本发明公开了一种考虑再热器蓄热的二次再热机组蒸汽温度控制方法，二次再热机组相较于一次再热机组增加了一级再热，再热器吸热量、蓄热量占比较大，导致蒸汽温度难以控制。为解决上述问题，将锅炉实时蓄热量与锅炉蓄热量设定值的差值经过PID控制器处理后，作为煤量补偿值，将其与煤量指令相加得到煤量新值；将煤量补偿值带来的热量与此时刻对应的锅炉实时蓄热量与锅炉蓄热量设定值的差值做商，记为k1；将再热器实时蓄热量与再热器蓄热量设定值的差值与k1相乘后的乘积，与单位烟气再循环量变化引起的水冷壁吸热量变化量作商作为烟气再循环量补偿值，将其与烟气再循环量指令相加得到烟气再循环量新值。本发明可明显改善蒸汽温度质量，且投资低。
1.一种考虑再热器蓄热的二次再热机组蒸汽温度控制方法，其特征在于：瞬态过程中，将锅炉实时蓄热量与锅炉蓄热量设定值的差值经过PID控制器处理后，作为煤量补偿值，将煤量补偿量与煤量指令相加得到煤量新值；将煤量补偿值带来的热量与此时刻对应的锅炉实时蓄热量与锅炉蓄热量设定值的差值做商，记为热量比例k1；将再热器实时蓄热量与再热器蓄热量设定值的差值与k1相乘后的乘积，与单位烟气再循环量变化引起的水冷壁吸热量变化量作商作为烟气再循环量补偿值，将烟气再循环量补偿值与烟气再循环量指令相加得到烟气再循环量新值；将计算所得的煤量新值与烟气再循环量新值输入到燃煤机组中以完成控制过程。
2.根据权利要求1所述的一种考虑再热器蓄热的二次再热机组蒸汽温度控制方法，其特征在于：
所述锅炉实时蓄热量计算方法如下：只计算金属蓄热量，瞬态过程中，锅炉不同设备的壁温记为Ti,rt，i为设备编号，设备i的实时蓄热量计算如下：
Qi,rt＝M*cM*(Ti,rt‑T0)式中：Qi,rt为设备i金属面的实时蓄热量，kJ；T0是环境温度，℃；M为金属的质量，kg；cM为金属比热容，kJ/(kg·℃)；
式中：Qb,rt为锅炉实时蓄热量，kJ；m为锅炉设备个数。
3.根据权利要求2所述的一种考虑再热器蓄热的二次再热机组蒸汽温度控制方法，其特征在于：
所述锅炉蓄热量设定值计算方法如下稳态工况下，锅炉不同设备的壁温记为Ti,sp，设备i蓄热量设定值计算如下：Qi,sp＝M*cM*(Ti,sp‑T0)式中：Qi,sp为设备i蓄热量设定值，kJ；
4.根据权利要求3所述的一种考虑再热器蓄热的二次再热机组蒸汽温度控制方法，其特征在于：
所述煤量补偿值计算方法如下：将锅炉实时蓄热量与锅炉蓄热量设定值的差值经过PID控制器处理后，作为煤量补偿值：
ΔQb＝Qb,rt‑Qb,spΔBrevised＝fPID(ΔQb)式中：ΔQb为锅炉实时蓄热量与锅炉蓄热量设定值的差值，kJ；fPID表示PID处理；ΔBrevised表示煤量补偿值，kg/s。
5.根据权利要求4所述的一种考虑再热器蓄热的二次再热机组蒸汽温度控制方法，其特征在于：
所述煤量新值的计算方法如下：将煤量补偿值与煤量指令相加得到煤量新值：Brevised＝B1+ΔBrevised式中：B1为从机组协调控制系统中获得的煤量指令，kg/s；Brevised为煤量新值，kg/s。
6.根据权利要求2或3所述的一种考虑再热器蓄热的二次再热机组蒸汽温度控制方法，其特征在于：
所述再热器实时蓄热量计算方法如下：根据权利要求2中的设备i的实时蓄热量计算方法，计算再热器各设备的实时蓄热量，将其相加，得到再热器的实时蓄热量：式中：Qrh,rt为锅炉实时蓄热量，kJ；n为再热器设备个数；
所述再热器蓄热量设定值的计算方法如下：根据权利要求3中的设备i蓄热量的设定值计算方法，得到再热器各设备蓄热量的设定值，将其相加，得到再热器蓄热量的设定值：式中：Qrh,sp为再热器蓄热量设定值，kJ。
7.根据权利要求1所述的一种考虑再热器蓄热的二次再热机组蒸汽温度控制方法，其特征在于：
