹
- 中文名：汽溫控制系統
- 外文名：steam temperature
- 學科：熱工控制系統
- 套用對象：鍋爐蒸氣
- 影響因素：等蒸汽負荷、鍋爐給水溫度
- 技術難點：干擾因素多
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影響因素
影響蒸汽溫度變化的因素很多，例如減溫水流量、蒸汽負荷、鍋爐給水溫度、燃燒工況、煙氣溫度、爐膛熱負荷等，歸納起來主要的就是汽水側的擾動和煙氣側的擾動。不論何種因素的擾動，汽溫的階躍回響曲線都有一定的時滯和慣性，最後平衡在新的數值。
過熱汽溫控制
汽溫的調節方式涉及到鍋爐的結構，有面式減溫、噴水減溫和擺動燃燒器等，或者幾種方式並用，其中噴水減溫得到普遍套用(見鍋爐汽溫調節)。過熱汽溫控制系統主要有：串級汽溫控制系統；具有導前微分信號的汽溫控制系統；分段汽溫控制系統。
串級汽溫控制
以噴水減溫器後的汽溫作為輔助被調量，由主調節器和副調節器組成的汽溫控制系統。系統的原理如圖1所示。在減溫水量擾動下，導前汽溫θa比主汽溫θ0提前反映。因此採用θa信號組成串級汽溫控制系統，可改善汽溫的控制質量。只要導前汽溫θa發生變化，副調節器就去改變減溫水量，使後段過熱器的入口汽溫θa維持在一定範圍內，起粗調作用，而過熱器出口汽溫θ0則通過主調節器起校正作用。調節結束後，導前汽溫θa可能穩定在與原來不同的數值上，而主汽溫則等於給定值。
在串級汽溫控制系統中，由於主調節器和主迴路的任務是維持主汽溫θ0恆定，故一般選用具有積分作用的調節器(PI或PID)。至於副調節器和副迴路的任務是快速消除擾動，一般可選用比例調節器(P)或比例微分調節器 (PD)，也可選用比例積分調節器 (PI)(見模擬量控制系統)。
導前微分信號的汽溫控制
以導前汽溫的微分作為補充信號所組成的雙迴路汽溫控制系統。它是串級汽溫控制系統的變形，其原理如圖2所示。由於在系統中引入了導前汽溫θa的微分信號θa'，就等於改善了調節對象的動態特性。在噴水量擾動時，導前汽溫θa使調節器提前動作，可有效地減小主汽溫θ0的動態偏差。在動態過程中調節器根據導前汽溫θa的微分θa'和主汽溫θ0而動作，在靜態時θa不再變化，微分器的輸出消失(即θ等於零)，這時主汽溫θ0必然恢復到給定值。
分段汽溫控制
將整個過熱器分成若干段，各段之間設定一個減溫器，分別控制各段的汽溫，而使主汽溫等於給定值的汽溫控制系統。圖3為兩段汽溫控制系統的原理圖，各段控制方案均採用具有導前微分信號的雙迴路汽溫控制系統。一般說來，分段控制系統的控制品質比一段控制要好。
再熱汽溫控制
再熱汽溫的控制取決於鍋爐的設計和結構，一般採用汽—汽加熱器、煙氣擋板、煙氣再循環、擺動式燃燒器等不同方式(見鍋爐汽溫調節)。一般用煙氣側作為主要調節手段，噴水減溫只在汽溫超過限值時才參加調節或作為超溫的保護手段。為了克服被控對象的滯後和慣性，更好地維持再熱汽溫，可引入空氣流量或蒸汽流量作為再熱汽溫的導前信號。控制系統的原理示於圖4。空氣流量V(或蒸汽流量D)是再熱汽溫的一個導前信號，當它變化時通往再熱器的煙氣量或煙氣再循環量與空氣流量成比例的改變。這樣，只要整定好函式變換器的參數，就可使再熱汽溫基本不變。而當再熱汽溫偏離規定值時，由再熱汽溫調節器進行校正。當再熱汽溫超溫時，噴水調節器經執行器打開噴水調節閥以限制汽溫的進一步升高。在一般情況下，噴水調節系統不參加調溫工作。
技術難點
蒸汽溫度是火電機組安全、高效、經濟運行的重要參數，因此對蒸汽溫度控制的要求相當嚴格，蒸汽溫度過高會使過熱器和汽輪機高壓缸承受過高的熱應力而損壞，汽溫偏低會降低機組的熱效率，影響經濟運行。而蒸汽溫度控制一直是熱控方面的一大難題，主要表現在以下幾個方面：
1）要求控制精度高（±5℃）；
2）系統滯後大；
3）干擾因素較多，包括：給水溫度的變化、減溫水擾動、負荷擾動、燃燒擾動、風煤配比變化等；
4）對象特性的不確定性，過熱器在不同負荷、不同燃燒工況下，對象特性差異較大；
5）控制手段單一，目前主要以噴水減溫為主要控制手段。
目前所採用的汽溫控制方案主要包括串級控制、導前微分、相位補償、分段式控制、溫差控制等，但投運效果均不理想。基於上述因素，儘管國內外許多控制專家在這一方面做了很多研究，也提出了不少新的、先進的控制方案，但由於工程實現存在困難，套用甚少，火電廠汽溫控制問題也一直未能徹底解決。
