CN113898428A - 分析双抽热电联产机组热、电、汽负荷调整空间的方法 - Google Patents

分析双抽热电联产机组热、电、汽负荷调整空间的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及分析双抽热电联产机组热、电、汽负荷调整空间的方法，包括以下步骤：基于热电联产机组的主汽参数、再热参数、锅炉给水参数、各级抽汽参数与各级加热器参数建立热电联产机组各级加热器的能量平衡方程，利用能量平衡方程求解各级抽汽量；利用做功方程求解设定工况下的汽机功率，获取工业抽汽与采暖抽汽量均最大时与均为零时的汽机功率；两功率之间为设定工况中指定锅炉给水流量下的双抽机组热、电、汽负荷调整范围；在机组允许锅炉给水流量区间取多组给水流量、采暖抽汽量与工业抽汽量值，获得热电联产机组任意工况下的热、电、汽负荷调整范围。

Description

分析双抽热电联产机组热、电、汽负荷调整空间的方法
技术领域
本发明涉及热电联产调峰领域，具体为分析双抽热电联产机组热、电、汽负荷调整空间的方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
热电联产是热力学能的有效梯级使用，在单独的电力生产中，蒸汽仅用于发电，能量利用效率有限，而在热电联产中，发电后仍具有利用价值的热能可用于工业生产和采暖供热，提高了综合能源利用效率，是实现节能减排的重要途径之一。
而对于实现热电联产的机组而言，用于工业生产的工业抽汽与用于供暖的采暖抽汽在整个机组中的位置和参数均不同，会使整个机组呈现新的运行特性，热、电、汽三负荷的耦合关系影响机组的电负荷调整空间。
目前对热电联产机组电负荷调整范围的研究多是仅考虑采暖抽汽对机组运行的影响，而没有考虑工业抽汽与采暖抽汽同时存在时机组热电负荷的调节能力，一定程度上制约了工业抽汽机组在供暖季的调峰能力。机组供暖季电负荷由调度提供指令，而工业蒸汽负荷随用户侧需求而变化，难以获得负荷的调整空间。此外，由于机组为满足工业抽汽的需求经历改造后，机组原有热电耦合特性改变，因而难以参考原有供热工况指导机组运行。
发明内容
为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供分析双抽热电联产机组热、电、汽负荷调整空间的方法，通过分析热电联产机组各级加热器能量平衡，获得各级抽汽量；利用做功方程获取汽机功率。通过改变工业抽汽与采暖抽汽量，可获得任意抽汽工况下的汽机功率，进而获得双抽热电联产机组热、电、汽负荷调整空间。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面提供分析双抽热电联产机组热、电、汽负荷调整空间的方法，包括以下步骤：
步骤1：依据机组热平衡图获取热电联产机组的主汽参数、再热参数、锅炉给水参数、各级抽汽参数与各级加热器参数；
步骤2：基于步骤1获取的参数建立热电联产机组各级加热器的能量平衡方程；
步骤3：基于步骤2中各级加热器的能量平衡方程获取锅炉给水流量，采暖抽汽量与工业抽汽量条件下的各级抽汽量；
步骤4：利用做功方程获取设定工况下的汽机功率，获取工业抽汽与采暖抽汽量均最大时与均为零时的汽机功率；
步骤4中，依据热平衡图中的数据分别拟合出主蒸汽焓值h0、排汽焓值hc与锅炉给水流量的函数曲线，获取不同的锅炉给水流量工况的主蒸汽焓与排汽焓。
步骤5：保存步骤4中的汽机功率，两功率之间即为设定锅炉给水流量下的双抽机组热电负荷调整范围；
步骤6：在机组允许锅炉给水流量区间取至少一组锅炉给水流量、采暖抽汽量与工业抽汽量数值，经变工况计算并重复步骤4～步骤5，获得热电联产机组任意工况下的热、电、汽负荷调整空间。
步骤1中，获取的参数还包括：锅炉给水流量、主蒸汽焓值、再热焓升、低压缸排汽焓值、各级抽汽流量与焓值、各级加热器入口与出口水焓值和各级加热器疏水焓值。
步骤2中，基于各级抽汽量与焓值，锅炉给水流量与各级加热器入口与出口水的焓值，建立热电联产机组各级加热器的能量平衡方程。
步骤3中，各级抽汽量为：
Figure BDA0003274707460000031
Figure BDA0003274707460000032
Figure BDA0003274707460000033
Figure BDA0003274707460000034