所述单位烟气再循环变化时引起的水冷壁换热变化量的计算方法如下：不同稳态负荷下，进行烟气再循环量扰动，测量、记录水冷壁进出口工质温度、流量和压力，通过水蒸气物性参数表得出对应焓值，得出单位烟气再循环量变化时水冷壁吸热量的变化值，记为ΔQ:
ΔQ＝(Gout,b·hout,b‑Gin,b·hin,b)‑(Gout,a·hout,a‑Gin,a·hin,a)/(FGRb‑FGRa)式中：ΔQ表示单位烟气再循环量变化时水冷壁换热量的变化值，kJ；G代表工质流量，kg/s；h代表工质焓值，kJ/kg；FGR代表烟气再循环量；下标in，out分别代表进出口，下标a，b分别代表烟气再循环量变化前后；
将不同稳态负荷下的ΔQ与对应负荷值拟合，记为f(x)；输入负荷值通过f(x)计算出单位烟气再循环量变化引起的水冷壁吸热量变化量。
8.根据权利要求1所述的一种考虑再热器蓄热的二次再热机组蒸汽温度控制方法，其特征在于：
所述热量比例k1计算方法如下：将煤量补偿值带来的热量与此时刻对应的锅炉实时蓄热量与锅炉蓄热量设定值的差值做商，得热量比例k1：
k1＝ΔBrevised·Qarnet/ΔQb式中：k1热量比例；Qarnet为煤的低位发热量，kJ/kg。
9.根据权利要求1所述的一种考虑再热器蓄热的二次再热机组蒸汽温度控制方法，其特征在于：
所述烟气再循环量补偿值计算方法如下：将再热器实时蓄热量与再热器蓄热量设定值的差值与k1相乘后的乘积，与单位烟气再循环量变化引起的水冷壁吸热量变化量作商作为烟气再循环量补偿值，ΔFGRrevised＝(Qrh,rt‑Qrh,sp)·k1/f(x)式中：ΔFGRrevised表示烟气再循环量补偿值。
10.根据权利要求1所述的一种考虑再热器蓄热的二次再热机组蒸汽温度控制方法，其特征在于：
所述烟气再循环量新值计算方法如下：FGRrevised＝FGR1+ΔFGRrevised式中：FGR1为从机组协调控制系统中获得的烟气再循环量指令；FGRrevised为烟气再循环量新值。
一种考虑再热器蓄热的二次再热机组蒸汽温度控制方法
技术领域
[0001] 本发明属于火电厂热工控制技术领域，具体涉及一种考虑再热器蓄热的二次再热机组蒸汽温度控制方法。
背景技术
[0002] 燃煤机组中蒸汽温度的精准控制对其运行的经济性与安全性意义重大。二次再热机组锅炉侧参数高、设备多、流程复杂，故其热惯性较大，蒸汽温度难以精准控制。此外，由
于二次再热机组相较于一次再热机组多加了一级再热，二次再热机组中再热器增加，蓄热
分布式特点更加明显，加剧了蒸汽温度的控制难度。考虑到瞬态过程中蓄热的时变特性与
分布特性是满足二次再热机组温度精准控制的关键。
发明内容
[0003] 本发明针对二次再热机组锅炉侧惯性大、蒸汽温度难控制的问题，从瞬态过程与稳态过程的本质差异中出发，旨在改善蒸汽温度的控制品质，提高运行过程中的安全性。本
发明的目的是一种考虑再热器蓄热的二次再热机组蒸汽温度控制方法，瞬态过程中采用锅
炉实时蓄热量与蓄热量的设定值的差异修正入炉煤量，并采用再热器实时蓄热量与蓄热量
的设定值的差异修正烟气再循环量，从而完成了瞬态过程中锅炉蓄热量的利用并合理分配
了蓄热引起的煤量变化。本发明方法可明显改善二次再热机组蒸汽温度的品质，减小瞬态
过程中蒸汽温度的超调量，提高机组运行过程中的安全性。
[0004] 本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
[0005] 一种考虑再热器蓄热的二次再热机组蒸汽温度控制方法，瞬态过程中，将锅炉实时蓄热量与锅炉蓄热量设定值的差值经过PID控制器处理后，作为煤量补偿值，将煤量补偿
量与煤量指令相加得到煤量新值；将煤量补偿值带来的热量与此时刻对应的锅炉实时蓄热
量与锅炉蓄热量设定值的差值做商，记为热量比例k1；将再热器实时蓄热量与再热器蓄热
量设定值的差值与k1相乘后的乘积，与单位烟气再循环量变化引起的水冷壁吸热量变化量
