廖先偉 嚴(yán)思偉 王昌朔

摘 要

針對(duì)電廠主、再熱蒸汽溫度測量嚴(yán)重滯后的問題，通過建立測溫裝置套管式熱電偶溫度響應(yīng)過程的數(shù)學(xué)模型，結(jié)合火電機(jī)組運(yùn)行特性，以過熱器、調(diào)節(jié)級(jí)后和再熱器的蒸汽溫度、壓力為輸入信號(hào)，利用順序函數(shù)法對(duì)電廠主、再熱蒸汽溫度進(jìn)行了在線動(dòng)態(tài)校正。數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：汽溫變化時(shí)，校正算法可大幅提高溫度測量的響應(yīng)速度，穩(wěn)態(tài)時(shí)校正值與真實(shí)值無偏差，且校正效果不受機(jī)組負(fù)荷變化的影響。

關(guān)鍵詞

順序函數(shù)法;電廠汽溫測量;動(dòng)態(tài)校正

中圖分類號(hào)： TL33 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.15.040

Abstract

In order to solve the problem that the observed temperature of superheat and reheat steam lags behind real temperature severely when steam temperature changes，this paper established the heat transfer model of atubular thermocouple and then applied sequential function specification method to the temperature measurement of power plant steam based on the operating characteristic of power unit.Real-time correction can be achieved by taking the temperature and pressure of superheat，governing stage and reheat steam as input signal.Numerical experiment results indicate that the proposed method can enhance temperature response speed without any steady-state error when steam temperatures changes under whole working condition

Key Words

Sequential function specification method;Temperature measurement of power plant steam;Dynamic calibration

0 引言

套管式熱電偶廣泛應(yīng)用于電廠主、再熱蒸汽溫度的測量。由于套管壁厚較大，導(dǎo)熱系數(shù)較低，造成了溫度測量的嚴(yán)重滯后。對(duì)于并網(wǎng)火電機(jī)組，機(jī)組負(fù)荷指令經(jīng)常發(fā)生劇烈變化，引起主、再熱汽溫頻繁波動(dòng)。汽溫測量的滯后不僅會(huì)導(dǎo)致超溫檢測不及時(shí)，還會(huì)加劇汽溫調(diào)節(jié)過程的超調(diào)與振蕩，給機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來隱患[1]。因此，研究縮短套管式熱電偶響應(yīng)時(shí)間的算法對(duì)于提高主、再熱蒸汽溫度的調(diào)節(jié)品質(zhì)，提高機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性具有重要意義。

目前克服熱電偶測量滯后的補(bǔ)償算法可分為如下幾類：一類方法忽略熱電偶表面?zhèn)鳠崽匦缘淖兓?，將其溫度響?yīng)模型簡化為一階慣性加純滯后環(huán)節(jié)進(jìn)行補(bǔ)償[2-4]。對(duì)于電廠套管式熱電偶而言，機(jī)組變負(fù)荷時(shí)熱電偶表面換熱特性變化很大，因此這類方法并不適用。另一類方法是用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)溫度補(bǔ)償算法，運(yùn)算量較大且需要進(jìn)行充分學(xué)習(xí)[5-6]。此外還有一類求解非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱反問題的算法，通過測點(diǎn)溫度隨時(shí)間的變化反演材料邊界溫度、熱流等信息，取得了良好的效果，已在冶金、航天等工業(yè)領(lǐng)域得到應(yīng)用[7-10]。

本文通過建立套管式熱電偶溫度響應(yīng)過程的數(shù)學(xué)模型，結(jié)合火電機(jī)組的運(yùn)行特性開發(fā)了基于順序函數(shù)法的電廠主、再熱蒸汽溫度反演算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)汽溫測量的在線動(dòng)態(tài)校正。

1 數(shù)學(xué)模型及計(jì)算方法

1.1 套管式熱電偶導(dǎo)熱過程計(jì)算模型

套管式熱電偶主要由套管、絕緣材料、接線端子、熱電極等組成。為了建立其導(dǎo)熱過程的數(shù)學(xué)模型，做出如下簡化：

①忽略導(dǎo)熱材料的傳熱滯后，認(rèn)為傳熱滯后僅發(fā)生在套管。

②套管外壁與蒸汽對(duì)流換熱，內(nèi)壁絕熱，內(nèi)壁溫度即為熱電偶測量溫度。

③忽略縱向傳熱，將傳熱過程視作沿徑向的一維導(dǎo)熱。

④初始時(shí)刻熱電偶與介質(zhì)達(dá)到熱平衡。

1.2 套管式熱電偶表面?zhèn)鳠崽匦阅Ｐ?/p>

熱電偶表面與過熱蒸汽的換熱為對(duì)流換熱，根據(jù)傳熱學(xué)原理，其換熱系數(shù)與蒸汽流速、密度、黏度、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容等參數(shù)有關(guān)。機(jī)組變負(fù)荷時(shí)蒸汽流速與參數(shù)變化很大，如果忽略表面換熱系數(shù)的變化會(huì)使校正溫度產(chǎn)生較大偏差。因此必須引入蒸汽參數(shù)信號(hào)，對(duì)對(duì)流換熱系數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算。

1.3 蒸汽流量模型

蒸汽流速是影響熱電偶表面對(duì)流換熱強(qiáng)度的重要因素，其測量方法可分為直接測量和間接測量。直接測量是利用流體流經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流原件產(chǎn)生的壓差經(jīng)過壓力溫度修正后計(jì)算出流量，該方法雖然簡單，但是會(huì)產(chǎn)生較大的壓力損失。間接測量方式是根據(jù)弗留格爾公式計(jì)算蒸汽流量，該方法不會(huì)產(chǎn)生節(jié)流損失，經(jīng)濟(jì)性較好，本文采用間接法計(jì)算蒸汽流量[12]。

1.4 表面熱流計(jì)算方法

3 數(shù)值計(jì)算及結(jié)果分析

某火力發(fā)電廠600MW機(jī)組額定主蒸汽壓力16.68MPa，溫度538℃，再熱蒸汽壓力3.21MPa，溫度538℃。測溫?zé)犭娕继坠軆?nèi)徑4mm，外徑10mm，密度7770kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)30W/（m·K），比熱容700 J/（kg·K）。