Sliding Mode Predictive Control of Main Steam Pressure in Coal-fired Power Plant Boiler

Since the combustion system of coal-fired boiler in thermal power plant is characterized as time varying, strongly coupled, and nonlinear, it is hard to achieve a satisfactory performance by the conventional proportional integral derivative (PID) control scheme. For the characteristics of the main steam pressure in coal-fired power plant boiler, the sliding mode control system with Smith predictive structure is proposed to look for performance and robustness improvement. First, internal model control (IMC) and Smith predictor (SP) is used to deal with the time delay, and sliding mode controller (SMCr) is designed to overcome the model mismatch. Simulation results show the effectiveness of the proposed controller compared with conventional ones.

Study on Varying Metallic Properties of Straight and Elbow Pipes of Main Steam Piping after Long-Time Service

The mechanic properties, lasting strength and microstructural properties of straight and elbow pipesof 12CrMo, 10CrMo910 and 12CrlMoV low alloy steel main steam piping system after long-time service weretested and studied. The testing results showed that, for straight and elbow pipes of mainsteam piping under theconditions of high temperature and high pressure, the numerical operating performance indexes of their metalchanged with little difference, generally both within 5%, and the Values of elbow were higher than those ofstraight pipes. These phenomena proved that the aging processes of pipe metal at different positions are thesame. And the cause for higher numerical performance indexes of elbow and higher failure rate at elbow posi-tion during operation of steam pipes were investigated.

Model Identification Based on Subspace Model Identification of Main Steam Temperature in Ultra-Supercritical Coal-Fired Power Unit

Ultra-supercritical(USC) unit is more and more popular in coal-fired power industry.In this paper,closed-loop identification based on subspace model identification(SMI) is introduced for superheated steam temperature system of USC unit.Closed-loop SMI is applied to building step response model of the unit directly.The parameters selection method is proposed to deal with the parameter sensitivity and improve the reliability of the model.Finally,the model is used in model identification of real USC unit.

高温气冷堆热态功能试验中一回路加热动态特性研究

高温气冷堆反应堆压力容器堆内构件由石墨和碳化硼烧结陶瓷材料组成,热态功能试验过程中需对一回路堆内构件进行加热除湿。针对高温气冷堆一回路热试系统特点,采用COMSOL Multiphysics 5.4计算软件构建了压力容器、蒸汽发生器和主氦风机三维数值模型,并通过示范工程加热试验值验证了模型的可靠性,并获得了一回路加热过程中温度场动态特性。为了解决高温气冷堆示范工程一回路首次加热效率低的问题,提出了将辅助蒸汽通入到蒸汽发生器,并动态调整辅助蒸汽运行参数来加热一回路氦气的方法,结果表明:相较于主氦风机单独加热方式,外加辅助蒸汽热源可节省加热时间约31.3 h,同时可将堆芯最终平衡温度由250℃提高至265℃;在满足运行准则的前提下,更有利于碳砖和石墨堆内构件的除湿。该研究结果为高温气冷堆一回路热试提供了有力支持。

九蒸九制槐角炮制过程主要成分、物性参数及颜色的相关性分析

目的研究九蒸九制槐角炮制过程中主要成分含量、物性参数、颜色的相关性。方法采用高效液相色谱法(HPLC)同时测定槐角苷、染料木苷、芦丁和5-羟甲基糠醛的含量,紫外分光光度法测定多糖的含量;通过测定物性参数和颜色指标(L*、a*、b*),结合系统聚类分析(HCA)、主成分分析(PCA)和偏最小二乘法(PLS)研究主要成分、物性参数及颜色的相关性;采用基于指标相关性的指标权重确定(CRITIC)法对槐角九蒸九制过程的影响进行综合评价。结果含量测定及色度测量方法准确可靠,精密度、稳定性、重复性试验均良好。HCA和PCA结果均表明,槐角饮片炮制过程中一蒸一制至四蒸四制聚为一类,五蒸五制至九蒸九制聚为一类。PLS相关性分析表明,多糖、芦丁的含量与物性参数、颜色均呈显著性相关;吸水膨胀度、相对密度与颜色均呈显著性相关。综合评价显示九蒸九制槐角炮制品最佳。结论九蒸九制槐角炮制过程中主要成分含量、物性参数、颜色的总体变化具有一定规律性,将其内在成分含量与颜色、物性参数结合为揭示槐角九蒸九制炮制机理提供了依据。