作商作为烟气再循环量补偿值，将烟气再循环量补偿值与烟气再循环量指令相加得到烟气
再循环量新值；将计算所得的煤量新值与烟气再循环量新值输入到燃煤机组中以完成控制
过程。
[0006] 所述锅炉实时蓄热量计算方法如下：
[0007] 只计算金属蓄热量，瞬态过程中，锅炉不同设备的壁温记为Ti,rt，i为设备编号，设备i的实时蓄热量计算如下：
[0008] Qi,rt＝M*cM*(Ti,rt‑T0)
[0009] 式中：Qi,rt为设备i金属面的实时蓄热量，kJ；T0是环境温度，℃；M为金属的质量，kg；cM为金属比热容，kJ/(kg·℃)；
[0010] 锅炉实时蓄热量计算如下:
[0011]
[0012] 式中：Qb,rt为锅炉实时蓄热量，kJ；m为锅炉设备个数。
[0013] 所述锅炉蓄热量设定值计算方法如下
[0014] 稳态工况下，锅炉不同设备的壁温记为Ti,sp，设备i蓄热量设定值计算如下：
[0015] Qi,sp＝M*cM*(Ti,sp‑T0)
[0016] 式中：Qi,sp为设备i蓄热量设定值，kJ；
[0017] 锅炉蓄热量设定值计算如下:
[0018]
[0019] 式中：Qb,sp为锅炉蓄热量设定值，kJ。
[0020] 所述煤量补偿值计算方法如下：
[0021] 将锅炉实时蓄热量与锅炉蓄热量设定值的差值经过PID控制器处理后，作为煤量补偿值：
[0022] ΔQb＝Qb,rt‑Qb,sp
[0023] ΔBrevised＝fPID(ΔQb)
[0024] 式中：ΔQb为锅炉实时蓄热量与锅炉蓄热量设定值的差值，kJ；fPID表示PID处理；ΔBrevised表示煤量补偿值，kg/s。
[0025] 所述煤量新值的计算方法如下：
[0026] 将煤量补偿值与煤量指令相加得到煤量新值：
[0027] Brevised＝B1+ΔBrevised
[0028] 式中：B1为从机组协调控制系统中获得的煤量指令，kg/s；Brevised为煤量新值，kg/s。
[0029] 所述再热器实时蓄热量计算方法如下：
[0030] 根据设备i的实时蓄热量计算方法，计算再热器各设备的实时蓄热量，将其相加，得到再热器的实时蓄热量：
[0031]
[0032] 式中：Qrh,rt为锅炉实时蓄热量，kJ；n为再热器设备个数；
[0033] 所述再热器蓄热量设定值的计算方法如下：
[0034] 根据设备i蓄热量的设定值计算方法，得到再热器各设备蓄热量的设定值，将其相加，得到再热器蓄热量的设定值：
[0035]
[0036] 式中：Qrh,sp为再热器蓄热量设定值，kJ。
[0037] 所述单位烟气再循环变化时引起的水冷壁换热变化量的计算方法如下：
[0038] 不同稳态负荷下，进行烟气再循环量扰动，测量、记录水冷壁进出口工质温度、流量和压力，通过水蒸气物性参数表得出对应焓值，得出单位烟气再循环量变化时水冷壁吸
热量的变化值，记为ΔQ:
[0039] ΔQ＝(Gout,b·hout,b‑Gin,b·hin,b)‑(Gout,a·hout,a‑Gin,a·hin,a)/(FGRb‑FGRa)
[0040] 式中：ΔQ表示单位烟气再循环量变化时水冷壁换热量的变化值，kJ；G代表工质流量，kg/s；h代表工质焓值，kJ/kg；FGR代表烟气再循环量；下标in，out分别代表进出口，下标
a，b分别代表烟气再循环量变化前后；
[0041] 将不同稳态负荷下的ΔQ与对应负荷值拟合，记为f(x)；输入负荷值通过f(x)计算出单位烟气再循环量变化引起的水冷壁吸热量变化量。
[0042] 所述热量比例k1计算方法如下：
[0043] 将煤量补偿值带来的热量与此时刻对应的锅炉实时蓄热量与锅炉蓄热量设定值的差值做商，得热量比例k1：
[0044] k1＝ΔBrevised·Qarnet/ΔQb
[0045] 式中：k1热量比例；Qarnet为煤的低位发热量，kJ/kg。
