摘要：通過(guò)建立燃煤發(fā)電廠二次再熱系統(tǒng)的熱力模型，研究了二次再熱控制策略對(duì)系統(tǒng)性能的影響。首先，介紹了燃煤發(fā)電工藝和二次再熱系統(tǒng)原理；其次，詳細(xì)探討了控制策略在熱力系統(tǒng)中的應(yīng)用及其對(duì)系統(tǒng)性能的影響；最后，了解熱力系統(tǒng)的建模方法，并給出了二次再熱系統(tǒng)建模步驟與假設(shè)。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了控制策略的有效性，為燃煤發(fā)電廠的運(yùn)行優(yōu)化提供了理論支持。

關(guān)鍵詞：燃煤發(fā)電廠二次再熱系統(tǒng)控制策略熱力系統(tǒng)建模仿真實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TM62

ResearchontheSecondaryReheatingControlStrategyofCoal-FiredPowerPlantBasedonThermalSystemCalculationModel

XIONGChunhuiXIONGYichenLIAOYuhaoSUShuaishuai

XinyuSecondPowerGenerationCo.，Ltd.ofJiangxiDatangInternationalNewEnergyCo.，Ltd.，Xinyu，JiangxiProvince，338013China

Abstract：Byestablishingthethermodynamicmodelofsecondaryreheatingsystemincoal-firedpowerplants，theinfluenceofsecondary?;reheatingcontrolstrategyonsystemperformanceisstudiedinthisarticle.Firstly，thecoal-firedpowergenerationprocessandtheprincipleofsecondaryreheatingsystemareintroduced.Secondly，theapplicationofcontrolstrategyinthermalsystemanditsinfluenceonsystemperformancearediscussedindetail.Finally，themodelingmethodofthermodynamicsystemisunderstood，andthemodelingstepsandassumptionsofsecondaryreheatingsystemaregiven.Theeffectivenessofthecontrolstrategyisverifiedbysimulationexperiments，whichprovidestheoreticalsupportfortheoperationoptimizationofcoal-firedpowerplants.

KeyWords：Coal-firedpowerplant;Secondaryreheatingsystem;Controlstrategy;Thermalsystemmodeling;Simulationexperiment.

在現(xiàn)代能源體系中，燃煤發(fā)電廠作為主要的電力供應(yīng)方式之一，在能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)著重要地位。而二次再熱系統(tǒng)作為燃煤發(fā)電廠的關(guān)鍵部件之一，對(duì)系統(tǒng)的性能和效率具有重要影響。本文旨在通過(guò)建立燃煤發(fā)電廠二次再熱系統(tǒng)的熱力模型，研究不同的二次再熱控制策略對(duì)系統(tǒng)性能的影響。

1燃煤發(fā)電廠熱力系統(tǒng)介紹

1.1燃煤發(fā)電工藝概述

在燃煤環(huán)節(jié)，煤炭被輸送至發(fā)電廠，并經(jīng)過(guò)煤磨機(jī)磨碎成粉狀，然后通過(guò)煤粉管道輸送至鍋爐燃燒室。煤粉在高溫高壓條件下燃燒，釋放出熱量，同時(shí)產(chǎn)生燃燒廢氣。煤炭中的碳、氫等元素與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成二氧化碳、水蒸氣等燃燒產(chǎn)物。接著是發(fā)電環(huán)節(jié)，燃燒產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽被送入汽輪機(jī)中。汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子被蒸汽推動(dòng)旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生電能。煤炭的能量被轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)發(fā)電的過(guò)程。在這一過(guò)程中，熱力能的轉(zhuǎn)化效率對(duì)發(fā)電效率起著至關(guān)重要的作用。燃煤發(fā)電廠在燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的燃燒廢氣和煤灰，需要進(jìn)行處理和排放。煙氣中的顆粒物和氣體污染物需要經(jīng)過(guò)除塵器和脫硫設(shè)備進(jìn)行處理，以達(dá)到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。排放處理過(guò)程旨在減少對(duì)環(huán)境的污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

