CN108679585B - 一种复合式工业热气联产系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合式工业热气联产系统及其控制方法。在白天时段利用太阳能加热，夜晚时段利用谷电克服太阳能不足的弊端，通过电气系统智能化控制太阳能与谷电互补，从根本上达到了节能减排、降低成本的效果，从而解决我国目前空气污染严重、电网昼夜峰谷差日益扩大和弃风、弃光等问题；同时，系统热、气联产，保证了系统具有多元化用途。

Description

一种复合式工业热气联产系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及热气联产系统，具体说涉及一种复合式工业热气联产系统及其控制方法。

背景技术

现有工业热气联产系统多数利用电加热熔盐，再把高温熔盐热量传递到水进行供暖、供蒸汽以供工业场所使用。虽然利用谷电，在一定程度上达到了节约了成本的目的，但碍于各省市谷电优惠时间段有限，这种单一利用谷电加热熔盐的系统，要在有限的时间内储存足够能量，则必须配置大功率电加热器、大体积熔盐罐等一系列配套设施，增加了硬件设施成本，且消耗的能源归根结底依然为化石能源，不利于节能减排且用途单一。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的目的是要提供一种合式工业热气联产系统，利用太阳能和低谷电互补式加热熔盐进行储热供暖的同时，生成蒸汽供给厂区内的其他工业应用。

本发明的技术方案如下：

一种复合式工业热气联产系统，其特征在于，包括：

存储低温熔盐的低温熔盐罐；

对低温熔盐罐的低温熔盐进行加热的太阳能蒸汽发生部和低谷电蒸汽发生部；

存储高温熔盐的高温熔盐罐；

根据系统运行时间信息控制所述太阳能蒸汽发生部和低谷电蒸汽发生部工作的电控系统；

将太阳能蒸汽发生部和低谷电蒸汽发生部产生的蒸汽分为两部分，一部分输送给蒸汽利用系统、另一部分输送至汽―水换热器为供暖用户供暖的分汽缸；

所述电控系统分别连接太阳能蒸汽发生部的控制输入端、低谷电蒸汽发生部的控制输入端以及分汽缸的控制输入端；所述太阳能蒸汽发生部的蒸汽输出端和所述低谷电蒸汽发生部的蒸汽输出端连接于所述分汽缸的蒸汽输入端；

具体的：

夜晚时，电控系统利用低谷电蒸汽发生部利用低谷电通过加热低温熔盐，使加热后的高温熔盐与外部管网水共同生成蒸汽发送给分汽缸；

白天时，

电控系统判断用户侧无使用需求时，控制所述太阳能蒸汽发生部加热所述低温熔盐罐中的低温熔盐，并将加热后的熔盐送入所述高温熔盐罐中；

电控系统判断用户侧有使用需求且太阳能充足时，控制所述太阳能蒸汽发生部生成蒸汽并送至分汽缸；

电控系统判断用户侧有使用需求且太阳能不充足时，控制所述太阳能蒸汽发生部成蒸汽并送至分汽缸，同时控制存储在高温熔盐罐中的高温熔盐与外部管网水共同生成蒸汽发送给分汽缸。

基于上述方案，进一步优选的，

所述太阳能蒸汽发生部包括太阳能槽式集热器、导热油―熔盐换热器以及第一蒸汽发生器，所述太阳能槽式集热器连接所述导热油―熔盐换热器的热输入端与所述第一蒸汽发生器的热输入端；所述导热油―熔盐换热器对所述低温熔盐罐中的低温熔盐加热并送至高温熔盐罐；所述低谷电蒸汽发生部包括变压器、电加热器以及第二蒸汽发生器，所述电加热器对所述低温熔盐罐中的低温熔盐加热并送至高温熔盐罐，所述高温熔盐罐的热输出端连接所述第二蒸汽发生器。

基于上述方案，进一步优选的，

所述电控系统包括主站控制器，所述主站控制器通过现场总线分别连接槽式太阳能子站、熔盐加热储热子站、低谷电加热控制子站、供暖子站及蒸汽利用子站，所述槽式太阳能子站通过端口连接太阳能槽式集热器，槽式太阳能子站、熔盐加热储热子站、低谷电加热控制子站、供暖子站及蒸汽利用子站，所述槽式太阳能子站通过端口连接太阳能槽式集热器均通过端口连接现场检测元件。

