CN114754395B - 一种基于四级背压串级加热的供热系统及调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于四级背压串级加热的供热系统及调节方法，包括汽轮机低压侧低压缸、汽轮机高压侧低压缸、汽轮机中压缸、低压侧凝汽器、高压侧凝汽器、间冷塔和主机循环水泵，及汽轮机凝汽器调节机组、热压机组、热压机凝汽器调节机组和加热器调节机组。本发明将汽轮机凝汽器调节机组、热压机凝汽器调节机组和加热器调节机组串连接入热网循环水管路，经调节机组配合汽轮机低压侧低压缸、汽轮机高压侧低压缸、汽轮机中压缸、低压侧凝汽器和高压侧凝汽器及热压机组对热网循环水温度进行优化调节，最大程度利用机组乏汽，运行调节灵活，使供热具有更高经济性,在保证机组安全运行前提下，使供热整体经济性达到最优，适用于电厂供热技术领域。

Description

一种基于四级背压串级加热的供热系统及调节方法

技术领域

本发明属于电厂供热技术领域，具体的说，涉及一种基于四级背压串级加热的供热系统及调节方法。

背景技术

“十四五”规划纲要提出，力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和，为了实现这“双碳”目标，除了大力发展新能源及可再生能源外，重点耗能企业的节能减排也面临着新的机遇与调整，而对于火电机组而言，热电联产便是实现节能减排最为直接和有效的手段。火力发电厂作为供热的主力军，近些年来面对外界不断的热负荷增长需求，也在通过各种形式的供热改造适应新形势的发展，改造的主要原则是使燃煤产生的高品位热能用于发电，而低品位能用于供热，不仅可以提高电厂总体发电效率，很大程度的合理利用资源，也提高了煤炭的利用效率，减少电厂能量以及热量的损失。

目前常规供热改造中提高低品位能占比的供热方式主要有：高背压供热改造、热泵供热改造、热压机乏汽供热改造等。高背压供热改造目前国内水冷机组、直接空冷机组及间冷机组均有应用，技术成熟，乏汽利用效率高，但其应用受到供热面积及热网循环水量的影响，且热、电调节性能较差，不利于目前火电机组深度调峰的大趋势；热泵供热改造比较灵活，不受循环水流量及供热面积的影响，但是初投资较大，而且热泵效率逐年降低、维护量偏大；热压机乏汽供热技术是近几年兴起的一种新的供热改造形式，通过热压机抽吸乏汽加热热网循环水，从而能提高低品位能的利用效率，提高供热的经济性，该供热技术对供热规模及循环水流量的适应范围较广，目前主要用于直接空冷机组及间冷机组的供热改造。

申请号为CN201910279825.4的一种间接空冷机组高背压供热系统与调节方法的发明专利公开了一种哈蒙式间冷机组的供热技术，热网循环水依次通过板式换热器、前置热网凝汽器、蒸汽喷射凝汽器、尖峰加热器实现了四级梯级加热，调节灵活、低品位能利用效率高，但是从其专利附图中即可了解到，对于双背压间冷机组，其只利用了高背压凝汽器的乏汽，而低背压的乏汽只有少部分通过板式换热器从循环水中回收，大部分还是经循环水带到冷却塔散失掉，乏汽利用效率有待进一步的提高；另外第一级换热采用板式换热器(水-水换热)，如果解决换热端差的问题，就会使板式换热器面积大大增加，初投资较大。

综上所述，目前电厂供热面临如下技术问题：

1、高背压供热技术依赖于大面积供热负荷、大循环水流量的供热工况，且热负荷与电负荷的匹配性较差；

2、热泵供热技术初投资高、热泵效率会逐年衰减，而且每年维护量大大增加；

3、目前公开的间冷机组热压机供热技术，未考虑双背压乏汽同时利用的情况，乏汽利用效率可进一步提高。

4、目前关于热压机供热还欠缺优化调节的运行方式和手段。

发明内容

本发明提供一种基于四级背压串级加热的供热系统，用于解决目前电厂供热面临上述的技术问题。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于四级背压串级加热的供热系统，适用于双背压哈蒙式间接空冷汽轮机组，包括汽轮机低压侧低压缸、汽轮机高压侧低压缸、汽轮机中压缸、低压侧凝汽器、高压侧凝汽器、间冷塔和主机循环泵，以及汽轮机凝汽器调节机组、热压机组、热压机凝汽器调节机组和加热器调节机组；

所述汽轮机低压侧低压缸和汽轮机高压侧低压缸的进汽口分别与汽轮机中压缸的排汽口相连接，汽轮机低压侧低压缸和汽轮机高压侧低压缸的排汽口分别与低压侧凝汽器和高压侧凝汽器的进汽口相连接；

主机循环水从间冷塔的出水口流出，经主机循环水泵升压后由低压侧凝汽器的入口流入，由高压侧凝汽器的出口流出，依次经过低压侧凝汽器、高压侧凝汽器换热后流入间冷塔冷却；

所述汽轮机凝汽器调节机组、热压机凝汽器调节机组和加热器调节机组串连于热网循环水的管路之中，热压机凝汽器调节机组与加热器调节机组之间设有热网循环泵；

所述低压侧凝汽器经管道与汽轮机凝汽器调节机组的进汽口相连，高压侧凝汽器经管道分别与汽轮机凝汽器调节机组的进汽口和热压机组的低压入口相连，且汽轮机中压缸的排汽口经管道分别与汽轮机低压侧低压缸的进汽口、汽轮机高压侧低压缸的进汽口、热压机组的高压入口和加热器调节机组的进汽口相连，热压机组的出口经管道与热压机凝汽器调节机组相连；