1.2二次再熱系統(tǒng)組成與工作原理

二次再熱系統(tǒng)是燃煤發(fā)電廠中的重要部件，主要由再熱器、再熱閥、再熱蒸汽管道和相關(guān)控制系統(tǒng)等組成。其工作原理是在主汽輪機(jī)的中間抽汽后，將高溫高壓的蒸汽送入再熱器進(jìn)行再熱。再熱后的高溫高壓蒸汽再次送入汽輪機(jī)的中間級(jí)進(jìn)行進(jìn)一步的膨脹驅(qū)動(dòng)，從而提高了汽輪機(jī)的熱效率和發(fā)電功率。

從鍋爐中產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽經(jīng)過(guò)主汽閥進(jìn)入汽輪機(jī)的高壓缸進(jìn)行膨脹驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。一部分高溫高壓蒸汽在經(jīng)過(guò)高壓缸后，被中間抽汽至再熱器中進(jìn)行再熱。再熱器是一個(gè)熱交換器，利用低溫?zé)嵩矗ㄒ话闶清仩t的煙氣）對(duì)蒸汽進(jìn)行再加熱，提高其溫度。再熱后的高溫高壓蒸汽通過(guò)再熱閥進(jìn)入汽輪機(jī)的中間級(jí)進(jìn)行膨脹驅(qū)動(dòng)。由于再熱后的蒸汽溫度比之前更高，能夠更充分地利用汽輪機(jī)的膨脹工作區(qū)域，提高了汽輪機(jī)的熱效率。蒸汽在汽輪機(jī)中完成膨脹功，帶動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，并驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。之后，蒸汽被冷凝成水并重新送回鍋爐進(jìn)行循環(huán)利用。

2熱力系統(tǒng)計(jì)算模型建立

2.1熱力系統(tǒng)建模方法介紹

基于物理原理的建模利用熱力學(xué)、流體力學(xué)和傳熱學(xué)等基本物理原理，建立系統(tǒng)的質(zhì)量平衡、能量平衡和動(dòng)量平衡等方程。這樣的建模方法通常適用于對(duì)系統(tǒng)的細(xì)節(jié)和復(fù)雜性有較深理解的情況下，能夠提供較為準(zhǔn)確的系統(tǒng)描述。經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头椒ㄍㄟ^(guò)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，建立簡(jiǎn)化的數(shù)學(xué)模型來(lái)描述系統(tǒng)的整體行為和特性。盡管這種方法的準(zhǔn)確性可能不如基于物理原理的建模方法，但它的建模過(guò)程更為簡(jiǎn)單和直觀，適用于一些簡(jiǎn)單和常見(jiàn)的系統(tǒng)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)系統(tǒng)的輸入和輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，來(lái)構(gòu)建系統(tǒng)的非線性映射關(guān)系。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型適用于一些非線性、復(fù)雜的系統(tǒng)，在一定程度上可以提供較為準(zhǔn)確的系統(tǒng)預(yù)測(cè)和分析。計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)擬是一種基于數(shù)值計(jì)算的建模方法。通過(guò)求解流體力學(xué)方程和傳熱方程，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)擬可以模擬熱力系統(tǒng)中的流體流動(dòng)和傳熱過(guò)程。這種方法適用于對(duì)系統(tǒng)的流體行為和傳熱過(guò)程有較為深入的理解，可以提供詳細(xì)的系統(tǒng)分析和預(yù)測(cè)。

2.2二次再熱系統(tǒng)建模步驟與假設(shè)