基于上述方案，进一步优选的，

所述主站控制器通过交换机分别连接人机交互系统、集团生产管理系统、工业电视监控系统以及打印机。

基于上述方案，进一步优选的，

所述第一蒸汽发生器的注水端与所述第二蒸汽发生器的注水端均通过电加热炉连接于净化预处理水箱，所述净化预处理水箱的注水口连接补水箱。

基于上述方案，进一步优选的，

所述补水箱还与所述汽―水换热器连接生成为用户供暖的热水并将热水送至供暖管网，并不断为供暖回路补水。

本发明的另一目的是要提供一种基于上述系统的工业热气联产控制方法，其特征在于，包括：

S1、电控系统初始化，并载入时间、气象以及生产需求信息；

S2、电控系统根据生产需求信息计算用户端所需的供汽、供热需求，并结合时间及气象信息判断是否启动低谷电加热，若是则启动低谷加热模块为熔盐加热储能模块供热并执行步骤S6，否者执行步骤S3；

S3、电控系统根据生产需求信息计算用户端所需的供汽、供热需求，并结合时间及气象判断是否启动太阳能加热，若是则执行步骤S4，否则判断是用户端是否存在供汽、供暖需求，若有供汽、供暖需求则执行步骤S5，否则执行步骤S4；

S4、电控系统对太阳能加热模块进行赋值控制并根据用户端需求给供汽模块、供暖模块及熔盐加热储热模块分配能量；

S5、电控系统判断太阳能模块能否满足用户端供汽、供暖需求，若是则执行步骤S4，否则执行计算系统需要补充的负荷并执行步骤S6；

S6、电控系统根据用户端需求控制熔盐加热模块给供汽模块及供暖模块分配能量。

通过上述技术方案，本发明公开的复合式工业热气联产系统具有以下优势：

1.系统部分能源来自槽式太阳能集热器，利用绿色可再生能源，达到了节能减排的效果，另一部分能源来自电网低谷电，可以缓解电网峰谷差，节约经济和能源，且两种能源方式可以互相弥补各自的不足，使系统运行稳定，清洁环保。

2.系统既供暖又供车间蒸汽，这样最大化的利用系统资源，不是供暖季时系统不会闲置，同时解决了工业用蒸汽的需求。

3.系统集数据采集、分析、决策、控制、监视操作等功能为—体，能够根据生产负荷的需求智能实现各种控制模式的自助交替运行。

附图说明

为了更清楚的说明本发明的实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明系统结构框图；

图2为本发明实施例系统结构示意图；

图3为本发明实施例系统结构三维图；

图4为本发明实施例电控系统结构框图；

图5为本发明实施例方法流程图。

附图标号说明：

1、太阳能槽式集热器；2、导热油―熔盐换热器；3、高温熔盐罐；4、低温熔盐罐；5、变压器；6、电加热器；7、第二蒸汽发生器；8、分汽缸；9、蒸汽利用系统；10、汽―水换热器；11、电加热锅炉；12、净化预处理水箱；13、供暖用户；14、补水箱；15、第一蒸汽发生器；16、电控系统。

具体实施方式

为使本发明的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：

如图1所示：一种复合式工业热气联产系统，主要包括：存储低温熔盐的低温熔盐罐以及存储高温熔盐的高温熔盐罐(未在图中示出)；对低温熔盐罐的低温熔盐进行加热的太阳能蒸汽发生部和低谷电蒸汽发生部；根据系统运行时间信息控制所述太阳能蒸汽发生部和低谷电蒸汽发生部工作的电控系统；将太阳能蒸汽发生部和低谷电蒸汽发生部产生的蒸汽分为两部分，一部分输送给蒸汽利用系统、另一部分输送至汽―水换热器为供暖用户供暖的分汽缸。所述太阳能蒸汽发生部包括太阳能槽式集热器、导热油―熔盐换热器以及第一蒸汽发生器，所述太阳能槽式集热器连接所述导热油―熔盐换热器的热输入端与所述第一蒸汽发生器的热输入端；所述导热油―熔盐换热器对所述低温熔盐罐中的低温熔盐加热并送至高温熔盐罐；所述低谷电蒸汽发生部包括变压器、电加热器以及第二蒸汽发生器，所述电加热器对所述低温熔盐罐中的低温熔盐加热并送至高温熔盐罐，所述高温熔盐罐的热输出端连接所述第二蒸汽发生器。所述第一蒸汽发生器的注水端与所述第二蒸汽发生器的注水端均通过电加热炉连接于净化预处理水箱，所述净化预处理水箱的注水口连接补水箱。所述补水箱还与所述汽―水换热器连接生成为用户供暖的热水并将热水送至供暖管网，并不断为供暖回路补水。

