CN110006083A - 一种具有储热功能的集中供暖系统及其控制方法 - Google Patents

一种具有储热功能的集中供暖系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有储热功能的集中供暖系统，包括电锅炉、蓄热模块、换热器及其温度传感器、流量传感器电锅炉所在的水回路为一次侧，蓄热模块所在的水回路为二次侧，供热系统输出用户侧的水回路为三次侧，一次侧水回路包括相互串联的电锅炉、一二次侧换热器；二次侧包括相互串联的一二次侧换热器、蓄热循环泵、放热循环泵、二三次侧换热器串联；蓄热模块并联在放热循环泵和二三次侧换热器的两端；三次侧水回路由包括相互串联的二三次侧换热器、用户循环泵、用户换热器串联。本发明同时提供一种上述系统采用的控制方法。本发明可用于低谷电或弃风电制热且具有储热功能。

Description

一种具有储热功能的集中供暖系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及节能、储能、电力调峰及热能工程等技术领域，具体设计一种使用低谷电或弃风电制热且具有储热功能的供热系统。
背景技术
近年来，我国的电力工业发展迅速，电力供应紧张状况得到解决，但与此同时许多地区出现电力过剩现象，特别是“风电弃电”现象严重，夜间用电低谷电能更加得不到有效利用，结构性过剩尤为明显，这些问题严重影响了可再生能源发电的发展，给发电企业带来更大的挑战。
同时近年来雾霾等环境问题日益突出，环境治理已经刻不容缓，因此国家已明确取缔污染严重的小型燃煤锅炉。
目前，“煤改电”“电能替代”的方案主要采用蓄热水罐系统和高温相变储热电锅炉两种形式。
蓄热水罐系统的优点是建设简单，其缺点是设备体积较大，占地面积较大，且在蓄热、放热时无法对输出功率和蓄热功率精准控制。高温相变蓄热电锅炉的优点是蓄能密度高，缺点是蓄热式电锅炉的热惯性较大，一旦锅炉因过度放热、维修等原因导致温度下降，无法瞬间提升功率。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种可用于低谷电或弃风电制热且具有储热功能的供热系统。技术方案如下：
一种具有储热功能的集中供暖系统，包括电锅炉、蓄热模块、换热器及其温度传感器、流量传感器，定义电锅炉所在的水回路为一次侧，蓄热模块所在的水回路为二次侧，供热系统输出用户侧的水回路为三次侧，其特征在于:
一次侧水回路包括相互串联的电锅炉B1、一二次侧换热器E12；二次侧包括相互串联的一二次侧换热器E12、蓄热循环泵P1、放热循环泵P2、二三次侧换热器E231、E232串联；蓄热模块并联在放热循环泵P2和二三次侧换热器E231、E232的两端；
三次侧水回路由包括相互串联的二三次侧换热器E231、E232、用户循环泵P3、P4、用户换热器OUT1、OUT2串联；
优选地，在二次侧，蓄热循环泵P1、放热循环泵P2、蓄热槽S、二三次侧换热器入口各安装一个模拟量调节阀，在二次侧各个支路安装流量传感器，在各个换热器的出入口、蓄热模块出入口各安装一个温度传感器。
一次侧的电锅炉使用电极锅炉或使用电热管锅炉，集中供暖系统功率小于12MW时使用电热管锅炉，大于等于12MW时，使用电极锅炉。
蓄热模块使用蓄热水罐蓄热、或使用蓄热水槽蓄热，或使用低温相变材料蓄热槽蓄热，或使用以上三者的任意组合。
本发明同时提供一种上述集中供暖系统采用的控制方法，其特征在于，三次侧的输出功率、蓄热模块的蓄、放热功率，通过换热器给回水温差和换热器流量计算，控制方法如下：系统在谷电期间运行为蓄热模式，一边供热一边蓄热；系统在峰电期间运行为放热模式，一边放热一边补热供热系统谷电期间运行时，蓄热模块蓄热与用户侧供暖同步进行；供热系统峰电期间运行时，通过蓄热模块放热；通过控制电锅炉同蓄热模块同时放热，提高用户侧的供暖功率和供暖效果；通过关闭放热循环泵、打开蓄热循环泵实现将系统切换至蓄热模式，打开蓄热循环泵流量阀，通过控制锅炉功率控制蓄热模块入口水温，调节蓄热模块的蓄热功率；通过调节放热循环泵流量阀的开度，调节系统输出功率。
