一个基于简单模型的热电联产供热控制方案
2018-07-04许幼奇
许幼奇,张 琛
(1. 儒竞艾默生环境优化技术(上海)有限公司,上海 201203;2. 上海齐耀动力技术有限公司,上海 201203)
1 热电联产工程出现的问题
在某一个热电联产工程项目供热调试中(见图1),原设计通过TT211来控制烟气三通阀TCV206,来保证TT211达到95℃,以实现能源利用的最大化。但经常出现由于负荷不够,导致回水温度(TT207)过高,致使供热温度(TT208)过高(远大于60℃)。而此供水用于用户供暖,水温过高会严重影响用户的体验,造成工程实际情况与销售反馈回来的情形(设计输入)不符合(保证回水温度为45℃)。供热管路图见图2。
图1 原烟气三通阀控制方案
图2 供热管路图
2 控制方案比较
针对热电联产存在的问题提出两种解决方案。
2.1 方案1
方案1示意图如图3所示,在供热侧(板换C202右侧)增加电动三通阀,由供热温度TT208控制。方案1的问题是费用较高。
图3 方案1示意图
2.2 方案2
方案2示意图如图4所示,用TT208来控制烟气三通阀TCV206。该方案由于要跨越2个换热器,施工困难。
图4 方案2示意图
经过比较,选择了方案2。
3 基于简单模型控制(方案3)
本系统是一个大迟延系统。针对大迟延系统,文献[2]提出了一种基于仿人智能策略的前馈组合控制器,文献[3]采用了PID预测控制算法,文献[4]研究了模型算法控制对大迟延系统的控制效果,文献[5]讨论了基于特性预估补偿的模糊PID汽温控制系统,文献[6]采取了热工模型中纯迟延时间的递归估计算法。
大迟延系统里采用了各种控制算法,均取得了不错效果。但有些算法比较复杂,对控制器计算能力要求高;有些要求模型比较精确;或者这两个要求都高,不太适用于本系统。
从图2来看,如果忽略管道的热损失(已经保温),则满足以下的热平衡方程[7]:
Cm×(TT211-TT210)×FT204×ρ2+
Cm×(TT210-TT209)×FT204×ρ3
(1)
考虑到管道的标称压力为100 kPa,而管道的水温在0~100℃之间,因此可以认为ρ1=ρ2=ρ3,公式可以进一步简化为
(2)
最后可以算出:
(3)
板换C202的换热效率η与板换侧的温度相关,但板式换热器在工作点附近的换热效率非常接近100%,再考虑到热损失情况,取η=95%。
本文目标是保证TT208的温度在60℃附近,因此可以假设TT208=60℃,再通过实时测量其他参数,可以得到TT211的实时计算值:
(4)
将此作为设定值来控制烟气三通阀TCV206,从而引出方案5,其示意图见图5。
图5 方案3示意图
本方案采用了简化的换热模型,降低了计算要求。同时,把远端采样、本地控制,折算到本地采样、本地控制,降低了管道及换热迟延对系统的影响。
4 实际应用
供热水温度曲线图(2015.12.21现场数据)如图6所示。
图6 供热水温度曲线图(2015.12.21现场数据)
由图6可以看出,控制效果非常理想。在发电机达到额定功率后,供热温度TT208基本稳定在60℃附近,最大偏差不超过2℃;稳定后,偏差小于1℃,达到设计要求。
5 结语
本文考虑的都是静态模型,且实际情况下管道的热损不能忽略,板换由于工作点的偏移或者随着时间流失,板换结垢导致换热效率η明显下降,会使得TT208偏差过大,这也是值得考虑的情况。
参考文献:
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