所述电控系统分别连接太阳能蒸汽发生部的控制输入端、低谷电蒸汽发生部的控制输入端以及分汽缸的控制输入端；所述太阳能蒸汽发生部的蒸汽输出端和所述低谷电蒸汽发生部的蒸汽输出端连接于所述分汽缸的蒸汽输入端。如图4所示，为本发明一个实施例中电控系统结构示意图，其包括主站控制器，所述主站控制器通过现场总线分别连接槽式太阳能子站、熔盐加热储热子站、低谷电加热控制子站、供暖子站及蒸汽利用子站，所述槽式太阳能子站通过端口连接太阳能槽式集热器，槽式太阳能子站、熔盐加热储热子站、低谷电加热控制子站、供暖子站及蒸汽利用子站，所述槽式太阳能子站通过端口连接太阳能槽式集热器均通过端口连接现场检测元件。且所述主站控制器通过交换机分别连接人机交互系统、集团生产管理系统、工业电视监控系统以及打印机。

具体使用过程中，

夜晚时，

电控系统利用低谷电蒸汽发生部利用低谷电通过加热低温熔盐，使加热后的高温熔盐与外部管网水共同生成蒸汽发送给分汽缸；

白天时，

电控系统判断用户侧无使用需求时，控制所述太阳能蒸汽发生部加热所述低温熔盐罐中的低温熔盐，并将加热后的熔盐送入所述高温熔盐罐中；

电控系统判断用户侧有使用需求且太阳能充足时，控制所述太阳能蒸汽发生部生成蒸汽并送至分汽缸；

电控系统判断用户侧有使用需求且太阳能不充足时，控制所述太阳能蒸汽发生部成蒸汽并送至分汽缸，同时控制存储在高温熔盐罐中的高温熔盐与外部管网水共同生成蒸汽发送给分汽缸。

下面通过一个具体且较佳的实施例对本发明的技术方案做进一步的说明，本实施例基于大连华锐重工集团有限公司中革基地20吨锅炉改造项目实现。

如图2-4所示，本实施例的包括太阳能槽式集热器1、导热油―熔盐换热器2、高温熔盐罐3、低温熔盐罐4、变压器5、电加热器6、第一蒸汽发生器15、分汽缸8、蒸汽利用系统9(如铸钢车间VOD炉等)、汽―水换热器10、电加热锅炉11、净化预处理水箱12、供暖用户12、补水箱14、第二蒸汽发生器7、电控系统16。项目控制系统包括PLC控制系统16.1、人机交互HMI系统16.2、工业电视监控系统16.3，其中PLC控制系统包括中控主站16.1.1、槽式太阳能子站16.1.2、熔盐加热储热子站16.1.3、低谷电加热控制子站16.1.4、供暖子站16.1.5及蒸汽利用子站16.1.6组成。

太阳能槽式集热器1的热输出端分别连接导热油―熔盐换热器2和第二蒸汽发生器7，白天时，利用太阳能槽式集热器1收集太阳能，用来加热集热管中的导热油并通过导热油―熔盐换热器2作用加热低温熔盐罐4中的低温熔盐，并将高温熔盐存储到高温熔盐罐3中。高温熔盐罐3中的高温熔盐，可以通过熔盐泵打入与之想连的第一蒸汽发生器15中，与通过净化预处理水箱12预处理后再通过电加热锅炉11预加热的外部管网水生成高温蒸汽，送入分汽缸8。同时，太阳能槽式集热器1也可以在熔盐加热储热子站16.1.3控制加热后的导热油进入到第二蒸汽发生器7中，与通过净化预处理水箱12预处理后再通过电加热锅炉11预加热的外部管网水生成高温蒸汽，送入分汽缸8。

夜晚时利用廉价低谷电，由低谷电加热控制子站16.1.4控制电加热器6加热储存在低温熔盐罐4中的低温熔盐，加热后的高温熔盐储存在高温熔盐罐3中。

当蒸汽利用系统9和供暖用户13没有需求时，熔盐加热储热子站16.1.3控制加热后的导热油进入导热油―熔盐换热器2与低温熔盐罐4中的熔盐换热，加热后的的熔盐进入高温熔盐罐3中储存。

