CN106931485B - 一种利用供热管网储能的热网调节方法 - Google Patents
一种利用供热管网储能的热网调节方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种电厂供热储能技术，涉及一种首站和二次站协同调节的供热管网储能技术及热网调节方法。此调节方法通过控制一次网的供回水温度并结合二次网侧旁路流量调节，分别在机组高、低负荷阶段完成一次管网的储能及放热过程，从而实现供暖期内在保证供暖负荷的前提下，提高热电机组的供热调峰能力，有效缓解可再生能源的消纳困境。
Description
技术领域
本申请适用于电厂供热领域，尤其是涉及一种首站和二次站协同调节的供热管网储能技术及热网调节方法。
背景技术
目前我国电力市场展现出新的明显特点即电力系统中的电力负荷峰谷差越来越大，而且持续时间也在不断增长，一方面是因为社会经济的发展，用电负荷峰谷差增大，用电负荷随机性加强；另一方面是因为新能源发电比例的增高。鉴于减排压力及新能源发电的自身缺陷，在未来一段时间内火电机组将会是电网调峰的主力，而供热机组因“以热定电”方式运行，很难做到大范围的参与机组调峰，尤其是在我国三北地区，冬季采暖期间供热机组运行容量占火电机组运行总容量的70％，但目前的调峰能力仅为10％左右，其对电网调峰产生了极为不利影响，因此解决供热机组热电解耦的问题已变得迫在眉睫。
目前针对热电机组常规的热电解耦方案是增加热力储能设备，通过储热技术使机组在负荷较高时把富裕的热量储存起来，调峰困难时利用储热装置对外供热，补充热电联产机组由于发电负荷降低带来的供热能力不足，降低强迫出力，实现热电解耦。申请号为201410721211.4的中国专利公开了一种带有蓄热罐的集中供热供冷联合系统，能够通过大型储热罐在低负荷时的蓄热作用和在高负荷时的放能作用以平稳能源负荷，起到移峰填谷的作用，但是蓄热装置初投资费用较高，占地面积偏大，比如北京左家庄热电厂的蓄热罐直径23m，总高度25.5m，最大蓄热能力628GJ，仅仅能够满足300万平供热面积不到两个小时的供热负荷。申请号为210210159123.0发明专利公开了一种超高压电热储能装置，该装置包含储能体、热交换部分、外保温部分等，此装置适用于10KV以上各种电压等级，配置相对灵活，在机组供热过程中通过蓄热也能够起到移峰填谷的作用，但是同样具有投资费用高昂，设备占地面积大等缺点。
目前常规解决热电厂深度调峰问题的主要方法就是增加蓄热设备，一种方案是增加热水蓄热罐，实现热电厂的热电解耦，现有技术中的主要缺陷就在于：蓄热罐占地面积大，设备费用昂贵，增加了改造难度；另外一种是目前电厂已有应用的高压固体电储热设备，同样具有占地面积大，设备投资费用高等缺点。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种供热管网储能技术及热网调节方法，本发明的技术利用原有供热管线的温度控制，配合二次网侧做适当流量调节，即可实现通过热网储能从而提高供热机组的调峰能力，技术涉及的改造不增加新的占地面积，尽大可能地利用了原有设备，改造工作量小，投资费用低。该调节方法中的所涉系统主要包含：汽轮机(1)，热网加热器(2)，二次侧换热器(3)，补水箱(4)，定压补水泵(5)，热用户(6)，二次网循环泵(7)，一次网循环泵(8)，二次站一次侧供水阀(9)，二次站一次侧 回水阀(10)，二次站二次网供水阀(11)，二次站二次网回水阀(12)，二次网旁路调节阀(13)，一次网回水泄压阀(14)，一次网供水压力表计(15)，一次网供水温度表计(16)，一次网回水压力表计(17)，一次网回水温度表计(18)，二次网板换出口温度表计(19)，二次网供水温度(20)，二次网回水温度(21)。