在蓄热模式下，当蓄热功率+输出功率<系统功率上限时，打开蓄热循环泵，关闭放热循环泵；打开蓄热循环泵阀，打开蓄热模块阀；通过控制锅炉功率，使得一次换热器输出温度为100度以上；调节放热循环泵阀的开度，控制三次侧的流量，使得三次侧输出功率为指定值；当蓄热功率+输出功率>系统功率上限时，适当关闭蓄热模块阀的开度，保证三次侧功率为指定值。
在放热模式下，当输出功率<蓄热模块放热功率时，打开放热循环泵，关闭蓄热循环泵；调节蓄热模块阀的开度，使得三次侧输出功率为指定值；当输出功率>蓄热模块放热功率时，半开蓄热循环泵阀，全开蓄热模块阀，同时打开电锅炉输出功率，此时，输出功率＝蓄热模块放热功率+锅炉输出功率。
当锅炉输出功率达到最高时，系统输出功率大于锅炉输出功率，确保系统在放热模式时，在保证全天放热能量最大的前提下，自由控制系统输出功率。
本发明提供了一种利用谷电供暖带储热功能的集中供暖系统。通过计算机自动调节不同调节阀的流量调节阀，可以实现供热系统供热功率从0％至100％的调节。在蓄热时，二次侧的蓄热模块入口水温始终控制在100度，保证了蓄热效果的最大化；在放热时，最大的输出时间，实现了蓄热模块利用率的最大化。
附图说明：
图1整个系统的运行原理图，图中省略了补水系统。
B1：电锅炉，E12：一二次侧换热器，E231、E232：二三次侧换热器，P1：蓄热循环泵，P2：放热循环泵，P3，用户1循环泵，P4：用户2循环泵，V1：蓄热循环泵流量调节阀，V2：蓄热槽流量调节阀，V3：放热循环泵流量调节阀，V4：用户1流量调节阀，V5用户2流量调节阀，S：蓄热槽，OUT1：用户1换热器，OUT2：用户2换热器；
T1：一次侧出水温度，T2：一次侧回水温度，T3：蓄热槽热端温度，T4：蓄热槽冷端温度，T5：用户1给水温度，T6：用1回水温度，T7：用户2给水温度，T8：用户2回水温度；
F1：一次侧流量表，F2:蓄热模块流量表，F3：用户1流量表，F4：用户2流量表。
具体实施方式：
如图1所示，本实例提供了一个带有储热功能的集中供暖系统，其包括电锅炉系统、软水系统、供热管网、蓄热系统及用户侧管网。软水系统和用户侧管网采用本领域常用设置，在此不再赘述。本系统主要改进于蓄热系统的控制。
电锅炉B1使用电极锅炉，通过板式换热器E12向二次侧输出功率。
蓄热模块使用低温相变材料蓄热池与水蓄热池的混合蓄热，蓄热模块运行时，存储温度区间为45℃～95℃，蓄热模块通过盘管或板式换热器与二次侧管网进行热交换。
一次侧水回路包括相互串联的电锅炉发明B1发明、一二次侧换热器发明E12发明；二次侧包括相互串联的一二次侧换热器发明E12发明、蓄热循环泵发明P1发明、放热循环泵发明P2发明、二三次侧换热器发明E231、E232发明串联；蓄热模块并联在放热循环泵发明P2发明和二三次侧换热器发明E231、E232发明的两端；
三次侧水回路由包括相互串联的二三次侧换热器发明E231、E232发明、用户循环泵发明P3、P4发明、用户换热器发明OUT1、OUT2发明串联。
优选地，在二次侧，蓄热循环泵发明P1发明、放热循环泵发明P2发明、蓄热槽发明S发明、二三次侧换热器入口各安装一个模拟量调节阀，在二次侧各个支路安装流量传感器，在各个换热器的出入口、蓄热模块出入口各安装一个温度传感器。
一次侧的电锅炉既可以使用电极锅炉，也可以使用电热管锅炉。通常情况下，集中供暖系统小于12MW时使用电热管锅炉，大于等于12MW时，使用电极锅炉。
