CN114963298A - 一种蒸汽管网储能在线定量计算方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蒸汽管网储能在线定量计算方法和系统，属于热电联产领域，通过供热调节阀改变进入蒸汽管网的蒸汽量，从而利用蒸汽管网储能调节供工业蒸汽热电联产系统输出功率。蒸汽管网储能按照以下步骤计算：采集蒸汽管网若干个区段的实时压力，计算蒸汽管网可用于调峰的蒸汽总量；计算蒸汽管网调节过程释放的蒸汽总量；计算蒸汽管网辅助调峰能力；根据供热调节阀的调节时间，获得蒸汽管网最大调峰功率和释放调峰功率。通过本发明方法可以获得蒸汽管网精确的蓄能量的计算，用于辅助机组调峰调频从而使机组实现快速的变负荷；且装置成本投入低，机组灵活性高。
Description
技术领域
本发明属于热电联产领域，涉及一种蒸汽管网储能在线定量计算方法和系统。
背景技术
热电联产、集中供热是改善城市环境、改善城市大气质量、提高城市现代化水平的重要措施，具有良好的社会效益、环境效益和较好的经济效益，符合节能减排的政策要求。随着经济和城镇化的快速发展，工业用汽需求不断增加，部分火电企业为充分利用热电联产的优越性积极开拓供热市场，因地制宜、因厂制宜地开展汽轮机组的供热改造项目，以提升高效清洁发展水平。考虑到自身生存和周围化工园区工业用汽需求，汽轮机外供工业蒸汽是形势的要求，也是创收的一项手段，更是在激烈的市场竞争中保证生存的一项必须的工作。
然而近期，电网为增加消纳新能源电力的裕度，对火电机组灵活性的要求不断提升。为了配合可再生能源发电上网的发展需要，电网要求火电厂提升调峰能力。因此，积极发展以燃煤发电为代表的传统发电技术积极辅助消纳新能源尤为重要，其中更关键的是充分挖掘和利用火电机组的储能环节。相关研究表明，热电联产机组关联的蒸汽管网具有很大的储能容量和热惯性，且短时间利用热网储能不会对热用户造成可察觉的影响。供热机组可以基于这部分储能应付短时问内的负荷变化，提高机组灵活性。但是现有技术缺乏对热网蓄能特性的研究，因此，开展机组的热网蓄能特性的研究，对提高机组灵活性具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中，现有技术缺乏对热网蓄能特性的研究的缺点，提供一种蒸汽管网储能在线定量计算方法。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种蒸汽管网储能在线定量计算方法，在蒸汽管网上安装有供热调节阀；
蒸汽管网储能在线定量计算方法包括如下步骤：
步骤1)采集蒸汽管网的实时运行数据，包括任意管段的实时蒸汽压力和蒸汽质量；
步骤2)基于蒸汽管网的实时运行数据计算蒸汽管网用于调峰的蒸汽总量；
基于蒸汽管网的实时运行数据计算蒸汽管网调节过程中释放的蒸汽总量；
步骤3)基于蒸汽管网用于调峰的蒸汽总量和蒸汽管网调节过程中释放的蒸汽总量，计算得到蒸汽管网辅助调峰能力；
步骤4)基于蒸汽管网辅助调峰能力，结合供热调节阀的调节时间，计算获得蒸汽管网的最大调峰功率和释放调峰功率。
优选地，步骤1)中蒸汽管网用于调峰的蒸汽总量为：
式(1)中：m总为可用于调峰的蒸汽总量，kg；Pi为i蒸汽管段蒸汽压力，MPa；Pi-min为i蒸汽管段最低允许蒸汽压力，MPa；mi为第i蒸汽管段蒸汽质量，kg；
式(2)中，m释放为蒸汽管网调节过程释放的蒸汽总量，kg；Pi1为调节后i蒸汽管段蒸汽压力，MPa；
步骤3)中，蒸汽管网辅助调峰能力包括蒸汽管网最大调峰能力和释放调峰能力；
ΔE最大＝m总(h1-hn) (3)
ΔE释放＝m释放(h1-hn) (4)
式中：ΔE最大为蒸汽管网最大调峰能力，ΔE释放为释放调峰能力，h1为汽轮机(2)供热抽汽口蒸汽焓值，kJ/kg；hn为汽轮机(2)排汽焓值，kJ/kg。
优选地，步骤4)的具体计算过程为：
