基于热力系统计算模型的燃煤发电厂二次再热控制策略研究

摘要：通过建立燃煤发电厂二次再热系统的热力模型，研究了二次再热控制策略对系统性能的影响。首先，介绍了燃煤发电工艺和二次再热系统原理；其次，详细探讨了控制策略在热力系统中的应用及其对系统性能的影响；最后，了解热力系统的建模方法，并给出了二次再热系统建模步骤与假设。通过仿真实验验证了控制策略的有效性，为燃煤发电厂的运行优化提供了理论支持。

关键词：燃煤发电厂二次再热系统控制策略热力系统建模仿真实验

中图分类号：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.

在现代能源体系中，燃煤发电厂作为主要的电力供应方式之一，在能源结构中占据着重要地位。而二次再热系统作为燃煤发电厂的关键部件之一，对系统的性能和效率具有重要影响。本文旨在通过建立燃煤发电厂二次再热系统的热力模型，研究不同的二次再热控制策略对系统性能的影响。

1燃煤发电厂热力系统介绍

1.1燃煤发电工艺概述

在燃煤环节，煤炭被输送至发电厂，并经过煤磨机磨碎成粉状，然后通过煤粉管道输送至锅炉燃烧室。煤粉在高温高压条件下燃烧，释放出热量，同时产生燃烧废气。煤炭中的碳、氢等元素与空气中的氧气发生反应，生成二氧化碳、水蒸气等燃烧产物。接着是发电环节，燃烧产生的高温高压蒸汽被送入汽轮机中。汽轮机的转子被蒸汽推动旋转，从而驱动发电机转动产生电能。煤炭的能量被转化为电能，实现发电的过程。在这一过程中，热力能的转化效率对发电效率起着至关重要的作用。燃煤发电厂在燃烧过程中会产生大量的燃烧废气和煤灰，需要进行处理和排放。烟气中的颗粒物和气体污染物需要经过除尘器和脱硫设备进行处理，以达到环保排放标准。排放处理过程旨在减少对环境的污染，保护生态环境。

1.2二次再热系统组成与工作原理

二次再热系统是燃煤发电厂中的重要部件，主要由再热器、再热阀、再热蒸汽管道和相关控制系统等组成。其工作原理是在主汽轮机的中间抽汽后，将高温高压的蒸汽送入再热器进行再热。再热后的高温高压蒸汽再次送入汽轮机的中间级进行进一步的膨胀驱动，从而提高了汽轮机的热效率和发电功率。

从锅炉中产生的高温高压蒸汽经过主汽阀进入汽轮机的高压缸进行膨胀驱动汽轮机转子旋转，从而带动发电机发电。一部分高温高压蒸汽在经过高压缸后，被中间抽汽至再热器中进行再热。再热器是一个热交换器，利用低温热源（一般是锅炉的烟气）对蒸汽进行再加热，提高其温度。再热后的高温高压蒸汽通过再热阀进入汽轮机的中间级进行膨胀驱动。由于再热后的蒸汽温度比之前更高，能够更充分地利用汽轮机的膨胀工作区域，提高了汽轮机的热效率。蒸汽在汽轮机中完成膨胀功，带动汽轮机转子旋转，并驱动发电机发电。之后，蒸汽被冷凝成水并重新送回锅炉进行循环利用。

2热力系统计算模型建立

2.1热力系统建模方法介绍

基于物理原理的建模利用热力学、流体力学和传热学等基本物理原理，建立系统的质量平衡、能量平衡和动量平衡等方程。这样的建模方法通常适用于对系统的细节和复杂性有较深理解的情况下，能够提供较为准确的系统描述。经验模型方法通过分析实验数据和总结经验规律，建立简化的数学模型来描述系统的整体行为和特性。尽管这种方法的准确性可能不如基于物理原理的建模方法，但它的建模过程更为简单和直观，适用于一些简单和常见的系统。神经网络模型利用人工神经网络对系统的输入和输出数据进行训练，来构建系统的非线性映射关系。神经网络模型适用于一些非线性、复杂的系统，在一定程度上可以提供较为准确的系统预测和分析。计算流体动力学拟是一种基于数值计算的建模方法。通过求解流体力学方程和传热方程，计算流体动力学拟可以模拟热力系统中的流体流动和传热过程。这种方法适用于对系统的流体行为和传热过程有较为深入的理解，可以提供详细的系统分析和预测。

2.2二次再热系统建模步骤与假设

建模的第一步是确定系统的边界和组成部分。明确定义再热系统的主要组件，如再热器、再热阀、再热蒸汽管道等，并确立系统与外部环境的交互关系。通过考虑燃烧、再热和传热等过程，建立能量平衡方程以描述能量在系统内部的转移和消耗情况，从而深入理解系统的能量流动规律。在建立能量平衡方程时，需要考虑系统中可能存在的热损失和能量转化效率[1]。这些因素会对系统的实际运行产生影响，因此，需要在建模中充分考虑，以保证模型的准确性和可靠性。控制策略包括再热阀的开度控制、再热器的再热温度控制等，直接影响着系统的动态响应和稳定性。因此，在建模过程中需要充分考虑系统的控制策略，并将其纳入模型中进行描述。在建模过程中，通常会做一些简化和假设，以简化模型并减少建模的复杂度。例如，可以假设再热器和再热阀的传热效率是恒定的，或者假设系统处于稳态运行状态。这些假设条件可以帮助简化模型，使其更易于理解和分析。建立模型后，需要对模型中的参数进行估计和验证，以确保模型的准确性和可靠性。可以利用实验数据或者理论计算结果对模型进行验证和调整，从而使模型更符合实际情况，为后续的系统分析和优化提供有效的工具。