所述汽轮机凝汽器调节机组包括串连于热网循环水管路中的前置低背压凝汽器和前置高背压凝汽器，前置低背压凝汽器的进水口和前置高背压凝汽器出水口分别设有热网循环水回水阀和前置凝汽器水侧出口阀；

所述热压机组包括热压机Ⅰ和热压机Ⅱ，热压机Ⅰ、热压机Ⅱ的低压入口分别经管道与高压侧凝汽器相连，高压入口分别经管道与汽轮机中压缸排汽相连，出口分别经管道与热压机凝汽器调节机组相连。

进一步的，所述前置低背压凝汽器和前置高背压凝汽器并联有前置凝汽器循环水旁路，前置凝汽器循环水旁路设有前置凝汽器水侧旁路阀。

进一步的，所述热压机凝汽器调节机组包括串连于热网循环水管路中的热压机Ⅰ凝汽器和热压机Ⅱ凝汽器，热压机Ⅰ凝汽器和热压机Ⅱ凝汽器的进汽口分别与热压机Ⅰ和热压机Ⅱ的出口相连，热压机Ⅰ凝汽器的进水口和热压机Ⅱ凝汽器的出水口分别设有热压机凝汽器水侧入口阀和热压机凝汽器水侧出口阀。

进一步的，所述热压机Ⅰ凝汽器和热压机Ⅱ凝汽器并联有热压机凝汽器循环水旁路，热压机凝汽器循环水旁路设有热压机凝汽器水侧旁路阀。

进一步的，所述加热器调节机组包括热网加热器，热网加热器的进口和出口分别设有热网加热器水侧入口阀和热网加热器水侧出口阀，热网加热器的进汽口经管路与汽轮机中压缸的排汽口相连。

进一步的，所述热网加热器并联有热网加热器循环水旁路，热网加热器循环水旁路设有热网加热器水侧旁路阀。

本发明还公开了一种用于上述基于四级背压串级加热的供热系统的调节方法，包括如下四种运行工况下对应的调节方法：

定义P_b为高压侧凝汽器的运行背压，T_b为P_b压力下对应的饱和温度，ΔT_b,g为前置高背压凝汽器的设计端差，P_Ⅰ为热压机Ⅰ设计出口压力，T_Ⅰ为P_Ⅰ压力下对应的饱和温度，ΔT_Ⅰ为热压机Ⅰ凝汽器的设计端差，P_Ⅱ为热压机Ⅱ设计出口压力(P_Ⅱ＞P_Ⅰ)，T_Ⅱ为P_Ⅱ压力下对应的饱和温度，ΔT_Ⅱ为热压机Ⅱ凝汽器的设计端差，T'_g为热网循环水供水温度，T_g为热网循环水设计供水温度；

运行工况一、当T'_g≤T_b-ΔT_b,g，汽轮机凝汽器调节机组投入运行，热网循环水经前置低背压凝汽器、前置高背压凝汽器串联加热后供给到热用户；

运行工况二、T_b-ΔT_b,g＜T'_g≤T_Ⅰ-ΔT_Ⅰ，汽轮机凝汽器调节机组和热压机Ⅰ及热压机Ⅰ凝汽器投入运行，热网循环水经前置低背压凝汽器、前置高背压凝汽器、热压机Ⅰ凝汽器串联加热后供给到热用户；

运行工况三、T_Ⅰ-ΔT_Ⅰ＜T'_g≤T_Ⅱ-ΔT_Ⅱ，汽轮机凝汽器调节机组、热压机组及热压机凝汽器调节机组投入运行，热网循环水经前置低背压凝汽器、前置高背压凝汽器、热压机Ⅰ凝汽器、热压机Ⅱ凝汽器串联加热后供给到热用户；

运行工况四、T_Ⅱ-ΔT_Ⅱ＜T'_g≤T_g，汽轮机凝汽器调节机组、热压机凝汽器调节机组和加热器调节机组均投入运行，热网循环水经前置低背压凝汽器、前置高背压凝汽器、热压机Ⅰ凝汽器、热压机Ⅱ凝汽器、热网加热器串联加热后供给到热用户。

进一步的，所述前置低背压凝汽器和前置高背压凝汽器的背压控制优先顺序如下：

第一优先级：通过间冷塔扇区百叶窗的开度进行调整；

第二优先级：通过主机循环水泵控制主机循环水流量进行调整；

第三优先级：在前置低背压凝汽器和前置高背压凝汽器设置前置凝汽器循环水旁路，通过调整前置凝汽器循环水旁路侧的水流量，控制前置低背压凝汽器和前置高背压凝汽器侧的水流量进行调整；

第四优先级：通过控制前置低背压凝汽器和前置高背压凝汽器侧的水流量进行调节。

进一步的，通过下面的函数关系式来控制汽轮机组的背压及汽轮机中压缸排汽的抽汽量，从而实现供热系统中供热方式的最优运行调节：

G_b＝f(W,G_c)

P_b≤f(G_b)

G_b＝G_H+G_L

其中各参数的意义如下:

E_H为表征综合供热经济指标的量,即汽轮机乏汽回收量带来的收益和汽轮机因高压测凝汽器及低压侧凝汽器的背压提高造成的发电损失的综合指标，MAX(E_H)即为指标达到最优；

P_b为高压侧凝汽器的运行背压，即机组背压；

G_re为热网循环水流量；

T_in为热网循环水回水温度；

W为汽轮机的发电负荷；

G_c为用于加热热网循环水的汽轮机中压缸排汽的抽汽量；

φ₁为主机循环水泵的运行方式,指的是：一台或两台主机循环水泵运行以及变频运行的频率，其中φ₁＝f(n₁,f_Hz)，n₁为主机循环水泵的运行台数，f_Hz为主机循环水泵的运行频率；