探究燃尽风对墙式对冲锅炉主再热汽温的影响

本文探究了燃尽风对墙式对冲燃烧锅炉主再热汽温的影响。关小燃尽风燃烧器拉杆,可以提高该区域的整体壁温,反之亦然。利用这一规律,可以有效调节主汽温度和再热汽温。

核电主蒸汽阀站中电磁先导阀的动态响应仿真研究

针对核电主蒸汽阀站中关键部件之一——大气释放阀前置隔离阀在实际工况中常出现响应超时的问题,采用数值仿真软件Fluent中的动网格以及用户自定义函数技术,对控制其启闭过程的电磁先导阀动态响应过程进行了研究。首先,研究了电磁先导阀中先导结构的动态响应过程以及阀杆的受力情况;然后,研究了电磁先导阀中主阀的动态响应过程以及主阀泄压时阀内的压力和速度分布情况;最后,综合两个动态过程,分析了电磁先导阀整阀的运动时间。研究结果表明,电磁先导阀的运动时间为8.5 ms,其中先导结构的运动时间占比较小,85%的时间集中在电磁先导阀主阀动作过程。该研究结果可对前置隔离阀响应时间的优化提供参考。

基于数字孪生模型的主汽温预测控制策略

针对超临界机组主汽温对象大惯性、大时滞、时变及工况复杂等特点,提出一种基于数字孪生模型的主汽温预测控制策略。该控制策略通过主汽温数字孪生模型预测主汽温值,并采用反馈校正修正预测值,使用黄金分割法滚动优化目标函数,输出最优控制量。所建立的主汽温数字孪生模型,包含主汽温系统传递函数模型与Xgboost-LSTM偏差模型,采用迁移学习理论实现在线更新,具有了高预测精度、高效更新能力与强鲁棒性。以某1000 MW超临界机组末级过热系统为例,进行仿真实验。结果表明,基于数字孪生模型的主汽温预测控制策略有效改善了主汽温系统的控制品质与鲁棒性,具有良好的负荷适应能力。

基于局部模型网络的主汽温阶梯式动态矩阵控制

火电厂主汽温系统的大惯性、时变性和多扰动等特点导致采用传统串级PID控制难以取得令人满意的控制效果。为了克服传统控制方案的缺陷,提出了一种基于局部模型网络的多模型阶梯式动态矩阵控制算法。首先,通过引入阶梯式策略有效解决了原始动态矩阵控制算法固有的矩阵求逆问题;其次,通过引入扰动前馈补偿,提高了主汽温系统的抗扰动能力;最后,针对不同工况下动态特性大幅度变化的主汽温对象,设计了基于局部模型网络的多模型阶梯式动态矩阵控制器。仿真结果表明,相比于传统控制算法,所提算法明显提升了主汽温系统的全局设定值跟踪性能、抗扰动性能和鲁棒性能,可以满足火电机组主汽温的控制要求。

基于IGWO-SVM的汽轮机低负荷下主蒸汽压力优化研究

为提高汽轮机低负荷下的运行效率,需要对主蒸汽压力进行优化。根据机组实际运行数据,采用支持向量机(SVM)算法建立了热耗率预测模型,并利用改进的灰狼优化(IGWO)算法优化SVM模型超参数;在此基础上,利用IGWO算法在低负荷下的可行压力区间进行寻优,得到了优化后的汽轮机滑压曲线,并且进行了实例验证。结果表明:利用IGWO算法优化的热耗率预测模型能够对低负荷下的热耗率进行准确预测;优化后机组在低负荷下的热耗率均有所下降,在负荷为223.83 MW时,热耗率降低了505.96 kJ/(kW·h),降低幅度最大。研究结果表明所提的优化方案可以有效提高汽轮机低负荷下的热经济性。

