专利名称：热电联产系统供热蒸汽的调节方法
技术领域：
本发明属于能源技术领域。特别涉及能够使集中供热系统的热效率大幅提升、增大采暖供热机组的供热效率的一种热电联产系统供热蒸汽的调节方法。
背景技术：
随着城市集中供热规模的不断增加，热电联产集中供热发展迅速，但是目前的供热机组供热时，通常都只是满足最大供热，热电厂与热网站脱节，热电联产机组提供的热负荷与采暖区域需求热负荷不匹配，造成了能源品位的浪费；热电联产供热机组运行过程中不能针对采暖期热负荷的变化而准确灵活的调节，蒸汽存在较大的节流损失。因此，如何降低节流损失以进一步增大供热效率，将对增加供热机组的发电量，节约供热耗能产生深远意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种热电联产系统供热蒸汽的调节方法，其特征在于，热电联产系统基于对热电联产系统供热蒸汽温度对口的合理利用，将热网、热网加热器、供热机组作为一个整体系统来考虑，准确提供供热抽汽参数，减少供热过程中的节流损失，并生产出满足供热要求的采暖水或生活热水。
当室外温度变化时，热用户所需热负荷也随之变化，即根据室外温度的变化，改变热网的供回水温度，进而改变供热机组的抽汽参数，通过对热网、热网加热器、供热机组的关联协调，使供热抽汽参数与外界热负荷需求相匹配，这样不但能满足热用户舒适性的要求，还能提高供热机组的发电量，增加热电厂的经济效
—、.厶。
所述热电联产系统是采用热网加热器7、低压缸调节阀4和供热抽汽控制阀5组合而成的，是根据外界热负荷变化调节低压缸调节阀和供热抽汽控制阀，具体步骤如下
1)首先根据供热系统的基本原理和计算公式如下二次网的供(回)水温度计算公式为
tg = tn十0.5(t"t:隱2tn)(^f)"0.5^(^f)
式中tg， th, tn， tw分别是二次热网的供水、回水、室温和环境温度，带参数表示相应参数的设计值;B为散热器的传热指数;(p为二次网相对流量比。一次网质调节的供(回)水温度计算公式为
t2=Ti-( )Q
式中 k分别是一次网的供、回水温度;带参数表示相应参数的设计值；D= (T(—tX《);At'为设计工况下，水-水换热器的对数平均温差
可确定室外温度与热网供回水的关系，得到室外温度与热网供回水温度的曲线。
2)根据热网供回水温度变化和热网加热器的特性，得出热网回水与抽汽参
数之间的关系，以如下公式表示
热网加热器端差e = ^~
-1
热网加热器饱和蒸汽温度ts = t2+At + 9热网加热器消耗蒸汽量G = ^
式中K一热网加热器的传热系数，W/(m2 °C);
A—一热网加热器换热面积；
△t热网加热器水侧温升，即At-T由°C;
cw热网加热器水侧的比热，kJ/(kg*°C);
Gw热网加热器水侧流量，kg/h。
蒸汽潜热。
根据传热学基本理论可知，热网水侧温升表征单位质量热网水吸热量，而抽汽压降表征单位质量蒸汽放热量，得到热网加热器供热抽汽流量与供热抽汽压力
的性能曲线，此曲线反映出供回水温度变化时抽汽参数的变化情况；根据供热机组低压缸的性能，得到汽轮机低压缸的性能曲线；结合上述两条曲线，得到供热机组的联合特性曲线。
3) 当外界热负荷为零时，低压缸调节阀全开，供热抽汽控制阀开度为零，机组处于纯凝工况下运行；当外界热负荷逐渐增大，低压缸调节阀全开，增大供热抽汽控制阀的开度，供热抽汽控制阀的节流损失逐渐减小；直到压缸调节阀和供热抽汽控制阀全开，都无节流损失，称这个状态点为供热机组的无节流工况点；
4) 供热抽汽控制阀全开，逐渐减小低压缸调节阀开度，直到达到低压缸的最小流量，达到机组的最大供热能力，而低压缸调节阀的节流损失逐渐增大。
所述低压缸特性曲线和热网加热器特性曲线的联合确定调节手段；所述无节流工况点前，中压缸背压随低压缸特性曲线变化；所述中压缸背压等于低压缸调节阀阀前和阀后的压力，等于供热抽汽控制阀阀前压力；'无节流工况点处，中压缸背压等于供热抽汽压力等于低压缸进口压力；无节流工况点后，中压缸背压随热网加热器特性曲线变化，中压缸背压等于供热抽汽控制阀阀前和阀后压力等于低压缸调节阀阀前压力。
本发明的有益效果是侧重点是提出供热关联协调控制系统，根据外界室温变化，对抽汽参数提出相关要求，以此指导热电厂通过调节阀门开度控制蒸汽流量以达到相应要求。本发明的最大优点就是供热抽汽参数和热用户所需热负荷合理匹配，减少了能源品位的浪费，供热蒸汽参数能随着外界热负荷的变化而变化，减少节流损失，增大发电量，确定一个最佳工作点，在该状态点的节流损失最小。使抽汽参数与热负荷需求尽可能匹配，减小高品位热能的浪费。
图1热网侧特性曲线。(其中，二次网68/50°C， 一次网115/70。C质调节曲线)
图2为供热系统的联合特性曲线示意图。
图3为供热机组供热抽汽连接方式的流程示意图。
图中符号
l一高中压缸；2—低压缸；3—发电机；4一低压缸调节阀；5—供热抽汽控
制阀；6—凝汽器；7—热网加热器；8—热用户
具体实施例方式
首先根据供热系统的基本原理和计算公式，得到室外温度与热网供回水温度的曲线，如图1所示。
