CN103306758B - 一种在高背压供热工况下的监视参数的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在高背压供热工况下的监视参数的控制方法，该方法通过合理配置步骤，通过对能够实现大面积、大流量高背压循环水供热机组的运行控制，解决现有技术中相关方法所存在操作步骤繁琐和实施成本较大的问题，以及其所存在投资费用较大、节能及经济效益较小、现场技术改造适应性较差和安全可靠性较差的缺陷，满足实际情况的需要。

Description

一种在高背压供热工况下的监视参数的控制方法

技术领域

本发明涉及循环水供热机组控制领域，更具体地说，涉及一种在高背压供热工况下的监视参数的控制方法。

背景技术

目前，我国的经济快速增长，资源全面开发，各项建设取得巨大成就，但同时也为此付出了巨大的资源和环境代价。随着经济发展与资源环境的矛盾日趋尖锐，空气污染和资源短缺的现象也日益突出，并且成为了现今最为严峻的话题。这种状况与现有的经济结构不合理、增长方式粗放直接相关。“十二五”规划中明确了“推动能源生产和利用方式变革”的相关要求，坚持节约优先、立足国内、多元发展、保护环境，调整优化能源结构，构建安全、稳定、经济、清洁的现代能源产业体系。中国政府对世界也做出了郑重的承诺：到2020年中国的减排目标是碳排放下降40-45%。因此，大力倡导节能降耗，积极推进以节能为主要目标的新设备、新工艺、新技术，尤其是能耗量较大的火电企业实施节能降耗研究和推广势在必行。

此外,随着人民生活水平的不断提高，供热面积不断得到开发，供热量不断增加，作为政府“民生”工程之一的供热工作，涉及到千家万户的生活质量，日益得到重视,所以开发新的供热技术成为了保障供热可靠性的良好探索，具有重要的社会意义。目前我国供热现状以抽汽供热和小机组低真空背压供热技术为主，少数地域存在有利用地源热泵实施供冷和供热,另外,由于供热面积的不断扩大以及设备改造滞后，地方小锅炉供热方式依然存在，这种供热方式不仅环境污染严重，而且经济性极差。

此外,大型机组背压供热虽然是当前较好供热方式，但是以此种方式运行的机组仅有一例，而且只是停留在低压转子和对应的隔板进行的一次性改造上，导致非供热期经济性极差，使全年经济效益并不理想。还有,抽汽供热是目前使用最多的供热方式，但其存在抽汽利用效率低和冷源损失较大现象。除此之外,小机组低真空背压供热技术虽然冷源损失为零，但是由于小机组运行参数较低，发电负荷与锅炉吸热量比例较小，限制了发电负荷，经济效益仍不理想，同时由于小机组供热能力有限，无法满足大规模供热需求。

为此，需要研发一种冷源损失最小、发电负荷与锅炉吸热量比例较高、同时满足大规模供热需求的供热模式是当务之急。根据理论和实践证明，大机组高参数的背压供热，可以达到上述目的。尽管存在较多技术难题，但通过探讨研究，创造性的提出了“低压缸双背压双转子互换”即“纯凝-背压双运行模式”供热技术的设想。

目前,热电联产前沿技术以实现冷源损失为“零”及发电负荷与锅炉吸热量比例最高为目的，大致有以下五种方式：

(1)发电机前置供热机组:发电机前置供热机组是目前引进的新型热电联产供热机型，供热期间能够实现冷源损失为“零”，供热与非供热季进行切换不需停机，经济效益显著，安全可靠性高。但是因现场布置限制，不适宜现有机组的改造，同时供热期间因汽轮机低压部分退出运行发电负荷有所减少。

(2)低压转子光轴中压缸直供技术:低压转子光轴中压缸直供技术，即供热期间低压转子更换为光轴，中压缸排汽全部用于供热，这样能够实现冷源损失为“零”，同时改造投资费用低，节能效果显著。但因中压缸排汽参数偏高，使发电负荷限制较多，而且每年需要停机进行转子的更换。

(3)去末级叶片供热技术:末级去叶片技术在供热期间拆除掉末一级或两级叶片，提高凝汽器背压，实现了高背压供热和冷源损失为“零”，节能效果显著。但每年需要停机更换叶片以及进行动平衡试验，检修工期较长，检修费用相对较高。

