CN111911984A - 一种热电厂适应性供热系统及其控制方法 - Google Patents

一种热电厂适应性供热系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于热电厂的热电解耦领域，具体是一种热电厂适应性供热系统及其控制方法。包括锅炉、主蒸汽调节阀、高压减温减压器、高压缸、中压缸、低压缸、抽汽调节阀、发电机、第一截止阀、第二截止阀、供热系统、再热蒸汽调节阀、低压减温减压器、凝汽系统、凝结水泵、低压回热系统、给水泵和高压回热系统。本发明具有多种供热模式，能够适应不同层次的供热负荷需求，灵活解决热电耦合问题；对于热电厂供热模式的选择和运行参数优化，能够给予实时、定量化指导；可以在满足供热负荷需求的基础上，使得热电厂获得最佳收益。

Description

一种热电厂适应性供热系统及其控制方法
技术领域
本发明属于热电厂的热电解耦领域，具体是一种热电厂适应性供热系统及其控制方法。
背景技术
城市供暖主要有热电厂的供热式汽轮发电机组和工业供暖锅炉两种方式。当前环保要求日益严苛，工业锅炉逐渐取缔。随着城市化进程的加快，供热负荷急剧膨胀，但是电负荷却面临着长期疲软的困境；再加上新能源发电带来的冲击，使得供热式汽轮发电机组面临越来越严重的热电耦合问题。为解决热、电负荷长期不匹配问题，热电厂通过供热式汽轮的高背压运行、低压缸光轴运行和切除低压缸运行等方式进行供热，在一定程度上扩大了供热能力，但仍旧无法满足供热负荷爆炸式的增长需求。而且，由于供热初寒期、极寒期和末寒期等不同时期的供热负荷差别很大，单一的供热模式难以经济有效地适应供热负荷的变化，给热电厂造成不必要的经济损失。此外，根据能量守恒定律，供热量的增大，必然导致发电量的减少，但热价和电价存在较大的价格差异，所以供热模式的选择直接影响着热电厂的经济收益。
如何使热电厂具有多种运行模式，能够适应城市供热负荷急剧增加、发电负荷疲软的现状，适应供热季不同时期的供热负荷变化，并且合理地选择供热模式、调控运行参数，使得全厂收益最大化，这是热电厂面临的一个重要问题。当前，热电厂运行人员只能通过对“发电收益高、供热收益低”的感性认识定性地选择供热模式，无法对各个供热模式的收益给出定量描述，难以对供热模式选择和运行参数优化进行精确调控。
因此，十分有必要开发新型供热系统及其控制策略，一方面使得热电厂具有多种供热模式，可以在更大范围内适应热负荷需求；另一方面，可以实时计算不同供热模式的供热量和收益，判断得出满足热负荷需求的热电厂收益最大的供热模式，并且能够对供热模式的关键参数进行优化。
发明内容
本发明为了一方面使得热电厂具有多种供热运行模式，从而在大范围内使用适应供热负荷需求；另一方面，根据当前燃料输入量，可以计算不同供热模式的最大供热量和毛收益，以及当前供热量和毛收益，对于热电厂供热模式选择和运行参数优化给予定量化指导，提供一种热电厂适应性供热系统及其控制方法。
本发明采取以下技术方案：一种热电厂适应性供热系统，包括锅炉、主蒸汽调节阀、高压减温减压器、高压缸、中压缸、低压缸、抽汽调节阀、发电机、第一截止阀、第二截止阀、供热系统、再热蒸汽调节阀、低压减温减压器、凝汽系统、凝结水泵、低压回热系统、给水泵和高压回热系统，锅炉过热器出口通过主蒸汽调节阀与高压缸入口连接，高压缸出口与锅炉再热器入口连通，锅炉过热器出口与锅炉再热器入口通过高压减温减压器连接，锅炉再热器出口通过再热蒸汽调节阀与中压缸入口相连，同时通过低压减温减压器与供热系统连通；中压缸出口与低压缸入口连接，并通过抽汽调节阀与供热系统连接；低压缸出口通过第一截止阀与凝汽系统入口连接，并通过第二截止阀与供热系统相连；凝汽系统出口与凝结水泵入口连接，凝结水泵出口与低压回热系统入口连接，低压回热系统出口与给水泵入口相连，给水泵出口与高压回热系统入口相连，高压回热系统出口与锅炉入口相连。
一种热电厂适应性供热系统的控制方法，包括以下步骤，
S100～根据供热系统中循环水流量、供/回水温度压力参数，计算供热负荷需求；
S200～计算当前燃料输入量条件下，高背压供热、抽汽高背压供热、低压缸空载供热和高低旁路供热四种供热模式的最大供热能力；