φ₂为间冷塔的运行方式,具体指的是：投运的扇区情况以及百叶窗的开度，即φ₂＝f(n₂,θ)，其中n₂为扇区的投入数量，θ为投运扇区百叶窗的开度；

φ₃为前置低背压凝汽器、前置高背压凝汽器、热压机Ⅰ凝汽器、热压机Ⅱ凝汽器的综合运行性能参数,其中φ₃＝f(ΔT'_b,d,ΔT'_b,g,ΔT'_Ⅰ,ΔT'_Ⅱ)，ΔT'_b,d为前置低背压凝汽器运行端差，ΔT'_b,g为前置高背压凝汽器运行端差，ΔT'_Ⅰ热压机Ⅰ凝汽器运行端差，ΔT'_Ⅱ热压机Ⅱ凝汽器运行端差；

φ₄为热压机Ⅰ、热压机Ⅱ设备运行综合性能参数，即φ₄＝f(μ_Ⅰ,μ_Ⅱ)，其中μ_Ⅰ、μ_Ⅱ分别为热压机Ⅰ、热压机Ⅱ的引射系数；

t为环境温度；

G_b为汽轮机低压侧低压缸和汽轮机高压侧低压缸的总排汽量，即机组排气流量，汽轮机低压侧低压缸、汽轮机高压侧低压缸的排汽统称为乏汽；

G_H为热网循环水利用的乏汽量，即供热利用的乏汽量；

G_L为间冷塔运行的最小防冻冷却热量所对应的乏汽量，即防冻冷却流量；

G_b、G_H、G_L间有简单的流量平衡关系，即G_b＝G_H+G_L；通过运行优化，热网循环水可消耗所有乏汽，此种工况下G_L为0，可切除间冷塔运行。

本发明由于采用了上述的系统结构及调节方法，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：

(1)将汽轮机凝汽器调节机组、热压机凝汽器调节机组和加热器调节机组串连接入热网循环水的管路中，并通过上述调节机组配合汽轮机低压侧低压缸、汽轮机高压侧低压缸、汽轮机中压缸、低压侧凝汽器和高压侧凝汽器以及热压机组对热网循环水的温度进行优化调节，最大程度的利用了汽轮机的乏汽，运行调节灵活，使供热具有更高的经济性,同时，通过优化调节，在保证机组安全运行的前提下，使供热整体能济性达到最优；

(2)热网循环水依次经过前置低背压凝汽器、前置高背压凝汽器、热压机凝汽器Ⅰ、热压机凝汽器Ⅱ、热网加热器进行加热，整体系统五级梯级加热热网循环水，根据供暖期热网循环水供水温度的不同需求，逐步分梯级的投入各级加热系统，在满足供热需求的同时，提高间冷机组乏汽利用效率，从而提高间冷机组供热的经济性；

(3)根据不同时期供热期间环境温度和热负荷情况，通过优化运行调节方式，改变间冷机组背压和抽汽，在满足间冷塔的防冻的前提下，有效解决供热和电负荷间的非耦合性，实现热、电的灵活调节。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

在附图中：

图1为本发明实施例的结构示意图；

标注部件：101-汽轮机低压侧低压缸，102-汽轮机高压侧低压缸，103-低压侧凝汽器，104-高压侧凝汽器，105-热压机Ⅰ，106-热压机Ⅱ，107-前置低背压凝汽器，108-前置高背压凝汽器，109-热压机Ⅰ凝汽器，110-热压机Ⅱ凝汽器，111-热网加热器，112-热网循环泵，113-主机循环水泵，114-间冷塔，115-汽轮机中压缸；

201-主机循环水，202-汽轮机中压缸排汽，203-热网循环水，204-前置凝汽器循环水旁路，205-热压机凝汽器循环水旁路，206-热网加热器循环水旁路；

301-低压缸进汽蝶阀，302-前置低背压凝汽器进汽阀，303-前置高背压凝汽器进汽阀，304-主机循环水进口蝶阀，305-主机循环水出口蝶阀，306-热压机Ⅰ乏汽进汽阀，307-热压机Ⅱ乏汽进汽阀，308-热压机Ⅰ动力蒸汽进汽阀，309-热压机Ⅱ动力蒸汽进汽阀，310-热网加热器进汽阀，311-热网循环水回水阀，312-前置凝汽器水侧出口阀，313-前置凝汽器水侧旁路阀，314-热压机凝汽器水侧入口阀，315-热压机凝汽器水侧出口阀，316-热压机凝汽器水侧旁路阀，317-热网加热器水侧入口阀，318-热网加热器水侧出口阀，319-热网加热器水侧旁路阀。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明。应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明公开了一种基于四级背压串级加热的供热系统，如图1所示，适用于哈蒙式双背压间接空冷汽轮机组，包括汽轮机低压侧低压缸101、汽轮机高压侧低压缸102、汽轮机中压缸115、低压侧凝汽器103、高压侧凝汽器104、间冷塔114和主机循环水泵113，以及汽轮机凝汽器调节机组、热压机组、热压机凝汽器调节机组和加热器调节机组；

所述汽轮机低压侧低压缸101和汽轮机高压侧低压缸102的进汽口分别与汽轮机中压缸115的排汽口相连接，汽轮机低压侧低压缸101和汽轮机高压侧低压缸102的排汽口分别与低压侧凝汽器103和高压侧凝汽器104的进汽口相连接；

所述主机循环水201从间冷塔114的出水口流出，经主机循环水泵113升压后由低压侧凝汽器103的入口流入，由高压侧凝汽器104的出口流出，依次经过低压侧凝汽器103、高压侧凝汽器104换热后流入间冷塔114冷却；

