CN113666446B - 耦合煤电的低温多效海水淡化系统最佳热源确定方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耦合煤电的低温多效海水淡化系统最佳热源确定方法及系统，给定外供电负荷和制水负荷，以增设海水淡化系统静态投资回收期最低为目标函数，根据原海水温度平均值、总制水负荷、总供电负荷平均值以及各热源方案蒸汽参数等边界参数，进行海水淡化系统及热源系统的方案设计及投资确定，在总平均供电负荷和总制水负荷双变量约束下，计算得出各热源方案供电煤耗值。以投资最小的热源方案为对比基准，其他热源方案与基准热源进行供热煤耗值对比：若大于，该热源不能作为最优方案；若小于，则选取静态回收期最小值对应的方案，作为最佳热源。本发明以静态投资回收期最低为目标函数，获取最佳热源，实现运行成本最低和盈利能力最大化。

Description

耦合煤电的低温多效海水淡化系统最佳热源确定方法及系统

技术领域

本发明属于节能技术领域，涉及一种耦合煤电的低温多效海水淡化系统最佳热源确定方法及系统。

背景技术

随着能源结构转型及升级工作的推进，火电机组传统火电从电量主体向调峰、调频、稳压、托底保供等保障电网运行安全的主体转型。与此同时，随着城镇化和工业化的进程加快，居民采暖、工业供汽、集中供冷等清洁热力以及压缩空气等多种形式的能源需求快速增长。这为火电机组未来发展指明了方向，也为火电机组提升盈利能力拓展了空间。

海水淡化是沿海地区水资源的重要保障。海水淡化主要技术路线有膜法和热法。膜法技术路线成熟，但存在占地面积大、化学品消耗量大、性能受海水温度影响较大等问题。热法主要分为低温多效和多级闪蒸两种，其中低温多效技术成熟，应用业绩多。

低温多效蒸馏海水淡化技术，将一系列的水平管喷淋降膜蒸发器串联起来，热源蒸汽进入第一效蒸发器，与进料海水热交换后，冷凝成淡化水，海水蒸发，蒸汽进入第二效蒸发器，并使几乎同量的海水以比第一效更低的温度蒸发，自身又被冷凝。这一过程一直重复到最后一效，连续产出淡化水。传统工艺对海水淡化热源的要求为压力25～35kPa.a、温度65～70℃的低品质蒸汽。煤电机组汽水热力循环，存在不同品质、不同量级的热源，低温多效海水淡化与煤电机组耦合，利用煤电余热进行淡水制取，实现水电联产，一方面降低煤电机组冷源损失，提升能源整体利用效率，另一方面拓展煤电机组外供产品种类，提升其盈利能力，促进综合能源服务基地的建设。

目前，低温多效海水淡化与煤电机组耦合的水电联产系统，热源多取自中压缸排汽，驱动蒸汽减温减压后进入低温多效海水淡化装置，其凝结水回至煤电机组凝汽器。在汽轮机中低压连通管设置三通，引中排蒸汽至低温多效海水淡化系统，此种热源配置方案应用业绩较多，其原因主要有：1)参考煤电机组采暖热电联产改造，技术成熟；2)改造范围小、投资低。

分析低温多效海水淡化装置的技术原理及热力系统，可知水电联产低温多效海水淡化系统的变工况性能指标主要为制水比，定义为生产的蒸馏水量m_w与消耗的加热蒸汽量m_s的比值，以GOR表示。

原海水温度t_i给定，影响制水比GOR的主要变量为热源蒸汽的品质：热源蒸汽品质越高，制水比GOR随之增大，总制水量m_w给定时热源蒸汽耗量m_s降低，定供电负荷N_net和制水负荷m_w条件下机组总能耗降低，但是热源蒸汽品质越高，表明该部分蒸汽在煤电机组做功发电份额越小，反过来又抬升了机组总能耗；热源蒸汽品质越低，制水比GOR随之降低，总制水量m_w给定时热源蒸汽耗量m_s升高，定供电负荷N_net和制水负荷m_w条件下机组总能耗升高，但是热源蒸汽品质越低，表明该部分蒸汽在煤电机组做功发电份额越大，反过来又降低了机组总能耗。总之，煤电机组是一个容量巨大、多种形式、多种品质等级的热载体，从煤电机组汽水热力循环的具体哪一处提取热量，作为海水淡化系统的加热热源，使得低温多效海水淡化耦合煤电的水电联产机组整体经济性最优。