(4)低压转子改造供热:低压缸高背压改造技术就是通过更换静叶栅、动叶栅、叶顶汽封、末级叶片以及改变低压通流级数实现对机组进行的改造，使机组运行背压高于纯凝工况背压。低压转子改造供热期间冷源损失为“零”，改造费用较低，节能效果显著，供热期与非供热期无需停机进行切换。但仅仅是对低压转子及隔板等通流部件进行的一次性改造以提高机组背压，致使非供热期经济性差，特别是夏季发电负荷影响较大。

(5)热泵大温差供热技术:热泵大温差供热技术供热期间，热泵大量布置在二级换热站，通过高温水为动力实现降低热网回水温度，可实现冷源损失为“零”，在不进行供热扩容改造的情况下可以扩大供热面积，安全可靠性高，节能效果显著。但存在一次性投资费用高、占用空间大、后期维护工作量大、设备使用寿命相对较短等问题。

通过对上述各种供热前沿技术的比对，针对大规模区域供热，迫切需要一种投资费用少、发电负荷限制相对小、节能及经济效益大、现场技术改造适应性强、安全可靠性高的技术。

申请号为“201110324036.1”，申请公布号为“CN102506451A”，名称为“包括风电和燃气联合循环机组的热电联产系统及方法”的中国发明专利申请公开了一种包括风电和燃气联合循环机组的热电联产系统的调度方法，包括步骤：测量供给侧数据和用户侧数据；计算调节后燃气联合循环机组的燃气联合循环的发电出力和热出力、燃气联合循环机组的供暖锅炉的热出力、用户不同时刻热泵耗电量和供热量。该方法虽然可以在一定程度上实现电力系统的调度控制，但是因为其针对大规模区域的供热供电，仍然存在投资费用较大、节能及经济效益较小和机组运行操作控制方法繁琐的问题，从而存在现场技术改造适应性较差和安全可靠性较差的缺陷，难以满足实际情况的需要。

申请号为“200610128242.4”，公开号为“CN101191682A”，名称为“一种热泵机组冷热联供同步运行装置及其方法”的中国发明专利申请公开了一种热泵机组冷热联供同步运行方法，其将数台热泵机组分成两组，两组的数量相等或不等，两组热泵机组的蒸发器、冷凝器及其循环管路通过冷热媒充注进口预先充满冷、热媒介质；并通过区分制取的制冷量大于和小于供热量时，设置步骤。该方法虽然可以利用成组布置的热泵机组进行制冷和供热，实现热泵机组系统制冷和供热功能，但是因为该方法存在操作步骤繁琐和实施成本较大的问题，所以其仍然存在投资费用较大、节能及经济效益较小、现场技术改造适应性较差和安全可靠性较差的缺陷，同样难以满足实际情况的需要。

总体来说，现有的有关循环水供热机组控制技术,具体到目前的供热管网参数的控制方法,最多仅仅是在一定程度上实现了电力系统的调度控制，或在一定程度上实现了热泵机组进行制冷和供热,但是现有技术的这些方法多存在操作步骤繁琐和实施成本较大的问题，所以存在投资费用较大、节能及经济效益较小、现场技术改造适应性较差和安全可靠性较差的缺陷，难以满足实际情况的需要。

发明内容

基于上述问题，本发明提出了低真空循环水供热技术，采取低压模块全新设计的思路，减小了低压通流面积，设计点放在低真空供热工况，提高中低压连通管抽汽量，尽可能提升循环水供水温度，并解决连通管抽汽节流压损大、低压缸排汽温度高的问题。为达到节能的目的，在原有供热循环水系统的基础上增加了汽动循环泵。

为实现上述目的，本发明采用一种在高背压供热工况下的监视参数的控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：在高背压供热工况下，监视汽轮机低压缸部分的参数与纯凝工况下相比发生的变化；监视高背压供热工况与纯凝工况下凝结器的真空度参数发生的变化；使所述凝汽器真空报警及机组跳闸值分别由纯凝工况下的“-86.6kPa、-79.6kPa”变为“-46.3kPa、-41.3kPa”。

