一個基于簡單模型的熱電聯產供熱控制方案

許幼奇，張 琛

(1. 儒競艾默生環境優化技術(上海)有限公司，上海 201203；2. 上海齊耀動力技術有限公司，上海 201203)

1 熱電聯產工程出現的問題

在某一個熱電聯產工程項目供熱調試中(見圖1)，原設計通過TT211來控制煙氣三通閥TCV206，來保證TT211達到95℃，以實現能源利用的最大化。但經常出現由于負荷不夠，導致回水溫度(TT207)過高，致使供熱溫度(TT208)過高(遠大于60℃)。而此供水用于用戶供暖，水溫過高會嚴重影響用戶的體驗，造成工程實際情況與銷售反饋回來的情形(設計輸入)不符合(保證回水溫度為45℃)。供熱管路圖見圖2。

圖1 原煙氣三通閥控制方案

圖2 供熱管路圖

2 控制方案比較

針對熱電聯產存在的問題提出兩種解決方案。

2.1 方案1

方案1示意圖如圖3所示，在供熱側(板換C202右側)增加電動三通閥，由供熱溫度TT208控制。方案1的問題是費用較高。

圖3 方案1示意圖

2.2 方案2

方案2示意圖如圖4所示，用TT208來控制煙氣三通閥TCV206。該方案由于要跨越2個換熱器，施工困難。

圖4 方案2示意圖

經過比較，選擇了方案2。

3 基于簡單模型控制(方案3)

本系統是一個大遲延系統。針對大遲延系統，文獻[2]提出了一種基于仿人智能策略的前饋組合控制器，文獻[3]采用了PID預測控制算法，文獻[4]研究了模型算法控制對大遲延系統的控制效果，文獻[5]討論了基于特性預估補償的模糊PID汽溫控制系統，文獻[6]采取了熱工模型中純遲延時間的遞歸估計算法。

大遲延系統里采用了各種控制算法，均取得了不錯效果。但有些算法比較復雜，對控制器計算能力要求高；有些要求模型比較精確；或者這兩個要求都高，不太適用于本系統。

從圖2來看，如果忽略管道的熱損失(已經保溫)，則滿足以下的熱平衡方程[7]：

Cm×(TT211-TT210)×FT204×ρ2+

Cm×(TT210-TT209)×FT204×ρ3

(1)

考慮到管道的標稱壓力為100 kPa，而管道的水溫在0～100℃之間，因此可以認為ρ1=ρ2=ρ3，公式可以進一步簡化為

(2)

最后可以算出：

(3)

板換C202的換熱效率η與板換側的溫度相關，但板式換熱器在工作點附近的換熱效率非常接近100%，再考慮到熱損失情況，取η=95%。

本文目標是保證TT208的溫度在60℃附近，因此可以假設TT208=60℃，再通過實時測量其他參數，可以得到TT211的實時計算值：

(4)

將此作為設定值來控制煙氣三通閥TCV206，從而引出方案5，其示意圖見圖5。

圖5 方案3示意圖

本方案采用了簡化的換熱模型，降低了計算要求。同時，把遠端采樣、本地控制，折算到本地采樣、本地控制，降低了管道及換熱遲延對系統的影響。

4 實際應用

供熱水溫度曲線圖(2015.12.21現場數據)如圖6所示。

圖6 供熱水溫度曲線圖(2015.12.21現場數據)

由圖6可以看出，控制效果非常理想。在發電機達到額定功率后，供熱溫度TT208基本穩定在60℃附近，最大偏差不超過2℃；穩定后，偏差小于1℃，達到設計要求。

5 結語

本文考慮的都是靜態模型，且實際情況下管道的熱損不能忽略，板換由于工作點的偏移或者隨著時間流失，板換結垢導致換熱效率η明顯下降，會使得TT208偏差過大，這也是值得考慮的情況。

參考文獻：

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