主汽温控制中的辐射能信号应用

沙角A电厂 刘志威

电厂内部锅炉主蒸汽温控制系统的稳定运行，是确保电厂经济上行以及提升电厂设备机组运行安全性的前提和基础，根据电厂主蒸汽温控制系统运行效果对气温特性进行动态化试验[1]，过热蒸汽温度在烟气扰动下延迟较小，而在减温水量扰动下延迟较大，这种特性将使过热蒸汽温度的控制滞后。针对电厂温控系统运行问题，国内外相关领域专家学者对其进行深入研究和探讨，采用神经网络、内模控制、模糊分析等方式对主蒸汽超温情况进行有效控制，但在具体实践过程中，由于不同电厂主蒸汽系统运行状态及设备机组性能与参数具有明显的不确定性，上述技术引入实践中仍存在阻力[2-5]。

针对电厂主蒸汽温控制系统运行，专家学者对炉膛辐射能信号应用机理与效果进行全面分析，通过针对性研究，得出诸多具有实用性与实践价值的科研成果。基于炉膛火焰辐射图像处理问题，专家采用温控监督技术对炉膛火焰温度分布情况展开实时监测，从而获得精准可靠的炉膛出口烟气温度数据。技术人员将上述温控监测技术应用于一台300MW火电设备机组运行作业环节，通过对主蒸汽温度变化的实时监测灵活调节水温，实现对超温蒸汽温度的有效控制。

1 过热汽温影响因素及控制现状

电厂炉膛主蒸汽温度控制期间，利用主蒸汽温调节器将控制系统进行串级设计，结合导前微分补偿信号，构成主蒸汽温回路控制系统，由于电厂炉膛系统运行过程中存在明显的延时和惯性缺陷，导致控制器及控制系统作用不明显，通过多方实践应用，电厂针对温控问题对分散控制系统进行优化与改造，但在稳定状态下对主蒸汽温度控制效果不佳，温控数据超过国家标准要求。电厂负荷以2%MRC/min速度变化，整体汽温与标准数值之间存在较大差距，为保证良好的主蒸汽温度控制效果，电厂需采用人工的方式对系统温度情况进行控制，影响电厂主蒸汽温度控制系统运行效率和质量。影响主蒸汽温度的主要因素包括以下几方面：炉膛烟气出口温度波动剧烈、温控调节系统运行迟缓、电气设备调峰干扰频繁。

以沙角某电厂主蒸汽机组运行为例，采用一级喷水系统进行减温调节，锅炉过热蒸汽温度控制系统是通过检测过热蒸汽温度及其变化趋势来调节减温水量，以维持过热蒸汽温度在允许的范围之内。主要由调节器与调节回路组成，将过热器入口温度与减温器喷水后温度作差，计算差值应用到主调节器与减温器之间的阀门开度，用于稳定经由过热器后惰性区响应的汽温，主调节器按照过热器输出温度的偏差情况，对副调节器设定值进行调整，利用调节系统间接引进炉膛汽温值，利用调节器接收蒸汽流量信号相关参数用于导前微分调节系统，维持稳定平衡的超温环境。

图1 原主汽温度调节系统图

受惰性区滞后性影响，导前汽温与调门动作相应速率之间存在较大差距，无法从根本上解决传热延迟引发的超温现象，需通过温控试验对导前汽温及调门响应速度进行确认，以蒸汽流量与热量信号为主要调节信号，结合汽水侧调节参数，无法对炉膛燃烧火焰均匀性进行控制，直接影响炉膛烟气出口温度的变化，自投产使用以来，主蒸汽温度控制系统基本稳定，但内部温控设定值与标注温控数值之间存在较大差异，在系统动态调节期间极易出现超高温现象，对蒸汽质量产生严重的不良影响。

2 辐射能信号在主汽温控制中的方案设计

锅炉运行过程中，过热蒸汽温度作为一项重要的参数，反映出机组运行的经济性和安全性，因此要求维持在允许的范围之内，尤其要求严格控制超温现象的发生，以防止过热器金属管壁的温度超过允许的工作温度而影响过热器的安全运行。技术人员利用辐射能信号对主汽温系统进行控制时，为保证良好的控制效果，需提前对过热器出口主蒸汽温度波动情况及具体原因进行分析，保证主蒸汽温控制系统回路具备校正功能，有效改善烟气侧引发的干扰与负荷波动情况，提高主汽温控制系统运行的稳定性与安全性，必要时要采取良好控制品质控制策略。理论分析表明，通过检测烟气温度及其变化趋势来提前调节减温水量，可以使这种滞后减弱，从而有效的控制过热蒸汽温度。

通过炉膛辐射能信号，将温控系统响应速率与汽包压力信号间进行对比，通过调节系统充分发挥辐射能的基本性质。将辐射能信号引入电厂汽温控制体系中，实现对炉膛烟气出口温度的实时掌控与监测，通过主汽温控制的回路系统，强化导前汽温与温控系统之间的融合效果，通过对炉膛内部结构与系统的优化设计，根据炉膛烟气出口蒸汽量对辐射能信号进行计算，实现对炉膛温度的有效调节。如图2所示，电厂现行的主汽温控制系统存在诸多问题，系统运行期间，极易引发炉膛烟气出口温度波动变化问题，需要对原温控系统进行改造，引入辐射能信号与导前微分补偿信号，对减温水进行调节，按照蒸汽流量与热值数据之间的差值，对辐射能信号进行信号合成处理，最终作为导前信号存在。

图2 引入辐射能信号的主汽温度调节系统原理

3 运行试验及结果分析

观察原主汽温控制调节曲线。在282MW条件下对稳定状态负荷进行观察，接着将负荷以6MW/min速率由282MW降至235MW，采取相同的变化速率将温控升至280MW，根据曲线观察，利用辐射能信号对炉膛烟气出口汽温的调节与控制效果较好，主蒸汽温度在522.2～544.0℃之间波动，在负荷上下调整的状态下，主汽温波动基本维持在±10℃左右，系统喷水量在50t/h。将辐射能信号引入超温控制系统中，通过自动调节装置，结合减温水模型运行逻辑结构对系统程序进行修改，增设热量差值对比模块，加快实现主汽温的自动控制效果。

图3显示的是在负荷为296MW状态下引入辐射能信号后主汽温相关参数变化曲线，将信号引入汽温控制系统回路中，动态调节效果明显，减温水阀门动作频率升高，整体减温效果处于较低水平，基于此引入辐射能信号，负荷以6MW/min速率由280MW降至224MW，主汽温波动维持在±2℃，系统内减温水变化量在10t/h，实现对主汽温的有效调节和控制作用。

图3 主汽温控制中引入辐射能信号时的动态调节过程

图4为热量信号占20%、辐射能信号占80%的条件下，240MW和280MW负荷稳定期内的住气温变化情况示意图，据图中相关数据分析，在引入辐射能信号后，两种负荷运行时主汽温波动均小于±2.5℃。在电厂温控系统中引入辐射能信号，通过过热减温水调节系统运行试验，结果证明炉膛内辐射能信号增大会带动主汽温控制系统稳定性提升。

图4 引入辐射能信号时主汽温在不同负荷下的变化