S300～逐一将四种供热模式的最大供热能力与供热负荷比较，保留最大供热能力大于供热负荷的供热模式；
S400～计算所保留供热模式的毛收益；
S500～选择毛收益最大的供热模式为最优供热模式；
S600～保留最优供热模式，改变低压缸排汽压力和抽汽调节阀开度，计算变化后的供热能力和毛收益，按照优化后供热能力大于供热负荷并且毛收益最大的原则，确定低压缸排汽压力和抽汽调节阀的优化值。
步骤S200中，高背压供热模式中，主蒸汽调节阀和再热蒸汽调节阀开启，高压减温减压器和低压减温减压器关闭，低压缸排汽压力为28~34kPa，第一截止阀关闭，第二截止阀打开，抽汽调节阀关闭；所述的高背压供热模式的最大供热能力为当前燃料输入量下，低压缸排汽压力为30kPa时，向供热系统提供的供热量。
抽汽高背压供热模式中，主蒸汽调节阀和再热蒸汽调节阀开启，高压减温减压器和低压减温减压器关闭，低压缸排汽压力为30kPa，第一截止阀关闭，第二截止阀打开，抽汽调节阀开度在0~F1之间调节，F1为满足低压缸最小流量，即排汽压力30kPa时的抽汽调节阀开度；所述的抽汽高背压供热模式的最大供热能力为当前燃料输入量下，低压缸排汽压力为30kPa，抽汽调节阀开度为F1时，向供热系统提供的供热量。
低压缸零出力供热模式中，主蒸汽调节阀和再热蒸汽调节阀开启，高压减温减压器和低压减温减压器关闭，低压缸排汽压力为3~6kPa，第一截止阀关闭，第二截止阀打开，抽汽调节阀开度在F2~F3之间调节，F2为满足低压缸最小流量，即排汽压力6kPa时的抽汽调节阀开度，F3为满足低压缸最小流量，即排汽压力3kPa时的抽汽调节阀开度；所述的低压缸空载供热模式的最大供热能力为当前燃料输入量下，低压缸排汽压力为3kPa，抽汽调节阀开度为F3时，向供热系统提供的供热量。
高低旁路供热模式中，主蒸汽调节阀和再热蒸汽调节阀关闭，高压减温减压器和低压减温减压器开启，高压缸、中压缸和低压缸停止运行，第一截止阀和第二截止阀关闭，抽汽调节阀关闭；所述高低旁路供热模式的供热能力为当前燃料输入量下，向供热系统提供的热量。该模式只有一种供热能力，高低旁路供热模式的供热能力不作调节。
进一步的，当前燃料输入量，要求即时开始12小时内在，其变化量在10%以内。
步骤S400中，毛收益可根据如下公式计算，毛收益 = 供热收益 + 发电收益 – 燃料费用。
进一步的，供热收益为统计时间内所供热量与当地热价的乘积，所述的发电收益为统计时间内所发电量与当地上网电价的乘积，所述的燃料费用为统计时间内所消耗燃料与燃料单价的乘积。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：热电厂具有多种供热模式，能够适应不同层次的供热负荷需求，灵活解决热电耦合问题；对于热电厂供热模式的选择和运行参数优化，能够给予实时、定量化指导；可以在满足供热负荷需求的基础上，使得热电厂获得最佳收益。
附图说明
图1是一种热电厂适应性供热系统的示意图；
图2是一种热电厂适应性供热系统的控制策略；
图中：1、锅炉；2、主蒸汽调节阀；3、高压减温减压器；4、高压缸； 5、中压缸；6、低压缸；7、抽汽调节阀；8、发电机；9、第一截止阀；10、第二截止阀；11、供热系统；12、再热蒸汽调节阀；13、低压减温减压器；14、凝汽系统；15、凝结水泵；16、低压回热系统；17、给水泵；18、高压回热系统。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种热电厂适应性供热系统，包括锅炉1、主蒸汽调节阀2、高压减温减压器3、高压缸4、中压缸5、低压缸6、抽汽调节阀7、发电机8、第一截止阀9、第二截止阀10、供热系统11、再热蒸汽调节阀12、低压减温减压器13、凝汽系统14、凝结水泵15、低压回热系统16、给水泵17和高压回热系统18，锅炉1过热器出口通过主蒸汽调节阀2与高压缸4入口连接，高压缸4出口与锅炉1再热器入口连通，锅炉1过热器出口与锅炉1再热器入口通过高压减温减压器3连接，锅炉再热器3出口通过再热蒸汽调节阀12与中压缸5入口相连，同时通过低压减温减压器13与供热系统11连通；中压缸5出口与低压缸6入口连接，并通过抽汽调节阀7与供热系统11连接；低压缸6出口通过第一截止阀9与凝汽系统14入口连接，并通过第二截止阀10与供热系统11相连；凝汽系统14出口与凝结水泵17入口连接，凝结水泵17出口与低压回热系统16入口连接，低压回热系统16出口与给水泵17入口相连，给水泵17出口与高压回热系统18入口相连，高压回热系统18出口与锅炉1入口相连。
