供热变工况热压机组调节方法及系统与流程

本发明涉及热压机组调节方法及系统，尤其是涉及供热变工况热压机组调节方法及系统

背景技术：
近几年，随着经济的发展，城市化进程的逐步加快，集中供热已成为目前我国“三北”地区及山东等省份城镇冬季最主要的采暖方式，热电联产作为集中供热的主要方式之一，因其高效的能源利用率，已经引起了广泛的关注并已得到大力地推广及应用。目前高背压技术的提出，已使热电联产中的蒸汽供热系统高品位质蒸汽低品位使用的现象得到了初步的改善，较为典型的即为蒸汽喷射器技术，其特点是利用高压蒸汽引射乏汽，混合后的蒸汽进入加热器对热网循环水进行加热，在满足供热需求的基础上，通过充分利用低品位乏汽达到节能减排的目的。但蒸汽喷射器应用到供暖领域也会有一定的短板，若采用固定型蒸汽喷射器，当供热负荷发生变化后，热负荷的调节是通过高压蒸汽管路及其旁通管路上的节流装置进行控制(如专利CN200810102224.8)，会造成高品位能的不可逆损失，另外喷射器有其固定的高效点，供热负荷变工况条件下不能保证其高效运行，长时间处于低效率运行的方式；此外，针对目前的可调式喷射器，当用于大供热负荷条件下，其制造成本较固定式喷射器将有几何倍数的增加，使供热改造的成本增加较大。固定式蒸汽喷射器在变负荷工况条件下，节流装置会造成高品位能的不可逆损失，另外由于其固有的性能曲线，不能保证喷射器长期处于高效点下的运行。如单纯采用可调式蒸汽喷射器，当设计热负荷偏大时，其投资成本将大大增加。

技术实现要素：
针对目前这些亟需改善的地方，结合喷射器技术特点和供热的负荷变化情况，发明一种新型的基于热压机组的供热调节方法及系统，以满足供热系统的高效运行。本发明阐述一种基于热压机组的供热调节方法及系统，热压机组根据供热需求可以串联多级，每级热压机组又有n个热压机组成，以附图1所示的两级串联为例，第一、二级热压机组分别包含三个热压机A1、B1、C1和A2、B2、C2，其中A1、B1、A2、B2均为固定式热压机，C1、C2为可调式热压机，热压机以高压蒸汽为动力蒸汽，引射乏汽混合后进入热网加热器(7、8)加热循环水，热网加热器采用两级串联，保证了供热负荷变化时调节的灵活性。热压机组配置约束条件如下：(1)第一级热压机组最大供热能力为Q1，第二级热压机组最大供热能力为Q2，设计热负荷满足:Qn＝Q1+Q2(2)第一级热压机组三个热压机，A1、B1为不可调热压机，设计热负荷Qa1、Qb1，C1可调热压机，最大设计负荷Qc1，满足：Q1＝Qa1+Qb1+Qc1，且Qc1≥Qb1；同样第二级热压机组三个热压机A2、B2为不可调热压机，设计热负荷Qa2、Qb2，C2为可调热压机，最大设计负荷Qc2，满足：Q2＝Qa2+Qb2+Qc2，Qc2≥Qb2。(3)TB＞TA，其中TA是第一级热压机组投入运行后供水温度，TB是两级热压机组均投入运行后的供水温度。以此约束条件为前提，在整个供热期内根据供热负荷的变化逐步调节热压机组的投入情况，整个供热期调节方法如下：1)采暖初期，供热负荷偏小，逐步投入第一级热压机组。第一级热压机组投入方式如下：首先投入第一级热压机组中A1固定式热压机，随着热负荷的增加，投入C1可调式热压机并逐步增大其出力，维持供水温度保持TA不变，需相应增加循环水量(即附图2中b-c阶段)，当C1热压机出力调整与B1出力相等时，投入热压机B1，同时调整C1到零出力(即图中c点)；当热负荷继续增加时，逐渐调整C1热压机直至最大出力，即附图2中c-d阶段。2)当第一级热压机组满出力都不能满足供热需求时，需要投入第二级热压机组，供水温度调整到TB，由于供水温度的突变，流量相对应突降(即附图2中d-e阶段)，第二级热压机组三个热压机投入方式与第一级热压机组投入步骤相同，流量调整曲线如附图2中e-g阶段。3)由严寒期到次寒期，随着供热负荷逐渐减少，不需要一、二级热压机组均满出力条件下运行，首先调整第二级热压机组，逐步降低C2热压机出力，当C2热压机调整量将近等于B2出力时，关闭B2热压机，同时把C2热压机调到最大出力，当热负荷继续降低时，继续调小C2热压机，直到完全退出第二级热压机组，相应的流量调整曲线如附图2中g’-e’阶段。