CN114877308A - 一种燃煤双抽供热系统的运行区间确定方法 - Google Patents

一种燃煤双抽供热系统的运行区间确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种燃煤双抽供热系统的运行区间确定方法，该方法用于供两种不同压力热负荷的热电联产机组的运行区间确定：本发明明确了双抽机组运行区间确定的通用边界条件及其他边界条件，提出双抽机组的运行区间可用三维多面体表述，六大边界面分别为：最大主蒸汽流量边界面，最小主蒸汽流量边界面，仅供高压热负荷边界面，仅供低压热负荷边界面，供高压热负荷背压边界面，供低压热负荷背压边界面。本发明提出了三维多面体的各个边界面的算法，基于多项式拟合法将双抽供热系统的运行区间数学化，可用于分析机组在不同汽源点抽汽的运行区间，进行机组供热的汽源点优化。

Description

一种燃煤双抽供热系统的运行区间确定方法
技术领域
本发明涉及热电联产技术领域，具体涉及一种燃煤双抽供热系统的运行区间确定方法。
背景技术
热电联产能够实现能源的梯级利用，降低排放，减少污染，因此受到了世界各国发电行业的重视，并得到了快速发展。近年来，燃煤电站由电源中心向着综合能源服务中心转型，其将满足电网需求、供应采暖热负荷等各种城市用能需求。我国未来的热电联产集中供热仍然存在着巨大的市场发展潜力，有效促进热电联产集中供热，将为实现我国的节能减排目标和全球温室气体减排作出积极的贡献。双抽供热系统的电热耦合关系复杂，影响因素众多，现有的双抽供热机组工况图是通过上、下两个象限来表示，工况图不易读，双抽机组运行区间确定的研究对燃煤机组的节能改造与运行优化具有重要的意义。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种燃煤双抽供热系统的运行区间确定方法，该方法能够确定任一双抽供热系统的运行区间。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种燃煤双抽供热系统的运行区间确定方法，该方法用于供两种不同压力热负荷的热电联产机组的运行区间确定：
所述燃煤双抽供热系统的主蒸汽流量、电负荷和两个热负荷之间的耦合关系可以用方程表示：
F(G0,Pe,G1,G2)＝0
式中，G1、G2分别为高压热负荷和低压热负荷，单位为MW或t/h；G0为主蒸汽流量，t/h；Pe为电负荷，MW；F是一个隐函数，表示主蒸汽流量、电负荷和两个热负荷的对应关系。
所述燃煤双抽供热系统的运行区间，即电负荷和两个热负荷的安全运行范围，可以用三维坐标系中的三维多面体来表述，三个坐标分别为G1、G2和Pe，三维多面体表面及内部为G1、G2和Pe的运行区间。该多面体有六大边界面，分别为：最大主蒸汽流量边界面，最小主蒸汽流量边界面，仅供高压热负荷边界面，仅供低压热负荷边界面，供高压热负荷背压边界面，供低压热负荷背压边界面。不同边界面分别基于对应边界限制并通过变工况计算来获得：
(1)最大主蒸汽流量边界面，设定G0为最大值，G1、G2分别从最小值到最大值变化，进行变工况计算，即获得该边界面上G1、G2和Pe的对应关系。
(2)最小主蒸汽流量边界面，设定G0为最小值，G1、G2分别从最小值到最大值变化，进行变工况计算，即获得该边界面上G1、G2和Pe的对应关系。
(3)仅供高压热负荷边界面，设定G2为零，G0、G1分别从最小值到最大值变化，进行变工况计算，即获得该边界面上G1、G2和Pe的对应关系。
(4)仅供低压热负荷边界面，设定G1为零，G0、G2分别从最小值到最大值变化，进行变工况计算，即获得该边界面上G1、G2和Pe的对应关系。
(5)供高压热负荷背压边界面，设定G1为不同G0下的最大值，G0、G2分别从最小值到最大值变化，进行变工况计算，即获得该边界面上G1、G2和Pe的对应关系。
(6)供低压热负荷背压边界面，设定G2为不同G0下的最大值，G0、G1分别从最小值到最大值变化，进行变工况计算，即获得该边界面上G1、G2和Pe的对应关系。
所述六个边界面确定之后，燃煤双抽供热系统的运行区间随之确定。