利用燃煤电站余热进行海水淡化，相关领域的学者、科研及技术管理人员已展开了相关研究，取得了一定成果。简述如下：

文献1“李燕，曹开智.浅析水电联产及海水淡化系统的配置方案[J]，电站辅机”，分析了各型机组在水电联产中的配置方案,探讨燃煤机组、燃气机组及太阳能光热电站与低温多效蒸馏海水淡化系统耦合的设计方案，通过耦合方案设计，形成了水电联产机组的运行模式，为各型工程设计方案提供有益的参考。

文献2“陈颖.低温多效海水淡化技术在大型电站中的应用[D]，华北电力大学”，对低温多效海水淡化系统的造水比、进料海水水质、海水过冷度等主要影响因素进行了分析研究；针对印尼万丹省苏娜拉亚火电厂采用汽轮机4段抽汽为热源的低温多效海水淡化系统，分别对海水水温30℃和32.5℃时，装置负荷50％、75％、100％、110％时的物料和热量平衡进行了计算，得出装置在100％负荷时，造水比最大、制水成本最低。

文献3“薛媛.基于电站余热利用的多效蒸馏海水淡化研究[D]，华北电力大学”，针对燃煤电站与海水淡化耦合的系统，对传统的利用汽轮机抽汽进行海水淡化的水电联产机组进行了变工况计算，抽汽量的增加会降低机组发电量引起煤耗以及制水量上升，抽汽点的后移即抽汽压力的下降则有利于更多的蒸汽在汽轮机内做功，降低煤耗但是同样会引起制水量的下降分析海水淡化系统辅助调峰的能力。并以此为基础，提出了三种新型的综合利用燃煤电站抽汽余热，烟气余热以及排汽余热的低温多效蒸馏系统，研究了基本运行参数对发电和制水性能的影响。但未明确推荐最优热源方案。

综上，现有研究侧重于低温多效海水淡化与煤电机组耦合工艺及优化设计，对于与煤电耦合的低温多效海水淡化系统最优热源如何确定的研究，鲜有公开报道。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种耦合煤电的低温多效海水淡化系统最佳热源确定方法及系统，对外供电负荷和制水负荷给定，以增设海水淡化系统静态投资回收期最低为目标函数，采用单变量对比法，得出与煤电机组耦合的低温多效海水淡化系统最佳热源。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

耦合煤电的低温多效海水淡化系统最佳热源确定方法，包括以下步骤：

建立与煤电机组耦合的低温多效海水淡化系统可选热源；

设计与煤电机组耦合的低温多效海水淡化系统可选热源方案；

针对可选热源方案，计算给定总平均供电负荷和总制水负荷下的供电煤耗变化；

以投资最小的热源方案为对比基准，以静态回收期最低为目标函数，确定最佳热源。

本发明的进一步改进在于：

建立与煤电机组耦合的低温多效海水淡化系统可选热源的具体方法如下：

根据煤电机组热力循环汽水流程，可选热源如下：

热源1：自汽轮机1段抽汽母管打孔引蒸汽，在海水淡化系统放热后回凝汽器；

热源2：自汽轮机冷再母管打孔引蒸汽，在海水淡化系统放热后回凝汽器；

热源3：自汽轮机热再母管打孔引蒸汽，在海水淡化系统放热后回凝汽器；

热源4：自汽轮机3段抽汽母管打孔引蒸汽，在海水淡化系统放热后回凝汽器；

热源5：自中低压连通管母管打孔引蒸汽，在海水淡化系统放热后回凝汽器；

热源6：自汽轮机5段抽汽母管打孔引蒸汽，在海水淡化系统放热后回凝汽器；

热源7：自汽轮机6段抽汽母管打孔引蒸汽，在海水淡化系统放热后回凝汽器；

热源8：煤电机组汽轮机高背压改造，低压缸乏汽直供海水淡化系统，放热后回凝汽器；

热源9：自汽轮机热再母管打孔引蒸汽，先进入背压汽轮发电机组回收蒸汽余压后做功发电后，背压汽轮机排汽进入海水淡化系统，放热后回凝汽器；

热源10：自汽轮机中低压连通管母管打孔引蒸汽，先进入背压汽轮发电机组回收蒸汽余压后做功发电后，背压汽轮机排汽进入海水淡化系统，放热后回凝汽器。

设计与煤电机组耦合的低温多效海水淡化系统可选热源方案的具体步骤如下：

统计煤电机组最近3年的运行数据，统计出30％N_net,0、40％N_net,0、50％N_net,0、60％N_net,0、70％N_net,0、80％N_net,0、90％N_net,0和100％N_net,0分布下的运行时长占比α₁、α₂、α₃、α₄、α₅、α₆、α₇、α₈，且α₁+α₂+α₃+α₄+α₅+α₆+α₇+α₈＝1，以及利用小时H，平均供电负荷N_net,a；