[0046] 所述烟气再循环量补偿值计算方法如下：
[0047] 将再热器实时蓄热量与再热器蓄热量设定值的差值与k1相乘后的乘积，与单位烟气再循环量变化引起的水冷壁吸热量变化量作商作为烟气再循环量补偿值，
[0048] ΔFGRrevised＝(Qrh,rt‑Qrh,sp)·k1/f(x)
[0049] 式中：ΔFGRrevised表示烟气再循环量补偿值。
[0050] 所述烟气再循环量新值计算方法如下：
[0051] FGRrevised＝FGR1+ΔFGRrevised
[0052] 式中：FGR1为从机组协调控制系统中获得的烟气再循环量指令；FGRrevised为烟气再循环量新值。
[0053] 与现有技术相比，本发明的优点如下：
[0054] (1)本发明从瞬态过程与稳态过程的本质差异出发，考虑了二次再热机组锅炉侧蓄热量的时变特性与分布特性，提出了考虑再热器蓄热的二次再热机组蒸汽温度控制方
法，改善了蒸汽温度控制品质，提高了机组运行过程中的安全性。
[0055] (2)本发明实现方法简单，回收周期短。
附图说明
[0056] 图1为考虑再热器蓄热的二次再热机组蒸汽温度控制方法流程图。
[0057] 图2为升负荷过程中控制系统优化前后的蒸汽温度变化。
[0058] 图3为升负荷过程中控制系统优化前后负荷与煤耗率的变化。
[0059] 具体实施方法
[0060] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0061] 本发明一种考虑再热器蓄热的二次再热机组蒸汽温度控制方法，如图1所示，具体实施方法如下：瞬态过程中，将锅炉实时蓄热量与锅炉蓄热量设定值的差值经过PID控制器
处理后，作为煤量补偿值，将煤量补偿量与煤量指令相加得到煤量新值；将煤量补偿值带来
的热量与此时刻对应的锅炉实时蓄热量与锅炉蓄热量设定值的差值做商，记为热量比例
k1；将再热器实时蓄热量与再热器蓄热量设定值的差值与k1相乘后的乘积，与单位烟气再循
环量变化引起的水冷壁吸热量变化量作商作为烟气再循环量补偿值，将烟气再循环量补偿
值与烟气再循环量指令相加得到烟气再循环量新值；将计算所得的煤量新值与烟气再循环
量新值输入到燃煤机组中以完成控制过程。
[0062] 1、锅炉实时蓄热量计算方法如下：
[0063] 瞬态过程中，通过温度测点获得锅炉不同设备的壁温记为Ti,rt，i为设备编号，通过壁温、比热容和金属质量可计算出设备i的实时蓄热量。其中温度由热电偶可直接测得，
比热容和金属质量一般在锅炉厂家提供的“锅炉说明书”中会详细给出。
[0064] Qi,rt＝M*cM*(Ti,rt‑T0)
[0065] 式中：Qi,rt为设备i金属面的实时蓄热量，kJ；T0是环境温度，℃；M为金属的质量，kg；cM为金属比热容，kJ/(kg·℃)；
[0066] 锅炉实时蓄热量为各设备的实时蓄热量之和，计算如下:
[0067]
[0068] 式中：Qb,rt为锅炉实时蓄热量，kJ；m为锅炉设备个数。
[0069] 2、锅炉蓄热量设定值计算方法如下
[0070] 各稳态工况下，锅炉不同设备的壁温记为Ti,sp，通过壁温、比热容和金属质量可计算出设备i蓄热量设定值。设备i蓄热量设定值计算如下：
[0071] Qi,sp＝M*cM*(Ti,sp‑T0)
[0072] 式中：Qi,sp为设备i蓄热量设定值，kJ；
[0073] 锅炉蓄热量设定值为各设备蓄热量设定值之和，计算如下:
[0074]
[0075] 式中：Qb,sp为锅炉蓄热量设定值，kJ；
[0076] 将负荷与对应锅炉蓄热量的设定值的关系嵌入到机组协调控制系统中，用于变负荷时的控制。
[0077] 3、煤量补偿值计算方法如下：
[0078] 采用步骤1中的计算方法得到锅炉实时蓄热量，通过实时负荷利用步骤2中的关系得到锅炉蓄热量设定值，将两者作差经过PID控制器处理后，作为煤量补偿值：
