供热机组采用低温余热热泵供热改造后的调峰能力评估方法与流程

本发明属于发电技术领域，具体涉及一种供热机组采用低温余热热泵供热改造后的调峰能力评估方法。

背景技术：

新能源机组的迅猛发展对火电机组深度调峰提出了越来越高的要求。火电机组中，供热机组由于同时对外供应热及电两种产品，其热电耦合特性大大增加了机组参与电网调峰的难度。目前，许多供热机组供热季节调峰出力只能降低至70%左右。

为提高现有火电机组的调峰幅度，国家能源局开展了灵活性改造示范项目，并提出了灵活性改造的调峰性能提升目标。要求示范项目通过灵活性改造，热电机组增加20%额定容量的调峰能力，最小技术出力达到40%-50%额定容量，这对于现有的供热机组确定了较为苛刻的改造目标。

现有供热机组汽轮机进行低温余热热泵供热技术改造后，机组的调峰能力不仅与对外供热量相关，而且与热泵机组的工作性能紧密相关，从电网运行的角度迫切需要确定其确切的调峰能力，以保证对采用低温余热热泵供热的供热机组进行准确的调度。但目前缺乏一种实用的简化的评估技术手段来对现有供热机组采用低温余热热泵供热改造后的调峰能力进行评估。

因此迫切需要供热机组采用低温余热热泵供热改造后的调峰能力评估方法来解决目前面临的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种简便且准确可靠的供热机组采用低温余热热泵供热改造后的调峰能力评估方法。

本发明采用如下技术方案：

一种供热机组采用低温余热热泵供热改造后的调峰能力评估方法，综合供热机组实际运行低压缸最小排汽量及总供热抽汽流量，通过实际运行低压缸最小排汽量下的特性曲线及各供热抽汽流量下的特性曲线确定出采用低温余热热泵供热改造后机组在供热状态下的调峰最小出力及调峰最大出力。

进一步的，其具体包括如下步骤：

（a）确定供热机组热电特性曲线中的考虑适当运行安全裕度的最小等排汽流量曲线；

（b）根据采用低温余热热泵供热改造后供热机组的供热运行数据计算供热机组的实际供热抽汽流量；

（c）根据供热机组汽轮机总供热抽汽流量，在供热特性曲线上确定机组对应的调峰最小出力ptfmin；

（d）根据供热机组汽轮机总供热抽汽流量，在供热特性曲线上确定机组对应的调峰最大出力ptfmax；

（e）采用低温余热热泵供热改造后供热机组的当前调峰出力范围为：ptfmin至ptfmax。

进一步的，所述步骤（a）具体包括：

（a）在供热机组热电特性曲线中，将低压缸最小排汽流量限制线进行线性拟合，将功率随主蒸汽流量的变化特性拟合为：

y1=a1+b1×x（1）

式（1）中，a1、b1分别为特性系数，x表示主蒸汽流量自变量，单位t/h；y1表示机组功率应变量，单位mw；

（b）在供热机组汽轮机设计资料中，查找额定供热工况的以下参数：设计供热抽汽量fcqdes、设计主蒸汽进汽量fmsdes、设计低压缸排汽量flpexdes、以及此工况下供热机组出力pdes；

（c）确定机组在低压缸设计排汽量flpexdes下的功率随主蒸汽流量的变化特性曲线；

由等式pdes=a2+b1×fmsdes；

可计算得到：a2=pdes-b1×fmsdes；

由此在低压缸设计排汽量下，机组功率随主蒸汽流量的变化特性拟合为：

y2=a2+b1×x（2）

式（2）中，a2、b1分别为特性系数，x表示主蒸汽流量自变量，单位t/h；y2表示机组功率应变量，单位mw；

（d）考虑适当运行安全裕度的实际运行低压缸最小等排汽流量曲线可表示为：

y=y1+(y2-y1)/(flpexdes-flpexmin)×(flpex-flpexmin）

式中，y1与y2分别根据式（1）及式（2）求得。

进一步的，考虑实际运行中低压缸排汽流量比设计低压缸最小排汽流量要偏高，并取偏高值为50t/h作为适当运行安全裕度；实际运行低压缸最小等排汽流量曲线可进一步表示为：