一种热电厂适应性供热系统的控制方法，包括以下步骤。
S100～根据供热系统中循环水流量、供/回水温度压力参数，计算供热负荷需求；
S200～计算当前燃料输入量条件下，高背压供热、抽汽高背压供热、低压缸空载供热和高低旁路供热四种供热模式的最大供热能力；
S300～逐一将四种供热模式的最大供热能力与供热负荷比较，保留最大供热能力大于供热负荷的供热模式；
S400～计算所保留供热模式的毛收益；
S500～选择毛收益最大的供热模式为最优供热模式；
S600～保留最优供热模式，改变低压缸排汽压力和抽汽调节阀7开度，计算变化后的供热能力和毛收益，按照优化后供热能力大于供热负荷并且毛收益最大的原则，确定低压缸排汽压力和抽汽调节阀7开度的优化值。
步骤S200中，高背压供热模式中，主蒸汽调节阀2和再热蒸汽调节阀12开启，高压减温减压器3和低压减温减压器13关闭，低压缸6排汽压力为28~34kPa，第一截止阀9关闭，第二截止阀10打开，抽汽调节阀7关闭；所述的高背压供热模式的最大供热能力为当前燃料输入量下，低压缸排汽压力为34kPa时，向供热系统提供的供热量。
抽汽高背压供热模式中，主蒸汽调节阀2和再热蒸汽调节阀12开启，高压减温减压器3和低压减温减压器13关闭，低压缸6排汽压力为30kPa，第一截止阀9关闭，第二截止阀10打开，抽汽调节阀7开度在0~F1之间调节，F1为满足低压缸6最小流量，即排汽压力30kPa时的抽汽调节阀7开度；所述的抽汽高背压供热模式的最大供热能力为当前燃料输入量下，低压缸排汽压力为30kPa，抽汽调节阀开度为F1时，向供热系统提供的供热量；
低压缸零出力供热模式中，主蒸汽调节阀2和再热蒸汽调节阀12开启，高压减温减压器3和低压减温减压器13关闭，低压缸6排汽压力为3~6kPa，第一截止阀9关闭，第二截止阀10打开，抽汽调节阀7开度在F2~F3之间调节，F2为满足低压缸6最小流量，即排汽压力6kPa时的抽汽调节阀7开度，F3为满足低压缸6最小流量，即排汽压力3kPa时的抽汽调节阀7开度；所述的低压缸6空载供热模式的最大供热能力为当前燃料输入量下，低压缸6排汽压力为3kPa，抽汽调节阀开度为F3时，向供热系统提供的供热量；
高低旁路供热模式中，主蒸汽调节阀2和再热蒸汽调节阀12关闭，高压减温减压器3和低压减温减压器13开启，高压缸4、中压缸5和低压缸6停止运行，第一截止阀9和第二截止阀10关闭，抽汽调节阀7关闭；
所述的高低旁路供热模式的供热能力为当前燃料输入量下，向供热系统提供的热量。该模式只有一种供热能力，最大供热能力即该供热能力，高低旁路供热模式的供热能力不作调节。
当前燃料输入量，要求即时开始12小时内在，其变化量在10%以内。
步骤S400中，毛收益可根据如下公式计算，毛收益 = 供热收益 + 发电收益 – 燃料费用。
供热收益为统计时间内所供热量与当地热价的乘积，所述的发电收益为统计时间内所发电量与当地上网电价的乘积，所述的燃料费用为统计时间内所消耗燃料与燃料单价的乘积。

Claims (6)

1.一种热电厂适应性供热系统，其特征在于：包括锅炉（1）、主蒸汽调节阀（2）、高压减温减压器（3）、高压缸（4）、中压缸（5）、低压缸（6）、抽汽调节阀（7）、发电机（8）、第一截止阀（9）、第二截止阀（10）、供热系统（11）、再热蒸汽调节阀（12）、低压减温减压器（13）、凝汽系统（14）、凝结水泵（15）、低压回热系统（16）、给水泵（17）和高压回热系统（18），锅炉（1）过热器出口通过主蒸汽调节阀（2）与高压缸（4）入口连接，高压缸（4）出口与锅炉（1）再热器入口连通，锅炉（1）过热器出口与锅炉（1）再热器入口通过高压减温减压器（3）连接，锅炉再热器（3）出口通过再热蒸汽调节阀（12）与中压缸（5）入口相连，同时通过低压减温减压器（13）与供热系统（11）连通；中压缸（5）出口与低压缸（6）入口连接，并通过抽汽调节阀（7）与供热系统（11）连接；低压缸（6）出口通过第一截止阀（9）与凝汽系统（14）入口连接，并通过第二截止阀（10）与供热系统（11）相连；凝汽系统（14）出口与凝结水泵（17）入口连接，凝结水泵（17）出口与低压回热系统（16）入口连接，低压回热系统（16）出口与给水泵（17）入口相连，给水泵（17）出口与高压回热系统（18）入口相连，高压回热系统（18）出口与锅炉（1）入口相连。