在上述任一方案中优选的是，使高背压供热工况与纯凝工况下凝结器的真空度参数变化，对循环水回水温度进行监视，发现温度异常时，做好调节真空的准备。

在上述任一方案中优选的是，使凝汽器真空与旁路的联动动作值发生变化。

在上述任一方案中优选的是，在纯凝工况凝汽器真空劣于-65KPa时，Ⅰ级旁路、Ⅱ级旁路自动停用。

在上述任一方案中优选的是，在纯凝工况凝汽器真空优于-70KPa时，Ⅰ级旁路、Ⅱ级旁路可开启。

在上述任一方案中优选的是，当高背压供热工况劣于-27kPa时，闭锁开旁路。

在上述任一方案中优选的是，当高背压供热工况优于-32kPa时，允许旁路开启。

在上述任一方案中优选的是，使低压缸喷水电磁阀动作值发生变化。

在上述任一方案中优选的是，在纯凝工况下，低压缸排汽温度≥80℃时，开启后缸喷水电磁阀。

在上述任一方案中优选的是，在高背压供热工况下，低压缸排汽温度≥90℃时，开启后缸喷水电磁阀。

附图说明

图1为方案一的低真空循环水最大供热工况热平衡图；

图2为方案二的低真空循环水最大供热工况热平衡图；

图3为方案二的低真空循环水平均供热工况热平衡图；

图4为方案二的低真空循环水供热175MW工况热平衡图；

图5为方案二的低真空循环水供热150MW工况热平衡图。

具体实施方式

下面结合附图和优选的实施方式对本发明作进一步详细描述。权利要求中构成要件和实施例中具体实例之间的对应关系可以如下例证。这里的描述意图在于确认在实施例中描述了用来支持在权利要求中陈述的主题的具体实例，由于在实施例中描述了实例，不意味着该具体实例不表示构成要件。相反地，即使在此包含了具体实例作为对应一个构成要件的要素特征，也不意味着该具体实例不表示任何其它构成要件。

此外，这里的描述不意味着对应于实施例中陈述的具体实例的所有主题都在权利要求中引用了。换句话说，这里的描述不否认这种实体，即对应实施例包含的具体实例，但不包含在其任何一项权利要求中，即，能够在以后的修正被分案并申请、或增加的可能发明的实体。

应当注意的是，“系统”在此意味着由两个或更多设备构成的处理。

本发明的一种在高背压供热工况下的监视参数的控制方法的一优选实施例如下：

（一）供热与纯凝工况时凝结器真空不同，凝汽器真空报警及机组跳闸值分别由纯凝工况的“-86.6kPa、-79.6kPa”变为“-46.3kPa、-41.3kPa”，由于运行中的真空度较低，真空系统部分参数较高，真空小幅度的变化都要对机组运行产生较大影响，需要对循环水回水温度加强监视，发现温度异常，及早做好调节真空的准备。

（二）凝汽器真空与旁路的联动动作值也发生了变化：纯凝工况凝汽器真空劣于-65KPa时，Ⅰ级旁路、Ⅱ级旁路自动停用；当优于-70KPa，Ⅰ、Ⅱ级旁路可开启。而高背压工况劣于-27kPa时闭锁开旁路、优于-32kPa允许旁路开启。

（三）低压缸喷水电磁阀动作值变化情况：纯凝工况时，低压缸排汽温度≥80℃时，开后缸喷水电磁阀；高背压供热工况时，低压缸排汽温度≥90℃时，开后缸喷水电磁阀。

关于平均热负荷系数K_pj值和最热负荷系数K_min值的计算公式如下：

K_pj=Q_p/Q_w=（t_n-t_p）/（t_n-t_w）。

其中：Q_p代表采暖期平均热负荷（MW）；Q_w代表采暖期设计热负荷（MW）；t_n代表采暖期室内计算温度（℃）；t_w代表采暖期室外计算温度（℃）；t_P代表采暖期室外平均温度（℃）。

k_min=Q_min/Q_w=（t_n-t_di）/（t_n-t_w）。

其中：Q_min代表采暖期最小热负荷（MW）；t_di代表进入采暖期室外气温（℃）。

从设计低真空循环水供热技术的系统参数来看，由于汽轮机长期稳定运行受排汽温度不高于80℃的限制，考虑凝汽器端差，低真空供热的循环水出水温度一般不高于75℃，供水、回水温度范围一般为供水60℃～75℃、回水50℃～60℃，对应运行背压为25～45kPa。

二次加热汽源为本机中低压连通管抽汽和330MW机组中低压连通管抽汽。为了最大限度的提高低真空供热即凝汽器一级加热的循环水出水温度，设计时考虑机组低真空供热运行背压为43.65kPa，凝汽器循环水进水温度60℃、出水温度75℃（考虑3℃的端差）。现在提供如下两个方案进行对比。