[0079] ΔQb＝Qb,rt‑Qb,sp
[0080] ΔBrevised＝fPID(ΔQb)
[0081] 式中：ΔQb为锅炉实时蓄热量与锅炉蓄热量设定值的差值，kJ；fPID表示PID处理；ΔBrevised表示煤量补偿值，kg/s。
[0082] 4、煤量新值的计算
[0083] 将步骤3中所得的煤量补偿值与机组协调控制系统中的煤量指令相加得到煤量新值：
[0084] Brevised＝B1+ΔBrevised
[0085] 式中：B1为从机组协调控制系统中获得的煤量指令，kg/s；Brevised为煤量新值，kg/s。
[0086] 5、再热器实时蓄热量计算：
[0087] 采用步骤1中的设备i的实时蓄热量计算方法，计算再热器各设备的实时蓄热量，将其相加，得到再热器的实时蓄热量：
[0088]
[0089] 式中：Qrh,rt为锅炉实时蓄热量，kJ；n为再热器设备个数。
[0090] 6、再热器蓄热量设定值的计算
[0091] 采用步骤2中的设备i蓄热量的设定值计算方法，可得到再热器各设备蓄热量的设定值，将其相加，得到再热器蓄热量的设定值：
[0092]
[0093] 式中：Qrh,sp为再热器蓄热量设定值，kJ。
[0094] 7、单位烟气再循环变化时引起的水冷壁换热变化量的计算
[0095] 不同稳态负荷下，进行烟气再循环量扰动，通过温度、流量、压力传感器测量、记录水冷壁进出口工质温度、流量和压力，通过水蒸气物性参数表得出对应焓值，得出单位烟气
再循环量变化时水冷壁吸热量的变化值，记为△Q:(此部分也可由零维炉膛燃烧计算实现)
[0096] ΔQ＝(Gout,b·hout,b‑Gin,b·hin,b)‑(Gout,a·hout,a‑Gin,a·hin,a)/(FGRb‑FGRa)
[0097] 式中：ΔQ表示单位烟气再循环量变化时水冷壁换热量的变化值，kJ；G代表工质流量，kg/s；h代表工质焓值，kJ/kg；FGR代表烟气再循环量；下标in，out分别代表进出口，下标
a，b分别代表烟气再循环量变化前后；
[0098] 将不同稳态负荷下的ΔQ与对应负荷值拟合，记为f(x)，将此关系接入电厂的控制系统，如图1所示。在机组实际运行过程中，输入负荷值通过f(x)计算出单位烟气再循环量
变化时引起的水冷壁换热变化量。
[0099] 8、热量比例k1计算
[0100] 将煤量补偿值带来的热量与此时刻对应的锅炉实时蓄热量与锅炉蓄热量设定值的差值做商，可得热量比例k1。其中煤量低位发热量可由煤质参数获得。
[0101] k1＝ΔBrevised·Qarnet/ΔQb
[0102] 式中：k1热量比例；Qarnet为煤的低位发热量，kJ/kg。
[0103] 9、烟气再循环量补偿值计算
[0104] 将再热器实时蓄热量与再热器蓄热量设定值的差值与k1相乘后的乘积，与单位烟气再循环量变化引起的水冷壁吸热量变化量作商作为烟气再循环量补偿值，
[0105] ΔFGRrevised＝(Qrh,rt‑Qrh,sp)·k1/f(x)
[0106] 式中：ΔFGRrevised表示烟气再循环量补偿值。
[0107] 10、烟气再循环量新值计算
[0108] 在机组原始协调控制系统中可得到烟气再循环量指令，将其与步骤9中得到的烟气再循环量补偿值相加，即可得到烟气再循环量新值。
[0109] FGRrevised＝FGR1+ΔFGRrevised
[0110] 式中：FGR1为从机组协调控制系统中获得的烟气再循环量指令；FGRrevised为烟气再循环量新值。
[0111] 11、具体电厂的优化效果
[0112] 以某二次再热机组为例，变负荷速率为1.5％，机变负荷范围为50％升到75％。由图2和图3可知，再热蒸汽温度超调量减小，提高了机组运行过程中的安全性。
