CN114440289A - 基于热网旁路喷射减压的管网蓄热系统及其调控方法 - Google Patents

基于热网旁路喷射减压的管网蓄热系统及其调控方法 Download PDF

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CN114440289A CN202111629309.3A CN202111629309A CN114440289A CN 114440289 A CN114440289 A CN 114440289A CN 202111629309 A CN202111629309 A CN 202111629309A CN 114440289 A CN114440289 A CN 114440289A
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Abstract

本发明涉及一种基于热网旁路喷射减压的管网蓄热系统及其调控方法，所述循环水泵驱动热网水在所述热网首站、所述热力站、所述一次网回水管和所述一次网供水管之间流动，其中，所述一次网供水管与所述一次网回水管之间安装有热网水旁路；所述热网水旁路上设有调节组件，调节组件的作用在于，调节流经热网水旁路的热网水的流量和压力。本发明实施例通过设置热网水旁路，利用现有供热管网实现蓄热和放热功能，针对热电联产供热系统，充分利用现有庞大供热管网的储热能力，来增加热电联产机组的调峰能力，节省了新建储能装置的巨大投资成本。

Description

基于热网旁路喷射减压的管网蓄热系统及其调控方法
技术领域
本发明涉及集中供热技术领域，特别是涉及一种基于热网旁路喷射减压的管网蓄热系统及其调控方法。
背景技术
热电联产作为电力、热力行业能源高效清洁利用的重要途径，成为世界各国火力发电发展的重要方式，被列入我国重点节能工程和清洁供热主要途径。近年来，新能源发电的快速发展，给火力发电带来了严峻的电力调峰形势要求，然而，常规热电联产机组以热定电的运行方式使得火电灵活调节严重受限，致使供热与电力调峰严重冲突。
目前针对热电联产供热系统效率低下的常规方案是增加热力储能设备，通过储热技术将机组在负荷较高时把富裕的热量储存起来，调峰困难时利用储热装置对外供热，补充热电联产机组由于发电负荷降低带来的供热能力不足，提高热电联产机组的电力调峰能力。然而这大大增加了企业的建设投资成本。
现有专利《一种用于热力网蓄放热的平衡调节方法及供热系统》(申请号：CN202110294128.3)则是通过利用供热管网进行储热，庞大的的供热管网是天然的储热设备，如果利用供热管网进行储热，来增加热电联产机组的调峰能力，则可以节省巨额的建设投资成本，经济性显著。但是，该种技术在供热系统的热力站数量过多时，该专利技术需要增加大量的热网水旁路及阀门等相关设施，一定程度上也增加了建设投资成本，同时调节复杂，难以达到精准供热。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的缺陷，从而提供一种基于热网旁路喷射减压的管网蓄热系统及其调控方法。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于热网旁路喷射减压的管网蓄热系统，包括供热管网，所述供热管网包括热网首站、热力站、循环水泵、一次网回水管和一次网供水管，所述热网首站通过所述一次网回水管和所述一次网供水管与所述热力站的一次网侧连通；所述热力站的数量为n，n≥1，所述循环水泵驱动热网水在所述热网首站、所述热力站、所述一次网回水管和所述一次网供水管之间流动，其中，
所述一次网供水管与所述一次网回水管之间安装有热网水旁路；所述热网水旁路和所述热网水旁路与所述一次网回水管连接处的一次网回水管上设有调节组件，所述调节组件包括第一调节阀、温流测量仪、引射装置和第二调节阀，所述温流测量仪和所述第一调节阀沿热网水动方向依次设置在所述热网水旁路上，所述第二调节阀设置在所述热网水旁路与所述一次网回水管连接处的一次网回水管上，所述引射装置与所述第二调节阀并联，所述引射装置的高压水进口与所述热网水旁路的出水口连接，所述引射装置的低压水进口与所述第二调节阀的进水口连接，所述引射装置的中压水出口与所述第二调节阀的出水口连接，所述引射装置用于将从所述热网水旁路与所述一次网回水管连接处的一次网回水管的水流方向上游处的热力站流出的热网水和从所述热网水旁路流出的热网水混合后输入所述一次网回水管。
所述热网首站的出水口设有出水调节阀，所述热网首站的进水口设有进水调节阀，所述出水调节阀用于调节热网水的供水流量；所述进水调节阀用于调节热网水的回水流量；
所述热网首站用于在所述供热管网进行蓄热时增加供热量，提高热网水的供水温度和/或供水流量，和，在所述供热管网进行放热时减少供热量，降低热网水的供水温度和/或供水流量；
所述第一调节阀用于在所述供热管网不蓄热与不放热时处于常闭状态使所述热网水旁路的流量为零，在蓄热时可调节地开放使流经所述热网水旁路的热网水流量逐步增加，在放热时可调节地关闭使所述热网水旁路的热网水流量逐步减少；
所述第二调节阀用于在所述供热管网不蓄热与不放热时处于常开状态，在蓄热时可调节地关闭，使流经所述引射装置的热网水流量增加，在放热时可调节地开放，使流经所述引射装置的热网水流量减少。
优选地，所述热力站与所述一次网供水管连接的进水管路上设有第三调节阀和第一温压流测量仪，所述热力站与所述一次网回水管连接的出水管路上设有第四调节阀和温压测量仪；
所述第三调节阀和所述第四调节阀用于在蓄热时可调节地关闭使进入所述热力站的热网水流量减少，流经所述热网水旁路的热网水流量增加，在放热时可调节地开放使进入所述热力站的热网水流量增加，所述热网水旁路的热网水流量减少。