Figure BDA0003274707460000035
Figure BDA0003274707460000036
Figure BDA0003274707460000037
Figure BDA0003274707460000038
式中，Di为各级抽汽流量，mfw为锅炉给水流量，mw为工业抽汽减温水流量，Dh为采暖抽汽量，hw,i为各级加热器给水焓，hd,i为各级加热器排水焓,his为供热抽汽疏水焓值。
步骤3获取各级抽汽量的过程中，根据热平衡图中的数据拟合出各级抽汽焓与锅炉给水流量的函数曲线，获取不同的锅炉给水流量工况的各级抽汽焓值。
步骤3中获取各级抽汽量后，依据锅炉给水流量与机组各级抽汽流量的累加值、采暖抽汽量、工业抽汽流量和锅炉给水泵汽轮机进汽流量的差，验证是否满足低压缸最小进汽流量工况，若满足则执行步骤5；若不满足则重新设定输入参数。
步骤3求解各级抽汽量时输入的参数包括锅炉给水流量、工业抽汽量和采暖抽汽量。
步骤4中的做功方程为：
Figure BDA0003274707460000041
式中，h0为主蒸汽焓值，hc为排汽焓值，Δhσ为再热热段焓升，hi为各级抽汽焓，mfw为锅炉给水流量，Di为各级抽汽流量，Ds为工业抽汽流量，PBFPT为锅炉给水泵汽轮机功率。
与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
1、考虑了工业抽汽与采暖抽汽对汽轮机做功的耦合影响，通过分析各级加热器能量平衡，获取工业抽气量与采暖抽汽量对汽机功率的影响，进而实现对双抽热电联产机组电负荷调整空间的分析。
2、通过变工况计算获得机组在不同工业抽汽量约束下，采暖抽汽量与电负荷的调整空间。
3、通过变工况计算获得机组在不同采暖抽汽量约束下，工业抽汽量与电负荷的调整空间。
4、根据低压缸最小进汽量约束，得到任意工况下最大工业抽汽量与采暖抽汽量，计算电负荷调整空间，以满足机组的调峰要求。
5、根据热平衡图中的数据分别拟合出各级抽汽焓、主蒸汽焓、排汽焓与锅炉给水流量的函数曲线，获得不同的锅炉给水流量工况对应的各级抽汽焓、主蒸汽焓、排汽焓，提高计算准确性。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明一个或多个实施例提供的热电联产机组加热器系统能量平衡示意图；
图2是本发明一个或多个实施例提供的变工况计算流程图；
图3是本发明一个或多个实施例提供的不同工业抽汽量约束下采暖抽汽量与电负荷的调整空间示意图；
图4是本发明一个或多个实施例提供的不同采暖抽汽量约束下工业抽汽量与电负荷的调整空间示意图；
图5是本发明一个或多个实施例提供的锅炉给水流量与电负荷调整空间关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术中描述的，目前对热电联产机组电负荷调整范围的研究多是仅考虑采暖抽汽对机组运行的影响，而没有考虑工业抽汽与采暖抽汽同时存在时机组热电负荷的调节能力，而由于工业抽汽机组需经历相应改造，机组原有热电耦合特性改变，因而难以参考原有供热工况图指导机组运行，因此需要建立一种分析双抽热电联产机组热、电、汽负荷调整空间，从而获得在“双抽工况”(指同时存在工业抽汽和采暖抽汽)下热电联产机组电负荷调整的空间，从而增强机组在满足供热前提下工业蒸汽负荷与电负荷的调整空间对于提升机组综合能源服务的灵活性。
因此，以下实施例给出了分析双抽热电联产机组热、电、汽负荷调整空间的方法，通过分析热电联产机组各级加热器的能量平衡，获取各级抽汽量，利用做功方程获取汽机功率；在编写的在线计算程序中改变工业抽汽与采暖抽汽量，可计算任意抽汽工况下的汽机功率，进而获得双抽热电联产机组热、电、汽负荷的调整空间。
实施例一：
如图1-5所示，分析双抽热电联产机组热、电、汽负荷调整空间的方法，包括以下步骤：
步骤1)：收集热电联产机组的热平衡图，获取主汽参数、再热参数、锅炉给水参数、各级抽汽参数与各级加热器参数信息，具体如下：
获取锅炉给水流量mfw、主蒸汽焓值h0、低压缸排汽焓值hc、各级抽汽流量Di与焓值hi、各级加热器入口与出口水焓值、第i级加热器入口水焓值hw,()、出口水焓值hw,和各级加热器疏水焓值hd,；
步骤2)：根据主汽参数及各级抽汽参数，建立各级加热器的能量平衡方程。
