輻射能信號在循環(huán)流化床鍋爐主汽溫控制中的試驗

姜志偉,王淅芬

(武漢科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院,湖北 武漢 430081)

鍋爐主蒸汽溫度是反映機組運行經(jīng)濟性和安全性的一項重要參數(shù),要求維持在額定值附近,溫度過高會使過熱器管道和汽輪機高壓缸等設(shè)備產(chǎn)生形變而發(fā)生事故,溫度過低會導(dǎo)致機組熱效率降低,并使進入汽輪機低壓缸末級葉片的蒸汽濕度增大,腐蝕或打斷汽輪機葉片[1]。目前調(diào)節(jié)主蒸汽溫度的主要手段是啟動噴水減溫器對過熱蒸汽進行噴水冷卻。汽溫特性的動態(tài)試驗表明[2],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,這種特性使得過熱蒸汽溫度的控制滯后,傳統(tǒng)的以熱量信號為反饋的PID串級控制系統(tǒng)很難改變這種滯后的特性,不能對主蒸汽溫度進行及時有效的調(diào)節(jié)。國內(nèi)外學(xué)者采用智能控制技術(shù)來抑制主蒸汽超溫,取得了一定的效果,但需引入機組參數(shù)或?qū)δＰ偷臏蚀_性要求較高,實際應(yīng)用仍有困難[3-5]。從輻射能信號的定義及提取原理來看[6],它反映的是爐側(cè)的燃燒強度,對爐內(nèi)放熱量變化的響應(yīng)速度要比熱量信號快,將其引入到機組主汽溫控制系統(tǒng)中,通過其變化趨勢來提前調(diào)節(jié)減溫水量,可以較快地控制過熱蒸汽溫度。不少學(xué)者在這方面已展開了研究,并取得了一些有應(yīng)用價值的成果[7-10],然而這些研究都是在煤粉爐上進行的。與之相比,循環(huán)流化床鍋爐的時變性更強,滯后性更大,運行工況也更為復(fù)雜,本文將在循環(huán)流化床鍋爐上對輻射能信號參與主汽溫控制進行試驗。

1 方案設(shè)計

本試驗在某電廠一臺DG480/13.7-II2型循環(huán)流化床鍋爐上進行,爐膛截面寬15240mm,長7492 mm,通過安裝在爐膛墻壁上的火焰圖像探測器來獲得輻射能信號,并用硬接線的方式將其送入機組DCS中,結(jié)構(gòu)如圖1所示,輻射能信號具體獲取方法見參考文獻[6]。

圖1 爐膛及成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2是某時段輻射能信號與機組相關(guān)參數(shù)的變化曲線。其中圖2(a)為燃料量增加后輻射能的動態(tài)響應(yīng)趨勢,可以看到輻射能信號可以很好地反映出燃料量的變化;圖2(b)為機組負荷與輻射能信號隨時間變化的關(guān)系,可以發(fā)現(xiàn)兩者之間變化趨勢非常一致,而且輻射能信號明顯超前于機組負荷的響應(yīng),這是因為工質(zhì)從不飽和水經(jīng)受熱面吸熱變?yōu)榫哂凶龉δ芰Φ倪^熱蒸汽,是一個純延遲、大滯后的過程;圖2(c)和(d)分別是輻射能信號與主蒸汽壓力、溫度的動態(tài)變化曲線,同樣可以發(fā)現(xiàn)輻射能信號超前于主蒸汽溫度和壓力。

輻射能信號引入主汽溫控制的方案設(shè)計如圖3所示。在原有主汽溫控制回路的基礎(chǔ)上加入輻射能微分信號,并將其作為減溫水調(diào)節(jié)的前饋。修正后的主蒸汽流量和熱值信號組成的熱量信號作為原導(dǎo)前汽溫控制信號,與輻射能信號由乘法器合成為主控回路新的導(dǎo)前控制信號。其中,輻射能信號和熱量信號采用給定比例系數(shù)的方式來調(diào)節(jié)各自對控制系統(tǒng)作用的強弱。例如當熱量信號的比例系數(shù)為1時,輻射能信號的比例系數(shù)為0,即輻射能信號不引入主汽溫控制回路,全部以原熱量信號作為導(dǎo)前控制信號;當熱量信號的比例系數(shù)為0時,輻射能信號的比例系數(shù)為1,即熱量信號不參與主汽溫控制,全部以輻射能信號參與主汽溫控制。

2 運行試驗及結(jié)果分析

圖4為機組負荷150 MW時原主汽溫控制的過熱器減溫水動態(tài)調(diào)節(jié)過程曲線。可以看出,在該穩(wěn)定工況過程中主汽溫的變化范圍為515～545℃,主汽溫波動的幅度范圍-20～10℃(主汽溫設(shè)定值為535℃),此時過熱器一級減溫噴水量維持在大約20 t/h。

圖2 某時段輻射能信號與機組相關(guān)參數(shù)的變化曲線

圖5是引入輻射能信號參與機組主汽溫控制系統(tǒng)后不同機組負荷下的主蒸汽溫度的動態(tài)變化過程,此時輻射能信號參與的比例系數(shù)為0.1。從圖中可以明顯看出,引入輻射能信號參與主汽溫控制后主汽溫的波動幅度顯著縮小,在±5℃之間。

圖3 主汽溫控制引入輻射能的信號原理

圖4 原控制方式下主蒸汽溫度的變化

圖5 引入輻射能信號后主蒸汽溫度的變化

圖6為引入輻射能信號后在燃料量擾動時主蒸汽溫度的動態(tài)響應(yīng)。可以看出,當爐內(nèi)給煤量發(fā)生擾動時主蒸汽溫度還是在可接受的幅度范圍內(nèi)波動,說明輻射能信號的引入的確可以改善主汽溫的動態(tài)響應(yīng)特性。

圖6 引入輻射能信號后燃料量擾動對主蒸汽溫度的影響

3 結(jié)論

輻射能作為表征鍋爐爐膛燃燒工況的測量信號,具有對燃料響應(yīng)的超前性。在循環(huán)流化床鍋爐上的試驗表明,將輻射能信號引入主汽溫控制系統(tǒng)可有效改善主蒸汽溫度的動態(tài)特性,使主汽溫的控制品質(zhì)提高,獲得良好的效果,具有較強的應(yīng)用價值。

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