优选地，系统还包括补水组件，所述补水组件包括一次网补水管、补水泵、第五调节阀和第二温压流测量仪，所述第二温压流测量仪、所述补水泵和所述第五调节阀沿水流方向依次设置在所述一次网补水管上，所述一次网补水管与所述一次网回水管连接；
在所述一次网补水管与所述一次网回水管的连接处的所述一次网回水管的水流方向上游位置设有第三温压流测量仪，所述第五调节阀用于在所述第三温压流测量仪检测到所述一次网回水管中的压力低于设定压力时开启以及在所述第三温压流测量仪检测到所述一次网回水管中的压力不低于设定压力时关闭；
所述热网首站的出水口设有第四温压流测量仪。
优选地，所述热网水旁路设置在第j个热力站处，1≤j≤n,所述第二调节阀设在第j个热力站处的所述一次网回水管上。
优选地，所述热网水旁路设置在第j个热力站处中的j依据下列方法计算所得：
根据所述循环水泵的设计流量G0(单位：t/h)来确定供热管网的最大热网热网水量Gr，
Gr＝G0；
根据热电联产机组进行电力调峰时需要的储热量来确定供热管网所需的最小储热量Qmin(单位：GJ)；
根据采暖期各所述热力站所需的最大供热负荷Wi(单位：GJ/h，1≤i≤n)与所述供热管网的最大热网供回水温差来确定采暖期各所述热力站所需的最小热网热网水量
Figure BDA0003440691980000041
(单位：t/h，1≤i≤n)，所述供热管网的热网水的供水温度和热网水的回水温度分别为T01(单位：℃)和T02(单位：℃)，
Figure BDA0003440691980000042
根据采暖期各热力站所需的最小热网热网水量
Figure BDA0003440691980000043
与供热管网的最大热网热网水量Gr来确定采暖期供热管网可用于蓄热的最大热网热网水量Gs，
Figure BDA0003440691980000051
根据循环水泵的设计扬程H0(单位：m)与采暖期供热管网连接各热力站的不同管段阻力损失来确定j的最大可取值Amax；
根据供热管网所需的最小储热量来确定j的最小可取值Bmin；
根据如下关系式确定j的最终取值：
当Bmin≥Amax时，j的最终取值为Amax；
当Bmin＜Amax时，此时若供热管网的散热损失率和漏水损失率可以忽略时，j的最终取值为Amax，若供热管网的散热损失率和漏水损失率不可以忽略时，j的最终取值为Bmin。
优选地，根据循环水泵的设计扬程H0(单位：m)与采暖期供热管网连接各热力站的不同管段阻力损失来确定j的最大可取值Amax的计算方式为：
计算连接各热力站的不同管段中热网热网水量
Figure BDA0003440691980000052
公式为，
Figure BDA0003440691980000053
计算连接各热力站的不同管段沿程阻力损失Rx(单位：Pa/m)，公式为，
Figure BDA0003440691980000054
计算采暖期供热管网的总压降，公式为：
Figure BDA0003440691980000061
进行循环水泵的设计扬程H0与采暖期供热管网的总压降的对比，根据关系式，
10×H0≥0.002×Pz，得出j的最大可取值为Amax；
其中，循环水泵的设计扬程H0为已知参数，K(单位：m)为供热管网的当量绝对粗糙度，
Figure BDA0003440691980000062
(单位：％)为供热管网的局部阻力当量长度百分比，Li(单位：m，1≤i≤n)为供热管网连接各热力站的管段长度，和Di(单位：m，1≤i≤n)为供热管网连接各热力站的管段直径，ρ(单位：kg/m3)为热网水的密度。
优选地，根据供热管网所需的最小储热量来确定j的最小可取值Bmin的计算方式为：
供热管网的设计储热量计算公式为：
Figure BDA0003440691980000063
其中，
根据关系式：Qe≥Qmin，得出j的最小值为Bmin，其中，ρ(单位：kg/m3)为热网水的密度，C(单位：J/(kg·℃))为热网水的比热容。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于热网旁路喷射减压的管网蓄热调控方法，采用上述的管网蓄热系统，包括如下方法：
所述供热管网不蓄热与不放热时，控制所述第一调节阀处于常闭状态，控制所述第二调节阀处于全开状态，所述热网水旁路的流量为零，由所述热网首站输出的热网水经过所述一次网供水管输送至所述热力站，而后通过一次网回水管输送回所述热网首站，持续循环；
所述供热管网进行蓄热时，提高所述热网首站的供热量，提高热网水的供水温度和/或供水流量，控制所述第一调节阀可调节地开放，流经所述热网水旁路的热网水流量逐步增加，控制所述第二调节阀可调节地关闭，进入所述引射装置的从所述一次网回水管水流方向上游处的热力站流出的热网水流量逐步增加，所述引射装置将所述热网水旁路的热网水和从所述热力站流出的热网水混合，而后通过所述一次网回水管返回所述热网首站；
所述供热管网进行放热时，减少所述热网首站的供热量，降低热网水的供水温度和/或供水流量，控制所述第一调节阀可调节地关闭，流经所述热网水旁路的热网水流量逐步减少，控制所述第二调节阀可调节地开放，进入所述引射装置的从所述一次网回水管水流方向上游处的热力站流出的热网水流量逐步减少。
优选地，所述热力站与所述一次网供水管连接的进水管路上设有第三调节阀和第一温压流测量仪，所述热力站与所述一次网回水管连接的出水管路上设有第四调节阀和温压测量仪；
所述供热管网进行蓄热时，提高所述热网首站的供热量，提高热网水的供水温度，控制所述第三调节阀和所述第四调节阀可调节地关闭，进入各所述热力站的热网水流量减少，流经所述热网水旁路的热网水流量增加；