所述汽轮机凝汽器调节机组、热压机凝汽器调节机组和加热器调节机组串连于热网循环水203的管路之中，热压机凝汽器调节机组与加热器调节机组之间设有热网循环泵112；

所述低压侧凝汽器103经管道与汽轮机凝汽器调节机组的进汽口相连，高压侧凝汽器104经管道分别与汽轮机凝汽器调节机组的进汽口和热压机组的低压入口相连，且汽轮机中压缸115的排汽口经管道分别与汽轮机低压侧低压缸101的进汽口、汽轮机高压侧低压缸102的进汽口、热压机组的高压入口和加热器调节机组的进汽口相连，热压机组的出口经管道与热压机凝汽器调节机组相连。

作为本发明一个优选的实施例，所述汽轮机凝汽器调节机组包括串连于热网循环水203管路中的前置低背压凝汽器107和前置高背压凝汽器108，前置低背压凝汽器107的进水口和前置高背压凝汽器108出水口分别设有热网循环水回水阀311和前置凝汽器水侧出口阀312。所述前置低背压凝汽器107和前置高背压凝汽器108并联有前置凝汽器循环水旁路204，前置凝汽器循环水旁路204设有前置凝汽器水侧旁路阀313。所述热压机组包括热压机Ⅰ105和热压机Ⅱ106，热压机Ⅰ105、热压机Ⅱ106的低压入口经管道分别与高压侧凝汽器104相连，高压入口经管道分别与汽轮机中压缸115的排汽口相连，出口经管道分别与热压机凝汽器调节机组相连。

所述热压机凝汽器调节机组包括串连于热网循环水203管路中的热压机Ⅰ凝汽器109和热压机Ⅱ凝汽器110，热压机Ⅰ凝汽器109和热压机Ⅱ凝汽器110的进汽口分别与热压机Ⅰ105和热压机Ⅱ106的出口相连，热压机Ⅰ凝汽器109的进水口和热压机Ⅱ凝汽器110的出水口分别设有热压机凝汽器水侧入口阀314和热压机凝汽器水侧出口阀315。所述热压机Ⅰ凝汽器109和热压机Ⅱ凝汽器110并联有热压机凝汽器循环水旁路205，热压机凝汽器循环水旁路205设有热压机凝汽器水侧旁路阀316。所述加热器调节机组包括热网加热器111，热网加热器111的进口和出口分别设有热网加热器水侧入口阀317和热网加热器水侧出口阀318，热网加热器111的进汽口经管路与汽轮机中压缸115的排汽口相连。所述热网加热器111并联有热网加热器循环水旁路206，热网加热器循环水旁路206设有热网加热器水侧旁路阀319。

所述汽轮机低压侧低压缸101和汽轮机高压侧低压缸102的入口设有低压缸进汽蝶阀301，用于调节进汽流量，低压侧凝汽器103的出口设有前置低背压凝汽器进汽阀302，高压侧凝汽器104的出口设有前置高背压凝汽器进汽阀303，主机循环水泵113与低压侧凝汽器103之间设有主机循环水进口蝶阀304，间冷塔114与高压侧凝汽器104之间设有主机循环水出口蝶阀305，热压机Ⅰ105的低压入口设有热压机Ⅰ乏汽进汽阀306，高压入口设有热压机Ⅰ动力蒸汽进汽阀308；热压机Ⅱ106的低压入口设有热压机Ⅱ乏汽进汽阀307，高压入口设有热压机Ⅱ动力蒸汽进汽阀309，热网加热器111的进汽口设有热网加热器进汽阀310。

作为一个优选的实施例，所述低压侧凝汽器103喉部位置开孔，经管道与前置低背压凝汽器107相连，汽轮机低压侧低压缸101乏汽一部分经管道进入前置低背压凝汽器107，一部分直接在低压侧凝汽器103中冷却成水；所述高压侧凝汽器104喉部位置开孔，经管道分别与前置高背压凝汽器108、热压机Ⅰ105的低压入口和热压机Ⅱ106低压入口相连，汽轮机高压侧低压缸102的乏汽一部分经管道进入前置高背压凝汽器108，一部分经管道进入热压机Ⅰ105和热压机Ⅱ106的低压入口，剩余部分直接在高压侧凝汽器104中冷却成水；所述汽轮机中压缸排汽202分别经管道与热压机Ⅰ105的高压入口和热压机Ⅱ106的高压入口以及热网加热器111进汽侧相连接；所述热压机Ⅰ105的出口经管道与热压机Ⅰ凝汽器109相连接，热压机Ⅱ106的出口经管道与热压机Ⅱ凝汽器110相连接；所述热网循环水203依次经过前置低背压凝汽器107、前置高背压凝汽器108、热压机Ⅰ凝汽器109、热压机Ⅱ凝汽器110、热网循环泵112、热网加热器111，其中前置低背压凝汽器107和前置高背压凝汽器108设置有前置凝汽器循环水旁路204，热压机Ⅰ凝汽器109和热压机Ⅱ凝汽器110设置有热压机凝汽器循环水旁路205，热网加热器111设置有热网加热器循环水旁路206。

本发明还公开了一种基于四级背压串级加热的供热系统优化运行的调节方法，包括如下四种运行工况下对应的调节方法：

定义P_b为高压侧凝汽器104的运行背压，T_b为P_b压力下对应的饱和温度，ΔT_b,g为前置高背压凝汽器108的设计端差，P_Ⅰ为热压机Ⅰ105设计出口压力，T_Ⅰ为P_Ⅰ压力下对应的饱和温度，ΔT_Ⅰ为热压机Ⅰ凝汽器109的设计端差，P_Ⅱ为热压机Ⅱ106设计出口压力(P_Ⅱ＞P_Ⅰ)，T_Ⅱ为P_Ⅱ压力下对应的饱和温度，ΔT_Ⅱ为热压机Ⅱ凝汽器110的设计端差，T_g'为热网循环水203供水温度，T_g为设计热网循环水203供水温度；