式中，ΔPe最大为最大调峰功率，ΔPe释放为释放调峰功率，t1为供热调节阀的调节时间。
优选地，当m释放＝Km总，K≤0.9时，K为安全裕度，增大供热调节阀的开度，增大到i蒸汽管段达到最低允许蒸汽压力为止。
优选地，蒸汽管段最低允许蒸汽压力是基于蒸汽管网的仿真模拟方法，由若干个蒸汽段容积区段中与汽轮机供热抽汽口最远的区段计算得到的；
蒸汽管网的仿真模拟是基于蒸汽管网的实际结构及运行数据建立的蒸汽管网仿真模型进行的。
优选地，任意管段的蒸汽质量由正常工作工况时，对应的蒸汽管段的压力、温度和容积计算得到。
一种蒸汽管网储能在线定量计算系统，在蒸汽管网上安装有供热调节阀；
蒸汽管网储能在线定量计算系统包括：
数据采集模块，用于采集蒸汽管网的实时运行数据，包括供热调节阀的调节时间、任意管段的实时蒸汽压力和蒸汽质量；
在线蓄能计算模块，与数据采集模块相交互，基于接收的蒸汽管网的实时运行数据，计算得到蒸汽管网用于调峰的蒸汽总量和蒸汽管网调节过程中释放的蒸汽总量，并进一步得到蒸汽管网的最大调峰功率和释放调峰功率。
优选地，还包括控制模块，控制模块与在线蓄能计算模块相交互，基于蒸汽管网用于调峰的蒸汽总量和蒸汽管网调节过程中释放的蒸汽总量之间的关系，控制供热调节阀的开度。
优选地，数据采集模块包括若干个用于测定任意管段实时蒸汽压力的高速压力传感器；
数据采集模块与在线蓄能计算模块之间通过5G网络传输线传输。
优选地，在线蓄能计算模块包括若干个集成组装的PLC控制器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种蒸汽管网储能在线定量计算方法，通过供热调节阀改变进入蒸汽管网的蒸汽量，从而利用蒸汽管网储能调节供工业蒸汽热电联产系统输出功率。蒸汽管网储能按照以下步骤计算：采集蒸汽管网若干个区段的实时压力，计算蒸汽管网可用于调峰的蒸汽总量；计算蒸汽管网调节过程释放的蒸汽总量；计算蒸汽管网辅助调峰能力；根据供热调节阀的调节时间，获得蒸汽管网最大调峰功率和释放调峰功率。通过本发明方法可以获得蒸汽管网精确的蓄能量的计算，用于辅助机组调峰调频从而使机组实现快速的变负荷；且装置成本投入低，机组灵活性高。
本发明还公开了一种蒸汽管网储能在线定量计算系统，包括数据采集模块，用于采集蒸汽管网的实时运行数据，包括供热调节阀的调节时间、任意管段的实时蒸汽压力和蒸汽质量；在线蓄能计算模块，与数据采集模块相交互，基于接收的蒸汽管网的实时运行数据，计算得到蒸汽管网用于调峰的蒸汽总量和蒸汽管网调节过程中释放的蒸汽总量，并进一步得到蒸汽管网的最大调峰功率和释放调峰功率。
进一步地，蒸汽管网的压力测点为高速压力传感器，压力测点信号采用5G网络传输,这样保证了压力传输的速度；蒸汽管段最低允许蒸汽压力由若干个蒸汽段容积区段中与汽轮机供热抽汽口最远的区段决定，可通过蒸汽管网的仿真模拟获得，从而保证蒸汽热网的安全性同时满足用户的用汽需求；热网在线蓄能计算模块采用PLC集成，并与供工业蒸汽热电联产系统的DCS系统连通，保证蒸汽管网储能在线定量计算系统在生产实践中的应用。
附图说明
图1为供工业蒸汽热电联产系统的简要框图；
图2为蒸汽管网储能在线定量计算方法的简要流程图；
图中：1-锅炉；2-汽轮机；3-凝汽器；4-凝结水泵；5-低压加热器；6-除氧器；7-给水泵；8-高压加热器；9-供热调节阀；10-蒸汽管网。P1、P2……Pn-1、Pn为1～n个蒸汽网管段的在线压力；V1、V2……Vn-1、Vn为1～n个蒸汽网管段的容积。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
实施例1
一种蒸汽管网储能在线定量计算方法，在蒸汽管网上安装有供热调节阀；
蒸汽管网储能在线定量计算方法包括如下步骤：
步骤1)采集蒸汽管网的实时运行数据，包括任意管段的实时蒸汽压力和蒸汽质量；
步骤2)基于蒸汽管网的实时运行数据计算蒸汽管网用于调峰的蒸汽总量；