当完全退出第二级热压机组时，由于供水温度同步降低(TB调整到TA)，为满足负荷要求，循环水流量会有一个突增，即附图2中的e’到d’点。4)当热负荷继续减小，且第二级热压机组已完全退出后，逐步调节第一级热压机组，调节方法与退出第二级热压机组退出方法相同，流量调节曲线如d’到b’点。当第一级热压机组完全退出后，供热结束。综上所述，流量调节曲线方程为：第一级热压机组投入运行后，流量调节曲线：式中：Qn—设计热负荷，W；tn—供热室内计算温度，℃；tw—某天室外实际温度，℃；t'w—供热室外计算温度，℃；Ta—乏汽背压达到最大时的供水温度，℃；th—热网回水温度，℃；c—水的比热容，J/(kg.℃)，TA第一级热压机组投运后的供水温度。第一级、第二级热压机组均投入运行后，流量调节曲线：式中：TB—第二级热压机组投运后的供水温度，℃此种调节方式由于采用固定式热压机与可调式热压机的组合，结合热网的质、量调节，在变工况条件下始终会有固定热压机处于最高效率点，而仅是少部分负荷的可调式热压机效率相对较差，综合热压机组的效率相对较高；而单个热压机或者仅依靠质调节的串联热压机组在变工况运行条件下尤其是在负荷偏低时，其效率较热压机组差距较大(如附图3所示)。热压机组效率表达式如下式：式中：Qi—第一、二热压机组中某个热压机的运行热负荷，W；ηi—运行热压机的相应热负荷条件下运行效率，％。热压机组根据供热需求可以串联多级，每级热压机组又可以采用多个热压机组成，不局限于附图1中的数量。设计多级热压机组串联加热热网循环水，每个热压机组有n个热压机匹配组成，通过合理的热压机匹配系统以及调节方法，使整个供热期在变负荷工况下能够得到灵活高效的调节。其中热压机组根据供热需求可以串联两级以上的多级，每级热压机组又可以采用三个以上的多个热压机组成。本发明还提供了一种实施上述供热调节方法的热压机组，其中所述热压机组包括两级，第一、二级热压机组分别包含三个热压机A1、B1、C1和A2、B2、C2；其中热压机A1、B1、A2、B2均为固定式热压机，C1、C2为可调式热压机；热压机以高压蒸汽为动力蒸汽，引射乏汽混合后进入热网加热器加热循环水，所述热网加热器采用两级串联。本发明所述的热压机组，其中热压机组根据供热需求可以串联两级以上的多级，每级热压机组又可以采用三个以上的多个热压机组成。附图说明下面将结合附图对本发明作进一步地解释，其中：图1：热压机组变工况条件下的效率曲线；图2：质调方式下热压机组变工况条件下的效率曲线；图3：单级热压机变工况条件下的效率曲线附图标记如下：1、热压机A12、热压机B13、热压机C14、热压机A25、热压机B26、热压机C27、第一级热网加热器8、第二级热网加热器具体实施方式本发明阐述一种基于热压机组的供热调节方法及系统，提供了一种基于热压机组的供热调节方法及系统，所述系统主要包括多级热压机组、采暖抽汽管道、乏汽管道，热网循环水加热装置以及相关装置阀门和管件。在整个供热期内，随着初末期、次寒期、严寒期不同时间段热负荷变化，需要对热网循环水进行质、量结合的调节，热压机组由可调式热压机以及固定式热压机组合而成，在保证灵活调节热网负荷的同时，还能保证热压机组在变工况的前提下较大程度地高效率运行。接下来，将通过具体实施例对本发明做进一步的描述。热压机组根据供热需求可以串联多级，每级热压机组又有n个热压机组成，以附图1所示的两级串联为例，第一、二级热压机组分别包含三个热压机A1、B1、C1(1，2，3)和A2、B2、C2(4，5，6)，其中A1、B1、A2、B2均为固定式热压机，C1、C2为可调式热压机，热压机以高压蒸汽为动力蒸汽，引射乏汽混合后进入第一级、第二级热网加热器7、8加热循环水，热网加热器采用两级串联，保证了供热负荷变化时调节的灵活性。热压机组配置约束条件如下：(1)第一级热压机组最大供热能力为Q1，第二级热压机组最大供热能力为Q2，设计热负荷满足:Qn＝Q1+Q2(2)第一级热压机组三个热压机，A1、B1为不可调热压机，设计热负荷Qa1、Qb1，C1可调热压机，最大设计负荷Qc1，满足：Q1＝Qa1+Qb1+Qc1，且Qc1≥Qb1；同样第二级热压机组三个热压机A2、B2为不可调热压机，设计热负荷Qa2、Qb2，C2为可调热压机，最大设计负荷Qc2，满足：Q2＝Qa2+Qb2+Qc2，Qc2≥Qb2。