所述供热管网进行放热时，减少所述热网首站的供热量，降低热网水的供水温度，控制所述第三调节阀和所述第四调节阀可调节地开放，进入各所述热力站的热网水流量增加，流经所述热网水旁路的热网水流量减少。
优选地，方法还包括补水步骤：
包括补水组件，所述补水组件包括一次网补水管、补水泵、第五调节阀和第二温压流测量仪，所述第二温压流测量仪、所述补水泵和所述第五调节阀沿水流方向依次设置在所述一次网补水管上，所述一次网补水管与所述一次网回水管连接；在所述一次网补水管与所述一次网回水管的连接处的所述一次网回水管的水流方向上游位置设有第三温压流测量仪；
根据所述第三温压流测量仪读取的压力数据，当所述一次网回水管中的压力低于设定压力时，所述第五调节阀开启，所述补水泵对一次网回水管进行补水；当所述一次网回水管中的压力不低于设定压力时，所述第五调节阀关闭，所述补水泵停止补水。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
上述技术方案中所提供的管网蓄热系统及调控方法，利用连接在一次网供水管和一次网回水管之间的热网水旁路，在适当的时间改变流经热力站的热网水流量和/或热网水温度，实现利用管网蓄热的功能。针对热电联产供热系统，充分利用现有庞大供热管网的储热能力，来增加热电联产机组的调峰能力，节省了新建储能装置的巨大投资成本；同时，在储热过程中，通过热网水旁路，实现了部分热网水不经过热力站，而直接返回至一次网回水管，避免了热力站吸热过多而引起过量供热，造成能源浪费的现象；另外，本技术方案利用引射装置以热网水旁路的高压的热网水为驱动源，对从所述热网水旁路与所述一次网回水管连接处的一次网回水管的水流方向上游处的热力站流出的低压的热网水进行提压，混合形成中压的热网水后通过所述一次网回水管输送回至热网首站，有效减少了高压热网水的压力损失，降低了循环水泵的耗电量，节约了能量，同时无需额外设置低压水源来对热网水旁路的高压的热网水进行降压，简化了应用场景，推广应用范围更大；在储放热过程中，通过调节热网水旁路的热网水流量，来保证各个热力站所需的热网水热量，在充分发挥现有供热管网储热能力的同时，还有效保证了各个热力站的供热需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明的实施方式中提供的管网蓄热系统的示意图。
附图标记说明：
1、热网首站；11、第四温压流测量仪；12、第三温压流测量仪；13、出水调节阀；14、进水调节阀；2、热力站；21、第三调节阀；22、第四调节阀；23、第一温压流测量仪；24、温压测量仪；3、循环水泵；4、一次网回水管；5、一次网供水管；6、热网水旁路；61、温流测量仪；62、第一调节阀；63、引射装置；64、第二调节阀；7、一次网补水管；71、补水泵；72、第五调节阀；73、第二温压流测量仪。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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。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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如附图1所示，本发明实施例提供了一种基于热网旁路喷射减压的管网蓄热系统，包括供热管网，热网水在供热管网中流动，供热管网包括热网首站1、热力站2、循环水泵3、一次网回水管4和一次网供水管5，热网首站1通过一次网回水管4和一次网供水管5与热力站2的一次网侧连通；热力站2的数量为n，n≥1，循环水泵3驱动热网水在热网首站1、热力站2、一次网回水管4和一次网供水管5之间流动。
热网首站1用于输出供热量，循环水泵3用于驱动热网水流动，一次网供水管5连接热网首站1与热力站2的进水口，将高压高温的热网水输送至热力站2，一次网回水管4连接热力站2的出水口与热网首站1，将降温降压后的热网水输送回热网首站1，经由循环水泵3加压驱动进入热网首站1加热后再输送至热力站2，由此进行循环。
针对热电联产供热系统，庞大的供热管网相当于天然的储热设备，但是当通过提升热网首站的供水温度来发挥供热管网的蓄热能力时，由于供水温度增加使得热网首站输出的总热量增加，而热网首站输出的热网水首先只能经过热力站换热后再返回至热网首站，此时热网首站1多供出的热量进入热力站2后，大部分被热力站2吸收后对外供出，而没有储存在供热管网里，致使热力站2过量供热，造成了能源浪费。
因此，本发明实施例的管网蓄热系统中，一次网供水管5与一次网回水管4之间安装有热网水旁路6；热网水旁路6和热网水旁路6与一次网回水管4连接处的一次网回水管4上设有调节组件，调节组件的主要作用在于，调节流经热网水旁路6的热网水的流量和压力。本发明实施例通过设置热网水旁路6，使得热网首站1输出的多余热量不再经过热力站2，而是通过热网水旁路6输送至一次网回水管4，从而实现热网首站1输出的多余热量储存在一次网供水管5与一次网回水管4，很好地发挥供热管网的蓄热能力。
具体的，热网水旁路6和热网水旁路6与一次网回水管4连接处的一次网回水管4上设置的调节组件，包括热网水旁路6上沿热网水流动方向设置的温流测量仪61和第一调节阀62，温流测量仪61用于检测流入热网水旁路6中的热网水的温度和流量，从而计算通过热网水旁路6的热网水的热量；第一调节阀62用于调节热网水旁路6中的热网水的流量，在不蓄热与不放热时处于常闭状态使热网水旁路6的流量为零，在蓄热时可调节地开放使流经热网水旁路6的热网水流量增加，在放热时可调节地关闭使热网水旁路6的热网水流量减少。第一调节阀62的开度控制方式如下：热网首站1的供热量减去流入各热力站2的热量，就是经过热网水旁路6的热量，根据需要流经热网水旁路6的热量，来调节第一调节阀62的开度，热网首站1的供热量和热力站2所需的热量均为可知参数。在蓄热时，将第一调节阀62的开度调大，使流经热网水旁路6的热网水流量增加，当需要流经热网水旁路6的热网水流量为最大设定值时，可将第一调节阀62完全打开；在放热时，将第一调节阀62的开度调小，若需要将供热管网中存储的热量完全放出，则可将第一调节阀62的开度调至最小，第一调节阀62完全关闭，使流经热网水旁路6的热网水流量减少，直至减少为零；若不需要将供热管网中存储的热量完全放出，则可将第一调节阀62的开度适当调小，使流经热网水旁路6的热网水流量减少至设定值即可。