双抽机组运行区间确定的边界条件包括通用边界条件和其他边界条件。通用边界条件包括最大主蒸汽流量、最小主蒸汽流量、最大高压热负荷、高压热负荷为零、最大低压热负荷、低压热负荷为零、最小低压缸凝汽量。基于机组安全稳定运行的不同限制，其他边界条件包括机组不同部位超温限制、抽汽流量限制、阀门安全运行限制等。基于通用边界条件获得的三维多面体，需要基于其他边界条件去进行校核，剔除其中的不合理工况点，这个过程相当于对三维多面体进行切割，最终获得一个新的多面体即为双抽机组的运行区间。最大主蒸汽流量和最小主蒸汽流量这两个边界条件由燃煤双抽供热系统中锅炉的特性来确定。
所述双抽机组运行区间的边界面上G1、G2和Pe的对应关系可通过多项式拟合法拟合为以下公式：
Figure BDA0003688699150000031
式中，k1、k2分别是G1、G2的次数，为非负整数；
Figure BDA0003688699150000032
为每一个单项式
Figure BDA0003688699150000033
的系数。
所述三维多面体有多条边界线，每条边界线分别为某两个边界面的交线，每条边界线可用表述该两个边界面上G1、G2和Pe的对应关系的方程组表述：
Figure BDA0003688699150000041
式中，suf1表示第一个边界面，suf2表示第二个边界面，
Figure BDA0003688699150000042
表示第一个边界面上G1、G2和Pe的对应关系，
Figure BDA0003688699150000043
表示第二个边界面上G1、G2和Pe的对应关系。
所述变工况计算以某一个基准工况为基础，采用从定流量角度进行变工况计算，首先给定G1、G2和G0，计算供热份额，假设Pe及各级抽汽份额，然后计算变工况后各级组通流量，再利用弗留格尔公式计算各级抽汽压力、各级抽汽焓值、各级回热加热器的进出口参数，并以此计算出新的各级抽汽量以及Pe。如此反复迭代，直到前后2次迭代计算的各个参数的偏差小于控制误差为止。
所述燃煤双抽供热系统的高压热负荷和低压热负荷可用于工业热用户或采暖热用户。
所述双抽机组的高压、低压热负荷中的高压、低压仅为相对的说法。
所述双抽机组的高压、低压热负荷可来自于系统中满足热负荷要求的任一可抽汽源点。
双抽机组两个热负荷的最大可抽汽量受到同一个边界条件的限制时，供高压热负荷背压边界面和供低压热负荷背压边界面为同一表面。此时，双抽机组的运行区间包括5个边界面。
和现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明提出了一种通用的燃煤双抽供热系统的运行区间确定方法，用于分析机组在不同汽源点抽汽的运行区间，进行机组供热的汽源点优化，提高机组的运行灵活性。
(2)本发明提出的双抽供热系统的运行区间确定方法，可用于分析双抽机组全工况运行区间内的能耗特性，还可以固定某一负荷截取不同切面进行分析。
(3)本发明基于多项式拟合法将双抽供热系统的运行区间数学化，可精确描述机组的运行区间。
附图说明
图1为本发明双抽供热系统图。
图中：1、锅炉 2、汽轮机高中压缸 3、汽轮机低压缸 4、凝汽器 5、凝结水泵 10、回热加热器组 6、供高压热负荷调节阀 7、供低压热负荷调节阀 8、高压热用户 9、低压热用户。
图2a、图2b、图2c和图2d分别为本发明双抽供热系统运行区间图的不同侧面展示。
图中：边界面1-最大主蒸汽流量边界面，边界面2-最小主蒸汽流量边界面，边界面3-仅供高压热负荷边界面，边界面4-仅供低压热负荷边界面，边界面5-供高压热负荷背压边界面，边界面6-供低压热负荷背压边界面。
图3为本发明双抽供热系统经其他边界条件切割后运行区间图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
图1为简化的某燃煤双抽供热系统图，汽轮机最大功率为1120MW，该系统向外部工业热用户供应两个压力的蒸汽，高压热负荷所需蒸汽压力和温度分别为3.1MPa和310℃,低压热负荷所需蒸汽压力和温度分别为1.1MPa和240℃。如图1所示，所述燃煤双抽供热系统包括依次相连通的锅炉1、汽轮机高中压缸2、汽轮机低压缸3、凝汽器4、凝结水泵5、回热加热器组10、高压热负荷调节阀6、低压热负荷调节阀7、高压热用户8和低压热用户9。所述汽轮机高中压缸2供高压热负荷抽汽口通过管路经供高压热负荷调节阀6与高压热用户8相连，汽轮机高中压缸2供低压热负荷抽汽口通过管路经供低压热负荷调节阀7与低压热用户9相连。所述燃煤双抽供热系统通过供高压热负荷调节阀6改变供给高压热用户8的供热量，通过供低压热负荷调节阀7改变供给低压热用户9的供热量。图1中还表示出了该燃煤双抽供热系统的通用边界条件,包括最大主蒸汽流量、最小主蒸汽流量、最大高压热负荷、高压热负荷为零、最大低压热负荷、低压热负荷为零、最小低压缸凝汽量。