基于蒸汽管网的实时运行数据计算蒸汽管网调节过程中释放的蒸汽总量；
步骤3)基于蒸汽管网用于调峰的蒸汽总量和蒸汽管网调节过程中释放的蒸汽总量，计算得到蒸汽管网辅助调峰能力；
步骤4)基于蒸汽管网辅助调峰能力，结合供热调节阀的调节时间，计算获得蒸汽管网的最大调峰功率和释放调峰功率。
实施例2
一种蒸汽管网储能在线定量计算方法，包括如下步骤：
蒸汽管网储能按照以下步骤计算：
(1)计算蒸汽管网用于调峰的蒸汽总量：
采集蒸汽管网n个区段的实时压力，计算蒸汽管网可用于调峰的蒸汽总量：
式(1)中：m总为可用于调峰的蒸汽总量，kg；Pi为i蒸汽管段蒸汽压力，MPa；Pi-min为i蒸汽管段最低允许蒸汽压力，MPa；mi为第i蒸汽管段蒸汽质量，kg；
(2)计算蒸汽管网释放蒸汽总量：
采集蒸汽管网n个区段实时压力，获得蒸汽管网调节过程释放的蒸汽总量，
式(2)中，m释放为蒸汽管网调节过程释放的蒸汽总量，kg；Pi1为调节后i蒸汽管段蒸汽压力，MPa；
(3)计算蒸汽管网辅助调峰能力：蒸汽管网辅助调峰能力包括蒸汽管网最大调峰能力和释放调峰能力；
蒸汽管网最大调峰能力、释放调峰能力计算如下：
ΔE最大＝m总(h1-hn) (3)
ΔE释放＝m释放(h1-hn) (4)
式中：ΔE最大为蒸汽管网最大调峰能力，ΔE释放为释放调峰能力，h1为汽轮机(2)供热抽汽口蒸汽焓值，kJ/kg；hn为汽轮机(2)排汽焓值，kJ/kg。
蒸汽管网最大调峰功率、释放调峰功率的具体计算过程为：
式中，ΔPe最大为最大调峰功率，ΔPe释放为释放调峰功率，t1为供热调节阀的调节时间。
实施例3
一种蒸汽管网储能在线定量计算系统，如图2所示，包括：
数据采集模块，用于采集蒸汽管网的实时运行数据，包括供热调节阀的调节时间、任意管段的实时蒸汽压力和蒸汽质量；
在线蓄能计算模块，与数据采集模块相交互，基于接收的蒸汽管网的实时运行数据，计算得到蒸汽管网用于调峰的蒸汽总量和蒸汽管网调节过程中释放的蒸汽总量，并进一步得到蒸汽管网的最大调峰功率和释放调峰功率。
实施例4
除以下内容外，其余内容与实施例3相同。
供工业蒸汽热电联产系统还包括：锅炉1、汽轮机2、凝汽器3、凝结水泵4、低压加热器5、除氧器6、给水泵7、高压加热器8、供热调节阀9和蒸汽管网10，如图1所示。
锅炉1上设有主蒸汽出口和工质入口，汽轮机2上设有工质入口和若干个抽气口，锅炉1的主蒸汽出口与汽轮机2的工质入口连通，汽轮机2设有排汽口，排汽口与凝汽器3的入口连通，凝汽器3、凝结水泵4、低压加热器5、除氧器6、给水泵7、高压加热器8依次连接，高压加热器8的出口与锅炉1的工质入口连通，低压加热器5的入口、除氧器6的入口和高压加热器8的蒸汽入口分别与汽轮机2的不同抽汽口连接；
汽轮机2的另一个供热抽汽口通过管路与蒸汽管网10的入口连通，汽轮机2与蒸汽管网10连通的管路上安装有供热调节阀9；
供工业蒸汽热电联产系统通过调控供热调节阀9的开度大小，改变进入蒸汽管网10的蒸汽量，从而利用蒸汽管网10储能调节供工业蒸汽热电联产系统的输出功率。
需要说明的是，当m释放＝Km总，K≤0.9，增大供热调节阀的开度，增大到i蒸汽管段达到最低允许蒸汽压力为止，K为安全裕度。蒸汽管段最低允许蒸汽压力是基于蒸汽管网的仿真模拟方法，由若干个蒸汽段容积区段中与汽轮机供热抽汽口最远的区段计算得到的。
任意管段的蒸汽质量由正常工作工况时，对应的蒸汽管段的压力、温度和容积计算得到。
蒸汽管网的仿真模拟基于质量、能量、动量守恒方程，根据蒸汽管网的实际结构及运行数据建立的蒸汽管网仿真模型上进行实际过程模拟。