调节组件还包括引射装置63和第二调节阀64，引射装置63和第二调节阀64的作用在于调节流经热网水旁路6的热网水的压力。具体的，第二调节阀64设置在热网水旁路6与一次网回水管4连接处的一次网回水管4上，引射装置63与第二调节阀64并联，用于将从热网水旁路6与一次网回水管4连接处的一次网回水管4的水流方向上游处的热力站2流出的热网水与从热网水旁路6流出的热网水混合，然后输入一次网回水管4，引射装置63与第二调节阀64的连接方式为：引射装置63的高压水进口与热网水旁路6的出水口连接，引射装置63的低压水进口与第二调节阀64的进水口连接，引射装置63的中压水出口与第二调节阀64的出水口连接。
第二调节阀64的作用在于：在不蓄热与不放热时处于常开状态，使从热网水旁路6与一次网回水管4连接处的一次网回水管4的水流方向上游处的热力站2流出的热网水全部通过第二调节阀64返回一次网回水管4，在蓄热时，第二调节阀64可调节地关闭，使从热网水旁路6与一次网回水管4连接处的一次网回水管4的水流方向上游处的热力站2流出的热网水更多地进入引射装置63，与从热网水旁路6出来的热网水混合，第二调节阀64可完全关闭，使所有从热网水旁路6与一次网回水管4连接处的一次网回水管4的水流方向上游处的热力站2流出的热网水全部进入引射装置63；在放热时，第一调节阀62逐渐关闭，从热网水旁路6流出的热网水流量降低，第二调节阀64可调节地开放，使从热网水旁路6与一次网回水管4连接处的一次网回水管4的水流方向上游处的热力站2流出的热网水更多地流经第二调节阀64，流经引射装置63的热网水流量减少，当第一调节阀62完全关闭，流经热网水旁路6的热网水流量为零，第二调节阀64完全开放，所有从热网水旁路6与一次网回水管4连接处的一次网回水管4的水流方向上游处的热力站2流出的热网水均经过第二调节阀64流回一次网回水管。
采用上述做法的目的在于：流经热网水旁路6的热网水为高温高压，而从热网水旁路6与一次网回水管4连接处的一次网回水管4的水流方向上游处的热力站2流出的热网水的温度和压力都较低，若热网水旁路6中的高压的热网水直接排入一次网回水管4中，则容易引起压力不均，影响回水效果，增加循环水泵3的负担，因此，本实施例利用引射装置63对从热网水旁路6中流出的热网水进行降压，同时，本实施例将引射装置63与第二调节阀64并联，利用从热网水旁路6与一次网回水管4连接处的一次网回水管4的水流方向上游处的热力站2流出的低压的热网水混合从热网水旁路6中流出的高压的热网水，形成中压的热网水，而后排入一次网回水管4中，减少了高压热网水的压力损失，同时改善回水效果，大大降低了循环水泵3的耗电量，节约了能量。引射装置63可以为常规的引射器，可从市场上采买。
本实施例的管网蓄热调控方法如下：
供热管网不蓄热和不放热时，控制第一调节阀62处于常闭状态，控制第二调节阀64处于全开状态，热网水旁路6的流量为零，由热网首站1输出的热网水经过一次网供水管5输送至热力站2，而后通过一次网回水管4输送回热网首站1，持续循环；
供热管网进行蓄热时，提高热网首站1的供热量，具体实现方式可以为，仅提高热网水的供水温度，或，仅提高热网水的供水流量，或，同时提高热网水的供水温度和供水流量；控制第一调节阀62可调节地开放，流经热网水旁路6的热网水流量增加，具体的，若采用仅提高热网水的供水温度的方式来提高热网首站1的供热量，则需减少进入热力站2的热网水流量，提高流经热网水旁路6的热网水流量；若采用仅提高热网水的供水流量的方式来提高热网首站1的供热量，则无需改变进入热力站2的热网水流量，将增加的热网水的供水流量通过热网水旁路6引回热网首站1即可；若同时提高热网水的供水温度和供水流量，则需要减少进入热力站2的热网水流量，提高流经热网水旁路6的热网水流量。
此时流经热网水旁路6的热网水为高温高压，控制第二调节阀64可调节地关闭，直至完全关闭，进入所述引射装置63的从热网水旁路6与一次网回水管4连接处的一次网回水管4的水流方向上游处的热力站2流出的热网水流量逐步增加，引射装置63将热网水旁路6的高压的热网水和从热网水旁路6与一次网回水管4连接处的一次网回水管4的水流方向上游处的热力站2流出的低压的热网水混合后形成中压的热网水，而后通过一次网回水管4返回热网首站1；
供热管网进行放热时，减少热网首站1的供热量，具体实现方式可以为，仅降低热网水的供水温度，或，仅降低热网水的供水流量，或，同时降低热网水的供水温度和供水流量，控制第一调节阀62可调节地关闭，流经热网水旁路6的热网水流量减少，具体的，若采用仅降低热网水的供水温度的方式来减少热网首站1的供热量，则需增加进入热力站2的热网水流量，减少流经热网水旁路6的热网水流量，第一调节阀62的开度逐渐减小；若采用仅降低热网水的供水流量的方式来降低热网首站1的供热量，则无需改变进入热力站2的热网水流量，逐步减少流经热网水旁路6的热网水流量，第一调节阀62的开度逐渐减小；若同时减少热网水的供水温度和供水流量，则需要增加进入热力站2的热网水流量，降低流经热网水旁路6的热网水流量，第一调节阀62的开度逐渐减小。同时，控制第二调节阀64可调节地开放，进入引射装置63的从热网水旁路6与一次网回水管4连接处的一次网回水管4的水流方向上游处的热力站2流出的热网水流量逐步减少，而通过第二调节阀64进入一次网回水管4的来自热网水旁路6与一次网回水管4连接处的一次网回水管4的水流方向上游处的热力站2的热网水流量逐步增加。