建模的第一步是確定系統(tǒng)的邊界和組成部分。明確定義再熱系統(tǒng)的主要組件，如再熱器、再熱閥、再熱蒸汽管道等，并確立系統(tǒng)與外部環(huán)境的交互關(guān)系。通過(guò)考慮燃燒、再熱和傳熱等過(guò)程，建立能量平衡方程以描述能量在系統(tǒng)內(nèi)部的轉(zhuǎn)移和消耗情況，從而深入理解系統(tǒng)的能量流動(dòng)規(guī)律。在建立能量平衡方程時(shí)，需要考慮系統(tǒng)中可能存在的熱損失和能量轉(zhuǎn)化效率[1]。這些因素會(huì)對(duì)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行產(chǎn)生影響，因此，需要在建模中充分考慮，以保證模型的準(zhǔn)確性和可靠性?？刂撇呗园ㄔ贌衢y的開度控制、再熱器的再熱溫度控制等，直接影響著系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性。因此，在建模過(guò)程中需要充分考慮系統(tǒng)的控制策略，并將其納入模型中進(jìn)行描述。在建模過(guò)程中，通常會(huì)做一些簡(jiǎn)化和假設(shè)，以簡(jiǎn)化模型并減少建模的復(fù)雜度。例如，可以假設(shè)再熱器和再熱閥的傳熱效率是恒定的，或者假設(shè)系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)。這些假設(shè)條件可以幫助簡(jiǎn)化模型，使其更易于理解和分析。建立模型后，需要對(duì)模型中的參數(shù)進(jìn)行估計(jì)和驗(yàn)證，以確保模型的準(zhǔn)確性和可靠性。可以利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或者理論計(jì)算結(jié)果對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證和調(diào)整，從而使模型更符合實(shí)際情況，為后續(xù)的系統(tǒng)分析和優(yōu)化提供有效的工具。

2.3模型驗(yàn)證與參數(shù)調(diào)整

模型驗(yàn)證是驗(yàn)證建立的模型是否能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)系統(tǒng)的行為。這一過(guò)程通常涉及將模型應(yīng)用于實(shí)際數(shù)據(jù)，與實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行比較。例如：可以將模型用于模擬現(xiàn)有再熱系統(tǒng)的運(yùn)行，并與實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行比較[2]。通過(guò)對(duì)比模型預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)的差異，可以評(píng)估模型的準(zhǔn)確性和可靠性。如果發(fā)現(xiàn)模型與實(shí)際數(shù)據(jù)存在差異，就需要對(duì)模型的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。參數(shù)調(diào)整是根據(jù)模型與實(shí)際數(shù)據(jù)的偏差，對(duì)模型中的參數(shù)進(jìn)行修正和優(yōu)化，以使模型更加準(zhǔn)確地描述系統(tǒng)的行為。例如：可以通過(guò)對(duì)模型中的傳熱系數(shù)、燃燒效率等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，來(lái)減小模型的預(yù)測(cè)誤差。在進(jìn)行參數(shù)調(diào)整時(shí)，需要注意避免過(guò)度擬合實(shí)際數(shù)據(jù)，以免導(dǎo)致模型在實(shí)際應(yīng)用中失去泛化能力。因此，調(diào)整參數(shù)時(shí)需要綜合考慮模型的簡(jiǎn)單性和準(zhǔn)確性，并采用適當(dāng)?shù)膬?yōu)化方法來(lái)尋找最優(yōu)參數(shù)組合。

3二次再熱控制策略設(shè)計(jì)

3.1控制目標(biāo)和指標(biāo)設(shè)定

穩(wěn)定性是熱力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求，直接關(guān)系到發(fā)電廠的安全性和可靠性。因此，控制策略應(yīng)當(dāng)確保再熱系統(tǒng)能夠在不同負(fù)載條件下保持穩(wěn)定的蒸汽參數(shù)，防止系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)熱、過(guò)冷等異常情況，保障發(fā)電廠的正常運(yùn)行[3]。發(fā)電效率是衡量發(fā)電廠經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)，直接關(guān)系到能源資源的利用效率和成本。因此，控制策略應(yīng)當(dāng)通過(guò)優(yōu)化再熱系統(tǒng)的工作參數(shù)，如再熱溫度、再熱壓力等，來(lái)提高發(fā)電效率，降低單位發(fā)電量的能耗和成本。燃煤發(fā)電廠通常需要根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷的變化調(diào)整發(fā)電功率，因此，再熱控制系統(tǒng)需要具備快速響應(yīng)的能力，能夠在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)蒸汽參數(shù)的穩(wěn)定調(diào)節(jié)，確保發(fā)電廠在各種工況下的靈活性和可調(diào)性。在設(shè)定控制指標(biāo)時(shí)，常用的性能指標(biāo)包括再熱蒸汽溫度、再熱蒸汽壓力、再熱蒸汽流量等。這些指標(biāo)直接反映了再熱系統(tǒng)的工作狀態(tài)和性能水平，可以作為評(píng)價(jià)控制策略效果的重要依據(jù)。例如，通過(guò)設(shè)定再熱蒸汽溫度的控制范圍和偏差限制，可以評(píng)估控制系統(tǒng)對(duì)蒸汽溫度的調(diào)節(jié)精度和穩(wěn)定性。