步骤3)：基于步骤2中各级加热器的能量平衡方程求解某一锅炉给水流量，采暖抽汽量与工业抽汽量条件下的各级抽汽量。各级抽汽焓值hi根据锅炉给水流量的不同，采用下式计算：
Figure BDA0003274707460000071
式中，ai，bi，ci均为常数，下标i代表第i级抽汽。
求解各级抽汽量后，需采用下式验证是否满足低压缸最小进汽流量工况，若满足可继续按下列步骤进行；若不满足需返回步骤3重新设定参数。
Figure BDA0003274707460000072
式中，mBFPT为锅炉给水泵汽轮机进汽流量(t/h)，mLPT,min为低压缸最小进汽流量。
步骤4)：利用做功方程求解设定工况下的汽机功率，获取工业抽汽与采暖抽汽量均最大时与均为零时的汽机功率。根据热平衡图中的数据分别拟合出主蒸汽焓值h0、排汽焓值hc与锅炉给水流量的函数曲线，计算不同的锅炉给水流量工况的主蒸汽焓与排汽焓。
做功方程：
Figure BDA0003274707460000081
式中，h0为主蒸汽焓值，hc为排汽焓值，Δhσ为再热热段焓升，mfw为锅炉给水流量，Di为各级抽汽流量，Ds为工业抽汽流量，η为发电机效率，PBFPT为锅炉给水泵汽轮机功率。
h0与hc根据锅炉给水流量不同，采用下式计算：
h0＝a0mfw+b0
式中，a0，b0均为常数，下标0代表主蒸汽。
Figure BDA0003274707460000082
式中，ac，bc，cc均为常数，下标c代表低压缸排汽。
步骤5)：记录步骤4中计算的汽机功率，两功率之间为该指定锅炉给水流量下双抽机组热电负荷的调整范围。
步骤6)：在机组允许锅炉给水流量区间取多组锅炉给水流量、采暖抽汽量与工业抽汽量数值，根据图2所示方法进行变工况计算并重复步骤4～步骤5，获得热电联产机组任意工况下的热、电、汽负荷调整空间。下面以某机组为例说明：
例如：330MW一次中间再热、抽汽凝汽式亚临界机组，该机组共有8级加热器，再热热段进行工业抽汽，第四级抽汽段进行采暖抽汽。
步骤1)：收集热电联产机组的热平衡图，获取主汽参数及各级抽汽参数信息，具体如下：
获取锅炉给水流量mfw、主蒸汽焓值h0、低压缸排汽焓值hc、各级抽汽流量Di与焓值hi、各级加热器入口与出口水焓值、第i级加热器入口水焓值hw,(i+1)、出口水焓值hw,i和各级加热器疏水焓值hd,i；
步骤2)：如图1所示，基于主汽参数、再热参数、锅炉给水参数、各级抽汽参数与各级加热器参数建立各级加热器的能量平衡方程。
步骤2-1)：第一级加热器：2158.8*D1＝137.5*mfw；
步骤2-2)：第二级加热器：158.9*D1+2201.9*D2＝154.3*mfw；
步骤2-3)：第三级加热器：120.1*(D1+D2)+2651.4D3＝118.2*mfw；
步骤2-4)：第四级加热器(除氧器)：707.6*(D1+D2+D3)+3155.8*D4+377.9*Dh+573.4*(mfw-D1-D2-D3-D4+mw)＝692.2*mfw；(Ds为工业抽汽流量，Dh为采暖抽汽量，mw为工业抽汽减温水流量)
步骤2-5)：第五级加热器：79.7*(D1+D2+D3+D4)+2529.5*D5＝79.7*(mfw+mw-Dh)；
步骤2-6)：第六级加热器：80.6*(D1+D2+D3+D4)+81.1*D6+2492.6*D6＝80.6*(mfw+mw-Dh)；
步骤2-7)：第七级加热器：81.1*(D1+D2+D3+D4)+81.5*(D5+D6)+2451.6*D7＝81.1*(mfw+mw-Dh)；
步骤2-8)：第八级加热器：179.4*(D1+D2+D3+D4)+179.9*(D5+D6+D7)+2507.1*D8＝179.4*(mfw+mw-Dh)；
步骤3)：基于步骤2中各级加热器的能量平衡方程求解某一锅炉给水流量，采暖抽汽量与工业抽汽量条件下的各级抽汽量。
各级抽汽量为：
Figure BDA0003274707460000101
Figure BDA0003274707460000102
Figure BDA0003274707460000103
Figure BDA0003274707460000104
Figure BDA0003274707460000105
Figure BDA0003274707460000106