2.一种如权利要求1所述的热电厂适应性供热系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤，
S100～根据供热系统中循环水流量、供/回水温度压力参数，计算供热负荷需求；
S200～计算当前燃料输入量条件下，高背压供热、抽汽高背压供热、低压缸空载供热和高低旁路供热四种供热模式的最大供热能力；
S300～逐一将四种供热模式的最大供热能力与供热负荷比较，保留最大供热能力大于供热负荷的供热模式；
S400～计算所保留供热模式的毛收益；
S500～选择毛收益最大的供热模式为最优供热模式；
S600～保留最优供热模式，改变低压缸排汽压力和抽汽调节阀（7）开度，计算变化后的供热能力和毛收益，按照优化后供热能力大于供热负荷并且毛收益最大的原则，确定低压缸排汽压力和抽汽调节阀（7）开度的优化值。
3.根据权利要求2所述的热电厂适应性供热系统的控制方法，其特征在于：所述的步骤S200中，
所述的高背压供热模式中，主蒸汽调节阀（2）和再热蒸汽调节阀（12）开启，高压减温减压器（3）和低压减温减压器（13）关闭，低压缸（6）排汽压力为28~34kPa，第一截止阀（9）关闭，第二截止阀（10）打开，抽汽调节阀（7）关闭；所述的高背压供热模式的最大供热能力为当前燃料输入量下，低压缸排汽压力为34kPa时，向供热系统提供的供热量；
所述的抽汽高背压供热模式中，主蒸汽调节阀（2）和再热蒸汽调节阀（12）开启，高压减温减压器（3）和低压减温减压器（13）关闭，低压缸（6）排汽压力为30kPa，第一截止阀（9）关闭，第二截止阀（10）打开，抽汽调节阀（7）开度在0~F1之间调节，F1为满足低压缸（6）最小流量，即排汽压力30kPa时的抽汽调节阀（7）开度；所述的抽汽高背压供热模式的最大供热能力为当前燃料输入量下，低压缸排汽压力为30kPa，抽汽调节阀开度为F1时，向供热系统提供的供热量；
所述的低压缸零出力供热模式中，主蒸汽调节阀（2）和再热蒸汽调节阀（12）开启，高压减温减压器（3）和低压减温减压器（13）关闭，低压缸（6）排汽压力为3~6kPa，第一截止阀（9）关闭，第二截止阀（10）打开，抽汽调节阀（7）开度在F2~F3之间调节，F2为满足低压缸（6）最小流量，即排汽压力6kPa时的抽汽调节阀（7）开度，F3为满足低压缸（6）最小流量，即排汽压力3kPa时的抽汽调节阀（7）开度；所述的低压缸（6）空载供热模式的最大供热能力为当前燃料输入量下，低压缸（6）排汽压力为3kPa，抽汽调节阀开度为F3时，向供热系统提供的供热量；
所述的高低旁路供热模式中，主蒸汽调节阀（2）和再热蒸汽调节阀（12）关闭，高压减温减压器（3）和低压减温减压器（13）开启，高压缸（4）、中压缸（5）和低压缸（6）停止运行，第一截止阀（9）和第二截止阀（10）关闭，抽汽调节阀（7）关闭；所述的高低旁路供热模式的供热能力为当前燃料输入量下，向供热系统提供的热量。
4.根据权利要求3所述的热电厂适应性供热系统的控制方法，其特征在于：所述的当前燃料输入量，要求即时开始12小时内在，其变化量在10%以内。
5.根据权利要求4所述的热电厂适应性供热系统的控制方法，其特征在于：所述的步骤S400中，毛收益可根据如下公式计算，毛收益=供热收益+发电收益-燃料费用。
6.根据权利要求5所述的热电厂适应性供热系统的控制方法，其特征在于：所述的供热收益为统计时间内所供热量与当地热价的乘积，所述的发电收益为统计时间内所发电量与当地上网电价的乘积，所述的燃料费用为统计时间内所消耗燃料与燃料单价的乘积。
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