3.2PID控制器原理及應(yīng)用

控制器通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)的輸出值與期望值之間的誤差，根據(jù)比例、積分和微分3個(gè)參數(shù)計(jì)算出控制信號(hào)，以調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制量，使誤差盡可能接近零[4]。具體而言，比例項(xiàng)用于處理當(dāng)前誤差，積分項(xiàng)用于消除累積誤差，微分項(xiàng)用于預(yù)測(cè)未來(lái)的誤差變化趨勢(shì)，綜合起來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的精確控制。ID控制器廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域。例如：燃煤發(fā)電廠中的鍋爐控制、汽輪機(jī)調(diào)速、溫度控制等都可以采用PID控制器進(jìn)行控制。在鍋爐控制中，PID控制器可以根據(jù)鍋爐蒸汽流量和壓力的變化調(diào)節(jié)燃燒器的燃燒量，以保持鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行；在汽輪機(jī)調(diào)速中，PID控制器可以根據(jù)負(fù)荷需求調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，使其滿足電網(wǎng)的需求；在溫度控制中，PID控制器可以根據(jù)傳感器測(cè)得的溫度值與設(shè)定值之間的誤差，調(diào)節(jié)加熱或制冷設(shè)備的工作狀態(tài)，以維持系統(tǒng)的穩(wěn)定溫度[5]。PID控制器還常用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的流程控制、液位控制、壓力控制等。在自動(dòng)化生產(chǎn)線上，PID控制器可以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，保持生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性和一致性，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

4模擬仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)需要考慮到燃煤發(fā)電廠的主要組成部分，如鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等，并確定需要測(cè)量和記錄的關(guān)鍵參數(shù)，如燃料供給量、蒸汽溫度和壓力、電力輸出等。為了模擬真實(shí)運(yùn)行條件，實(shí)驗(yàn)需要在實(shí)際發(fā)電廠中進(jìn)行，或者建立一個(gè)小型的實(shí)驗(yàn)室模型。確定實(shí)驗(yàn)的目的和假設(shè)，例如：可以設(shè)定目標(biāo)是評(píng)估不同燃料供給量對(duì)發(fā)電效率的影響，或者測(cè)試不同控制策略在系統(tǒng)響應(yīng)速度和穩(wěn)定性上的表現(xiàn)。同時(shí)，需要明確實(shí)驗(yàn)的假設(shè)條件，如假設(shè)其他運(yùn)行參數(shù)保持不變，以便準(zhǔn)確比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和操作流程。根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮图僭O(shè)，確定實(shí)驗(yàn)的操作步驟和參數(shù)設(shè)置。例如：設(shè)定不同的燃料供給量和控制策略，并記錄系統(tǒng)的響應(yīng)情況。同時(shí)，需要考慮實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的安全風(fēng)險(xiǎn)，并采取相應(yīng)的安全措施。在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中，及時(shí)記錄和收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。包括燃料消耗量、蒸汽參數(shù)、發(fā)電功率等關(guān)鍵參數(shù)的變化情況。同時(shí)，可以利用數(shù)據(jù)采集設(shè)備和傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可靠性。通過(guò)對(duì)比不同實(shí)驗(yàn)條件下的數(shù)據(jù)，評(píng)估燃煤發(fā)電系統(tǒng)的性能和效率，并驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的假設(shè)是否成立。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出改進(jìn)建議和優(yōu)化措施，以提高發(fā)電廠的運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)性。

5結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)建立燃煤發(fā)電廠二次再熱系統(tǒng)的熱力模型，并研究了不同的二次再熱控制策略對(duì)系統(tǒng)性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，合理的二次再熱控制策略能夠有效提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和發(fā)電效率，降低能源消耗和成本。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體情況選擇合適的控制策略，并結(jié)合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)最佳的發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)。本研究為燃煤發(fā)電廠的運(yùn)行優(yōu)化提供了理論支持和技術(shù)指導(dǎo)。

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