基于KPCA-IPOA-BiGRU的联合循环余热锅炉主蒸汽参数预测

余热锅炉主蒸汽参数对于联合循环机组的健康运行判断至关重要。针对余热锅炉运行参数非线性和时延性导致主蒸汽参数预测精度低的问题,提出了一种联合循环余热锅炉主蒸汽参数预测模型。首先,采集燃机电厂的SIS运行数据,通过灰色相关性分析法确定输入变量;其次,通过核主成分分析(kernel principal component analysis,KPCA)提取输入参数的特征信息,并根据主成分贡献率选取输入维度;最后,利用改进的鹈鹕优化算法(improved pelican optimization algorithm,IPOA)优化双向门控循环神经网络(bi-directional gated recirculation neural network,BiGRU),并构建KPCA-IPOA-BiGRU进行三压余热锅炉主蒸汽参数的预测测验。结果表明,现场采集的10000组数据点,其中8000组用作训练集,2000组用作测试集,提出的模型将28维输入参数降低至8维,可准确预测3个压力级的蒸汽参数,且R2均大于98%,为预测时延性的联合循环余热锅炉主蒸汽参数提供了技术支持。

主蒸汽压力系统的基于预补偿自抗扰控制设计

火电机组主蒸汽压力系统为典型的大惯性过程,其控制策略的设计存在着响应速度慢、抗干扰能力不足的问题。为解决主蒸汽压力系统的上述控制难点,提出了一种基于预补偿自抗扰控制的优化设计方法,将控制量通过预补偿结构后再送入被控对象,从而对常规自抗扰控制结构进行改进。在介绍基于预补偿自抗扰控制结构的基础上,通过单一变量法分析各个参数对于控制效果的影响,从而给出了其参数整定的流程。仿真结果表明:所提方法的跟踪状态、抗干扰状态和包含跟踪以及抗干扰状态下的绝对误差积分指标分别占对比方法的52.38%、60.75%和57.88%,从而验证了所提方法在提升主蒸汽压力系统的跟踪和抗干扰能力方面的优势;通过蒙特卡洛实验验证了所提方法能够很好地应对系统的不确定性。

600℃及以上等级高参数汽轮机组主要部件选材及应用

综合近年来国内外先进超超临界汽轮机主要部件材料方面的资料,分析了国内外600℃及以上等级超超临界汽轮机主要部件的选材及材料性能情况,给出了我国600℃及以上等级超超临界汽轮机主要部件的使用材料。

汽轮机蒸汽管道与阀门及汽缸外缸外表面传热系数的计算模型和计算方法

构建了汽轮机蒸汽管道、主汽调节阀与汽缸外缸的外表面传热系数计算模型与计算方法。给出了汽轮机蒸汽管道、主汽调节阀、高压外缸、中压外缸与低压外缸的内表面传热系数以及保温结构外表面与低压外缸外表面的复合传热系数计算公式。建立了汽轮机蒸汽管道、高压外缸与中压外缸的金属内层壁与保温结构外层壁的双层圆筒壁、主汽调节阀金属内层壁与保温结构外层壁的双层球壁以及低压外缸单层圆筒壁的传热过程计算模型。考虑到金属内层壁内表面温度与外表面温度和保温结构外层壁外表面温度均为待定温度,采用迭代法确定这些汽轮机部件的表面温度、传热过程的传热系数与热流密度。完成了汽轮机蒸汽管道、主汽调节阀、高压外缸、中压外缸与低压外缸的外表面传热系数计算分析的应用实例,得出了这些汽轮机部件传热过程金属内层壁外表面的传热系数、热流密度与等效表面传热系数的计算结果,为这些汽轮机部件温度场与应力场的有限元数值计算提供了传热边界条件。

汽轮机主汽门异常关闭的原因排查及处理

调节保安系统是汽轮机的重要保护系统,其正常运行影响整个电厂的安全生产。某电厂汽轮机组在试运高压油泵过程时主汽门异常关闭,通过分析汽轮机危急遮断器的结构、工作原理及故障现象,对故障的原因进行逐一排查,最终得出了主汽门异常关闭的原因是附加保安油节流孔法兰缺少垫片,试运高压油泵过程中,附加保安油压扰动,危急遮断器滑阀下移,造成安全油泄放,导致主汽门关闭。通过重新安装垫片,缺陷得以消除。该异常现象可为其他同类型机组提供借鉴。