运行工况一、当T'_g≤T_b-ΔT_b,g，汽轮机凝汽器调节机组投入运行，热网循环水203经前置低背压凝汽器107、前置高背压凝汽器108串联加热后供给到热用户；

运行工况二、T_b-ΔT_b,g＜T'_g≤T_Ⅰ-ΔT_Ⅰ，汽轮机凝汽器调节机组和热压机Ⅰ105及热压机Ⅰ凝汽器109投入运行，热网循环水203经前置低背压凝汽器107、前置高背压凝汽器108、热压机Ⅰ凝汽器109串联加热后供给到热用户；

运行工况三、T_Ⅰ-ΔT_Ⅰ＜T'_g≤T_Ⅱ-ΔT_Ⅱ，汽轮机凝汽器调节机组、热压机组及热压机凝汽器调节机组投入运行，热网循环水203经前置低背压凝汽器107、前置高背压凝汽器108、热压机Ⅰ凝汽器109、热压机Ⅱ凝汽器110串联加热后供给到热用户；

运行工况四、T_Ⅱ-ΔT_Ⅱ＜T'_g≤T_g，汽轮机凝汽器调节机组、热压机凝汽器调节机组和加热器调节机组均投入运行，热网循环水203经前置低背压凝汽器107、前置高背压凝汽器108、热压机Ⅰ凝汽器109、热压机Ⅱ凝汽器110、热网加热器111串联加热后供给到热用户。

具体的，其调节方法如下：

运行工况一、当T'_g≤T_b-ΔT_b,g，打开前置低背压凝汽器进汽阀302、前置高背压凝汽器进汽阀303、热网循环水回水阀311、前置凝汽器水侧出口阀312、热压机凝汽器水侧旁路阀316、热网加热器水侧旁路阀319，关闭热压机Ⅰ105乏汽进汽阀、热压机Ⅱ乏汽进汽阀307、热压机Ⅰ动力蒸汽进汽阀308、热压机Ⅱ动力蒸汽进汽阀309、热网加热器进汽阀310、热压机凝汽器水侧入口阀314、热压机凝汽器水侧出口阀315、热网加热器水侧入口阀317、热网加热器水侧出口阀318，前置低背压凝汽器107、前置高背压凝汽器108投入运行，热网循环水203依次经过前置低背压凝汽器107、前置高背压凝汽器108进行加热，然后经热压机凝汽器循环水旁路205、热网加热器循环水旁路206供给至热用户，前置凝汽器水侧旁路阀313开度视主机背压需要进行调节；

运行工况二、T_b-ΔT_b,g＜T'_g≤T_Ⅰ-ΔT_Ⅰ，打开前置低背压凝汽器进汽阀302、前置高背压凝汽器进汽阀303、热压机Ⅰ105乏汽进汽阀、热压机Ⅰ动力蒸汽进汽阀308、热网循环水回水阀311、前置凝汽器水侧出口阀312、热压机凝汽器水侧入口阀314、热压机凝汽器水侧出口阀315、热网加热器水侧旁路阀319，关闭热压机Ⅱ乏汽进汽阀307、热压机Ⅱ动力蒸汽进汽阀309、热网加热器进汽阀310、热压机凝汽器水侧旁路阀316、热网加热器水侧入口阀317、热网加热器水侧出口阀318，前置低背压凝汽器107、前置高背压凝汽器108、热压机Ⅰ凝汽器109投入运行，热网循环水203依次经过前置低背压凝汽器107、前置高背压凝汽器108、热压机Ⅰ凝汽器109进行加热，然后经热网加热器循环水旁路206供给至热用户，前置凝汽器水侧旁路阀313开度视主机背压需要进行调节；

运行工况三、T_Ⅰ-ΔT_Ⅰ＜T'_g≤T_Ⅱ-ΔT_Ⅱ，打开前置低背压凝汽器进汽阀302，前置高背压凝汽器进汽阀303、热压机Ⅰ105乏汽进汽阀、热压机Ⅱ乏汽进汽阀307、热压机Ⅰ动力蒸汽进汽阀308、热压机Ⅱ动力蒸汽进汽阀309、热网循环水回水阀311、前置凝汽器水侧出口阀312、热压机凝汽器水侧入口阀314、热压机凝汽器水侧出口阀315、热网加热器水侧旁路阀319，关闭热网加热器进汽阀310、热压机凝汽器水侧旁路阀316、热网加热器水侧入口阀317、热网加热器水侧出口阀318，前置低背压凝汽器107、前置高背压凝汽器108、热压机Ⅰ凝汽器109、热压机Ⅱ凝汽器110投入运行，热网循环水203依次经过前置低背压凝汽器107、前置高背压凝汽器108、热压机Ⅰ凝汽器109、热压机Ⅱ凝汽器110进行加热，然后经热网加热器循环水旁路206供给至热用户，前置凝汽器水侧旁路阀313开度视主机背压需要进行调节；

运行工况四、T_Ⅱ-ΔT_Ⅱ＜T'_g≤T_g，打开前置低背压凝汽器进汽阀302，前置高背压凝汽器进汽阀303、热压机Ⅰ105乏汽进汽阀、热压机Ⅱ乏汽进汽阀307、热压机Ⅰ动力蒸汽进汽阀308、热压机Ⅱ动力蒸汽进汽阀309、热网加热器进汽阀310、热网循环水回水阀311、前置凝汽器水侧出口阀312、热压机凝汽器水侧入口阀314、热压机凝汽器水侧出口阀315、热网加热器水侧入口阀317、热网加热器水侧出口阀318，关闭热压机凝汽器水侧旁路阀316、热网加热器水侧旁路阀319，前置低背压凝汽器107、前置高背压凝汽器108、热压机Ⅰ凝汽器109、热压机Ⅱ凝汽器110、热网加热器111均投入运行，热网循环水203依次经过前置低背压凝汽器107、前置高背压凝汽器108、热压机Ⅰ凝汽器109、热压机Ⅱ凝汽器110以及热网加热器111进行加热，加热后的热网循环水203供给至热用户；前置凝汽器水侧旁路阀313开度视主机背压需要进行调节；

