沙角A電廠 劉志威

電廠內(nèi)部鍋爐主蒸汽溫控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，是確保電廠經(jīng)濟(jì)上行以及提升電廠設(shè)備機(jī)組運(yùn)行安全性的前提和基礎(chǔ)，根據(jù)電廠主蒸汽溫控制系統(tǒng)運(yùn)行效果對氣溫特性進(jìn)行動態(tài)化試驗(yàn)[1]，過熱蒸汽溫度在煙氣擾動下延遲較小，而在減溫水量擾動下延遲較大，這種特性將使過熱蒸汽溫度的控制滯后。針對電廠溫控系統(tǒng)運(yùn)行問題，國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者對其進(jìn)行深入研究和探討，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)?？刂啤⒛：治龅确绞綄χ髡羝瑴厍闆r進(jìn)行有效控制，但在具體實(shí)踐過程中，由于不同電廠主蒸汽系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及設(shè)備機(jī)組性能與參數(shù)具有明顯的不確定性，上述技術(shù)引入實(shí)踐中仍存在阻力[2-5]。

針對電廠主蒸汽溫控制系統(tǒng)運(yùn)行，專家學(xué)者對爐膛輻射能信號應(yīng)用機(jī)理與效果進(jìn)行全面分析，通過針對性研究，得出諸多具有實(shí)用性與實(shí)踐價(jià)值的科研成果?；跔t膛火焰輻射圖像處理問題，專家采用溫控監(jiān)督技術(shù)對爐膛火焰溫度分布情況展開實(shí)時(shí)監(jiān)測，從而獲得精準(zhǔn)可靠的爐膛出口煙氣溫度數(shù)據(jù)。技術(shù)人員將上述溫控監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用于一臺300MW火電設(shè)備機(jī)組運(yùn)行作業(yè)環(huán)節(jié)，通過對主蒸汽溫度變化的實(shí)時(shí)監(jiān)測靈活調(diào)節(jié)水溫，實(shí)現(xiàn)對超溫蒸汽溫度的有效控制。

1 過熱汽溫影響因素及控制現(xiàn)狀

電廠爐膛主蒸汽溫度控制期間，利用主蒸汽溫調(diào)節(jié)器將控制系統(tǒng)進(jìn)行串級設(shè)計(jì)，結(jié)合導(dǎo)前微分補(bǔ)償信號，構(gòu)成主蒸汽溫回路控制系統(tǒng)，由于電廠爐膛系統(tǒng)運(yùn)行過程中存在明顯的延時(shí)和慣性缺陷，導(dǎo)致控制器及控制系統(tǒng)作用不明顯，通過多方實(shí)踐應(yīng)用，電廠針對溫控問題對分散控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化與改造，但在穩(wěn)定狀態(tài)下對主蒸汽溫度控制效果不佳，溫控?cái)?shù)據(jù)超過國家標(biāo)準(zhǔn)要求。電廠負(fù)荷以2%MRC/min速度變化，整體汽溫與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值之間存在較大差距，為保證良好的主蒸汽溫度控制效果，電廠需采用人工的方式對系統(tǒng)溫度情況進(jìn)行控制，影響電廠主蒸汽溫度控制系統(tǒng)運(yùn)行效率和質(zhì)量。影響主蒸汽溫度的主要因素包括以下幾方面：爐膛煙氣出口溫度波動劇烈、溫控調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行遲緩、電氣設(shè)備調(diào)峰干擾頻繁。

以沙角某電廠主蒸汽機(jī)組運(yùn)行為例，采用一級噴水系統(tǒng)進(jìn)行減溫調(diào)節(jié)，鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)是通過檢測過熱蒸汽溫度及其變化趨勢來調(diào)節(jié)減溫水量，以維持過熱蒸汽溫度在允許的范圍之內(nèi)。主要由調(diào)節(jié)器與調(diào)節(jié)回路組成，將過熱器入口溫度與減溫器噴水后溫度作差，計(jì)算差值應(yīng)用到主調(diào)節(jié)器與減溫器之間的閥門開度，用于穩(wěn)定經(jīng)由過熱器后惰性區(qū)響應(yīng)的汽溫，主調(diào)節(jié)器按照過熱器輸出溫度的偏差情況，對副調(diào)節(jié)器設(shè)定值進(jìn)行調(diào)整，利用調(diào)節(jié)系統(tǒng)間接引進(jìn)爐膛汽溫值，利用調(diào)節(jié)器接收蒸汽流量信號相關(guān)參數(shù)用于導(dǎo)前微分調(diào)節(jié)系統(tǒng)，維持穩(wěn)定平衡的超溫環(huán)境。

圖1 原主汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)圖

受惰性區(qū)滯后性影響，導(dǎo)前汽溫與調(diào)門動作相應(yīng)速率之間存在較大差距，無法從根本上解決傳熱延遲引發(fā)的超溫現(xiàn)象，需通過溫控試驗(yàn)對導(dǎo)前汽溫及調(diào)門響應(yīng)速度進(jìn)行確認(rèn)，以蒸汽流量與熱量信號為主要調(diào)節(jié)信號，結(jié)合汽水側(cè)調(diào)節(jié)參數(shù)，無法對爐膛燃燒火焰均勻性進(jìn)行控制，直接影響爐膛煙氣出口溫度的變化，自投產(chǎn)使用以來，主蒸汽溫度控制系統(tǒng)基本穩(wěn)定，但內(nèi)部溫控設(shè)定值與標(biāo)注溫控?cái)?shù)值之間存在較大差異，在系統(tǒng)動態(tài)調(diào)節(jié)期間極易出現(xiàn)超高溫現(xiàn)象，對蒸汽質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重的不良影響。