如图2所示，根据热网供回水温度变化和热网加热器的特性，得出热网回水
与抽汽参数之间的函数关系，根据传热学基本理论，热N水侧温升表征的即为单位质量热网水吸热量，而抽汽压降表征的即为单位质量蒸汽放热量，以此得到热网加热器供热抽汽流量与供热抽汽压力的性能曲线，此曲线即可反应出供回水温
度变化时抽汽参数的变化情况；根据供热机组低压缸的性能，得到汽轮机低压缸的性能曲线。结合上述两条曲线，得到供热机组的联合特性曲线。
如图3所示，本发明采用热网加热器7、低压缸调节阀4和供热抽汽控制阀5组合而成的。高中压缸1通过低压缸调节阀4和低压缸2连接；供热抽汽控制阀5分别连接高中压缸1和低压缸2，供热抽汽控制阀5再连接热网加热器7，热网加热器7与热用户8并联；低压缸2分别连接发电机3和凝汽器6;
在图2和图.3中，当外界热负荷为零时，低压缸调节阀4全开，而供热抽汽控制阀5处于关闭状态，此时机组处于纯凝工况下运行；当外界开始有热负荷时，供热抽汽控制阀5打开，有一部分蒸汽通过供热抽汽控制阀进入热网加热器用于对外供热，而此时低压缸调节阀全开，低压缸调节阀阀前压力等于低压缸调节阀阀后压力等于供热抽汽阀阔前压力等于中压缸背压，中压缸背压根据低压缸特性曲线的变化而变化；供热抽汽控制阀阀后压力不等于中压缸背压，供热抽汽控制阀存在节流损失；随着热负荷的增加，供热抽汽控制阀逐渐打开，其阀后压力逐渐趋近于中亚缸背压，节流损失不断减小，低压缸调节阀依然全开，无节流损失；直到供热抽汽控制阀阀门全开，其阀后压力也等于中亚缸背压，此时供热抽汽控制阀无节流损失，低压缸调节阀也无节流损失，这个状态点就称为供热机组的无节流工况点；之后，随i外界热负荷的增加，还需要增大抽汽参数，此时供热抽汽控制阀已经全开，无节流损失，就需要调小低压缸调节阀的开度，使其处于节流状态，低压缸进口压力不等于中压缸背压，低压缸进口压力仍然由低压缸流量确定，此时等于供热抽汽控制阀阀前压力阀后压力等于低压缸调节阀阀前压力等于中压缸背压，中压缸背压根据热网加热器特性曲线的变化而变化；再随着外界热负荷的增加，低压缸调节阀开度逐渐减小，节流损失不断增大，直到最大抽汽工况。当热负荷逐渐减小时，调节过程与之相反。
本发明技术重点是根据外界热负荷变化调节低压缸调节阔和供热抽汽控制阀，使抽汽参数与热负荷需求尽可能匹配，减少高品位热能的浪费。
权利要求
1.一种热电联产系统供热蒸汽的调节方法，其特征在于，该方法基于对热电联产系统供热蒸汽温度对口的合理利用，将热网、热网加热器、供热机组作为一个整体系统来考虑，以准确提供供热抽汽参数，减少供热过程中的节流损失，使热用户所需热负荷随室外温度的变化而变化，即改变热网的供回水温度，进而改变供热机组的抽汽参数，通过对热网、热网加热器、供热机组的关联协调，使供热抽汽参数与外界热负荷需求相匹配，生产出满足供热要求的采暖水或生活热水，这样不但能满足热用户舒适性的要求，还能提高供热机组的发电量，增加热电厂的经济效益，具体步骤如下1)首先根据供热系统的基本原理和计算公式如下二次网的供(回)水温度计算公式为式中tg，th，tn，tw分别是二次热网的供水、回水、室温和环境温度，带“/”参数表示相应参数的设计值；B为散热器的传热指数； id="icf0003" file="A2009102357830002C3.tif" wi="2" he="3" top= "176" left = "124" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>为二次网相对流量比；一次网质调节的供(回)水温度计算公式为<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>τ</mi> <mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mo>[</mo><mrow> <mo>(</mo> <msubsup><mi>τ</mi><mn>1</mn><mo>/</mo> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup><mi>τ</mi><mn>2</mn><mo>/</mo> </msubsup> <mo>)</mo></mrow><mover> <mi>Q</mi> <mo>‾</mo></mover><mo>+</mo><msub> <mi>t</mi> <mi>n</mi></msub><mo>]</mo><msup> <mi>e</mi> <mi>D</mi></msup><mo>-</mo><msub> <mi>t</mi> <mi>g</mi></msub> </mrow> <mrow><msup> <mi>e</mi> <mi>D</mi></msup><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></mfrac> </mrow>]]></math></maths><maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