其中，N_net,a为煤电机组铭牌供电负荷；

统计煤电机组附近的原海水源的近三年的水温监测数据，以煤电机组凝汽器入水温度为表征，统计原海水温度平均值t_i，作为低温多效海水淡化装置的设计参数；

热源方案1-8，根据煤电机组在平均供电负荷N_net,a的运行数据，确定热源蒸汽焓值h_s＝f₁(P，T)，其中P和T分别为煤电机组至海水淡化系统的蒸汽压力和温度，由煤电机组运行数据查取；由低温多效装置设计单位根据热源蒸汽焓值h_s、原海水温度平均值t_i进行低温多效装置设计，得出制水比GOR_i、蒸汽流量m_si，其中下标i为第i种方案；

其中，制水比GOR定义为生产的蒸馏水量m_w与消耗的加热蒸汽量m_s的比值，表示为：

热源方案9和10中设置背压汽轮发电机组，故水电联产系统对外供电负荷由煤电机组和背压汽轮发电机组共同提供；背压发电汽轮机排汽压力P_ex为

P_ex＝P_lt+δP (3)

式中，P_lt和δP分别为低温多效装置设计入口蒸汽压力和背压发电汽轮机排汽至低温多效入口的管道阻力；

制造厂家根据进口蒸汽参数、出口蒸汽压力参数确定背压发电汽轮机效率η，其排汽温度T_ex为

T_ex＝f₂(P,T,P_ex,η) (4)

式中，P和T分别为热再或中排蒸汽压力和温度；

海水淡化入口热源蒸汽温度T_lt为

T_lt＝T_ex-δT (5)

式中，δT为背压发电汽轮机排汽至低温多效入口的管道温降；

根据P_lt和T_lt进行海水淡化设计，得出GOR和m_s；

进行背压汽轮发电机电出力N_st,net为

式中，η_e为背压汽轮发电机的发电机效率；N_sf为背压汽轮发电机辅机设备诸如油泵的耗功；

根据低温多效海水淡化装置GOR_i、热源蒸汽流量m_si参数，进行包含蒸汽管路系统、凝结水回水系统、低温多效海水淡化系统的设备及管路设计选型，确定热源方案的静态投资C₁--C₁₀，单位为元。

针对热源方案，计算给定总平均供电负荷和总制水负荷下的供电煤耗变化的具体方法如下：

根据淡水用户提供的水量m_w1需求和煤电机组自身生产用淡水量m_w2，海水淡化系统的总制水负荷m_w为：

m_w＝m_w1+m_w2 (7)

给定总平均供电负荷N_net,a和总制水负荷m_w条件下，得到可选热源的热源蒸汽流量m_si、煤电机组供电负荷N_net,i边界数据，进行运行工况调整，测量并计算锅炉热效率η_b、汽轮机热耗率q及厂用电率η_e，计算供电煤耗b为

式中，B为水电联产机组标煤总消耗量：

式中，h_ms、h_rh、h_rc、h_gs、h_zj和h_gj分别为锅炉过热器出口主蒸汽焓值、锅炉再热器出口和进口蒸汽焓值、锅炉入口给水焓值、锅炉再热器和过热器减温水焓值；可通过现场压力和温度测量值计算得出；

η_b为锅炉热效率，不同锅炉各不相同，根据现场专项试验得出；

η_b＝f₃(D_ms) (10)

其中，η_p为管道效率，取定值0.99；

D_ms、D_rh、D_rc、D_gs、D_zj和D_gj分别为锅炉过热器出口主蒸汽流量、锅炉再热器出口和进口蒸汽流量、锅炉入口给水流量、锅炉再热器和过热器减温水流量；上述参数并不是各自独立，而是遵循一定关联性；