方案一：图1为方案一的低真空循环水最大供热工况热平衡图。低真空供热+本机连通管抽汽二级加热，低压前2×4级隔板不优化。考虑#5机在420t/h最大进汽量，选择合适的抽汽量以满足背压43.65kPa运行时，排汽温度不超过80℃，以保证#5机的安全可靠运行。

该方案低压前2×4级隔板维持原机组设计不变，即低压通流面积已确定，根据热力计算结果，在中低压连通管抽汽量较大时，中压缸排汽到低压缸进口的压损大幅度增加。以中低压连通管0.244MPa、133t/h抽汽供热为例，实际低压第一级前压力仅为0.14MPa，节流压损超过40%，说明低压通流面积明显偏大。原设计低压通流面积对应纯凝额定负荷工况，但在中低压连通管较大抽汽量且高背压工况下运行时，低压第一级前参数严重偏离纯凝工况设计点，因此低压缸效率急剧下降，实际焓降减少，造成低压缸排汽温度升高，计算结果表明，排汽压力30kPa时排汽温度已达到80℃，如果排汽压力升高至40kPa以上则排汽温度更高。

该方案提供的供热能力约为205MW，供、回水温度为77℃、60℃，循环水量为10370t/h，需从330MW机组中低压连通管抽汽326t/h方可使供水温度提高至95℃。

方案二：采用低真空供热+本机连通管抽汽二级加热，低压通流部分新研发。图2为方案二的低真空循环水最大供热工况热平衡图。图3为方案二的低真空循环水平均供热工况热平衡图。图4为方案二的低真空循环水供热175MW工况热平衡图。图5为方案二的低真空循环水供热150MW工况热平衡图。

该方案考虑考虑#5机组420t/h最大进汽量，增大本机中低压连通管抽汽量以提高循环水供水温度，并满足背压43.65kPa运行排汽温度不超过80℃。

本方案采取低压模块全新设计的思路，减小低压通流面积，设计点放在低真空供热工况，提高中低压连通管抽汽量，尽可能提升循环水供水温度，并解决连通管抽汽节流压损大、低压缸排汽温度高的问题。

上述两种方案供热运行参数对比表如下：

其中，受汽轮机排汽温度80℃的限制，175MW供热量工况下，热网供水温度降至72℃，150MW供热量工况下，热网供水温度降至69℃，同时对应的循环水回水温度需降至52℃。

从表中可知，方案一的负荷调节性能较差，汽轮机运行方式需严格按照以热定电原则，随着热负荷的降低同时降低主蒸汽、再热蒸汽进汽量减电负荷运行，否则会导致排汽温度升高，影响机组的安全可靠运行。即在低真空循环水供热期间，必须保持中低压连通管采暖抽汽同时运行，当中低压连通管采暖抽汽量减小或停止时，低压缸排汽温度大幅升高，在90MW负荷停用采暖抽汽后，排汽缸温度则升至100℃以上，随电功率增加排汽温度继续升高。该方案减热负荷时本机的调整量有限，即最大35t/h的抽汽量可供调整用，大部分热负荷要通过减电负荷才能实现，调节方式单一。方案一中连通管最大抽汽量为35t/h，供热品质较差，热网循环水供水温度仅为77℃。

方案二考虑本机420t/h最大进汽工况，通过对低压通流的全新设计，使中低压连通管最大抽汽量达到125t/h。根据低压缸排热量完全被循环水吸收、循环水温升15℃，可计算出循环水量为7240t/h；中低压连通管125t/h抽汽对凝汽器循环水二次加热，其温度可由75℃提升至85℃。

方案二提供的供热能力约为211MW，供、回水温度为85℃、60℃，循环水量为7240t/h，可满足热网基本要求；如需提升到95℃，需从300MW机组抽汽128t/h。

在平均供热负荷下，循环水量保持7240t/h（在供热面积一定的条件下，供热循环水量不应变化）不变，#5机中低压连通管抽汽量保持125t/h不变，本机即可实现供水温度85℃（回水仍保持60℃，热负荷调整时，循环水量和回水温度不变调整供水温度），即使330MW机组不抽汽，该温度可满足平均热负荷下的热网供水温度要求。

在最小供热负荷下，若循环水量、回水温度仍保持不变，低压缸排汽温度会超过80℃，因此在此工况下本机减负荷、降背压运行，同时要降低一次热网循环水回水温度以保证本机的安全运行。当本机供热量175MW时，停用中低压连通管抽汽，单纯低真空循环水供热，供水温度可达72℃；供热量150MW时，供水温度可达69℃，此时热网回水温度需降至52℃，循环水量均略有增加。最小供热运行时，不需要本机和300MW机组连通管抽汽，热网供水温度可满足最小热负荷下的温度要求。