(3)TB＞TA以此约束条件为前提，在整个供热期内根据供热负荷的变化逐步调节热压机组的投入情况，整个供热期调节方法如下：1)采暖初期，供热负荷偏小，逐步投入第一级热压机组。第一级热压机组投入方式如下：首先投入第一级热压机组中A1固定式热压机，随着热负荷的增加，投入C1可调式热压机并逐步增大其出力，维持供水温度保持TA不变，需相应增加循环水量(即附图2中b-c阶段)，当C1热压机出力调整与B1出力相等时，投入热压机B1，同时调整C1到零出力(即图中c点)；当热负荷继续增加时，逐渐调整C1热压机直至最大出力，即附图2中c-d阶段。2)当第一级热压机组满出力都不能满足供热需求时，需要投入第二级热压机组，供水温度调整到TB，由于供水温度的突变，流量相对应突降(即附图2中d-e阶段)，第二级热压机组三个热压机投入方式与第一级热压机组投入步骤相同，流量调整曲线如附图2中e-g阶段。3)由严寒期到次寒期，随着供热负荷逐渐减少，不需要一、二级热压机组均满出力条件下运行，首先调整第二级热压机组，逐步降低C2热压机出力，当C2热压机调整量将等于B2出力时，关闭B2热压机，同时把C2热压机调到最大出力，当热负荷继续降低时，继续调小C2热压机，直到完全退出第二级热压机组，相应的流量调整曲线如附图2中g’-e’阶段。当完全退出第二级热压机组时，由于供水温度同步降低(TB调整到TA)，为满足负荷要求，循环水流量会有一个突增，即附图2中的e’到d’点。4)当热负荷继续减小，且第二级热压机组已完全退出后，逐步调节第一级热压机组，调节方法与退出第二级热压机组退出方法相同，流量调节曲线如d’到b’点。当第一级热压机组完全退出后，供热结束。综上所述，流量调节曲线方程为：第一级热压机组投入运行后，流量调节曲线：式中：Qn—设计热负荷，W；tn—供热室内计算温度，℃；tw—某天室外实际温度，℃；t'w—供热室外计算温度，℃；Ta—乏汽背压达到最大时的供水温度，℃；th—热网回水温度，℃；c—水的比热容，J/(kg.℃)，TA第一级热压机组投运后的供水温度。第一级、第二级热压机组均投入运行后，流量调节曲线：式中：TB—第二级热压机组投运后的供水温度，℃此种调节方式由于采用固定式热压机与可调式热压机的组合，结合热网的质、量调节，在变工况条件下始终会有固定热压机处于最高效率点，而仅是少部分负荷的可调式热压机效率相对较差，综合热压机组的效率相对较高；而单个热压机或者仅依靠质调节的串联热压机组在变工况运行条件下尤其是在负荷偏低时，其效率较热压机组差距较大(如附图3所示)。热压机组效率表达式如下式：式中：Qi—第一、二热压机组中某个热压机的运行热负荷，W；ηi—运行热压机的相应热负荷条件下运行效率，％。热压机组根据供热需求可以串联多级，每级热压机组又可以采用多个热压机组成，不局限于附图1中的数量。参考图2，其中描述了质调方式下热压机组变工况条件下的效率曲线，其中各个点的注释如下：b:第一级热压机组投入时间点；b-c：热压机A1投入，热压机C1出力从0逐步调节到满出力；c：热压机B1投入点，C1从满出力突降到0；c-d：热压机A1、B1均运行状态，热压机C1出力从0逐步调节到满出力；e点：第二级热压机组开始投入运行点；d-e段：由于供水温度提高到TB，循环水流量突降；e-f：热压机A2运行，热压机C2出力从0-100％逐步调节；f：热压机B2投入点，C2从100％降到0％；f-g：热压机A2、B2均运行状态，C2出力从0-100％调节段；g-h：第一级、第二级热压机组均满出力运行阶段；从严寒期到供热结束调节过程相反。流量调节方程如下：另外，设计多级热压机组串联加热热网循环水，每个热压机组有n个热压机匹配组成，通过合理的热压机匹配系统以及调节方法，使整个供热期在变负荷工况下能够得到灵活高效的调节。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的保护范围由权利要求书所限定。