主汽溫控制中的輻射能信號應用

沙角A電廠 劉志威

電廠內部鍋爐主蒸汽溫控制系統的穩定運行，是確保電廠經濟上行以及提升電廠設備機組運行安全性的前提和基礎，根據電廠主蒸汽溫控制系統運行效果對氣溫特性進行動態化試驗[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。針對電廠溫控系統運行問題，國內外相關領域專家學者對其進行深入研究和探討，采用神經網絡、內模控制、模糊分析等方式對主蒸汽超溫情況進行有效控制，但在具體實踐過程中，由于不同電廠主蒸汽系統運行狀態及設備機組性能與參數具有明顯的不確定性，上述技術引入實踐中仍存在阻力[2-5]。

針對電廠主蒸汽溫控制系統運行，專家學者對爐膛輻射能信號應用機理與效果進行全面分析，通過針對性研究，得出諸多具有實用性與實踐價值的科研成果。基于爐膛火焰輻射圖像處理問題，專家采用溫控監督技術對爐膛火焰溫度分布情況展開實時監測，從而獲得精準可靠的爐膛出口煙氣溫度數據。技術人員將上述溫控監測技術應用于一臺300MW火電設備機組運行作業環節，通過對主蒸汽溫度變化的實時監測靈活調節水溫，實現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狀

電廠爐膛主蒸汽溫度控制期間，利用主蒸汽溫調節器將控制系統進行串級設計，結合導前微分補償信號，構成主蒸汽溫回路控制系統，由于電廠爐膛系統運行過程中存在明顯的延時和慣性缺陷，導致控制器及控制系統作用不明顯，通過多方實踐應用，電廠針對溫控問題對分散控制系統進行優化與改造，但在穩定狀態下對主蒸汽溫度控制效果不佳，溫控數據超過國家標準要求。電廠負荷以2%MRC/min速度變化，整體汽溫與標準數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溫度情況進行控制，影響電廠主蒸汽溫度控制系統運行效率和質量。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、溫控調節系統運行遲緩、電氣設備調峰干擾頻繁。

以沙角某電廠主蒸汽機組運行為例，采用一級噴水系統進行減溫調節，鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統是通過檢測過熱蒸汽溫度及其變化趨勢來調節減溫水量，以維持過熱蒸汽溫度在允許的范圍之內。主要由調節器與調節回路組成，將過熱器入口溫度與減溫器噴水后溫度作差，計算差值應用到主調節器與減溫器之間的閥門開度，用于穩定經由過熱器后惰性區響應的汽溫，主調節器按照過熱器輸出溫度的偏差情況，對副調節器設定值進行調整，利用調節系統間接引進爐膛汽溫值，利用調節器接收蒸汽流量信號相關參數用于導前微分調節系統，維持穩定平衡的超溫環境。

圖1 原主汽溫度調節系統圖

受惰性區滯后性影響，導前汽溫與調門動作相應速率之間存在較大差距，無法從根本上解決傳熱延遲引發的超溫現象，需通過溫控試驗對導前汽溫及調門響應速度進行確認，以蒸汽流量與熱量信號為主要調節信號，結合汽水側調節參數，無法對爐膛燃燒火焰均勻性進行控制，直接影響爐膛煙氣出口溫度的變化，自投產使用以來，主蒸汽溫度控制系統基本穩定，但內部溫控設定值與標注溫控數值之間存在較大差異，在系統動態調節期間極易出現超高溫現象，對蒸汽質量產生嚴重的不良影響。

2 輻射能信號在主汽溫控制中的方案設計

鍋爐運行過程中，過熱蒸汽溫度作為一項重要的參數，反映出機組運行的經濟性和安全性，因此要求維持在允許的范圍之內，尤其要求嚴格控制超溫現象的發生，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行。技術人員利用輻射能信號對主汽溫系統進行控制時，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行分析，保證主蒸汽溫控制系統回路具備校正功能，有效改善煙氣側引發的干擾與負荷波動情況，提高主汽溫控制系統運行的穩定性與安全性，必要時要采取良好控制品質控制策略。理論分析表明，通過檢測煙氣溫度及其變化趨勢來提前調節減溫水量，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，將溫控系統響應速率與汽包壓力信號間進行對比，通過調節系統充分發揮輻射能的基本性質。將輻射能信號引入電廠汽溫控制體系中，實現對爐膛煙氣出口溫度的實時掌控與監測，通過主汽溫控制的回路系統，強化導前汽溫與溫控系統之間的融合效果，通過對爐膛內部結構與系統的優化設計，根據爐膛煙氣出口蒸汽量對輻射能信號進行計算，實現對爐膛溫度的有效調節。如圖2所示，電廠現行的主汽溫控制系統存在諸多問題，系統運行期間，極易引發爐膛煙氣出口溫度波動變化問題，需要對原溫控系統進行改造，引入輻射能信號與導前微分補償信號，對減溫水進行調節，按照蒸汽流量與熱值數據之間的差值，對輻射能信號進行信號合成處理，最終作為導前信號存在。

圖2 引入輻射能信號的主汽溫度調節系統原理

3 運行試驗及結果分析

觀察原主汽溫控制調節曲線。在282MW條件下對穩定狀態負荷進行觀察，接著將負荷以6MW/min速率由282MW降至235MW，采取相同的變化速率將溫控升至280MW，根據曲線觀察，利用輻射能信號對爐膛煙氣出口汽溫的調節與控制效果較好，主蒸汽溫度在522.2～544.0℃之間波動，在負荷上下調整的狀態下，主汽溫波動基本維持在±10℃左右，系統噴水量在50t/h。將輻射能信號引入超溫控制系統中，通過自動調節裝置，結合減溫水模型運行邏輯結構對系統程序進行修改，增設熱量差值對比模塊，加快實現主汽溫的自動控制效果。

圖3顯示的是在負荷為296MW狀態下引入輻射能信號后主汽溫相關參數變化曲線，將信號引入汽溫控制系統回路中，動態調節效果明顯，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，負荷以6MW/min速率由280MW降至224MW，主汽溫波動維持在±2℃，系統內減溫水變化量在10t/h，實現對主汽溫的有效調節和控制作用。

圖3 主汽溫控制中引入輻射能信號時的動態調節過程

圖4為熱量信號占20%、輻射能信號占80%的條件下，240MW和280MW負荷穩定期內的住氣溫變化情況示意圖，據圖中相關數據分析，在引入輻射能信號后，兩種負荷運行時主汽溫波動均小于±2.5℃。在電廠溫控系統中引入輻射能信號，通過過熱減溫水調節系統運行試驗，結果證明爐膛內輻射能信號增大會帶動主汽溫控制系統穩定性提升。

圖4 引入輻射能信號時主汽溫在不同負荷下的變化