蓄热模块可以使用蓄热水罐蓄热、蓄热水槽蓄热，也可以使用低温相变材料蓄热槽蓄热，或使用以上三者的任意组合。
三次侧的输出功率、蓄热模块的蓄、放热功率，通过换热器给回水温差和换热器流量计算。
系统在谷电期间运行为蓄热模式，一边供热一边蓄热；系统在峰电期间运行为放热模式，一边放热一边补热。
供热系统谷电期间运行时，蓄热模块蓄热与用户侧供暖同步进行；供热系统峰电期间运行时，通过蓄热模块放热；通过控制电锅炉同蓄热模块同时放热，提高用户侧的供暖功率和供暖效果；
通过关闭放热循环泵、打开蓄热循环泵实现将系统切换至蓄热模式，打开蓄热循环泵流量阀，通过控制锅炉功率控制蓄热模块入口水温，调节蓄热模块的蓄热功率；通过调节放热循环泵流量阀的开度，调节系统输出功率。
在蓄热模式下，当蓄热功率+输出功率<系统功率上限时，打开蓄热循环泵，关闭放热循环泵；打开蓄热循环泵阀，打开蓄热模块阀；通过控制锅炉功率，使得一次换热器输出温度为100度以上；调节放热循环泵阀的开度，控制三次侧的流量，使得三次侧输出功率为指定值。
在蓄热模式下，当蓄热功率+输出功率>系统功率上限时，适当关闭蓄热模块阀的开度，保证三次侧功率为指定值。
在放热模式下，当输出功率<蓄热模块放热功率时，打开放热循环泵，关闭蓄热循环泵；调节蓄热模块阀的开度，使得三次侧输出功率为指定值。
当蓄热模块开度为0时，三次侧输出功率为0。
在放热模式下，当输出功率>蓄热模块放热功率时，半开蓄热循环泵阀，全开蓄热模块阀，同时打开电锅炉输出功率，此时，输出功率＝蓄热模块放热功率+锅炉输出功率。
当锅炉输出功率达到最高时，系统输出功率大于锅炉输出功率，确保系统在放热模式时，在保证全天放热能量最大的前提下，还可以自由控制系统输出功率。
实施例中，系统给两个用户小区供热，用户小区三次侧由板式换热器E231、E232与二次侧管网进行热交换。系统所在区域极寒天气最低气温为-19℃，冬季平均最低气温为-7℃。
集中供热系统的运行过程如下：
在每天晚10点到早8点，系统运行在蓄热模式。
在蓄热模式下，打开蓄热循环泵P1、全开V1，全开V2，半开V3，水流从换热器E12流出，经过需热泵P1，同时输出给蓄热模块和用户侧1、用户侧2，而后流回，形成回路。
电锅炉调节功率，使得换热器E12的输出温度为105摄氏度，温度控制采用PID控制，保证蓄热模块蓄热最大化。调节阀门V3调节换热器E231、E232的流量，以控制用户侧1、用户侧2的输出功率。当出现极寒天气，需要很大的输出功率时，电锅炉可能调制最大功率上限。此时限制锅炉输出功率为锅炉功率输出上限，仍调节阀门V3以控制用户侧输出功率。此时换热器E12的输出温度下降，抑制了蓄热模块S的蓄热功率，用以保证用户侧的功率输出。
在每天早8点到晚10点，系统运行在放热模式。
在放热模式下，打开放热循环泵P2，全开V3，半开V1、V2，水流从放热循环泵流出进入用户侧E231、E232，而后流入蓄热模块与电锅炉换热器E12加热，而后流回，形成回路。
根据蓄热模块的温度指示可以得到蓄热模块允许输出的最大功率。当系统输出功率小于蓄热模块输出最大功率时，关闭V1，调节阀门V2，使得蓄热模块输出功率等于系统输出功率。当极寒天气出现或蓄热模块蓄热不足时，系统输出功率可能大于蓄热模块的输出功率。此时，半开V1，全开V2，调节锅炉功率，使得用户侧输出功率为最大值。当蓄热池进出口温度T4大于等于T3时，说明蓄热池温度放尽。此时关闭V2，打开V1，用户侧输出功率等于锅炉输出功率，相当于锅炉直供。
无论是蓄热模式还是放热模式，通过调节用户侧1、用户侧2的阀门开度以及通过换热器E231、E232的流量，调节用户侧的功率输出比例。