y=y1+(y2-y1)/(flpexdes-flpexmin)×50（3）。

进一步的，所述步骤（b）具体包括：

1）收集现场机组供热运行数据：

包括采用低温余热热泵供热改造后机组热泵的热网水流量frws、热泵热网水进水温度t1、热泵热网水出水温度t2、低温余热热泵热源水进水温度t3、低温余热热泵驱动蒸汽进口压力pds及进口温度tds、热泵凝结水箱温度tdsc以及采用低温余热热泵供热改造后机组汽轮机热网加热器抽汽流量fcq1；流量单位均为t/h，温度单位均为℃，压力单位为mpa；

2）计算热网水在热泵中的总吸热量：

q1=frws×1000×4.186×（t2-t1）（4）

式（4）中，q1为热网水在热泵中的总吸热量，单位为kj/h；

3）计算热泵运行中的实际能效系数：

copr=copdes×ftrw×ftry×fpds（5）

式（5）中，copr为实际运行热泵能效系数；copdes为热泵设计能效系数；ftrw为热泵热网进水温度修正系数，按热泵热网水进水温度t1根据厂家提供的修正曲线查得；ftry为热泵热源水进水温度修正系数，按热泵热源水进水温度t3根据厂家提供的修正曲线查得；fpds为热泵驱动蒸汽压力修正系数，按热泵驱动蒸汽进口压力pds根据厂家提供的修正曲线查得；

4）计算单位质量热泵驱动蒸汽在热泵中的凝结热量：

q2=h1(pds,tds)-h2(tdsc)（6）

式（6）中，q2为每kg热泵驱动蒸汽在热泵中的凝结热量，单位kj/kg；h1（）为水蒸汽特性公式计算函数，得到的驱动蒸汽焓值，单位kj/kg；h2（）为水蒸气特性公式计算函数，得到的饱和水焓值，单位kj/kg；

5）计算采用低温余热热泵在供热状态下的驱动蒸汽流量fds：

fds=q1/copr/q2/1000（7）

式（7）中，fds为低温余热热泵在供热状态下的驱动蒸汽流量，单位t/h；

6）计算机组总供热抽汽流量fcq；

fcq=fds+fcq1（8）

式（8）中，fcq为机组总供热抽汽流量，单位t/h。

进一步的，h1（）为水蒸汽特性公式计算函数，由蒸汽压力及温度计算蒸汽焓值。

进一步的，h2（）为水蒸汽特性公式计算函数，由水温度计算得到的饱和水焓值。

进一步的，所述步骤（c）具体包括：

1）在供热机组热电特性曲线中，将等抽汽流量曲线进行线性拟合，将功率随主蒸汽流量的变化特性拟合为：

zi=ci+di×x（9）

式（9）中，i为由机组等抽汽流量的编号，范围由0至n，随i的增大抽汽流量fcn(i)逐渐增大，i=0时对应供热抽汽流量为零即纯凝运行工况，i=n时对应最大供热抽汽流量的运行工况；ci、di分别为特性系数；x为机组主蒸汽流量，单位t/h；zi为对应汽轮机采暖抽汽流量fcn(i)下的机组功率，单位mw；