2 輻射能信號在主汽溫控制中的方案設(shè)計(jì)

鍋爐運(yùn)行過程中，過熱蒸汽溫度作為一項(xiàng)重要的參數(shù)，反映出機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性，因此要求維持在允許的范圍之內(nèi)，尤其要求嚴(yán)格控制超溫現(xiàn)象的發(fā)生，以防止過熱器金屬管壁的溫度超過允許的工作溫度而影響過熱器的安全運(yùn)行。技術(shù)人員利用輻射能信號對主汽溫系統(tǒng)進(jìn)行控制時(shí)，為保證良好的控制效果，需提前對過熱器出口主蒸汽溫度波動情況及具體原因進(jìn)行分析，保證主蒸汽溫控制系統(tǒng)回路具備校正功能，有效改善煙氣側(cè)引發(fā)的干擾與負(fù)荷波動情況，提高主汽溫控制系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性，必要時(shí)要采取良好控制品質(zhì)控制策略。理論分析表明，通過檢測煙氣溫度及其變化趨勢來提前調(diào)節(jié)減溫水量，可以使這種滯后減弱，從而有效的控制過熱蒸汽溫度。

通過爐膛輻射能信號，將溫控系統(tǒng)響應(yīng)速率與汽包壓力信號間進(jìn)行對比，通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)充分發(fā)揮輻射能的基本性質(zhì)。將輻射能信號引入電廠汽溫控制體系中，實(shí)現(xiàn)對爐膛煙氣出口溫度的實(shí)時(shí)掌控與監(jiān)測，通過主汽溫控制的回路系統(tǒng)，強(qiáng)化導(dǎo)前汽溫與溫控系統(tǒng)之間的融合效果，通過對爐膛內(nèi)部結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)爐膛煙氣出口蒸汽量對輻射能信號進(jìn)行計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對爐膛溫度的有效調(diào)節(jié)。如圖2所示，電廠現(xiàn)行的主汽溫控制系統(tǒng)存在諸多問題，系統(tǒng)運(yùn)行期間，極易引發(fā)爐膛煙氣出口溫度波動變化問題，需要對原溫控系統(tǒng)進(jìn)行改造，引入輻射能信號與導(dǎo)前微分補(bǔ)償信號，對減溫水進(jìn)行調(diào)節(jié)，按照蒸汽流量與熱值數(shù)據(jù)之間的差值，對輻射能信號進(jìn)行信號合成處理，最終作為導(dǎo)前信號存在。

圖2 引入輻射能信號的主汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理

3 運(yùn)行試驗(yàn)及結(jié)果分析

觀察原主汽溫控制調(diào)節(jié)曲線。在282MW條件下對穩(wěn)定狀態(tài)負(fù)荷進(jìn)行觀察，接著將負(fù)荷以6MW/min速率由282MW降至235MW，采取相同的變化速率將溫控升至280MW，根據(jù)曲線觀察，利用輻射能信號對爐膛煙氣出口汽溫的調(diào)節(jié)與控制效果較好，主蒸汽溫度在522.2～544.0℃之間波動，在負(fù)荷上下調(diào)整的狀態(tài)下，主汽溫波動基本維持在±10℃左右，系統(tǒng)噴水量在50t/h。將輻射能信號引入超溫控制系統(tǒng)中，通過自動調(diào)節(jié)裝置，結(jié)合減溫水模型運(yùn)行邏輯結(jié)構(gòu)對系統(tǒng)程序進(jìn)行修改，增設(shè)熱量差值對比模塊，加快實(shí)現(xiàn)主汽溫的自動控制效果。

圖3顯示的是在負(fù)荷為296MW狀態(tài)下引入輻射能信號后主汽溫相關(guān)參數(shù)變化曲線，將信號引入汽溫控制系統(tǒng)回路中，動態(tài)調(diào)節(jié)效果明顯，減溫水閥門動作頻率升高，整體減溫效果處于較低水平，基于此引入輻射能信號，負(fù)荷以6MW/min速率由280MW降至224MW，主汽溫波動維持在±2℃，系統(tǒng)內(nèi)減溫水變化量在10t/h，實(shí)現(xiàn)對主汽溫的有效調(diào)節(jié)和控制作用。

圖3 主汽溫控制中引入輻射能信號時(shí)的動態(tài)調(diào)節(jié)過程

圖4為熱量信號占20%、輻射能信號占80%的條件下，240MW和280MW負(fù)荷穩(wěn)定期內(nèi)的住氣溫變化情況示意圖，據(jù)圖中相關(guān)數(shù)據(jù)分析，在引入輻射能信號后，兩種負(fù)荷運(yùn)行時(shí)主汽溫波動均小于±2.5℃。在電廠溫控系統(tǒng)中引入輻射能信號，通過過熱減溫水調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行試驗(yàn)，結(jié)果證明爐膛內(nèi)輻射能信號增大會帶動主汽溫控制系統(tǒng)穩(wěn)定性提升。

圖4 引入輻射能信號時(shí)主汽溫在不同負(fù)荷下的變化