>τ</mi> <mn>2</mn></msub><mo>=</mo><msub> <mi>τ</mi> <mn>1</mn></msub><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <msubsup><mi>τ</mi><mn>1</mn><mo>/</mo> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup><mi>τ</mi><mn>2</mn><mo>/</mo> </msubsup> <mo>)</mo></mrow><mover> <mi>Q</mi> <mo>‾</mo></mover> </mrow>]]></math></maths>式中τ1，τ2分别是一次网的供、回水温度；带“/”参数表示相应参数的设计值；<maths id="math0003" num="0003" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>D</mi><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mrow> <mo>(</mo> <msubsup><mi>τ</mi><mn>1</mn><mo>/</mo> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup><mi>t</mi><mi>g</mi><mo>/</mo> </msubsup> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <msubsup><mi>τ</mi><mn>2</mn><mo>/</mo> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup><mi>t</mi><mi>h</mi><mo>/</mo> </msubsup> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><mi>Δ</mi><msup> <mi>t</mi> <mo>/</mo></msup> </mrow></mfrac><mo>;</mo> </mrow>]]></math> id="icf0006" file="A2009102357830002C6.tif" wi="38" he="9" top= "232" left = "21" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>Δt′为设计工况下，水-水换热器的对数平均温差<maths id="math0004" num="0004" ><math><![CDATA[ <mrow><msup> <mi>Δt</mi> <mo>/</mo></msup><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mrow> <mo>(</mo> <msubsup><mi>τ</mi><mn>1</mn><mo>/</mo> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup><mi>t</mi><mi>g</mi><mo>/</mo> </msubsup> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <msubsup><mi>τ</mi><mn>2</mn><mo>/</mo> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup><mi>t</mi><mi>n</mi><mo>/</mo> </msubsup> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><mi>ln</mi><mfrac> <mrow><msubsup> <mi>τ</mi> <mn>1</mn> <mo>/</mo></msubsup><mo>-</mo><msubsup> <mi>t</mi> <mi>g</mi> <mo>/</mo></msubsup> </mrow> <mrow><msubsup> <mi>τ</mi> <mn>2</mn> <mo>/</mo></msubsup><mo>-</mo><msubsup> <mi>t</mi> <mi>n</mi> <mo>/</mo></msubsup> </mrow></mfrac> </mrow></mfrac><mo>,</mo> </mrow>]]></math></maths>可确定室外温度与热网供回水的关系，得到室外温度与热网供回水温度的曲线；2)根据热网供回水温度变化和热网加热器的特性，从如下公式得出热网回水与抽汽参数之间的关系，热网加热器端差<maths