2）在任意供热抽汽量fcq时机组功率随主蒸汽流量的变化特性可表示为：

当fcq(i)<fcq<fcq(i+1)时，

z=zi+(zi+1-zi)/(fcq(i+1)-fcq(i))×(fcq-fcq(i))（10）

式（10）中zi及zi+1均根据公式（9）计算得到；

3）确定供热机组的实际运行低压缸最小等排汽流量曲线及汽轮机供热抽汽流量曲线的相交工况点，即为供热机组的最小调峰出力；

进一步的，所述步骤3）中，确定供热机组的最小调峰出力的具体方法包括：

a、假设主蒸汽流量初始值x0为75%额定主蒸汽流量；设定st=100，j=1；

b、根据式（3）计算实际运行低压缸最小等排汽流量flpexminp下机组功率值为y,根据式（10）计算机组供热抽汽量fcq下机组功率值为z；比较y与z；

c、如果abs(y-z)<0.01，相交工况点找到，确定的主蒸汽流量x=x0，机组功率ptfmin=z；结束；

如果abs(y-z)≥0.01且y>z时，s1=1，s0=1，主蒸汽流量x1=x0+sp，j=j+1；

如果abs(y-z)≥0.01且y<z时，s1=-1，s0=-1，主蒸汽流量x1=x0-sp，j=j+1；

d、根据新的主蒸汽流量按式（3）计算实际运行低压缸最小等排汽流量flpexminp下机组功率值为y，根据式（10）计算机组供热抽汽量fcq下机组功率值为z；比较y与z；

e、如果abs(y-z)<0.01，相交工况点找到，确定的主蒸汽流量x=x(j-1)，机组功率ptfmin=z；结束；

如果abs(y-z)≥0.01且y>z时，s(j)=1；

如果s(j)×s(j-1)>0，主蒸汽流量x(j)=x(j-1)+sp，j=j+1，转至步骤d；

如果s(j)×s(j-1)<0，sp=sp/2，主蒸汽流量x(j)=x(j-1)+sp，j=j+1，转至步骤d；

如果abs(y-z)≥0.01且y<z时，s(j)=-1；

如果s(j)×s(j-1)>0，主蒸汽流量x(j)=x(j-1)-sp，j=j+1，转至步骤d；

如果s(j)×s(j-1)<0，sp=sp/2，主蒸汽流量x(j)=x(j-1)-sp，j=j+1，转至步骤d。

进一步的，所述步骤（d）具体包括：

1）在供热机组热电特性曲线中，将最大主蒸汽流量曲线上各点进行线性拟合，将机组功率随汽轮机抽汽流量的变化特性拟合为：

p=a0+b0×fc（11）

式（11）中，p为机组功率，单位mw；a0，b0为线性拟合曲线系数；fc为汽轮机抽汽流量自变量，单位t/h；

2）根据式（11）计算机组供热抽汽量fcq下机组调峰最大出力值ptfmax。

本发明的有益效果在于：本发明专利基于供热机组设计热电特性及额定供热设计工况参数，计算确定出汽轮机实际运行低压缸最小排汽量下的特性曲线；基于吸收式热泵系统的质量及能量平衡原理，通过采用低温余热热泵供热状态下的实际运行参数，计算确定热泵的驱动蒸汽流量及总供热抽汽流量。综合机组实际运行低压缸最小排汽量及总供热抽汽流量，通过特性曲线确定出采用低温余热热泵供热改造后机组在供热状态下的调峰最小出力及调峰最大出力。本方法解决了现有采用低温余热热泵供热改造后供热机组在任一供热状态下的调峰出力范围的评估问题，为电网实现对此类供热机组的准确可靠调度提供了重要的参考数据；采用本发明的简化评估方法，也可为电网调度部门确定现有采用低温余热热泵供热改造后供热机组在采暖期不同阶段的运行方式提供重要参考数据，提高现有采用低温余热热泵供热改造后供热机组对电网的调峰能力。