所述前置低背压凝汽器107和前置高背压凝汽器108的背压控制优先顺序如下：

第一优先级：通过间冷塔114扇区百叶窗的开度进行调整；

第二优先级：通过主机循环水泵113控制主机循环水201流量进行调整；

第三优先级：通过调整前置凝汽器水侧旁路阀313开度，控制前置低背压凝汽器107、前置高背压凝汽器108水侧流量进行调整；

第四优先级：通过控制前置低背压凝汽器进汽阀302、前置高背压凝汽器进汽阀303的开度进行调节；

优化运行的目标就是为了在保证汽轮机组安全运行的前提下，让供热系统的经济性最好，一方面要实现乏汽(即汽轮机高压侧低压缸102和汽轮机低压侧低压缸101的排汽)最大程度的回收利用，另一方面尽量减少因汽轮机高压侧凝汽器104和汽轮机低压侧凝汽器103的背压提高而带来的汽轮机组发电损失，通过下面的函数关系式来控制汽轮机组的背压及汽轮机中压缸排汽202的抽汽量，从而实现供热系统中供热方式的最优运行调节：

G_b＝f(W,G_c)

P_b≤f(G_b)

G_b＝G_H+G_L

其中各参数的意义如下:

E_H为表征综合供热经济指标的量,即汽轮机乏汽回收量带来的收益和汽轮机因高压测凝汽器及低压侧凝汽器103的背压提高造成的发电损失的综合指标，MAX(E_H)即为指标达到最优；

P_b为高压侧凝汽器104的运行背压，即机组背压；

G_re为热网循环水203流量；

T_in为热网循环水203回水温度；

W为汽轮机的发电负荷；

G_c为用于加热热网循环水203的汽轮机中压缸排汽202的抽汽量；

φ₁为主机循环水泵113的运行方式,指的是：一台或两台主机循环水泵113运行以及变频运行的频率，其中φ₁＝f(n₁,f_Hz)，n₁为主机循环水泵113的运行台数，f_Hz为主机循环水泵113的运行频率；

φ₂为间冷塔114的运行方式,具体指的是：投运的扇区情况以及百叶窗的开度，即φ₂＝f(n₂,θ)，其中n₂为扇区的投入数量，θ为投运扇区百叶窗的开度；

φ₃为前置低背压凝汽器107、前置高背压凝汽器108、热压机Ⅰ凝汽器109、热压机Ⅱ凝汽器110的综合运行性能参数,其中φ₃＝f(ΔT'_b,d,ΔT'_b,g,ΔT'_Ⅰ,ΔT'_Ⅱ)，ΔT'_b,d为前置低背压凝汽器107运行端差，ΔT'_b,g为前置高背压凝汽器108运行端差，ΔT'_Ⅰ热压机Ⅰ凝汽器109运行端差，ΔT'_Ⅱ热压机Ⅱ凝汽器110运行端差；

φ₄为热压机Ⅰ105、热压机Ⅱ106设备运行综合性能参数，即φ₄＝f(μ_Ⅰ,μ_Ⅱ)，其中μ_Ⅰ、μ_Ⅱ分别为热压机Ⅰ105、热压机Ⅱ106的引射系数；

t为环境温度；

G_b为汽轮机低压侧低压缸101和汽轮机高压侧低压缸102的总排汽量，即机组排气流量，汽轮机低压侧低压缸101、汽轮机高压侧低压缸102的排汽统称为乏汽；

G_H为热网循环水203利用的乏汽量，即供热利用的乏汽量；

G_L为间冷塔114运行的最小防冻冷却热量所对应的乏汽量，即防冻冷却流量；

G_b、G_H、G_L间有简单的流量平衡关系，即G_b＝G_H+G_L；通过运行优化，热网循环水203可消耗所有乏汽，此种工况下G_L为0，可切除间冷塔114运行；

实施例，下面举例对一个660MW的火电机组通过优化运行调节前后的经济性指标对比来说明。

热网循环水流量，G<sub>re</sub>，t/h	14000	14000	14000	14000
					热网水回水温度，T<sub>in</sub>，℃	50	50	50	50
优化前发电负荷，W，MW	300	400	500	530
					环境温度，t，℃	-12	-12	-12	-12
机组排汽流量，G<sub>b</sub>，t/h	690	935	1168	1280
					优化前机组背压，P<sub>b</sub>，kPa	16.7	24.2	33.3	37.1
优化前供热利用的乏汽流量，G<sub>H</sub>，t/h	470	685	888	950
					优化前防冻冷却流量，G<sub>L</sub>，t/h	220	250	280	330
优化后机组背压，P<sub>b</sub>，kPa	24.4	36.3	41.0	45.0
					优化后供热利用的乏汽量，G<sub>H</sub>，t/h	690	935	1013.2	1074.3
优化后防冻冷却流量，G<sub>L</sub>，t/h	0.0	0.0	0.0	0.0
					乏汽利用能力提升，t/h	220.0	250.0	125.2	124.3
综合能效提升，E<sub>H</sub>，MW	30.9	21.3	6.1	4.0