综上所述，本发明提供了一种蒸汽管网储能在线定量计算方法，该方法用于供工业蒸汽热电联产系统蒸汽管网储能的在线定量计算，通过采集蒸汽管网n个区段的实时压力，计算蒸汽管网可用于调峰的蒸汽总量以及蒸汽管网调节过程释放的蒸汽总量，从而获得蒸汽管网最大调峰功率和释放调峰功率。该方法可以获得蒸汽管网精确的蓄能量的计算，用于辅助机组调峰调频从而使机组实现快速的变负荷。该方法投资低，机组灵活性高。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种蒸汽管网储能在线定量计算方法，其特征在于，在蒸汽管网上安装有供热调节阀；
蒸汽管网储能在线定量计算方法包括如下步骤：
步骤1)采集蒸汽管网的实时运行数据，包括任意管段的实时蒸汽压力和蒸汽质量；
步骤2)基于蒸汽管网的实时运行数据计算蒸汽管网用于调峰的蒸汽总量；
基于蒸汽管网的实时运行数据计算蒸汽管网调节过程中释放的蒸汽总量；
步骤3)基于蒸汽管网用于调峰的蒸汽总量和蒸汽管网调节过程中释放的蒸汽总量，计算得到蒸汽管网辅助调峰能力；
步骤4)基于蒸汽管网辅助调峰能力，结合供热调节阀的调节时间，计算获得蒸汽管网的最大调峰功率和释放调峰功率。
2.根据权利要求1所述的蒸汽管网储能在线定量计算方法，其特征在于，步骤1)中蒸汽管网用于调峰的蒸汽总量为：
式(1)中：m总为可用于调峰的蒸汽总量，kg；Pi为i蒸汽管段蒸汽压力，MPa；Pi-min为i蒸汽管段最低允许蒸汽压力，MPa；mi为第i蒸汽管段蒸汽质量，kg；
式(2)中，m释放为蒸汽管网调节过程释放的蒸汽总量，kg；Pi1为调节后i蒸汽管段蒸汽压力，MPa；
步骤3)中，蒸汽管网辅助调峰能力包括蒸汽管网最大调峰能力和释放调峰能力；
ΔE最大＝m总(h1-hn) (3)
ΔE释放＝m释放(h1-hn) (4)
式中：ΔE最大为蒸汽管网最大调峰能力，ΔE释放为释放调峰能力，h1为汽轮机(2)供热抽汽口蒸汽焓值，kJ/kg；hn为汽轮机(2)排汽焓值，kJ/kg。
3.根据权利要求2所述的蒸汽管网储能在线定量计算方法，其特征在于，步骤4)的具体计算过程为：
式中，ΔPe最大为最大调峰功率，ΔPe释放为释放调峰功率，t1为供热调节阀的调节时间。
4.根据权利要求2所述的蒸汽管网储能在线定量计算方法，其特征在于，当m释放＝Km总，K≤0.9时，K为安全裕度，增大供热调节阀的开度，增大到i蒸汽管段达到最低允许蒸汽压力为止。
5.根据权利要求1所述蒸汽管网储能在线定量计算方法，其特征在于，蒸汽管段最低允许蒸汽压力是基于蒸汽管网的仿真模拟方法，由若干个蒸汽段容积区段中与汽轮机供热抽汽口最远的区段计算得到的；
蒸汽管网的仿真模拟是基于蒸汽管网的实际结构及运行数据建立的蒸汽管网仿真模型进行的。
6.根据权利要求1所述的蒸汽管网储能在线定量计算方法，其特征在于，任意管段的蒸汽质量由正常工作工况时，对应的蒸汽管段的压力、温度和容积计算得到。
7.一种蒸汽管网储能在线定量计算系统，其特征在于，在蒸汽管网上安装有供热调节阀；
蒸汽管网储能在线定量计算系统包括：
数据采集模块，用于采集蒸汽管网的实时运行数据，包括供热调节阀的调节时间、任意管段的实时蒸汽压力和蒸汽质量；
在线蓄能计算模块，与数据采集模块相交互，基于接收的蒸汽管网的实时运行数据，计算得到蒸汽管网用于调峰的蒸汽总量和蒸汽管网调节过程中释放的蒸汽总量，并进一步得到蒸汽管网的最大调峰功率和释放调峰功率。
8.根据权利要求7所述的蒸汽管网储能在线定量计算系统，其特征在于，还包括控制模块，控制模块与在线蓄能计算模块相交互，基于蒸汽管网用于调峰的蒸汽总量和蒸汽管网调节过程中释放的蒸汽总量之间的关系，控制供热调节阀的开度。
9.根据权利要求7所述的蒸汽管网储能在线定量计算系统，其特征在于，数据采集模块包括若干个用于测定任意管段实时蒸汽压力的高速压力传感器；
数据采集模块与在线蓄能计算模块之间通过5G网络传输线传输。
10.根据权利要求7所述的蒸汽管网储能在线定量计算系统，其特征在于，在线蓄能计算模块包括若干个集成组装的PLC控制器。
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