供热系统中汽轮机(1)经抽汽管道与热网加热网(2)相连接，利用汽轮机抽汽加热热网循环水；经加热的一次网循环水经二次侧换热器(3)将热量传递给二次侧循环水，经二次侧换热器换热后的一次网回水经一次网循环泵(8)升压后进入热网加热网重新换热；为了确保一次网回水压力的稳定，回水管路上连接有一次网回水泄压阀(14)和定压补水泵(5)，补水箱(4)作为中间缓冲装置连接回水泄压阀和定压补水泵；经二次侧换热器换热后的二次测循环水流经热用户把热量传递出去，再经二次网循环泵(7)升压后一路流经二次网旁路调节阀(13)，另外一路流经二次侧换热器，两路汇合后再到热用户进行供热。为了便于监测和控制调节，一次网上连接有一次网供水压力表计(15)、一次网供水温度表计(16)、二次站一次侧供水阀(9)、二次站一次侧回水阀(10)、一次网回水压力表计(17)、一次网回水温度表计(18)，二次测管网上连接有二次站二次网供水阀(11)、二次站二次网回水阀(12)、二次网板换出口温度表计(19)、二次网供水温度(20)、二次网回水温度(21)。
定义机组最大供热负荷P1，热用户热负荷P2，机组的实际输出供热负荷P，峰段机组供热的富裕能力Q1，谷段机组供热的欠热量Q2、Q3，一次管网的最大蓄热能力Q4，管网一个周期内的实际蓄热能量为Q，一次网的供水温度为T11，蓄热完成后一次网的最高供水温度T11,max，二次网供水温度T21，二次网目标供水温度T2，二次网供水温度的变化量ΔT，二次网旁路调节阀开度变化量a。
其中Q＝min(Q1，Q2+Q3，Q4)；T11,max小于管网的供水设计温度，二次网旁路调节阀开度变化量a满足0＜a≤5％，1℃≤ΔT≤5℃。
以一个调峰周期为例，热网储放能通过首站与二次站的控制系统配合完成，控制逻辑如图3,具体工作流程如下：
(1)储能过程：当P1＞P2时，首站判定是否有储能结束的信号，若没有，则触发储能开始信号，开始供热管网的储能过程，通过增加汽轮机组的供热能力(P＝P1)，逐步提高一次网供水温度，直至达到管网的目标蓄热量Q，然后触发储能结束信号，同步降低汽轮机组的供热能力(P＝P2)，储能结束。
触发储能开始信号的同时，储能开始信号传递到二次站控制系统，控制系统监视二次网供水温度T21，当满足T21-T2＜ΔT时，增大二次网旁路调节阀开度，通过调整阀门开度确保二次网供水温度的稳定。
(2)放能过程：在机组负荷较低情况下，当P1＜P2时，触发放能开始信号，维持汽轮机组最大供热能力(P＝P1)，同时放能开始信号传递到二次站控制系统，控制系统监视二次网供水温度T21，当满足T2-T21＜ΔT时，减小二次网旁路调节阀开度，通过调整阀门开度确保二次网供水温度的稳定，调整直到二次网旁路调节阀关闭为止，放能结束。
该技术所涉系统须配置回水稳压装置，稳压装置由补水箱(4)，定压补水泵(5)，一次网回水泄压阀(14)及相连接的管道组成，当管网储能时，由于一次网循环水温度提高，循环水膨胀，开启一次网回水泄压阀，关闭定压补水泵，维持回水压力在设计范围内；当管网放能时，由于一次网循环水温度降低，循环水冷缩，关闭一次网回水泄压阀，开启定压补水泵，维持回水压力在设计范围内。
所述定压补水泵优先选用变频泵，补水箱外敷设保温层。
补水箱容积：
(约束α≥1.1)
其中Vb-补水箱容积，α-裕量系数，ρmax-一次管网平均温度最低时对应的密度；ρmin-一次网平均温度最高时对应的密度，Vg-一次网管网容积。
回水稳压装置不局限于此技术所列装置，也可采用气体定压装置、蒸汽定压装置。
相对于现有技术，本发明的最大的优点在于：
1、最大限度的利用原有设备管网，降低设备投资。
2、节省占地面积。
附图说明
接下来将结合本发明的附图对发明作进一步的描述，图中：
附图1：供热管网储能技术系统配置的示意图。
附图2：一个调峰周期内热用户的热负荷曲线与机组最大供热负荷曲线的示意图。
附图3：储能/放能过程中首站及二次站控制系统的逻辑示意图，其中左图是首站调节系统逻辑示意图，右图是二次站调节系统逻辑示意图。定义首站为热网一次侧的控制中心，二次站为热网二次测的控制中心。