超临界供热机组主蒸汽氢电导率超标原因分析

针对某超临界供热机组在运行中突然出现主蒸汽氢电导率超标问题,通过联合运用离子色谱仪、TOC仪、痕量TOCi分析仪,从有机物和无机阴离子含量等方面检测,用摩尔电导率与离子含量计算出不同离子产生的氢电导率贡献值,分析出主要杂质影响,通过排查制水设备、水源、药剂投加、供热等运行条件改变时氢电导率增量,研究得出多个运行影响因素。结果表明:给水中CH_(3)COO-和HCOO-对氢电导率贡献值为0.024μS/cm和0.018μS/cm,总占比为46.7%;主蒸汽中CH_(3)COO-和HCOO-离子含量继续升高,对氢电导率贡献值分别为0.056μS/cm和0.048μS/cm,总占比为76.5%。得出结论,在高温高压下锅炉补给水中的有机物会分解为低分子有机酸,主蒸汽中有机酸根升高是氢电导率超标的主要原因。长江水中有机物总量突增46.8%,超出目前水处理系统处理能力,该厂一级反渗透工艺对于原水突增有机物污染因子去除率为76%左右,远低于同类型设备,造成了补充水TOC超标。另外,有机溴非氧化性杀菌剂和阴树脂溶出物也会增加除盐水中有机物含量。建议对于供热机组,原水、补充水TOCi的监督控制应更严格,TOCi与离子色谱应作为必备的水质监督手段。

基于超声TOFD技术的管道焊缝在役检查方案研究

为增强“华龙一号”核电机组主蒸汽管道焊缝在役阶段缺陷定量的准确性,利用便携式自动超声TOFD检测系统对52mm厚低合金钢产品环焊缝开展检测试验,结果表明,超声TOFD技术可以较好地适用于厚壁焊接结构的检测,具有较高的检测灵敏度。基于对超声TOFD技术近表面盲区问题的分析讨论,提出了采用超声TOFD技术与常规脉冲反射技术相结合的方案对“华龙一号”核电厂主蒸汽管道焊缝进行自动化超声检查,以满足焊缝缺陷精确定量和结构完整性评价需要。

主蒸汽隔离阀驱动装置快关时间预测模型研究

主蒸汽隔离阀是保障核电站安全运行的关键设备,其快关时间是用于衡量主蒸汽隔离阀驱动装置最重要的动作性能指标之一。为了实现对主蒸汽隔离阀快关时间的快捷计算,在驱动装置系统仿真的基础上引入回归分析技术,提出了一种快关时间预测模型研究方法,为国产化研发提供参考。基于主蒸汽隔离阀驱动装置的系统仿真结果建立了单/双通道快关时间的预测模型,并采用测试数据对预测模型的可靠性和准确性进行了验证,结果表明提出的预测模型可以实现单/双通道快关时间的准确预测,其中,单通道快关时间预测误差不大于5.86%,平均预测误差为2.82%;双通道快关时间预测误差不大于5.80%,平均预测误差为2.77%。

主蒸汽压力对汽轮机动态响应的影响研究

传统汽轮机模型将锅炉看作一无限大蓄热环节,并未考虑主蒸汽压力的变化,这使得主蒸汽流量仅为阀门开度的函数。然而,实际过程中主蒸汽压力会因锅炉蓄热状态以及汽轮机阀门开度变化会产生波动,并非处于恒定状态。因此若忽略主汽压影响,所建模型仿真精度将严重受限,本文在传统汽轮机模型基础上考虑主蒸汽压力变化因素,建立了更为精细的汽轮机模型,并通过仿真研究了主蒸汽压力对汽轮机动态响应的影响。

300MW机组高压主汽门阀杆失效分析

高压主汽门是电站机组的关键部件之一,对机组安全启停和运行起着重要作用,长期承受高温高压工况下的复杂载荷。主汽门阀杆断裂是较为严重的一类故障,会造成巨大的经济损失。某电厂高压主汽门阀杆在机组运行过程中发生断裂,采用宏观检查、化学成分分析、金相组织观察、断口分析和力学性能测试等方法,对断裂原因进行了分析。结果显示,阀杆长期服役后材质劣化明显,力学性能严重下降,同时阀杆组织存在带状偏析,渗氮层和过渡层之间存在微裂纹。加工结构亦导致严重的应力集中,机组频繁启停导致阀杆疲劳损伤,这些因素共同导致阀杆断裂失效。