供热管网蓄热指的是，热电机组参与电网调峰需要降低机组出力时，通过增加热电机组的供热抽汽流量来降低机组出力，此时，热电机组增加抽汽流量产生的多余供热负荷利用管网蓄热系统储存，由于热电机组增加抽汽流量，热网首站1的供热量增加，若没有设置热网水旁路6，多余热量则会经过热力站2而被吸收对外供热，导致过量供热，造成能源浪费。
以热网首站1的供热量增加方式为仅提高热网水的供水温度为例，本实施例的管网蓄热系统在需要蓄热时，控制第一调节阀62可调节地开放，一次网供水管5中的部分热网水不流经热力站2，而是直接通过热网水旁路6回到一次网回水管4中，另一部分热网水继续流经热力站2，由于热网水的温度提高，热力站2供应的热量保持不变，流经热网水旁路6的热网水流量根据热网首站1的总供热量(热量＝流量×温差×比热容，下文有相关公式)，减去各热力站2的需求热量获得，此时，热网首站1增加的供热量储存在一次网回水管4、热网水旁路6和一次网供水管5之间，与该增加的供热量对应的热网水在一次网回水管4和一次网供水管5内流动，避免浪费。
同时，控制第二调节阀64可调节地关闭，直至完全关闭，从热网水旁路6与一次网回水管4连接处的一次网回水管4的水流方向上游处的热力站2流出的低压的热网水更多甚至全部通过引射装置63，而不再是通过第二调节阀64，流经热网水旁路6的高压的热网水则通过引射装置63和从热网水旁路6与一次网回水管4连接处的一次网回水管4的水流方向上游处的热力站2流出的低压的热网水混合形成中压的热网水，而后通过一次网回水管4返回热网首站1，进入引射装置63的来自热网水旁路6与一次网回水管4连接处的一次网回水管4的水流方向上游处的热力站2的热网水流量根据进入引射装置63的高压的热网水的流量和压力，进入引射装置63的低压的热网水的压力，与引射装置63需要输出的中压的热网水的压力获得，引射装置63可以测量进入引射装置63的高压的热网水的流量和压力、进入引射装置63的低压的热网水的流量和压力与引射装置63输出的中压的热网水的流量和压力。
供热管网放热指的是，热电机组参与电网调峰需要增加机组出力时，通过减少热电机组的供热抽汽流量来增加机组出力，此时，热电机组减少抽汽流量产生的不足供热负荷需要利用供热管网储热量的释放来满足，以热网首站1的供热量减少方式为仅降低热网水的供水温度为例，热网首站1的供热量减少，热网水的温度降低，控制第一调节阀62可调节地关闭，流经热网水旁路6的热网水流量减少，进入热力站2的热网水流量增加，保证热力站2的供热负荷一直处于平衡。此时，需同时结合热电机组的调峰需求安排和供热管网的蓄热量，来确定是否结束放热程序。若热电机组持续有增加机组出力的调峰需求，直至供热管网存储的热量全部放出后，结束供热管网放热过程，此时热网首站1的总供热量等于各热力站2的需求热量，第一调节阀62完全关闭；若供热管网还存储有蓄热量而热电机组有降低出力的调峰需求，则需要结束供热管网放热过程，而进入蓄热过程，此时增大第一调节阀62的开度，进行新一轮的蓄热程序。值得注意的是，无论供热管网存储的热量是否完全放出，依据调峰需求，可即时结束放热过程，开始蓄热过程，即放热过程结束时，供热管网中可以还留有蓄热量，也可以将存储的热量完全放出，具体根据调峰需求设置。
此时，流经热网水旁路6的热网水流量减少，甚至为零，控制第二调节阀64可调节地打开，直至完全打开，从热网水旁路6与一次网回水管4连接处的一次网回水管4的水流方向上游处的热力站2流出的低压的热网水更少甚至不通过引射装置63，而是直接通过第二调节阀64经由一次网回水管4返回热网首站1，第二调节阀64的调节开度是根据进入引射装置63的来自热网水旁路6与一次网回水管4连接处的一次网回水管4的水流方向上游处的热力站2的热网水流量来获得，具体利用进入引射装置63的高压的热网水的流量和压力，进入引射装置63的低压的热网水的压力，与引射装置63需要输出的中压的热网水的压力这些可测量的参数，以及引射装置63的压力匹配系数来计算获得。
上述实施例中描述了三种热网首站1改变供热量的调节方式，其中，采用改变热网首站1的热网水的供水温度的调节方式时，需要调节热力站2的热网水流量，因此，热力站2与一次网供水管5连接的进水管路上设有第三调节阀21和第一温压流测量仪23，第一温压流测量仪23用于测量进入热力站2的热网水的温度、压力和流量，热力站2与一次网回水管4连接的出水管路上设有第四调节阀22和温压测量仪24，温压测量仪24用于测量从热力站2出来的热网水的温度和压力。第三调节阀21和第四调节阀22用于调节热力站2的热网水流量的同时，还可以辅助调节流经热网水旁路6的热网水流量。根据热网首站1的总供热量，以及各个热力站2的需求热量，通过调节各热力站2的第三调节阀21和第四调节阀22的开度来控制流入热力站2的热网水流量，第三调节阀21和第四调节阀22为直接调节，热力站2的供热负荷平衡更容易调节。第三调节阀21、第一温压流测量仪23、第四调节阀22和温压测量仪24的数量与热力站2的数量相适配，热力站2的数量为n个，则第三调节阀21、第一温压流测量仪23、第四调节阀22和温压测量仪24的数量也为n个，n大于等于1。
具体的，第三调节阀21和第四调节阀22用于在蓄热时可调节地关闭使进入热力站2的热网水流量减少，流经热网水旁路6的热网水流量增加，在放热时可调节地开放使进入热力站2的热网水流量增加，热网水旁路6的热网水流量减少。设置了第一温压流测量仪23和温压测量仪24，可根据热网首站1的总供热量(具体反映在进出热网首站1的热网水的温度和流量)以及各个热力站的需求热量(具体反映在进出热力站2的热网水的温度和流量)来调节第三调节阀21和第四调节阀22的开度，保证热力站2的供热负荷处于平衡状态。