图中：1-汽轮机，2-热网加热器，3-二次网换热器，4-补水箱，5-定压补水泵，6-热用户，7-二次网循环泵，8-一次网循环泵，9-二次站一次侧供水阀，10-二次站一次侧回水阀，11-二次站二次网供水阀，12-二次站二次网回水阀，13--二次网旁路调节阀，14-一次网回水泄压阀，15-一次网供水压力表计，16-一次网供水温度表计，17-一次网回水压力表计，18-一次网回水温度表计，19-二次网板换出口温度表计，20-二次网供水温度表计，21-二次网回水温度表计。P1-机组最大供热负荷，P2-热用户热负荷；Q1-峰段机组供热的富裕能力，Q2、Q3-谷段机组供热的欠热量。
具体实施方式
接下来，参考附图1-3，为了解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种供热管网储能技术及热网调节方法，本发明的技术利用原有供热管线的温度控制，配合二次网侧做适当流量调节，即可实现通过 热网储能从而提高供热机组的调峰能力，技术涉及的改造不增加新的占地面积，尽大可能地利用了原有设备，改造工作量小，投资费用低。该调节方法中的所涉系统主要包含：汽轮机(1)，热网加热器(2)，二次侧换热器(3)，补水箱(4)，定压补水泵(5)，热用户(6)，二次网循环泵(7)，一次网循环泵(8)，二次站一次侧供水阀(9)，二次站一次侧回水阀(10)，二次站二次网供水阀(11)，二次站二次网回水阀(12)，二次网旁路调节阀(13)，一次网回水泄压阀(14)，一次网供水压力表计(15)，一次网供水温度表计(16)，一次网回水压力表计(17)，一次网回水温度表计(18)，二次网板换出口温度表计(19)，二次网供水温度(20)，二次网回水温度(21)。
所述系统中汽轮机(1)经抽汽管道与热网加热网(2)相连接，利用汽轮机抽汽加热热网循环水；经加热的一次网循环水经二次侧换热器(3)将热量传递给二次侧循环水，经二次侧换热器换热后的一次网回水经一次网循环泵(8)升压后进入热网加热网重新换热；为了确保一次网回水压力的稳定，回水管路上连接有一次网回水泄压阀(14)和定压补水泵(5)，补水箱(4)作为中间缓冲装置连接回水泄压阀和定压补水泵；经二次侧换热器换热后的二次测循环水流经热用户把热量传递出去，再经二次网循环泵(7)升压后一路流经二次网旁路调节阀(13)，另外一路流经二次侧换热器，两路汇合后再到热用户进行供热。为了便于监测和控制调节，一次网上连接有一次网供水压力表计(15)、一次网供水温度表计(16)、二次站一次侧供水阀(9)、二次站一次侧回水阀(10)、一次网回水压力表计(17)、一次网回水温度表计(18)，二次测管网上连接有二次站二次网供水阀(11)、二次站二次网回水阀(12)、二次网板换出口温度表计(19)、二次网供水温度(20)、二次网回水温度(21)。定义机组最大供热负荷P1，热用户热负荷P2，机组的实际输出供热负荷P，峰段机组供热的富裕能力Q1，谷段机组供热的欠热量Q2、Q3，一次管网的最大蓄热能力Q4，管网一个周期内的实际蓄热能量为Q，一次网的供水温度为T11，蓄热完成后一次网的最高供水温度T11,max，二次网供水温度T21，二次网目标供水温度T2，二次网供水温度的变化量ΔT，二次网旁路调节阀开度变化量a。
其中Q＝min(Q1，Q2+Q3，Q4)；T11,max小于管网的供水设计温度，二次网旁路调节阀开度变化量a满足0＜a≤5％，1℃≤ΔT≤5℃。
以一个调峰周期为例，热网储放能通过首站与二次站的控制系统配合完成，控制逻辑如图3,具体工作流程如下：
(1)储能过程：当P1＞P2时，首站判定是否有储能结束的信号，若没有，则触发储能开始信号，开始供热管网的储能过程，通过增加汽轮机组的供热能力(P＝P1)，逐步提高一次网供水温度，直至达到管网的目标蓄热量Q，然后触发储能结束信号，同步降低汽轮机组的供热能力(P＝P2)，储能结束。
触发储能开始信号的同时，储能开始信号传递到二次站控制系统，控制系统监视二次网供水温度T21，当满足T21-T2＜ΔT时，增大二次网旁路调节阀开度，通过调整阀门开度确保二次网供水温度的稳定。