式中，D_ex1、D_ex2和D_leak分别为高压缸1段抽汽、2段抽汽和轴封外漏量；其中D_ex1和D_ex2可根据1段抽汽和2段抽汽对应的回热系统高压加热器热平衡和物质平衡计算得出；其中，D_leak是主蒸汽流量D_ms和主蒸汽压力P_ms的二元函数，由汽轮机制造厂给出；

D_leak＝f₄(D_ms,P_ms) (12)。

以投资最小的热源方案为对比基准，以静态回收期最低为目标函数，确定最佳热源的具体方法如下：

标煤单价s根据供需关系确定，属于市场行为，为已知值，元/t；

以投资最小的热源方案为对比基准，投资为C₀，平均总供电负荷N_net,a和总制水负荷m_w条件下的供电煤耗为b₀；

针对其他热源方案，先进行平均供电煤耗对比判定：若b_i≥b₀，则该方案不能作为最优热源方案；若b_i<b₀，进行下一步热源方案寻优确定；其中，i表征第i种热源方案；

投资差异为：

ΔC_i＝C_i-C₀ (13)

标煤总消耗成本差异为：

ΔM_i＝(b₀-b_i)×N_net,a×H×s (14)

静态回收期Y为：

静态回收期Y最低对应的热源方案，认定为与煤电耦合的低温多效海水淡化系统最佳热源方案。

耦合煤电的低温多效海水淡化系统最佳热源确定系统，包括：

可选热源建立模块，所述可选热源建立模块用于建立与煤电机组耦合的低温多效海水淡化系统可选热源；

设计模块，所述设计模块用于设计与煤电机组耦合的低温多效海水淡化系统可选热源方案；

供电煤耗计算模块，所述供电煤耗计算模块用于针对可选热源方案，计算给定总平均供电负荷和总制水负荷下的供电煤耗变化；

最佳热源确定模块，所述最佳热源确定模块用于以投资最小的热源方案为对比基准，以静态回收期最低为目标函数，确定最佳热源。

一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提出一种耦合煤电的低温多效海水淡化系统最佳热源确定方法及系统。对外供电负荷和制水负荷给定，以增设海水淡化系统静态投资回收期最低为目标函数，根据原海水温度平均值、总制水负荷、总供电负荷平均值以及各热源方案蒸汽参数等边界参数，进行海水淡化系统及热源系统的方案设计及投资确定，根据各热源方案在总平均供电负荷和总制水负荷双变量约束下的水电联产机组运行工况，测试锅炉热效率、汽轮机热耗率和厂用电率结果，计算得出各热源方案供电煤耗值。以投资最小的热源方案为对比基准，其他热源方案先与基准热源进行供热煤耗值对比：若大于，该热源不能作为最优方案；若小于，则选取静态回收期最小值对应的方案，作为与煤电机组耦合的低温多效海水淡化系统的最佳热源。本发明以静态投资回收期最低为目标函数，获取最佳热源，实现运行成本最低和盈利能力最大化。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为与煤电机组耦合的低温多效海水淡化系统可选热源系统示意图；

图2为采用背压发电机技术的热源方案设计方法迭代流程示意图；

图3为本发明的耦合煤电的低温多效海水淡化系统最佳热源确定方法流程示意图；

图4为本发明的耦合煤电的低温多效海水淡化系统最佳热源确定系统的结构示意图。

其中：1-锅炉；2-高压缸；3-中压缸；4-低压缸；5-发电机；6-凝汽器；7-循环水泵；8-冷却设备；9-凝结水泵；10-8号低压加热器；11-7号低压加热器；12-6号低压加热器；13-5号低压加热器；14-除氧器；15-给水泵；16-3号高压加热器；17-2号高压加热器；18-1号高压加热器；19-升压泵；20-原海水取水泵；21-低温多效海水淡化装置；22-淡水储水箱；23-淡水供应泵；24-水环真空泵。

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、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，与煤电机组耦合的低温多效海水淡化系统可选热源系统示意图。

煤电机组发电汽水循环模块：锅炉1过热器出口蒸汽进入高压缸2做功，排汽进入锅炉1再热器二次提温后再进入中压缸3做功，排汽进入低压缸4做功，排汽进入凝汽器6冷凝。高压缸2、中压缸3和低压缸4同轴连接，共同驱动发电机5发电。凝汽器5出口凝结水经凝结水泵9加压后依次经过8号低压加热器10、7号低压加热器11、6号低压加热器12、5号低压加热器13、除氧器14、给水泵15、3号高压加热器组16、2号高压加热器组17和1号高压加热器组18升温升压后，进入锅炉1，完成热力循环。凝汽器6的冷源为冷却水塔8出口且经循环水泵7加压的冷却水。