具体调控方法如下：
供热管网进行蓄热时，提高热网首站1的供热量，提高热网水的温度，控制第三调节阀21和第四调节阀22可调节地关闭，进入各热力站2的热网水流量减少，流经热网水旁路6的热网水流量增加；
供热管网进行放热时，减少热网首站1的供热量，降低热网水的温度，控制第三调节阀21和第四调节阀22可调节地开放，进入各热力站2的热网水流量增加，流经热网水旁路6的热网水流量减少直至为零。
为方便管网蓄热系统调控，热网首站1的出水口设有出水调节阀13，用于调节热网水的供水流量，热网首站1的进水口设有进水调节阀14，用于调节热网首站1的热网水的回水流量，循环水泵3设置在一次网回水管4靠近热网首站1进水口的位置，热网首站1的出水口处还设有第四温压流测量仪11，用于测量从热网首站1出来的热网水的温度、压力和流量，热网首站1的进水口还设有第三温压流测量仪12，用于测量从一次网回水管4进入热网首站1的热网水的温度、压力和流量。
本实施例中的所有调节阀均为电动调节阀门，所有的测量仪均为物联网流量计，可以进行测量数据的无线远程传输。
值得注意的是，本实施例中的调节阀可调节地开放和可调节地关闭指的是，调节阀的开度在完全打开和完全闭合之间调整；具体的，热力站2的第三调节阀21和第四调节阀22的开度调节，需要根据热力站2需求的热量来调节，从而控制流入各热力站2的热量。热网首站1的供热量减去流入各热力站2的热量，就是流经热网水旁路6的热量，根据需要流经热网水旁路6的热量，来调节第一调节阀62和第二调节阀64的开度，第一调节阀62和第二调节阀64均可完全打开或部分打开或完全闭合。
优选地，本实施例的管网蓄热系统还包括补水组件，补水组件包括一次网补水管7、补水泵71、第五调节阀72和第二温压流测量仪73，第二温压流测量仪73、补水泵71和第五调节阀72沿水流方向依次设置在一次网补水管7上，一次网补水管7与一次网回水管4连接。第三温压流测量仪12设置在所述一次网补水管7与所述一次网回水管4的连接处的所述一次网回水管4的水流方向上游位置，热网水先经过第三温压流测量仪12检测后，流经一次网回水管4与一次网补水管7的连接处。第五调节阀72用于在第三温压流测量仪12检测到一次网回水管4中的压力低于设定压力时开启以及在第三温压流测量仪12检测到一次网回水管4中的压力不低于设定压力时关闭。
具体补水步骤包括：
根据第三温压流测量仪12读取的压力数据，当一次网回水管4中的压力低于设定压力时，第五调节阀72开启，补水泵71对一次网回水管4进行补水；当一次网回水管4中的压力不低于设定压力时，第五调节阀72关闭，补水泵71停止补水。
上述实施例中，热网水旁路6设置在第j个热力站2处，1≤j≤n,第二调节阀64设在第j个热力站2处的一次网回水管4上，为提高管网蓄热效果，优化热网水旁路6的设置位置，热网水旁路6设置在第j个热力站2处中的j依据下列方法设计：
首先，根据循环水泵3的设计流量来确定供热管网的最大热网水流量Gr，循环水泵3的设计流量G0(单位：t/h)为已知参数，可知最大热网水流量为Gr＝G0，再根据热电联产机组进行电力调峰时需要的储热量来确定供热管网所需的最小储热量；供热管网所需的最小储热量Qmin(单位：GJ)为已知参数；
其次，根据高寒期各热力站2所需的最大供热负荷Wi(单位：GJ/h，1≤i≤n)与供热管网的最大热网供回水温差来确定高寒期各热力站2所需的最小热网水流量
Figure BDA0003440691980000201
(单位：t/h，1≤i≤n)；其中，供热管网的热网水的供水温度和热网水的回水温度分别为T01(单位：℃)和T02(单位：℃)，为已知的预设参数，实际温度可由第四温压流测量仪11、第三温压流测量仪12和第二温压流测量仪73测量获得，并对应调整至预设参数；基于此，最小热网水流量
Figure BDA0003440691980000202
为：
Figure BDA0003440691980000211
然后，根据采暖期各热力站2所需的最小热网热网水量
Figure BDA0003440691980000212
与供热管网的最大热网热网水量Gr来确定采暖期供热管网可用于蓄热的最大热网热网水量Gs，
Figure BDA0003440691980000213
再者，根据循环水泵3的设计扬程H0(单位：m)与采暖期供热管网连接各热力站2的不同管段阻力损失来确定j的最大可取值Amax；其中，循环水泵3的设计扬程H0(单位：m)、供热管网的当量绝对粗糙度为K(单位：m)，供热管网的局部阻力当量长度百分比为
Figure BDA0003440691980000214
(单位：％)，供热管网连接各热力站2的管段长度和管段直径分别为Li(单位：m)和Di(单位：m)等均为设计时的已知参数；
根据供热管网所需的最小储热量来确定j的最小可取值Bmin；
根据如下关系式确定j的最终取值：
当Bmin≥Amax时，j的最终取值为Amax；
当Bmin＜Amax时，此时若供热管网的散热损失率和漏水损失率可以忽略时，j的最终取值为Amax，若供热管网的散热损失率和漏水损失率不可以忽略时，j的最终取值为Bmin。散热损失率根据各个测量仪测得的热网水参数来计算获得，漏水损失率根据补水组件的补水量来判定。当供热管网的散热损失率和漏水损失率优于行业内的先进水平值时，则供热管网的散热损失率和漏水损失率可以忽略，行业内的先进水平值参照CJJ/T185-2012标准取值时，则漏水损失率按照不应大于0.3％取值，散热损失率按照沿程温降不大于0.1℃/Km来计算取值。