(2)放能过程：在机组负荷较低情况下，当P1＜P2时，触发放能开始信号，维持汽轮机组最大供热能力(P＝P1)，同时放能开始信号传递到二次站控制系统，控制系统监视二次网供水温度T21，当满足T2-T21＜ΔT时，减小二次网旁路调节阀开度，通过调整阀门开度确保二次网供水温度的稳定，调整直到二次网旁路调节阀关闭为止，放能结束。
该技术所涉系统须配置回水稳压装置，稳压装置由补水箱(4)，定压补水泵(5)，一次网回水泄压阀(14)及相连接的管道组成，当管网储能时，由于一次网循环水温度提高，循环水膨胀，开启一次网回水泄压阀，关闭定压补水泵，维持回水压力在设计范围内；当管网放能时，由于一次网循环水温度降低，循环水冷缩，关闭一次网回水泄压阀，开启定压补水泵，维持回水压力在设计范围内。
所述定压补水泵优先选用变频泵，补水箱外敷设保温层。
补水箱容积：
(约束α≥1.1)
其中Vb-补水箱容积，α-裕量系数，ρmax-一次管网平均温度最低时对应的密度；ρmin-一次网平均温度最高时对应的密度，Vg-一次网管网容积。
回水稳压装置不局限于此技术所列装置，也可采用气体定压装置、蒸汽定压装置。
相对于现有技术，本发明的最大的优点在于：
1、最大限度的利用原有设备管网，降低设备投资。
2、节省占地面积。
本发明相关的具体实施案例如下：
管网蓄热：
某电厂2×330MW燃煤供热机组，中排抽汽供热，承担居民供热面积近1000万平，设计供热负荷500MW，供热管网直径1.2m，运行状态下一次网的满水量约为16000t，管网设计供回水温度130/70℃，供暖期间运行供水温度在75-100℃，按供水提升20℃计算，则管网的蓄热能力为1339.8GJ。极端工况下，按深度调峰极低负荷120MW计算，单台机组的最大供热能力为约为105MW，两台合计210MW，此工况条件下进行管网放热，可在深度调峰2.5h内满足70％设计热负荷，大大增强了供热机组深度调峰的能力。此项改造只需要在每个二次站供回水旁路上增加调节阀及配套控制系统，首站增加250m3的定压补水箱，整个项目改造量少、占地面积小，设备投资低，利于电厂改造。
蓄热罐方案：
常压蓄热罐内热水区设计温度98℃，冷水区65℃，蓄热能力为1339.8GJ的条件下蓄热罐的介质有效容积为17000m3，设计罐体总容积19000m3，设备投资大，占地面积大，改造费用高昂。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，这些变化、修改、替换和变型也视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种利用供热管网储能的热网调节方法，该调节方法中的使用的系统主要包含：汽轮机(1)，热网加热器(2)，二次侧换热器(3)，补水箱(4)，定压补水泵(5)，热用户(6)，二次网循环泵(7)，一次网循环泵(8)，二次站一次侧供水阀(9)，二次站一次侧回水阀(10)，二次站二次网供水阀(11)，二次站二次网回水阀(12)，二次网旁路调节阀(13)，一次网回水泄压阀(14)，一次网供水压力表计(15)，一次网供水温度表计(16)，一次网回水压力表计(17)，一次网回水温度表计(18)，二次网板换出口温度表计(19)，二次网供水温度(20)，二次网回水温度(21)；
所述系统中汽轮机(1)经抽汽管道与热网加热网(2)相连接，利用汽轮机抽汽加热热网循环水；经加热的一次网循环水经二次侧换热器(3)将热量传递给二次侧循环水，经二次侧换热器换热后的一次网回水经一次网循环泵(8)升压后进入热网加热网重新换热；为了确保一次网回水压力的稳定，回水管路上连接有一次网回水泄压阀(14)和定压补水泵(5)，补水箱(4)作为中间缓冲装置连接回水泄压阀和定压补水泵；经二次侧换热器换热后的二次测循环水流经热用户把热量传递出去，再经二次网循环泵(7)升压后一路流经二次网旁路调节阀(13)，另外一路流经二次侧换热器，两路汇合后再到热用户进行供热；为了便于监测和控制调节，一次网上连接有一次网供水压力表计(15)、一次网供水温度表计(16)、二次站一次侧供水阀(9)、二次站一次侧回水阀(10)、一次网回水压力表计(17)、一次网回水温度表计(18)，二次测管网上连接有二次站二次网供水阀(11)、二次站二次网回水阀(12)、二次网板换出口温度表计(19)、二次网供水温度(20)、二次网回水温度(21)；
