廖先伟 严思伟 王昌朔
摘 要
针对电厂主、再热蒸汽温度测量严重滞后的问题，通过建立测温装置套管式热电偶温度响应过程的数学模型，结合火电机组运行特性，以过热器、调节级后和再热器的蒸汽温度、压力为输入信号，利用顺序函数法对电厂主、再热蒸汽温度进行了在线动态校正。数值实验结果表明：汽温变化时，校正算法可大幅提高温度测量的响应速度，稳态时校正值与真实值无偏差，且校正效果不受机组负荷变化的影响。
关键词
顺序函数法;电厂汽温测量;动态校正
中图分类号： TL33 文献标识码： 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
套管式热电偶广泛应用于电厂主、再热蒸汽温度的测量。由于套管壁厚较大，导热系数较低，造成了温度测量的严重滞后。对于并网火电机组，机组负荷指令经常发生剧烈变化，引起主、再热汽温频繁波动。汽温测量的滞后不仅会导致超温检测不及时，还会加剧汽温调节过程的超调与振荡，给机组的安全、经济运行带来隐患[1]。因此，研究缩短套管式热电偶响应时间的算法对于提高主、再热蒸汽温度的调节品质，提高机组运行的安全性和经济性具有重要意义。
目前克服热电偶测量滞后的补偿算法可分为如下几类：一类方法忽略热电偶表面传热特性的变化，将其温度响应模型简化为一阶惯性加纯滞后环节进行补偿[2-4]。对于电厂套管式热电偶而言，机组变负荷时热电偶表面换热特性变化很大，因此这类方法并不适用。另一类方法是用神经網络设计温度补偿算法，运算量较大且需要进行充分学习[5-6]。此外还有一类求解非稳态导热反问题的算法，通过测点温度随时间的变化反演材料边界温度、热流等信息，取得了良好的效果，已在冶金、航天等工业领域得到应用[7-10]。
本文通过建立套管式热电偶温度响应过程的数学模型，结合火电机组的运行特性开发了基于顺序函数法的电厂主、再热蒸汽温度反演算法，实现了对汽温测量的在线动态校正。
1 数学模型及计算方法
1.1 套管式热电偶导热过程计算模型
套管式热电偶主要由套管、绝缘材料、接线端子、热电极等组成。为了建立其导热过程的数学模型，做出如下简化：
①忽略导热材料的传热滞后，认为传热滞后仅发生在套管。
②套管外壁与蒸汽对流换热，内壁绝热，内壁温度即为热电偶测量温度。
③忽略纵向传热，将传热过程视作沿径向的一维导热。
④初始时刻热电偶与介质达到热平衡。
1.2 套管式热电偶表面传热特性模型
热电偶表面与过热蒸汽的换热为对流换热，根据传热学原理，其换热系数与蒸汽流速、密度、黏度、导热系数、比热容等参数有关。机组变负荷时蒸汽流速与参数变化很大，如果忽略表面换热系数的变化会使校正温度产生较大偏差。因此必须引入蒸汽参数信号，对对流换热系数进行实时计算。
1.3 蒸汽流量模型
蒸汽流速是影响热电偶表面对流换热强度的重要因素，其测量方法可分为直接测量和间接测量。直接测量是利用流体流经标准节流原件产生的压差经过压力温度修正后计算出流量，该方法虽然简单，但是会产生较大的压力损失。间接测量方式是根据弗留格尔公式计算蒸汽流量，该方法不会产生节流损失，经济性较好，本文采用间接法计算蒸汽流量[12]。
1.4 表面热流计算方法
3 数值计算及结果分析
某火力发电厂600MW机组额定主蒸汽压力16.68MPa，温度538℃，再热蒸汽压力3.21MPa，温度538℃。测温热电偶套管内径4mm，外径10mm，密度7770kg/m3，导热系数30W/（m·K），比热容700 J/（kg·K）。