由上图表可知，在环境温度-12℃、热网循环水203量14000t/h、回水温度50℃相同的工况下(即供热负荷相同)，汽轮机不同发电负荷工况条件下，通过运行优化调节，热网循环水203可消耗掉所有机组乏汽，供热综合能效有明显的提升，如图表中在优化前汽轮机发电负荷300MW、400MW、500MW及530MW工况下，优化后由于乏汽利用率提高，在保持汽轮机进汽量不变的前提下，汽轮机的发电负荷分别提高30.9MW、21.3MW、6.1MW及4.0MW，机组运行经济性均有所提高，尤其是在中低负荷工况效果更加明显。通过函数来控制，函数的优势是确定最经济的运行参数，进一步指导该系统进行针对性的调整，尤其是汽轮机背压值得确定。热和电分别指汽轮机的供热负荷和发电负荷。

综上所述：本发明的有益效果在于：

(1)将汽轮机凝汽器调节机组、热压机凝汽器调节机组和加热器调节机组串连接入热网循环水203的管路中，并通过上述调节机组配合汽轮机低压侧低压缸101、汽轮机高压侧低压缸102、汽轮机中压缸115、低压侧凝汽器103和高压侧凝汽器104以及热压机组对热网循环水203的温度进行优化调节，最大程度的利用了汽轮机的乏汽，运行调节灵活，使供热具有更高的经济性,同时，通过优化调节，在保证机组安全运行的前提下，使供热整体能济性达到最优；

(2)热网循环水203依次经过前置低背压凝汽器107、前置高背压凝汽器108、热压机凝汽器Ⅰ、热压机凝汽器Ⅱ、热网加热器111进行加热，整体系统五级梯级加热热网循环水203，根据供暖期热网循环水203供水温度的不同需求，逐步分梯级的投入各级加热系统，在满足供热需求的同时，提高间冷机组乏汽利用效率，从而提高间冷机组供热的经济性；

(3)根据不同时期供热期间环境温度和热负荷情况，通过优化运行调节方式，改变间冷机组背压和抽汽，在满足间冷防冻的前提下，有效解决供热和电负荷间的非耦合性，实现热、电的灵活调节。

最后应说明的是：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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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，均应包含在本发明权利要求保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种基于四级背压串级加热的供热系统的调节方法，其特征在于，包括如下四种运行工况下对应的调节方法：

定义P_b为高压侧凝汽器的运行背压，T_b为P_b压力下对应的饱和温度，ΔT_b,g为前置高背压凝汽器的设计端差，P_Ⅰ为热压机Ⅰ设计出口压力，T_Ⅰ为P_Ⅰ压力下对应的饱和温度，ΔT_Ⅰ为热压机Ⅰ凝汽器的设计端差，P_Ⅱ为热压机Ⅱ设计出口压力(P_Ⅱ＞P_Ⅰ)，T_Ⅱ为P_Ⅱ压力下对应的饱和温度，ΔT_Ⅱ为热压机Ⅱ凝汽器的设计端差，T'_g为热网循环水供水温度，T_g为热网循环水设计供水温度；

运行工况一、当T'_g≤T_b-ΔT_b,g，汽轮机凝汽器调节机组投入运行，热网循环水经前置低背压凝汽器、前置高背压凝汽器串联加热后供给到热用户；

运行工况二、T_b-ΔT_b,g＜T'_g≤T_Ⅰ-ΔT_Ⅰ，汽轮机凝汽器调节机组和热压机Ⅰ及热压机Ⅰ凝汽器投入运行，热网循环水经前置低背压凝汽器、前置高背压凝汽器、热压机Ⅰ凝汽器串联加热后供给到热用户；

运行工况三、T_Ⅰ-ΔT_Ⅰ＜T'_g≤T_Ⅱ-ΔT_Ⅱ，汽轮机凝汽器调节机组、热压机组及热压机凝汽器调节机组投入运行，热网循环水经前置低背压凝汽器、前置高背压凝汽器、热压机Ⅰ凝汽器、热压机Ⅱ凝汽器串联加热后供给到热用户；

运行工况四、T_Ⅱ-ΔT_Ⅱ＜T'_g≤T_g，汽轮机凝汽器调节机组、热压机凝汽器调节机组和加热器调节机组均投入运行，热网循环水经前置低背压凝汽器、前置高背压凝汽器、热压机Ⅰ凝汽器、热压机Ⅱ凝汽器、热网加热器串联加热后供给到热用户；

所述供热系统适用于双背压哈蒙式间接空冷汽轮机组，包括汽轮机低压侧低压缸、汽轮机高压侧低压缸、汽轮机中压缸、低压侧凝汽器、高压侧凝汽器、间冷塔和主机循环泵，以及汽轮机凝汽器调节机组、热压机组、热压机凝汽器调节机组和加热器调节机组；

所述汽轮机低压侧低压缸和汽轮机高压侧低压缸的进汽口分别与汽轮机中压缸的排汽口相连接，汽轮机低压侧低压缸和汽轮机高压侧低压缸的排汽口分别与低压侧凝汽器和高压侧凝汽器的进汽口相连接；

主机循环水从间冷塔的出水口流出，经主机循环水泵升压后由低压侧凝汽器的入口流入，由高压侧凝汽器的出口流出，依次经过低压侧凝汽器、高压侧凝汽器换热后流入间冷塔冷却；

所述汽轮机凝汽器调节机组、热压机凝汽器调节机组和加热器调节机组串连于热网循环水的管路之中，热压机凝汽器调节机组与加热器调节机组之间设有热网循环泵；

所述低压侧凝汽器经管道与汽轮机凝汽器调节机组的进汽口相连，高压侧凝汽器经管道分别与汽轮机凝汽器调节机组的进汽口和热压机组的低压入口相连，且汽轮机中压缸的排汽口经管道分别与汽轮机低压侧低压缸的进汽口、汽轮机高压侧低压缸的进汽口、热压机组的高压入口和加热器调节机组的进汽口相连，热压机组的出口经管道与热压机凝汽器调节机组相连；