当蒸汽利用系统9和供暖用户13有需求时，由槽式太阳能子站16.1.2控制第二蒸汽发生器7，生成蒸汽供它们使用。当太阳能供给无法满足用户侧需求时，中控主站16.1.1根据槽式太阳能子站16.1.2反馈的实际负荷情况，经计算得出需要增加的负荷量，启动熔盐加热储热子站16.1.3中蒸汽发生器一模块，生成补充蒸汽供给供暖子站16.1.5及蒸汽利用子站16.1.6使用：夜晚利用低谷电通过电加热器6加热储存在高温熔盐罐3中的高温熔盐，通过熔盐泵打入蒸汽发生器15中，与通过净化预处理水箱12预处理后再通过电加热锅炉11预加热的外部管网水生成高温蒸汽，高温蒸汽通过分汽缸8后分成两部分，一部分输送到蒸汽利用系统9中，供工业生产用；另一部分输送至汽―水换热器10中与水换热后生成热水，输送至供暖管网为供暖用户13进行供暖，供暖后的回水经过补水箱14的补充，回到汽―水换热器10中继续循环供暖。

电控系统16采用智能控制方法，各子站完成本子系统的工艺控制功能，主站根据供热及蒸汽的需求情况决策、确定各子系统的工作状态，其中智能软件根据时间、气象、生产负荷需求等输入条件，结合电网分时计价曲线，确定优化运行方案，实现太阳能、低谷电、熔盐储能和生产负荷在时域上的匹配。

本实施例依托大连华锐重工集团有限公司中革基地20吨锅炉改造项目，项目目前应用20吨燃煤锅炉供暖和燃油锅炉供蒸汽，一年需要花费1200万元人民币，燃烧燃煤7000余吨。采用本发明后，预计投资成本2500万元人民币，每年运营成本约600万元人民币。4-5年内可收回成本，之后每年节约600万元人民币，而且每年可以减排二氧化碳(CO2):22400吨、粉尘：8051吨、二氧化硫(SO2)：251吨和氮氧化物(NOX)：72吨，清洁环保。

本发明的另一目的是要提供一种基于上述系统的工业热气联产控制方法，其特征在于，包括：

S1、电控系统初始化，并载入时间、气象以及生产需求信息；

S2、电控系统根据生产需求信息计算用户端所需的供汽、供热需求，并结合时间及气象信息判断是否启动低谷电加热，若是则启动低谷加热模块为熔盐加热储能模块供热并执行步骤S6，否者执行步骤S3；

S3、电控系统根据生产需求信息计算用户端所需的供汽、供热需求，并结合时间及气象判断是否启动太阳能加热，若是则执行步骤S4，否则判断是用户端是否存在供汽、供暖需求，若有供汽、供暖需求则执行步骤S5，否则执行步骤S4；

S4、电控系统对太阳能加热模块进行赋值控制并根据用户端需求给供汽模块、供暖模块及熔盐加热储热模块分配能量；

S5、电控系统判断太阳能模块能否满足用户端供汽、供暖需求，若是则执行步骤S4，否则执行计算系统需要补充的负荷并执行步骤S6；

S6、电控系统根据用户端需求控制熔盐加热模块给供汽模块及供暖模块分配能量。

通过上述技术方案，本发明公开的复合式工业热气联产系统在白天时段利用太阳能加热，夜晚时段利用谷电克服太阳能不足的弊端，通过电气系统智能化控制太阳能与谷电互补，从根本上达到了节能减排、降低成本的效果，从而解决我国目前空气污染严重、电网昼夜峰谷差日益扩大和弃风、弃光等问题；同时，系统热气联产，用途多元化。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种复合式工业热气联产系统，其特征在于，包括：

存储低温熔盐的低温熔盐罐；

对低温熔盐罐的低温熔盐进行加热的太阳能蒸汽发生部和低谷电蒸汽发生部；

存储高温熔盐的高温熔盐罐；

根据系统运行时间信息控制所述太阳能蒸汽发生部和低谷电蒸汽发生部工作的电控系统；

将太阳能蒸汽发生部和低谷电蒸汽发生部产生的蒸汽分为两部分，一部分输送给蒸汽利用系统、另一部分输送至汽―水换热器为供暖用户供暖的分汽缸；

所述电控系统分别连接太阳能蒸汽发生部的控制输入端、低谷电蒸汽发生部的控制输入端以及分汽缸的控制输入端；所述太阳能蒸汽发生部的蒸汽输出端和所述低谷电蒸汽发生部的蒸汽输出端连接于所述分汽缸的蒸汽输入端；