低温多效海水淡化模块：原海水经原海水取水泵20加压，进入低温多效海水淡化装置21，经煤电机组提供的热源驱动后分为两路，一路为淡水，作为产品进入淡水储水箱22，后经淡水供应泵23驱动对外供出；一路为高温浓盐水外排。

煤电机组外供蒸汽作为海水淡化系统的热源，放热后以凝结水的状态回至煤电机组，称之为煤电机组与低温多效海水淡化系统的耦合。

参见图2和3，图2和3公布了一种耦合煤电的低温多效海水淡化系统最佳热源确定方法，包括以下步骤：

步骤1、建立与煤电机组耦合的低温多效海水淡化系统可选热源。

根据煤电机组热力循环汽水流程，可选热源如下：

热源1：自汽轮机1段抽汽母管打孔引蒸汽，在海水淡化系统放热后回凝汽器；

热源2：自汽轮机冷再母管打孔引蒸汽，在海水淡化系统放热后回凝汽器；

热源3：自汽轮机热再母管打孔引蒸汽，在海水淡化系统放热后回凝汽器；

热源4：自汽轮机3段抽汽母管打孔引蒸汽，在海水淡化系统放热后回凝汽器；

热源5：自中低压连通管母管打孔引蒸汽，在海水淡化系统放热后回凝汽器；

热源6：自汽轮机5段抽汽母管打孔引蒸汽，在海水淡化系统放热后回凝汽器；

热源7：自汽轮机6段抽汽母管打孔引蒸汽，在海水淡化系统放热后回凝汽器；

热源8：煤电机组汽轮机高背压改造，低压缸乏汽直供海水淡化系统，放热后回凝汽器；

热源9：自汽轮机热再母管打孔引蒸汽，先进入背压汽轮发电机组回收蒸汽余压后做功发电后，背压汽轮机排汽进入海水淡化系统，放热后回凝汽器；

热源10：自汽轮机中低压连通管母管打孔引蒸汽，先进入背压汽轮发电机组回收蒸汽余压后做功发电后，背压汽轮机排汽进入海水淡化系统，放热后回凝汽器。

步骤2、进行与煤电机组耦合的低温多效海水淡化系统可选热源方案设计。

统计煤电机组最近3年的运行数据，统计出30％N_net,0、40％N_net,0、50％N_net,0、60％N_net,0、70％N_net,0、80％N_net,0、90％N_net,0和100％N_net,0分布下的运行时长占比α₁、α₂、α₃、α₄、α₅、α₆、α₇、α₈，且α₁+α₂+α₃+α₄+α₅+α₆+α₇+α₈＝1，以及利用小时H，平均供电负荷N_net,a；

其中，N_net,a为煤电机组铭牌供电负荷；

统计煤电机组附近的原海水源的近三年的水温监测数据，以煤电机组凝汽器入水温度为表征，统计原海水温度平均值t_i，作为低温多效海水淡化装置的设计参数；

热源方案1-8，根据煤电机组在平均供电负荷N_net,a的运行数据，确定热源蒸汽焓值h_s＝f₁(P，T)，其中P和T分别为煤电机组至海水淡化系统的蒸汽压力和温度，由煤电机组运行数据查取；由低温多效装置设计单位根据热源蒸汽焓值h_s、原海水温度平均值t_i进行低温多效装置设计，得出制水比GOR_i、蒸汽流量m_si，其中下标i为第i种方案；

其中，制水比GOR定义为生产的蒸馏水量m_w与消耗的加热蒸汽量m_s的比值，表示为：

热源方案9和10中设置背压汽轮发电机组，故水电联产系统对外供电负荷由煤电机组和背压汽轮发电机组共同提供；背压发电汽轮机排汽压力P_ex为

P_ex＝P_lt+δP (3)

式中，P_lt和δP分别为低温多效装置设计入口蒸汽压力和背压发电汽轮机排汽至低温多效入口的管道阻力；

制造厂家根据进口蒸汽参数、出口蒸汽压力参数确定背压发电汽轮机效率η，其排汽温度T_ex为

T_ex＝f₂(P,T,P_ex,η) (4)