具体的，根据循环水泵3的设计扬程H0(单位：m)与采暖期供热管网连接各热力站2的不同管段阻力损失来确定j的最大可取值Amax的计算方式为：
计算连接各热力站2的不同管段中热网热网水量
Figure BDA0003440691980000221
公式为，
Figure BDA0003440691980000222
计算连接各热力站2的不同管段沿程阻力损失Rx(单位：Pa/m)，公式为，
Figure BDA0003440691980000223
计算采暖期供热管网的总压降，公式为：
Figure BDA0003440691980000224
进行循环水泵3的设计扬程H0与采暖期供热管网的总压降的对比，根据关系式，
10×H0≥0.002×Pz，
得出j的最大可取值为Amax；
其中，循环水泵3的设计扬程H0为已知参数，K(单位：m)为供热管网的当量绝对粗糙度，
Figure BDA0003440691980000231
(单位：％)为供热管网的局部阻力当量长度百分比，Li(单位：m，1≤i≤n)为供热管网连接各热力站的管段长度，和Di(单位：m，1≤i≤n)为供热管网连接各热力站2的管段直径，ρ(单位：kg/m3)为热网水的密度。
具体的，根据供热管网所需的最小储热量来确定j的最小可取值Bmin的计算方式为：
供热管网的设计储热量计算公式为：
Figure BDA0003440691980000232
其中，根据关系式：Qe≥Qmin，得出j的最小值为Bmin，其中，ρ(单位：kg/m3)为热网水的密度，C(单位：J/(kg·℃))为热网水的比热容。
基于上述计算方式，获得j的取值，确定热网水旁路6的设置位置，满足管网蓄热的使用要求。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种基于热网旁路喷射减压的管网蓄热系统，其特征在于，包括供热管网，所述供热管网包括热网首站、热力站、循环水泵、一次网回水管和一次网供水管，所述热网首站通过所述一次网回水管和所述一次网供水管与所述热力站的一次网侧连通；所述热力站的数量为n，n≥1，所述循环水泵驱动热网水在所述热网首站、所述热力站、所述一次网回水管和所述一次网供水管之间流动，其中，
所述一次网供水管与所述一次网回水管之间安装有热网水旁路；所述热网水旁路和所述热网水旁路与所述一次网回水管连接处的一次网回水管上设有调节组件，所述调节组件包括第一调节阀、温流测量仪、引射装置和第二调节阀，所述温流测量仪和所述第一调节阀沿热网水动方向依次设置在所述热网水旁路上，所述第二调节阀设置在所述热网水旁路与所述一次网回水管连接处的一次网回水管上，所述引射装置与所述第二调节阀并联，所述引射装置的高压水进口与所述热网水旁路的出水口连接，所述引射装置的低压水进口与所述第二调节阀的进水口连接，所述引射装置的中压水出口与所述第二调节阀的出水口连接，所述引射装置用于将从所述热网水旁路与所述一次网回水管连接处的一次网回水管的水流方向上游处的热力站流出的热网水和从所述热网水旁路流出的热网水混合后输入所述一次网回水管。
所述热网首站的出水口设有出水调节阀，所述热网首站的进水口设有进水调节阀，所述出水调节阀用于调节热网水的供水流量；所述进水调节阀用于调节热网水的回水流量；
所述热网首站用于在所述供热管网进行蓄热时增加供热量，提高热网水的供水温度和/或供水流量，和，在所述供热管网进行放热时减少供热量，降低热网水的供水温度和/或供水流量；
所述第一调节阀用于在所述供热管网不蓄热与不放热时处于常闭状态使所述热网水旁路的流量为零，在蓄热时可调节地开放使流经所述热网水旁路的热网水流量逐步增加，在放热时可调节地关闭使所述热网水旁路的热网水流量逐步减少；
所述第二调节阀用于在所述供热管网不蓄热与不放热时处于常开状态，在蓄热时可调节地关闭，使流经所述引射装置的热网水流量增加，在放热时可调节地开放，使流经所述引射装置的热网水流量减少。
2.如权利要求1所述的基于热网旁路喷射减压的管网蓄热系统，其特征在于，
所述热力站与所述一次网供水管连接的进水管路上设有第三调节阀和第一温压流测量仪，所述热力站与所述一次网回水管连接的出水管路上设有第四调节阀和温压测量仪；
所述第三调节阀和所述第四调节阀用于在蓄热时可调节地关闭使进入所述热力站的热网水流量减少，流经所述热网水旁路的热网水流量增加，在放热时可调节地开放使进入所述热力站的热网水流量增加，所述热网水旁路的热网水流量减少。
3.如权利要求1所述的基于热网旁路喷射减压的管网蓄热系统，其特征在于，还包括补水组件，所述补水组件包括一次网补水管、补水泵、第五调节阀和第二温压流测量仪，所述第二温压流测量仪、所述补水泵和所述第五调节阀沿水流方向依次设置在所述一次网补水管上，所述一次网补水管与所述一次网回水管连接；
在所述一次网补水管与所述一次网回水管的连接处的所述一次网回水管的水流方向上游位置设有第三温压流测量仪，所述第五调节阀用于在所述第三温压流测量仪检测到所述一次网回水管中的压力低于设定压力时开启以及在所述第三温压流测量仪检测到所述一次网回水管中的压力不低于设定压力时关闭；
所述热网首站的出水口设有第四温压流测量仪。
4.如权利要求1所述的基于热网旁路喷射减压的管网蓄热系统，其特征在于，所述热网水旁路设置在第j个热力站处，1≤j≤n,所述第二调节阀设在第j个热力站处的所述一次网回水管上。
5.如权利要求4所述的基于热网旁路喷射减压的管网蓄热系统，其特征在于，所述热网水旁路设置在第j个热力站处中的j依据下列方法计算所得：
根据所述循环水泵的设计流量G0(单位：t/h)来确定供热管网的最大热网热网水量Gr，
Gr＝G0；
根据热电联产机组进行电力调峰时需要的储热量来确定供热管网所需的最小储热量Qmin(单位：GJ)；