具体的：

夜晚时，电控系统利用低谷电蒸汽发生部利用低谷电通过加热低温熔盐，使加热后的高温熔盐与外部管网水共同生成蒸汽发送给分汽缸；

白天时，

电控系统判断用户侧无使用需求时，控制所述太阳能蒸汽发生部加热所述低温熔盐罐中的低温熔盐，并将加热后的熔盐送入所述高温熔盐罐中；

电控系统判断用户侧有使用需求且太阳能充足时，控制所述太阳能蒸汽发生部生成蒸汽并送至分汽缸；

电控系统判断用户侧有使用需求且太阳能不充足时，控制所述太阳能蒸汽发生部成蒸汽并送至分汽缸，同时控制存储在高温熔盐罐中的高温熔盐与外部管网水共同生成蒸汽发送给分汽缸。

2.根据权利要求1所述的一种复合式工业热气联产系统，其特征在于，

所述太阳能蒸汽发生部包括太阳能槽式集热器、导热油―熔盐换热器以及第一蒸汽发生器，所述太阳能槽式集热器连接所述导热油―熔盐换热器的热输入端与所述第一蒸汽发生器的热输入端；所述导热油―熔盐换热器对所述低温熔盐罐中的低温熔盐加热并送至高温熔盐罐；

所述低谷电蒸汽发生部包括依次连接变压器、电加热器以及第二蒸汽发生器，所述电加热器对所述低温熔盐罐中的低温熔盐加热并送至高温熔盐罐，所述高温熔盐罐的热输出端连接所述第二蒸汽发生器。

3.根据权利要求1所述的一种复合式工业热气联产系统，其特征在于，所述电控系统包括主站控制器，所述主站控制器通过现场总线分别连接槽式太阳能子站、熔盐加热储热子站、低谷电加热控制子站、供暖子站及蒸汽利用子站，所述槽式太阳能子站通过端口连接太阳能槽式集热器，槽式太阳能子站、熔盐加热储热子站、低谷电加热控制子站、供暖子站及蒸汽利用子站，所述槽式太阳能子站通过端口连接太阳能槽式集热器均通过端口连接现场检测元件。

4.根据权利要求3所述的一种复合式工业热气联产系统，其特征在于，所述主站控制器通过交换机分别连接人机交互系统、集团生产管理系统、工业电视监控系统以及打印机。

5.根据权利要求2所述的一种复合式工业热气联产系统，其特征在于，所述第一蒸汽发生器的注水端与所述第二蒸汽发生器的注水端均通过电加热炉连接于净化预处理水箱，所述净化预处理水箱的注水口连接补水箱。

6.根据权利要求5所述的一种复合式工业热气联产系统，其特征在于，所述补水箱还与所述汽―水换热器连接生成为用户供暖的热水并将热水送至供暖管网，并不断为供暖回路补水。

7.一种基于权利要求1-6中任意一项所述系统的工业热气联产控制方法，其特征在于，包括：

S1、电控系统初始化，并载入时间、气象以及生产需求信息；

S2、电控系统根据生产需求信息计算用户端所需的供汽、供热需求，并结合时间及气象信息判断是否启动低谷电加热，若是则启动低谷加热模块为熔盐加热储能模块供热并执行步骤S6，否者执行步骤S3；

S3、电控系统根据生产需求信息计算用户端所需的供汽、供热需求，并结合时间及气象判断是否启动太阳能加热，若是则执行步骤S4，否则判断是用户端是否存在供汽、供暖需求，若有供汽、供暖需求则执行步骤S5，否则执行步骤S4；

S4、电控系统对太阳能加热模块进行赋值控制并根据用户端需求给供汽模块、供暖模块及熔盐加热储热模块分配能量；

S5、电控系统判断太阳能模块能否满足用户端供汽、供暖需求，若是则执行步骤S4，否则执行计算系统需要补充的负荷并执行步骤S6；

S6、电控系统根据用户端需求控制熔盐加热模块给供汽模块及供暖模块分配能量。