式中，P和T分别为热再或中排蒸汽压力和温度；

海水淡化入口热源蒸汽温度T_lt为

T_lt＝T_ex-δT (5)

式中，δT为背压发电汽轮机排汽至低温多效入口的管道温降；

根据P_lt和T_lt进行海水淡化设计，得出GOR和m_s；

进行背压汽轮发电机电出力N_st,net为

式中，η_e为背压汽轮发电机的发电机效率；N_sf为背压汽轮发电机辅机设备诸如油泵等的耗功，MW。

附图2给出了热源方案9和10的热源系统设计迭代流程。

根据低温多效海水淡化装置GOR_i、热源蒸汽流量m_si参数，进行包含蒸汽管路系统、凝结水回水系统、低温多效海水淡化系统的设备及管路设计选型，确定热源方案的静态投资C₁--C₁₀，单位为元。

步骤3、针对10种热源方案，计算下给定总平均供电负荷N_net,a和总制水负荷m_w下的供电煤耗变化。

根据淡水用户提供的水量m_w1需求和煤电机组自身生产用淡水量m_w2，海水淡化系统的总制水负荷m_w为：

m_w＝m_w1+m_w2 (7)

给定总平均供电负荷N_net,a和总制水负荷m_w条件下，得到可选热源的热源蒸汽流量m_si、煤电机组供电负荷N_net,i边界数据，进行运行工况调整，测量并计算锅炉热效率η_b、汽轮机热耗率q(kJ/kWh)及厂用电率η_e，计算供电煤耗b(g/kWh)为

式中，B为水电联产机组标煤总消耗量：

式中，h_ms、h_rh、h_rc、h_gs、h_zj和h_gj分别为锅炉过热器出口主蒸汽焓值、锅炉再热器出口和进口蒸汽焓值、锅炉入口给水焓值、锅炉再热器和过热器减温水焓值；可通过现场压力和温度测量值计算得出；

η_b为锅炉热效率，不同锅炉各不相同，根据现场专项试验得出；

η_b＝f₃(D_ms) (10)

其中，η_p为管道效率，取定值0.99；

D_ms、D_rh、D_rc、D_gs、D_zj和D_gj分别为锅炉过热器出口主蒸汽流量、锅炉再热器出口和进口蒸汽流量、锅炉入口给水流量、锅炉再热器和过热器减温水流量；上述参数并不是各自独立，而是遵循一定关联性；

式中，D_ex1、D_ex2和D_leak分别为高压缸1段抽汽、2段抽汽和轴封外漏量；其中D_ex1和D_ex2可根据1段抽汽和2段抽汽对应的回热系统高压加热器热平衡和物质平衡计算得出；其中，D_leak是主蒸汽流量D_ms和主蒸汽压力P_ms的二元函数，由汽轮机制造厂给出；

D_leak＝f₄(D_ms,P_ms) (12)。

步骤4、以投资最小的热源方案为对比基准，以静态回收期最低为目标函数，进行最佳热源方案确定。

标煤单价s根据供需关系确定，属于市场行为，为已知值，元/t；

以投资最小的热源方案为对比基准，投资为C₀，平均总供电负荷N_net,a和总制水负荷m_w条件下的供电煤耗为b₀；

针对其他热源方案，先进行平均供电煤耗对比判定：若b_i≥b₀，则该方案不能作为最优热源方案；若b_i<b₀，进行下一步热源方案寻优确定；其中，i表征第i种热源方案；

投资差异为：

ΔC_i＝C_i-C₀ (13)

标煤总消耗成本差异为：

ΔM_i＝(b₀-b_i)×N_net,a×H×s (14)

静态回收期Y为：

静态回收期Y最低对应的热源方案，认定为与煤电耦合的低温多效海水淡化系统最佳热源方案。

参见图4，图4公布了一种耦合煤电的低温多效海水淡化系统最佳热源确定系统，包括：

可选热源建立模块，所述可选热源建立模块用于建立与煤电机组耦合的低温多效海水淡化系统可选热源；

设计模块，所述设计模块用于设计与煤电机组耦合的低温多效海水淡化系统可选热源方案；

供电煤耗计算模块，所述供电煤耗计算模块用于针对可选热源方案，计算给定总平均供电负荷和总制水负荷下的供电煤耗变化；

最佳热源确定模块，所述最佳热源确定模块用于以投资最小的热源方案为对比基准，以静态回收期最低为目标函数，确定最佳热源。

本发明一实施例提供的终端设备的示意图。该实施例的终端设备包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序。所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各个方法实施例中的步骤。或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能。