id="math0005" num="0005" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>θ</mi><mo>=</mo><mfrac> <mi>Δt</mi> <mrow><msup> <mi>e</mi> <mfrac><mrow> <mn>3.6</mn> <mo>·</mo> <mi>A</mi> <mo>·</mo> <mi>K</mi></mrow><mrow> <msub><mi>c</mi><mi>w</mi> </msub> <mo>·</mo> <msub><mi>G</mi><mi>w</mi> </msub></mrow> </mfrac></msup><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></mfrac> </mrow>]]></math> id="icf0008" file="A2009102357830003C1.tif" wi="21" he="12" top= "69" left = "73" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>热网加热器饱和蒸汽温度ts＝τ2+Δt+θ热网加热器消耗蒸汽量<maths id="math0006" num="0006" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>G</mi><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>G</mi> <mi>w</mi></msub><msub> <mi>c</mi> <mi>w</mi></msub><mi>Δt</mi> </mrow> <mi>γ</mi></mfrac> </mrow>]]></math> id="icf0009" file="A2009102357830003C2.tif" wi="20" he="9" top= "96" left = "87" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>式中K——热网加热器的传热系数，W/(m2·℃)； A——热网加热器换热面积； Δt——热网加热器水侧温升，即Δt＝τ1-τ2，℃； cw——热网加热器水侧的比热，kJ/(kg·℃)； Gw——热网加热器水侧流量，kg/h。
γ——蒸汽潜热。根据传热学基本理论，热网水侧温升表征为单位质量热网水吸热量，而抽汽压降表征为单位质量蒸汽放热量，以此得到热网加热器供热抽汽流量与供热抽汽压力的性能曲线，此曲线反映出供回水温度变化时抽汽参数的变化情况；根据供热机组低压缸的性能，得到汽轮机低压缸的性能曲线。结合上述两条曲线，得到供热机组的联合特性曲线；3)当外界热负荷为零时，低压缸调节阀全开，供热抽汽控制阀开度为零，机组处于纯凝工况下运行；当外界热负荷逐渐增大，低压缸调节阀全开，增大供热抽汽控制阀的开度，供热抽汽控制阀的节流损失逐渐减小；直到低压缸调节阀和供热抽汽控制阀全开，都无节流损失，称这个状态点为供热机组的无节流工况点；4)供热抽汽控制阀全开，逐渐减小低压缸调节阀开度，直到达到低压缸的最小流量，达到机组的最大供热能力，而低压缸调节阀的节流损失逐渐增大。
2. 根据权利要求1所述热电联产系统供热蒸汽的调节方法，其特征在于，所 述低压缸特性曲线和热网加热器特性曲线的联合确定调节手段。
3. 根据权利要求1所述热电联产系统供热蒸汽的调节方法，其特征在于，供 热机组的无节流工况点时，中压缸背压随低压缸特性曲线变化。
4. 根据权利要求3所述热电联产系统供热蒸汽的调节方法，其特征在于，所 述中压缸背压等于低压缸调节阀阀前和阀后的压力，等于供热抽汽控制阀阀前压力；无节流工况点处，中压缸背压等于供热抽汽压力，等于低压缸进口压力；无 节流工况点后，中压缸背压随热网加热器特性曲线变化，中压缸背压等于供热抽 汽控制阀阀前和阀后压力，等于低压缸调节阀阀前压力。
全文摘要
本发明公开了属于能源技术领域的涉及能够使集中供热系统的热效率大幅提升、增大采暖供热机组的供热效率的一种热电联产系统供热蒸汽的调节方法。该方法是基于对热电联产系统供热蒸汽温度对口的合理利用，将热网、热网加热器、供热机组作为一个整体系统来考虑，以准确提供供热抽汽参数，减少供热过程中的节流损失，热用户所需热负荷随室外温度变化而变化，即改变热网的供回水温度，进而改变供热机组的抽汽参数，通过对热网、热网加热器、供热机组的关联协调，使供热抽汽参数与外界热负荷需求相匹配并生产出满足供热要求的采暖水或生活热水，这样不但能满足热用户舒适性的要求，还能提高供热机组的发电量，增加热电厂的经济效益。
文档编号F01K17/02GK101672203SQ20091023578
公开日2010年3月17日 申请日期2009年10月15日 优先权日2009年10月15日
发明者何坚忍, 杨勇平, 林振娴, 翟启武, 胡学伟 申请人:华北电力大学