Figure BDA0003274707460000107
Figure BDA0003274707460000108
设定步骤3中的求解各级抽汽量的参数为：锅炉给水流量、工业抽汽量和采暖抽汽量。设置4个工况：工况设置如表1所示。
表1工况设置
Figure BDA0003274707460000109
利用步骤3中各级抽汽焓值计算如下：
Figure BDA0003274707460000111
Figure BDA0003274707460000112
Figure BDA0003274707460000113
Figure BDA0003274707460000114
Figure BDA0003274707460000115
Figure BDA0003274707460000116
Figure BDA0003274707460000117
Figure BDA0003274707460000118
求解结果如表2所示。
表2抽汽量计算结果
Figure BDA0003274707460000119
验证设定的各工况是否满足最小低压缸进汽量要求(本实施例的机组低压缸最小进汽流量mLPT,min＝100t/h)：
工况1：1000-(63.69+65.47+38.73+72.28)-400-150-35.62≥100满足；
工况2:1000-(63.69+65.47+38.73+35.05)-35.62≥100满足；
工况3：950-(60.51+62.20+36.79+70.41)-400-150-32.23≥100；
工况4：950-(60.51+62.20+36.79+70.41)-400-150-32.23≥100；
步骤4)：利用做功方程求解设定工况下的汽机功率，获取工况1、工况2、工况3与工况4的汽机功率。采用不同锅炉给水流量计算时，主蒸汽焓值(h0)与低压缸排汽焓值(hc)与锅炉给水流量函数关系如下：
h0＝-0.1279mfw+3521
Figure BDA0003274707460000121
计算结果如表3所示。
表3做功方程计算结果
Figure BDA0003274707460000122
考虑工业抽汽与采暖抽汽的约束条件，利用做功方程计算抽汽量最大时与抽汽量最小时的汽机功率。根据机组设计规程知，机组最大工业抽汽流量为150t/h，最大采暖抽汽流量为400t/h，低压缸最小进汽量为100t/h。以锅炉给水流量为1000t/h、950t/h为例，计算工业抽汽与采暖抽汽量均最大时与均为零时的汽机功率。计算结果见表4。
表4不同锅炉给水流量下功率计算结果
Figure BDA0003274707460000123
步骤5)：记录步骤4中计算的汽机功率，则两功率之间为该指定锅炉给水流量下双抽机组电负荷调整范围。由计算步骤4中计算结果知，当锅炉给水流量为1000t/h时，该机组电负荷调整范围为201.23MW～331.91MW；当锅炉给水流量为950t/h时，该机组电负荷调整范围为185.28MW～316.70MW。
步骤6)：本实施例机组带热负荷时允许锅炉给水流量区间为650t/h～1000t/h。在区间内间隔取点，重复步骤4～5，可获得热电联产机组以不同工业抽汽量运行时采暖抽汽量与电负荷的调整空间，如附图3所示。图3展示了工业供汽流量分别为50t/h、100t/h、150t/h时采暖抽汽量与电负荷的调整空间。机组供暖季电负荷由调度指令提供，而工业蒸汽负荷随用户侧需求而变化，图4展示了机组供采暖抽汽流量分别为200t/h、300t/h、400t/h时工业蒸汽负荷与电负荷的调整空间。此外，图5为锅炉给水流量与电负荷调整空间的关系。
上述过程考虑了工业抽汽与采暖抽汽对汽轮机做功的耦合影响，基于能量平衡给出了分析双抽热电联产机组电负荷调整空间的方法，为机组在满足调峰要求前提下多元化经营，实现新形势下的综合能源服务，对拓展热电厂综合供能市场空间具有重要意义。
基于能量平衡计算各级抽汽量后，可根据低压缸最小进汽量约束计算出最大的工业/采暖抽汽量，精确计算电负荷调整空间，满足机组在调峰要求的前提下多元化经营。
利用热平衡图提供了不同类型汽轮机系统中完整的参数，因此模型精确度高。根据热平衡图中的数据分别拟合出各级抽汽焓、主蒸汽焓、排汽焓与锅炉给水流量的函数曲线，计算不同的锅炉给水流量工况对应的各级抽汽焓、主蒸汽焓、排汽焓，提高计算准确性。