所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。

所述终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。

所述处理器可以是中央处理单元(CentralProcessingUnit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignalProcessor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-ProgrammableGateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。

所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述终端设备的各种功能。

所述终端设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (5)

1.耦合煤电的低温多效海水淡化系统最佳热源确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

建立与煤电机组耦合的低温多效海水淡化系统可选热源，具体方法如下：

根据煤电机组热力循环汽水流程，可选热源如下：

热源1：自汽轮机1段抽汽母管打孔引蒸汽，在海水淡化系统放热后回凝汽器；

热源2：自汽轮机冷再母管打孔引蒸汽，在海水淡化系统放热后回凝汽器；

热源3：自汽轮机热再母管打孔引蒸汽，在海水淡化系统放热后回凝汽器；

热源4：自汽轮机3段抽汽母管打孔引蒸汽，在海水淡化系统放热后回凝汽器；

热源5：自中低压连通管母管打孔引蒸汽，在海水淡化系统放热后回凝汽器；

热源6：自汽轮机5段抽汽母管打孔引蒸汽，在海水淡化系统放热后回凝汽器；

热源7：自汽轮机6段抽汽母管打孔引蒸汽，在海水淡化系统放热后回凝汽器；

热源8：煤电机组汽轮机高背压改造，低压缸乏汽直供海水淡化系统，放热后回凝汽器；

热源9：自汽轮机热再母管打孔引蒸汽，先进入背压汽轮发电机组回收蒸汽余压后做功发电后，背压汽轮机排汽进入海水淡化系统，放热后回凝汽器；

热源10：自汽轮机中低压连通管母管打孔引蒸汽，先进入背压汽轮发电机组回收蒸汽余压后做功发电后，背压汽轮机排汽进入海水淡化系统，放热后回凝汽器；

设计与煤电机组耦合的低温多效海水淡化系统可选热源方案，具体步骤如下：

统计煤电机组最近3年的运行数据，统计出30％N_net,0、40％N_net,0、50％N_net,0、60％N_net,0、70％N_net,0、80％N_net,0、90％N_net,0和100％N_net,0分布下的运行时长占比α₁、α₂、α₃、α₄、α₅、α₆、α₇、α₈，且α₁+α₂+α₃+α₄+α₅+α₆+α₇+α₈＝1，以及利用小时H，平均供电负荷N_net,a；

其中，N_net,a为煤电机组铭牌供电负荷；

统计煤电机组附近的原海水源的近三年的水温监测数据，以煤电机组凝汽器入水温度为表征，统计原海水温度平均值t_i，作为低温多效海水淡化装置的设计参数；

热源方案1-8，根据煤电机组在平均供电负荷N_net,a的运行数据，确定热源蒸汽焓值h_s＝f₁(P，T)，其中P和T分别为煤电机组至海水淡化系统的蒸汽压力和温度，由煤电机组运行数据查取；由低温多效装置设计单位根据热源蒸汽焓值h_s、原海水温度平均值t_i进行低温多效装置设计，得出制水比GOR_i、蒸汽流量m_si，其中下标i为第i种方案；

其中，制水比GOR定义为生产的蒸馏水量m_w与消耗的加热蒸汽量m_s的比值，表示为：

热源方案9和10中设置背压汽轮发电机组，故水电联产系统对外供电负荷由煤电机组和背压汽轮发电机组共同提供；背压发电汽轮机排汽压力P_ex为

P_ex＝P_lt+δP (3)

式中，P_lt和δP分别为低温多效装置设计入口蒸汽压力和背压发电汽轮机排汽至低温多效入口的管道阻力；

制造厂家根据进口蒸汽参数、出口蒸汽压力参数确定背压发电汽轮机效率η，其排汽温度T_ex为

T_ex＝f₂(P,T,P_ex,η) (4)

式中，P和T分别为热再或中排蒸汽压力和温度；

海水淡化入口热源蒸汽温度T_lt为

T_lt＝T_ex-δT (5)