由以上分析可以看出：方案二抽汽供热能力、供热品质与循环水量匹配关系好，基本满足供热改造要求，负荷调节性能和机组运行的安全可靠性要大大优于方案一。

从供热理论方面，循环水背压供热是各种供热形式中效率最高的供热方式，也是冷源损失为零的供热方式中发电功率限制最小的方式，而采用本发明的循环水供热机组的运行控制操作方法,其电热比例达到了34.5%（发电量/锅炉吸热量），冷源损失为零的供热机组的电热比例一般为30%以内，实现了供热机组电热比的新突破。

本发明提供了一种在高背压供热工况下的监视参数的控制方法,能够实现大面积、大流量高背压循环水供热机组的运行控制；解决由于运行中的真空度较低，真空系统部分参数较高，真空小幅度的变化都要对机组运行产生较大影响，需要对循环水回水温度加强监视，发现温度异常，及早做好调节真空的准备的问题；

总体来说，本发明的在高背压供热工况下的监视参数的控制方法通过对能够实现大面积、大流量高背压循环水供热机组的运行控制,解决现有技术中相关方法所存在操作步骤繁琐和实施成本较大的问题，以及其所存在投资费用较大、节能及经济效益较小、现场技术改造适应性较差和安全可靠性较差的缺陷，从而满足实际情况的需要。

同时，在环境保护方面，供热季可减少二氧化硫排放1877.41吨，每小时减少0.71吨；减少氮氧化物排放593.313吨，每小时减少0.225吨；减排二氧化碳约21.95万吨，每小时减少83吨，环保效益可观。

需要说明的是，本发明的一种在高背压供热工况下的监视参数的控制方法的方案的范畴包括但不限于上述各部分之间的任意组合。

尽管具体地参考其优选实施例来示出并描述了本发明，但本领域的技术人员可以理解，可以做出形式和细节上的各种改变而不脱离所附权利要求书中所述的本发明的范围。以上结合本发明的具体实施例做了详细描述，但并非是对本发明的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，均仍属于本发明技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种在高背压供热工况下的监视参数的控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

在高背压供热工况下，监视汽轮机低压缸部分的参数与纯凝工况下相比发生的变化；

监视高背压供热工况与纯凝工况下凝汽器的真空度参数发生的变化；

使所述凝汽器真空报警及机组跳闸值分别由纯凝工况下的“-86.6kPa、-79.6kPa”变为“-46.3kPa、-41.3kPa”。

2.如权利要求1所述的在高背压供热工况下的监视参数的控制方法,其特征在于：使高背压供热工况与纯凝工况下凝汽器的真空度参数变化，对循环水回水温度进行监视，发现温度异常时，做好调节真空的准备。

3.如权利要求1所述的在高背压供热工况下的监视参数的控制方法,其特征在于：使凝汽器真空与旁路的联动动作值发生变化。

4.如权利要求3所述的在高背压供热工况下的监视参数的控制方法,其特征在于：在纯凝工况凝汽器真空低于-65KPa时，Ⅰ级旁路、Ⅱ级旁路自动停用。

5.如权利要求3所述的在高背压供热工况下的监视参数的控制方法,其特征在于：在纯凝工况凝汽器真空高于-70KPa时，Ⅰ级旁路、Ⅱ级旁路可开启。

6.如权利要求3所述的在高背压供热工况下的监视参数的控制方法,其特征在于：当高背压供热工况低于-27kPa时，闭锁开旁路。

7.如权利要求3所述的在高背压供热工况下的监视参数的控制方法,其特征在于：当高背压供热工况高于-32kPa时，允许旁路开启。

8.如权利要求1所述的在高背压供热工况下的监视参数的控制方法,其特征在于：使低压缸喷水电磁阀动作值发生变化。

9.如权利要求8所述的在高背压供热工况下的监视参数的控制方法,其特征在于：在纯凝工况下，低压缸排汽温度≥80℃时，开启后缸喷水电磁阀。

10.如权利要求8所述的在高背压供热工况下的监视参数的控制方法,其特征在于：在高背压供热工况下，低压缸排汽温度≥90℃时，开启后缸喷水电磁阀。