如图2所示的三维多面体为所述燃煤双抽供热系统的运行区间，即电负荷和两个热负荷的安全运行范围，三个坐标分别为G1、G2和Pe，三维多面体表面及内部为G1、G2和Pe的运行区间。该多面体有六大边界面，分别为：最大主蒸汽流量边界面，最小主蒸汽流量边界面，仅供高压热负荷边界面，仅供低压热负荷边界面，供高压热负荷背压边界面，供低压热负荷背压边界面。不同边界面分别基于对应边界限制并通过变工况计算来获得：
(1)最大主蒸汽流量边界面，设定G0为最大值，G1、G2分别从最小值到最大值变化，进行变工况计算，即获得该边界面上G1、G2和Pe的对应关系。
(2)最小主蒸汽流量边界面，设定G0为最小值，G1、G2分别从最小值到最大值变化，进行变工况计算，即获得该边界面上G1、G2和Pe的对应关系。
(3)仅供高压热负荷边界面，设定G2为零，G0、G1分别从最小值到最大值变化，进行变工况计算，即获得该边界面上G1、G2和Pe的对应关系。
(4)仅供低压热负荷边界面，设定G1为零，G0、G2分别从最小值到最大值变化，进行变工况计算，即获得该边界面上G1、G2和Pe的对应关系。
(5)供高压热负荷背压边界面，设定G1为不同G0下的最大值，G0、G2分别从最小值到最大值变化，进行变工况计算，即获得该边界面上G1、G2和Pe的对应关系。
(6)供低压热负荷背压边界面，设定G2为不同G0下的最大值，G0、G1分别从最小值到最大值变化，进行变工况计算，即获得该边界面上G1、G2和Pe的对应关系。
如图3所示，基于机组安全稳定运行的不同限制，用机组不同部位超温限制、抽汽流量限制、阀门安全运行限制这些其他边界条件去校核三维多面体，剔除其中的不合理工况点，对三维多面体进行切割后最终获得了所述燃煤双抽供热系统的运行区间。由于切割，供高压热负荷背压边界面包含两部分，一部分为供高压热负荷背压边界面被切割后剩余的部分(第一部分)，一部分为切割面(第二部分)。
所述双抽机组运行区间的边界面上G1、G2和Pe的对应关系可通过多项式拟合法拟合为以下公式：
Pe＝1120-0.2664G1-0.2376G2 (1)
Pe＝516-0.2962G1-0.2261G2 (2)
G1＝0 (3)
G2＝0 (4)
Pe＝-44.67-0.2704G1+2.0955G2 (5)
Pe＝-104.77+0.7133G1-0.2333G2 (6)
Pe＝259.65+0.3125G1+0.4196G2 (7)
其中公式(1)-(7)分别为最大主蒸汽流量边界面、最小主蒸汽流量边界面、仅供低压热负荷边界面、仅供高压热负荷边界面、供低压热负荷背压边界面、供高压热负荷背压边界面(第一部分)、供高压热负荷背压边界面(第二部分)这些边界面上G1、G2和Pe的对应关系。

Claims (9)

1.一种燃煤双抽供热系统的运行区间确定方法，该方法用于供两种不同压力热负荷的热电联产机组的运行区间确定：
所述燃煤双抽供热系统的主蒸汽流量、电负荷和两个热负荷之间的耦合关系用方程表示：
F(G0,Pe,G1,G2)＝0
式中，G1、G2分别为高压热负荷和低压热负荷，单位为MW或t/h；G0为主蒸汽流量，t/h；Pe为电负荷，MW；F是一个隐函数，表示主蒸汽流量、电负荷和两个热负荷的对应关系；
所述燃煤双抽供热系统的运行区间，即电负荷和两个热负荷的安全运行范围，用三维坐标系中的三维多面体来表述，三个坐标分别为G1、G2和Pe，三维多面体表面及内部为G1、G2和Pe的运行区间；该多面体有六大边界面，分别为：最大主蒸汽流量边界面，最小主蒸汽流量边界面，仅供高压热负荷边界面，仅供低压热负荷边界面，供高压热负荷背压边界面，供低压热负荷背压边界面；不同边界面分别基于对应边界限制并通过变工况计算来获得：
(1)最大主蒸汽流量边界面，设定G0为最大值，G1、G2分别从最小值到最大值变化，进行变工况计算，即获得该边界面上G1、G2和Pe的对应关系；