根据采暖期各所述热力站所需的最大供热负荷Wi(单位：GJ/h，1≤i≤n)与所述供热管网的最大热网供回水温差来确定采暖期各所述热力站所需的最小热网热网水量
Figure FDA0003440691970000031
(单位：t/h，1≤i≤n)，所述供热管网的热网水的供水温度和热网水的回水温度分别为T01(单位：℃)和T02(单位：℃)，
Figure FDA0003440691970000032
根据采暖期各热力站所需的最小热网热网水量
Figure FDA0003440691970000033
与供热管网的最大热网热网水量Gr来确定采暖期供热管网可用于蓄热的最大热网热网水量Gs，
Figure FDA0003440691970000041
根据循环水泵的设计扬程H0(单位：m)与采暖期供热管网连接各热力站的不同管段阻力损失来确定j的最大可取值Amax；
根据供热管网所需的最小储热量来确定j的最小可取值Bmin；
根据如下关系式确定j的最终取值：
当Bmin≥Amax时，j的最终取值为Amax；
当Bmin＜Amax时，此时若供热管网的散热损失率和漏水损失率可以忽略时，j的最终取值为Amax，若供热管网的散热损失率和漏水损失率不可以忽略时，j的最终取值为Bmin。
6.如权利要求5所述的基于热网旁路喷射减压的管网蓄热系统，其特征在于，
根据循环水泵的设计扬程H0(单位：m)与采暖期供热管网连接各热力站的不同管段阻力损失来确定j的最大可取值Amax的计算方式为：
计算连接各热力站的不同管段中热网热网水量
Figure FDA0003440691970000042
公式为，
Figure FDA0003440691970000043
计算连接各热力站的不同管段沿程阻力损失Rx(单位：Pa/m)，公式为，
Figure FDA0003440691970000051
计算采暖期供热管网的总压降，公式为：
Figure FDA0003440691970000052
进行循环水泵的设计扬程H0与采暖期供热管网的总压降的对比，根据关系式，10×H0≥0.002×Pz，得出j的最大可取值为Amax；
其中，循环水泵的设计扬程H0为已知参数，K(单位：m)为供热管网的当量绝对粗糙度，
Figure FDA0003440691970000053
(单位：％)为供热管网的局部阻力当量长度百分比，Li(单位：m，1≤i≤n)为供热管网连接各热力站的管段长度，和Di(单位：m，1≤i≤n)为供热管网连接各热力站的管段直径，ρ(单位：kg/m3)为热网水的密度。
7.根据权利要求5所述的基于热网旁路喷射减压的管网蓄热系统，其特征在于，
根据供热管网所需的最小储热量来确定j的最小可取值Bmin的计算方式为：
供热管网的设计储热量计算公式为：
Figure FDA0003440691970000061
其中，
根据关系式：Qe≥Qmin，得出j的最小值为Bmin，其中，ρ(单位：kg/m3)为热网水的密度，C(单位：J/(kg·℃))为热网水的比热容。
8.一种基于热网旁路喷射减压的管网蓄热调控方法，其特征在于，采用如权利要求1至7任一项的管网蓄热系统，包括如下方法：
所述供热管网不蓄热与不放热时，控制所述第一调节阀处于常闭状态，控制所述第二调节阀处于全开状态，所述热网水旁路的流量为零，由所述热网首站输出的热网水经过所述一次网供水管输送至所述热力站，而后通过所述一次网回水管输送回所述热网首站，持续循环；
所述供热管网进行蓄热时，提高所述热网首站的供热量，提高热网水的供水温度和/或供水流量，控制所述第一调节阀可调节地开放，流经所述热网水旁路的热网水流量逐步增加，控制所述第二调节阀可调节地关闭，进入所述引射装置的从所述一次网回水管水流方向上游处的热力站流出的热网水流量逐步增加，所述引射装置将所述热网水旁路的热网水和从所述热力站流出的热网水混合，而后通过所述一次网回水管返回所述热网首站；
所述供热管网进行放热时，减少所述热网首站的供热量，降低热网水的供水温度和/或供水流量，控制所述第一调节阀可调节地关闭，流经所述热网水旁路的热网水流量逐步减少，控制所述第二调节阀可调节地开放，进入所述引射装置的从所述一次网回水管水流方向上游处的热力站流出的热网水流量逐步减少。
9.根据权利要求8所述的基于热网旁路喷射减压的管网蓄热调控方法，其特征在于，所述热力站与所述一次网供水管连接的进水管路上设有第三调节阀和第一温压流测量仪，所述热力站与所述一次网回水管连接的出水管路上设有第四调节阀和温压测量仪；
所述供热管网进行蓄热时，提高所述热网首站的供热量，提高热网水的供水温度，控制所述第三调节阀和所述第四调节阀可调节地关闭，进入各所述热力站的热网水流量减少，流经所述热网水旁路的热网水流量增加；
所述供热管网进行放热时，减少所述热网首站的供热量，降低热网水的供水温度，控制所述第三调节阀和所述第四调节阀可调节地开放，进入各所述热力站的热网水流量增加，流经所述热网水旁路的热网水流量减少。
10.根据权利要求8所述的基于热网旁路喷射减压的管网蓄热调控方法，其特征在于，还包括补水步骤：
包括补水组件，所述补水组件包括一次网补水管、补水泵、第五调节阀和第二温压流测量仪，所述第二温压流测量仪、所述补水泵和所述第五调节阀沿水流方向依次设置在所述一次网补水管上，所述一次网补水管与所述一次网回水管连接；在所述一次网补水管与所述一次网回水管的连接处的所述一次网回水管的水流方向上游位置设有第三温压流测量仪；
根据所述第三温压流测量仪读取的压力数据，当所述一次网回水管中的压力低于设定压力时，所述第五调节阀开启，所述补水泵对一次网回水管进行补水；当所述一次网回水管中的压力不低于设定压力时，所述第五调节阀关闭，所述补水泵停止补水。
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