该方法在保证计算精度的前提下具有快速计算能力，各级加热器抽汽量求解过程不涉及复杂的迭代计算，具有计算速度快的优点。此外，该方法不局限于8级加热器，对于有类似结构的机组均适用。
以上所述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 (9)

1.分析双抽热电联产机组热、电、汽负荷调整空间的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：基于机组热平衡图获取热电联产机组的主汽参数、再热参数、锅炉给水参数、各级抽汽参数与各级加热器参数；
步骤2：基于步骤1获取的参数建立热电联产机组各级加热器的能量平衡方程；
步骤3：基于步骤2中各级加热器的能量平衡方程获取锅炉给水流量，采暖抽汽量与工业抽汽量条件下的各级抽汽量；
步骤4：利用做功方程获取设定工况下的汽机功率，获取工业抽汽与采暖抽汽量均最大时与均为零时的汽机功率；
步骤5：保存步骤4中的汽机功率，两功率之间即为设定锅炉给水流量下的双抽机组热电负荷调整范围；
步骤6：在机组允许锅炉给水流量区间取至少一组锅炉给水流量、采暖抽汽量与工业抽汽量数值，经变工况计算并重复步骤4～步骤5，获得热电联产机组任意工况下的热、电、汽负荷调整空间。
2.如权利要求1所述的分析双抽热电联产机组热、电、汽负荷调整空间的方法，其特征在于：所述步骤1中，获取的参数还包括，锅炉给水流量、主蒸汽焓值、再热焓升、低压缸排汽焓值、各级抽汽流量与焓值、各级加热器入口与出口水焓值和各级加热器疏水焓值。
3.如权利要求1所述的分析双抽热电联产机组热、电、汽负荷调整空间的方法，其特征在于：所述步骤2中，基于各级抽汽量与焓值，锅炉给水流量与各级加热器入口与出口水的焓值，建立热电联产机组各级加热器的能量平衡方程。
4.如权利要求1所述的分析双抽热电联产机组热、电、汽负荷调整空间的方法，其特征在于：所述步骤3中，各级抽汽量为：
Figure FDA0003274707450000021
Figure FDA0003274707450000022
Figure FDA0003274707450000023
Figure FDA0003274707450000024
Figure FDA0003274707450000025
Figure FDA0003274707450000026
Figure FDA0003274707450000027
Figure FDA0003274707450000028
式中，Di为各级抽汽流量，mfw为锅炉给水流量，mw为工业抽汽减温水流量，Dh为采暖抽汽量，hw,i为各级加热器给水焓，hd,i为各级加热器排水焓,his为供热抽汽疏水焓值。
5.如权利要求1所述的分析双抽热电联产机组热、电、汽负荷调整空间的方法，其特征在于：所述步骤3获取各级抽汽量的过程中，根据热平衡图中的数据拟合出各级抽汽焓与锅炉给水流量的函数曲线，获取不同的锅炉给水流量工况的各级抽汽焓值。
6.如权利要求1所述的分析双抽热电联产机组热、电、汽负荷调整空间的方法，其特征在于：所述步骤3中获取各级抽汽量后，依据锅炉给水流量与机组各级抽汽流量的累加值、采暖抽汽量、工业抽汽流量和锅炉给水泵汽轮机进汽流量的差，验证是否满足低压缸最小进汽流量工况，若满足则执行步骤4；若不满足则重新设定输入参数。
7.如权利要求1所述的分析双抽热电联产机组热、电、汽负荷调整空间的方法，其特征在于：所述步骤3求解各级抽汽量时输入的参数包括锅炉给水流量、工业抽汽量和采暖抽汽量。
8.如权利要求1所述的分析双抽热电联产机组热、电、汽负荷调整空间的方法，其特征在于：所述步骤4中的做功方程为：
Figure FDA0003274707450000031
式中，h0为主蒸汽焓值，hc为排汽焓值，Δhσ为再热热段焓升，hi为各级抽汽焓，mfw为锅炉给水流量，Di为各级抽汽流量，Ds为工业抽汽流量，PBFPT为锅炉给水泵汽轮机功率。
9.如权利要求1所述的分析双抽热电联产机组热、电、汽负荷调整空间的方法，其特征在于：所述步骤4中，依据热平衡图中的数据分别拟合出主蒸汽焓值h0、排汽焓值hc与锅炉给水流量的函数曲线，获取不同的锅炉给水流量工况的主蒸汽焓与排汽焓。
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