综上所述，本发明的利用谷电供暖的具有储热功能的集中供暖系统，通过阀门开度灵活控制系统的输出功率，同时保证蓄热模块的最大利用率。本系统具有功率精准控制、运行稳定、蓄热能力强等优势，是谷电集中供暖全自动控制的基础。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种具有储热功能的集中供暖系统，包括电锅炉、蓄热模块、换热器及其若干温度传感器、流量传感器，定义电锅炉所在的水回路为一次侧，蓄热模块所在的水回路为二次侧，供热系统输出用户侧的水回路为三次侧，其特征在于:
一次侧水回路包括相互串联的电锅炉(B1)、一二次侧换热器(E12)；二次侧包括相互串联的一二次侧换热器(E12)、蓄热循环泵(P1)、放热循环泵(P2)、二三次侧换热器(E231、E232)串联；蓄热模块并联在放热循环泵(P2)和二三次侧换热器(E231、E232)的两端；
三次侧水回路由包括相互串联的二三次侧换热器(E231、E232)、用户循环泵(P3、P4)、用户换热器(OUT1、OUT2)串联。
2.根据权利要求1所述的集中供暖系统，其特征在于，在二次侧，蓄热循环泵(P1)、放热循环泵(P2)、蓄热槽(S)、二三次侧换热器入口各安装一个模拟量调节阀，在二次侧各个支路安装流量传感器，在各个换热器的出入口、蓄热模块出入口各安装一个温度传感器。
3.根据权利要求1所述的集中供暖系统，其特征在于，一次侧的电锅炉使用电极锅炉或使用电热管锅炉，集中供暖系统功率小于12MW时使用电热管锅炉，大于等于12MW时，使用电极锅炉。
4.根据权利要求1所述的集中供暖系统，其特征在于，蓄热模块使用蓄热水罐蓄热、或使用蓄热水槽蓄热，或使用低温相变材料蓄热槽蓄热，或使用以上三者的任意组合。
5.权利要求1所述的集中供暖系统采用的控制方法，其特征在于，三次侧的输出功率、蓄热模块的蓄、放热功率，通过换热器给回水温差和换热器流量计算，控制方法如下：系统在谷电期间运行为蓄热模式，一边供热一边蓄热；系统在峰电期间运行为放热模式，一边放热一边补热供热系统谷电期间运行时，蓄热模块蓄热与用户侧供暖同步进行；供热系统峰电期间运行时，通过蓄热模块放热；通过控制电锅炉同蓄热模块同时放热，提高用户侧的供暖功率和供暖效果；通过关闭放热循环泵、打开蓄热循环泵实现将系统切换至蓄热模式，打开蓄热循环泵流量阀，通过控制锅炉功率控制蓄热模块入口水温，调节蓄热模块的蓄热功率；通过调节放热循环泵流量阀的开度，调节系统输出功率。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，在蓄热模式下，当蓄热功率+输出功率<系统功率上限时，打开蓄热循环泵，关闭放热循环泵；打开蓄热循环泵阀，打开蓄热模块阀；通过控制锅炉功率，使得一次换热器输出温度为100度以上；调节放热循环泵阀的开度，控制三次侧的流量，使得三次侧输出功率为指定值；当蓄热功率+输出功率>系统功率上限时，适当关闭蓄热模块阀的开度，保证三次侧功率为指定值。
7.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，在放热模式下，当输出功率<蓄热模块放热功率时，打开放热循环泵，关闭蓄热循环泵；调节蓄热模块阀的开度，使得三次侧输出功率为指定值；当输出功率>蓄热模块放热功率时，半开蓄热循环泵阀，全开蓄热模块阀，同时打开电锅炉输出功率，此时，输出功率＝蓄热模块放热功率+锅炉输出功率。
8.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，当锅炉输出功率达到最高时，系统输出功率大于锅炉输出功率，确保系统在放热模式时，在保证全天放热能量最大的前提下，自由控制系统输出功率。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190712

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