式中，δT为背压发电汽轮机排汽至低温多效入口的管道温降；

根据P_lt和T_lt进行海水淡化设计，得出GOR和m_s；

进行背压汽轮发电机电出力N_st,net为

式中，η_e为背压汽轮发电机的发电机效率；N_sf为背压汽轮发电机辅机设备诸如油泵的耗功；

根据低温多效海水淡化装置GOR_i、热源蒸汽流量m_si参数，进行包含蒸汽管路系统、凝结水回水系统、低温多效海水淡化系统的设备及管路设计选型，确定热源方案的静态投资C₁--C₁₀，单位为元；

针对可选热源方案，计算给定总平均供电负荷和总制水负荷下的供电煤耗变化，具体方法如下：

根据淡水用户提供的水量m_w1需求和煤电机组自身生产用淡水量m_w2，海水淡化系统的总制水负荷m_w为：

m_w＝m_w1+m_w2 (7)

给定总平均供电负荷N_net,a和总制水负荷m_w条件下，得到可选热源的热源蒸汽流量m_si、煤电机组供电负荷N_net,i边界数据，进行运行工况调整，测量并计算锅炉热效率η_b、汽轮机热耗率q及厂用电率η_e，计算供电煤耗b为

式中，B为水电联产机组标煤总消耗量：

式中，h_ms、h_rh、h_rc、h_gs、h_zj和h_gj分别为锅炉过热器出口主蒸汽焓值、锅炉再热器出口和进口蒸汽焓值、锅炉入口给水焓值、锅炉再热器和过热器减温水焓值；可通过现场压力和温度测量值计算得出；

η_b为锅炉热效率，不同锅炉各不相同，根据现场专项试验得出；

η_b＝f₃(D_ms) (10)

其中，η_p为管道效率，取定值0.99；

D_ms、D_rh、D_rc、D_gs、D_zj和D_gj分别为锅炉过热器出口主蒸汽流量、锅炉再热器出口和进口蒸汽流量、锅炉入口给水流量、锅炉再热器和过热器减温水流量；上述参数并不是各自独立，而是遵循一定关联性；

式中，D_ex1、D_ex2和D_leak分别为高压缸1段抽汽、2段抽汽和轴封外漏量；其中D_ex1和D_ex2可根据1段抽汽和2段抽汽对应的回热系统高压加热器热平衡和物质平衡计算得出；其中，D_leak是主蒸汽流量D_ms和主蒸汽压力P_ms的二元函数，由汽轮机制造厂给出；

D_leak＝f₄(D_ms,P_ms) (12)

以投资最小的热源方案为对比基准，以静态回收期最低为目标函数，确定最佳热源。

2.根据权利要求1所述的耦合煤电的低温多效海水淡化系统最佳热源确定方法，其特征在于，所述以投资最小的热源方案为对比基准，以静态回收期最低为目标函数，确定最佳热源的具体方法如下：

标煤单价s根据供需关系确定，属于市场行为，为已知值，元/t；

以投资最小的热源方案为对比基准，投资为C₀，平均总供电负荷N_net,a和总制水负荷m_w条件下的供电煤耗为b₀；

针对其他热源方案，先进行平均供电煤耗对比判定：若b_i≥b₀，则该方案不能作为最优热源方案；若b_i＜b₀，进行下一步热源方案寻优确定；其中，i表征第i种热源方案；

投资差异为：

ΔC_i＝C_i-C₀ (13)

标煤总消耗成本差异为：

ΔM_i＝(b₀-b_i)×N_net,a×H×s (14)

静态回收期Y为：

静态回收期Y最低对应的热源方案，认定为与煤电耦合的低温多效海水淡化系统最佳热源方案。

3.一种实现权利要求1或2所述方法的耦合煤电的低温多效海水淡化系统最佳热源确定系统，其特征在于，包括：

可选热源建立模块，所述可选热源建立模块用于建立与煤电机组耦合的低温多效海水淡化系统可选热源；

设计模块，所述设计模块用于设计与煤电机组耦合的低温多效海水淡化系统可选热源方案；

供电煤耗计算模块，所述供电煤耗计算模块用于针对可选热源方案，计算给定总平均供电负荷和总制水负荷下的供电煤耗变化；

最佳热源确定模块，所述最佳热源确定模块用于以投资最小的热源方案为对比基准，以静态回收期最低为目标函数，确定最佳热源。

4.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1或2所述方法的步骤。

5.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1或2所述方法的步骤。

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