(2)最小主蒸汽流量边界面，设定G0为最小值，G1、G2分别从最小值到最大值变化，进行变工况计算，即获得该边界面上G1、G2和Pe的对应关系；
(3)仅供高压热负荷边界面，设定G2为零，G0、G1分别从最小值到最大值变化，进行变工况计算，即获得该边界面上G1、G2和Pe的对应关系；
(4)仅供低压热负荷边界面，设定G1为零，G0、G2分别从最小值到最大值变化，进行变工况计算，即获得该边界面上G1、G2和Pe的对应关系；
(5)供高压热负荷背压边界面，设定G1为不同G0下的最大值，G0、G2分别从最小值到最大值变化，进行变工况计算，即获得该边界面上G1、G2和Pe的对应关系；
(6)供低压热负荷背压边界面，设定G2为不同G0下的最大值，G0、G1分别从最小值到最大值变化，进行变工况计算，即获得该边界面上G1、G2和Pe的对应关系；
所述六个边界面确定之后，燃煤双抽供热系统的运行区间随之确定。
2.根据权利要求1所述的一种燃煤双抽供热系统的运行区间确定方法，其特征在于：双抽机组运行区间确定的边界条件包括通用边界条件和其他边界条件；通用边界条件包括最大主蒸汽流量、最小主蒸汽流量、最大高压热负荷、高压热负荷为零、最大低压热负荷、低压热负荷为零和最小低压缸凝汽量；基于机组安全稳定运行的不同限制，其他边界条件包括机组不同部位超温限制、抽汽流量限制、阀门安全运行限制；基于通用边界条件获得的三维多面体，需要基于其他边界条件去进行校核，剔除其中的不合理工况点，这个过程相当于对三维多面体进行切割，最终获得一个新的多面体即为双抽机组的运行区间。
3.根据权利要求2所述的一种燃煤双抽供热系统的运行区间确定方法，其特征在于：最大主蒸汽流量和最小主蒸汽流量这两个边界条件由燃煤双抽供热系统中锅炉的特性来确定。
4.根据权利要求1所述的一种燃煤双抽供热系统的运行区间确定方法，其特征在于：所述双抽机组运行区间的边界面上G1、G2和Pe的对应关系通过多项式拟合法拟合为以下公式：
Figure FDA0003688699140000031
式中，k1、k2分别是G1、G2的次数，为非负整数；
Figure FDA0003688699140000032
为每一个单项式
Figure FDA0003688699140000033
的系数。
5.根据权利要求1所述的一种燃煤双抽供热系统的运行区间确定方法，其特征在于：所述三维多面体有多条边界线，每条边界线分别为某两个边界面的交线，每条边界线用表述对应两个边界面上G1、G2和Pe的对应关系的方程组表述：
Figure FDA0003688699140000034
式中，suf1表示第一个边界面，suf2表示第二个边界面，
Figure FDA0003688699140000035
表示第一个边界面上G1、G2和Pe的对应关系，
Figure FDA0003688699140000036
表示第二个边界面上G1、G2和Pe的对应关系。
6.根据权利要求1所述的一种燃煤双抽供热系统的运行区间确定方法，其特征在于：所述变工况计算以某一个基准工况为基础，采用从定流量角度进行变工况计算，首先给定G1、G2和G0，计算供热份额，假设Pe及各级抽汽份额，然后计算变工况后各级组通流量，再利用弗留格尔公式计算各级抽汽压力、各级抽汽焓值、各级回热加热器的进出口参数，并以此计算出新的各级抽汽量以及Pe；如此反复迭代，直到前后2次迭代计算的各个参数的偏差小于控制误差为止。
7.根据权利要求1所述的一种燃煤双抽供热系统的运行区间确定方法，其特征在于：所述燃煤双抽供热系统的高压热负荷和低压热负荷用于工业热用户或采暖热用户。
8.根据权利要求1所述的一种燃煤双抽供热系统的运行区间确定方法，其特征在于：所述燃煤双抽供热系统的高压热负荷、低压热负荷来自于系统中满足热负荷要求的任一可抽汽源点。
9.根据权利要求1所述的一种燃煤双抽供热系统的运行区间确定方法，其特征在于：所述燃煤双抽供热系统的高压热负荷、低压热负荷的最大可抽汽量受到同一个边界条件的限制时，供高压热负荷背压边界面和供低压热负荷背压边界面为同一表面，此时，双抽机组的运行区间包括5个边界面。
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