定义机组最大供热负荷P1，热用户热负荷P2，机组的实际输出供热负荷P，峰段机组供热的富裕能力Q1，谷段机组供热的欠热量Q2、Q3，一次管网的最大蓄热能力Q4，管网一个周期内的实际蓄热能量为Q，一次网的供水温度为T11，蓄热完成后一次网的最高供水温度T11,max，二次网供水温度T21，二次网目标供水温度T2，二次网供水温度的变化量ΔT，二次网旁路调节阀开度变化量a；
其中Q＝min(Q1，Q2+Q3，Q4)；T11,max小于管网的供水设计温度，二次网旁路调节阀开度变化量a满足0＜a≤5％，1℃≤ΔT≤5℃；
在一个调峰周期中，热网储放能通过首站与二次站的控制系统配合完成，具体工作流程如下：
(1)储能过程：当P1＞P2时，首站判定是否有储能结束的信号，若没有，则触发储能开始信号，开始供热管网的储能过程，通过增加汽轮机组的供热能力P＝P1，逐步提高一次网供水温度，直至达到管网的目标蓄热量Q，然后触发储能结束信号，同步降低汽轮机组的供热能力P＝P2，储能结束；
触发储能开始信号的同时，储能开始信号传递到二次站控制系统，控制系统监视二次网供水温度T21，当满足T21-T2＜ΔT时，增大二次网旁路调节阀开度，通过调整阀门开度确保二次网供水温度的稳定；
(2)放能过程：在机组负荷较低情况下，当P1＜P2时，触发放能开始信号，维持汽轮机组最大供热能力(P＝P1)，同时放能开始信号传递到二次站控制系统，控制系统监视二次网供水温度T21，当满足T2-T21＜ΔT时，减小二次网旁路调节阀开度，通过调整阀门开度确保二次网供水温度的稳定，调整直到二次网旁路调节阀关闭为止，放能结束；
所述系统中还配置回水稳压装置，稳压装置由补水箱(4)，定压补水泵(5)，一次网回水泄压阀(14)及相连接的管道组成，当管网储能时，由于一次网循环水温度提高，循环水膨胀，开启一次网回水泄压阀，关闭定压补水泵，维持回水压力在设计范围内；当管网放能时，由于一次网循环水温度降低，循环水冷缩，关闭一次网回水泄压阀，开启定压补水泵，维持回水压力在设计范围内。
2.根据权利要求1所述的调节方法，其中所述定压补水泵选用变频泵，补水箱外敷设保温层；
补水箱(4)的容积计算公式如下：
<mrow>
<msub>
<mi>V</mi>
<mi>b</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mi>&alpha;</mi>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>&rho;</mi>
<mrow>
<mi>m</mi>
<mi>a</mi>
<mi>x</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>&rho;</mi>
<mrow>
<mi>m</mi>
<mi>i</mi>
<mi>n</mi>
</mrow>
</msub>
</mrow>
<msub>
<mi>&rho;</mi>
<mi>min</mi>
</msub>
</mfrac>
<msub>
<mi>V</mi>
<mi>g</mi>
</msub>
</mrow>
其中约束α≥1.1；
其中Vb-补水箱容积，α-裕量系数，ρmax-一次管网平均温度最低时对应的密度；ρmin-一次网平均温度最高时对应的密度，Vg-一次网管网容积。
3.根据权利要求1所述的调节方法，其中回水稳压装置替换为气体定压装置或者蒸汽定压装置。
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