2.3模型验证与参数调整

模型验证是验证建立的模型是否能够准确地预测系统的行为。这一过程通常涉及将模型应用于实际数据，与实际系统的运行情况进行比较。例如：可以将模型用于模拟现有再热系统的运行，并与实际运行数据进行比较[2]。通过对比模型预测结果与实际数据的差异，可以评估模型的准确性和可靠性。如果发现模型与实际数据存在差异，就需要对模型的参数进行调整。参数调整是根据模型与实际数据的偏差，对模型中的参数进行修正和优化，以使模型更加准确地描述系统的行为。例如：可以通过对模型中的传热系数、燃烧效率等参数进行调整，来减小模型的预测误差。在进行参数调整时，需要注意避免过度拟合实际数据，以免导致模型在实际应用中失去泛化能力。因此，调整参数时需要综合考虑模型的简单性和准确性，并采用适当的优化方法来寻找最优参数组合。

3二次再热控制策略设计

3.1控制目标和指标设定

稳定性是热力系统运行的基本要求，直接关系到发电厂的安全性和可靠性。因此，控制策略应当确保再热系统能够在不同负载条件下保持稳定的蒸汽参数，防止系统出现过热、过冷等异常情况，保障发电厂的正常运行[3]。发电效率是衡量发电厂经济性的重要指标，直接关系到能源资源的利用效率和成本。因此，控制策略应当通过优化再热系统的工作参数，如再热温度、再热压力等，来提高发电效率，降低单位发电量的能耗和成本。燃煤发电厂通常需要根据电网负荷的变化调整发电功率，因此，再热控制系统需要具备快速响应的能力，能够在短时间内实现蒸汽参数的稳定调节，确保发电厂在各种工况下的灵活性和可调性。在设定控制指标时，常用的性能指标包括再热蒸汽温度、再热蒸汽压力、再热蒸汽流量等。这些指标直接反映了再热系统的工作状态和性能水平，可以作为评价控制策略效果的重要依据。例如，通过设定再热蒸汽温度的控制范围和偏差限制，可以评估控制系统对蒸汽温度的调节精度和稳定性。

3.2PID控制器原理及应用

控制器通过测量系统的输出值与期望值之间的误差，根据比例、积分和微分3个参数计算出控制信号，以调节系统的控制量，使误差尽可能接近零[4]。具体而言，比例项用于处理当前误差，积分项用于消除累积误差，微分项用于预测未来的误差变化趋势，综合起来实现对系统的精确控制。ID控制器广泛应用于工业自动控制领域。例如：燃煤发电厂中的锅炉控制、汽轮机调速、温度控制等都可以采用PID控制器进行控制。在锅炉控制中，PID控制器可以根据锅炉蒸汽流量和压力的变化调节燃烧器的燃烧量，以保持锅炉的稳定运行；在汽轮机调速中，PID控制器可以根据负荷需求调节汽轮机的转速，使其满足电网的需求；在温度控制中，PID控制器可以根据传感器测得的温度值与设定值之间的误差，调节加热或制冷设备的工作状态，以维持系统的稳定温度[5]。PID控制器还常用于工业生产过程中的流程控制、液位控制、压力控制等。在自动化生产线上，PID控制器可以实时调节工艺参数，保持生产过程的稳定性和一致性，提高产品的质量和生产效率。

4模拟仿真与实验验证

实验设计需要考虑到燃煤发电厂的主要组成部分，如锅炉、汽轮机、发电机等，并确定需要测量和记录的关键参数，如燃料供给量、蒸汽温度和压力、电力输出等。为了模拟真实运行条件，实验需要在实际发电厂中进行，或者建立一个小型的实验室模型。确定实验的目的和假设，例如：可以设定目标是评估不同燃料供给量对发电效率的影响，或者测试不同控制策略在系统响应速度和稳定性上的表现。同时，需要明确实验的假设条件，如假设其他运行参数保持不变，以便准确比较实验结果。设计实验方案和操作流程。根据实验目的和假设，确定实验的操作步骤和参数设置。例如：设定不同的燃料供给量和控制策略，并记录系统的响应情况。同时，需要考虑实验过程中可能出现的安全风险，并采取相应的安全措施。在实验进行过程中，及时记录和收集实验数据。包括燃料消耗量、蒸汽参数、发电功率等关键参数的变化情况。同时，可以利用数据采集设备和传感器监测系统的运行状态，确保实验的准确性和可靠性。通过对比不同实验条件下的数据，评估燃煤发电系统的性能和效率，并验证实验的假设是否成立。根据实验结果，提出改进建议和优化措施，以提高发电厂的运行效率和经济性。

5结语

本文通过建立燃煤发电厂二次再热系统的热力模型，并研究了不同的二次再热控制策略对系统性能的影响。实验结果表明，合理的二次再热控制策略能够有效提高系统的稳定性和发电效率，降低能源消耗和成本。在实际应用中，应根据具体情况选择合适的控制策略，并结合实时数据对系统进行监测和调整，以实现最佳的发电运行状态。本研究为燃煤发电厂的运行优化提供了理论支持和技术指导。

参考文献

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