所述汽轮机凝汽器调节机组包括串连于热网循环水管路中的前置低背压凝汽器和前置高背压凝汽器，前置低背压凝汽器的进水口和前置高背压凝汽器出水口分别设有热网循环水回水阀和前置凝汽器水侧出口阀；

所述热压机组包括热压机Ⅰ和热压机Ⅱ，热压机Ⅰ、热压机Ⅱ的低压入口分别经管道与高压侧凝汽器相连，高压入口分别经管道与汽轮机中压缸排汽相连，出口分别经管道与热压机凝汽器调节机组相连；

所述热压机凝汽器调节机组包括串连于热网循环水管路中的热压机Ⅰ凝汽器和热压机Ⅱ凝汽器，热压机Ⅰ凝汽器和热压机Ⅱ凝汽器的进汽口分别与热压机Ⅰ和热压机Ⅱ的出口相连，热压机Ⅰ凝汽器的进水口和热压机Ⅱ凝汽器的出水口分别设有热压机凝汽器水侧入口阀和热压机凝汽器水侧出口阀；

所述加热器调节机组包括热网加热器，热网加热器的进口和出口分别设有热网加热器水侧入口阀和热网加热器水侧出口阀，热网加热器的进汽口经管路与汽轮机中压缸的排汽口相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于四级背压串级加热的供热系统的调节方法，其特征在于：所述前置低背压凝汽器和前置高背压凝汽器并联有前置凝汽器循环水旁路，前置凝汽器循环水旁路设有前置凝汽器水侧旁路阀。

3.根据权利要求1所述的一种基于四级背压串级加热的供热系统的调节方法，其特征在于：所述热压机Ⅰ凝汽器和热压机Ⅱ凝汽器并联有热压机凝汽器循环水旁路，热压机凝汽器循环水旁路设有热压机凝汽器水侧旁路阀。

4.根据权利要求1所述的一种基于四级背压串级加热的供热系统的调节方法，其特征在于：所述热网加热器并联有热网加热器循环水旁路，热网加热器循环水旁路设有热网加热器水侧旁路阀。

5.根据权利要求1所述的一种基于四级背压串级加热的供热系统的调节方法，其特征在于：所述前置低背压凝汽器和前置高背压凝汽器的背压控制优先顺序如下：

第一优先级：通过间冷塔扇区百叶窗的开度进行调整；

第二优先级：通过主机循环水泵控制主机循环水流量进行调整；

第三优先级：在前置低背压凝汽器和前置高背压凝汽器设置前置凝汽器循环水旁路，通过调整前置凝汽器循环水旁路侧的水流量，控制前置低背压凝汽器和前置高背压凝汽器侧的水流量进行调整；

第四优先级：通过控制前置低背压凝汽器和前置高背压凝汽器侧的水流量进行调节。

6.根据权利要求1所述的一种基于四级背压串级加热的供热系统的调节方法，其特征在于：通过下面的函数关系式来控制汽轮机组的背压及汽轮机中压缸排汽的抽汽量，从而实现供热系统中供热方式的最优运行调节：

G_b＝f(W,G_c)

P_b≤f(G_b)

G_b＝G_H+G_L

其中各参数的意义如下:

E_H为表征综合供热经济指标的量,即汽轮机乏汽回收量带来的收益和汽轮机因高压测凝汽器及低压侧凝汽器的背压提高造成的发电损失的综合指标，MAX(E_H)即为指标达到最优；

P_b为高压侧凝汽器的运行背压，即机组背压；

G_re为热网循环水流量；

T_in为热网循环水回水温度；

W为汽轮机的发电负荷；

G_c为用于加热热网循环水的汽轮机中压缸排汽的抽汽量；

φ₁为主机循环水泵的运行方式,指的是：一台或两台主机循环水泵运行以及变频运行的频率，其中φ₁＝f(n₁,f_Hz)，n₁为主机循环水泵的运行台数，f_Hz为主机循环水泵的运行频率；

φ₂为间冷塔的运行方式,具体指的是：投运的扇区情况以及百叶窗的开度，即φ₂＝f(n₂,θ)，其中n₂为扇区的投入数量，θ为投运扇区百叶窗的开度；

φ₃为前置低背压凝汽器、前置高背压凝汽器、热压机Ⅰ凝汽器、热压机Ⅱ凝汽器的综合运行性能参数,其中φ₃＝f(ΔT'_b,d,ΔT'_b,g,ΔT'_I,ΔT'_II)，ΔT'_b,d为前置低背压凝汽器运行端差，ΔT'_b,g为前置高背压凝汽器运行端差，ΔT'_I热压机Ⅰ凝汽器运行端差，ΔT'_II热压机Ⅱ凝汽器运行端差；

φ₄为热压机Ⅰ、热压机Ⅱ设备运行综合性能参数，即φ₄＝f(μ_Ⅰ,μ_Ⅱ)，其中μ_Ⅰ、μ_Ⅱ分别为热压机Ⅰ、热压机Ⅱ的引射系数；

t为环境温度；

G_b为汽轮机低压侧低压缸和汽轮机高压侧低压缸的总排汽量，即机组排气流量，汽轮机低压侧低压缸、汽轮机高压侧低压缸的排汽统称为乏汽；

G_H为热网循环水利用的乏汽量，即供热利用的乏汽量；

G_L为间冷塔运行的最小防冻冷却热量所对应的乏汽量，即防冻冷却流量；

G_b、G_H、G_L间有简单的流量平衡关系，即G_b＝G_H+G_L；通过运行优化，热网循环水可消耗所有乏汽，此种工况下G_L为0，可切除间冷塔运行。

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