附图说明

图1为典型评估的供热机组的系统示意图。

图2为用于本发明方法的评估装置的示例图。

其中，1、1号低加；2、2号低加；3、3号低加；4、4号低加；5、除氧器；6、高压缸；7、中压缸；8、低压缸；9、1号高加；10、2号高加；11、3号高加；12、热网加热器；13、热网疏水泵；14、热网来回水；15、至热网供水；16、凝结水泵；17、给水泵；18、联通管上供热调整蝶阀；19、低温余热热泵；20、汽轮机抽汽来热泵驱动蒸汽；21、回机组的热泵驱动蒸汽疏水；22、至热泵的热网回水；23、热泵出水至热网；24、至热泵热源来水；25、热泵至热源回水；26、锅炉来主蒸汽；27、锅炉来热再热蒸汽；28、至锅炉冷再热蒸汽；29、至锅炉给水；200、获取模块；201、第一计算模块；202第二计算模块；203、第三计算模块；204、显示模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明公开了一种供热机组采用低温余热热泵供热改造后的调峰能力评估方法，具有下列基本特性：采用以下步骤来确定采用低温余热热泵供热改造后供热机组的调峰出力范围。

（1）评估的供热机组及低温余热热泵供热改造技术具有的系统配置特性

1）供热机组汽轮机为常规抽凝式汽轮机。

2）采暖供汽取自压力较低的汽轮机抽汽。抽汽压力为可调整抽汽，通过低压缸进口联通管上的调整蝶阀进行调节，压力范围0.2~1.0mpa。

3）采暖供汽至热网加热器换热后，热网加热器冷凝水通过疏水泵输送至除氧器进口凝结水管道。

4）供热机组为再热式机组时，采暖供汽均取自再热式汽轮机中压缸抽汽。

5）低温余热热泵供热改造后，热泵的驱动蒸汽取自与热网加热器对应的相同抽汽，无法满足热泵运行要求时，切换至备用的高一级抽汽汽源。

6）评估的供热机组只向热网加热器提供采暖供汽，无对外工业用汽需求，即汽轮机为单抽汽供热汽轮机。

7）采用低温余热热泵供热改造时，增加的供热能力只用于替代采暖抽汽供热。

典型评估的供热机组的系统示意如附图1所示。

（2）确定供热机组热电特性曲线中的考虑适当运行安全裕度的最小等排汽流量曲线。

1）在供热机组热电特性曲线中，将低压缸最小排汽流量限制线（对应低压缸最小排汽流量flpexmin）进行线性拟合，将功率随主蒸汽流量的变化特性拟合为：

y1=a1+b1×x（1）

式（1）中，a1、b1分别为特性系数，x表示主蒸汽流量自变量，单位t/h；y1表示机组功率应变量，单位mw；

2）在供热机组汽轮机设计资料中，查找额定供热工况的以下参数：设计供热抽汽量fcqdes、设计主蒸汽进汽量fmsdes、设计低压缸排汽量flpexdes、以及此工况下供热机组出力pdes；

3）确定机组在低压缸设计排汽量flpexdes下的功率随主蒸汽流量的变化特性曲线。方法如下：由等式pdes=a2+b1×fmsdes，可求得a2：

a2=pdes-b1×fmsdes

由此在低压缸设计排汽量下，机组功率随主蒸汽流量的变化特性拟合为：

y2=a2+b1×x（2）

式（2）中，a2、b1分别为特性系数，x表示主蒸汽流量自变量，单位t/h；y2表示机组功率应变量，单位mw；

4）考虑适当运行安全裕度的实际运行低压缸最小等排汽流量曲线可表示为：

y=y1+(y2-y1)/(flpexdes-flpexmin）×(flpex-flpexmin）

=y1+(y2-y1)/(flpexdes-flpexmin）×50（3）

式（3）中，y1与y2分别根据公式（1）及公式（2）求得。本发明中考虑实际运行中低压缸排汽流量比设计低压缸最小排汽流量要偏高，并取偏高值为50t/h作为适当运行安全裕度。

（3）根据采用低温余热热泵供热改造后供热机组的供热运行数据计算供热机组的实际供热抽汽流量。

1）收集现场机组供热运行数据：

包括采用低温余热热泵供热改造后机组热泵的热网水流量frws、热泵热网水进水温度t1、热泵热网水出水温度t2、低温余热热泵热源水进水温度t3、低温余热热泵驱动蒸汽进口压力pds及进口温度tds、热泵凝结水箱温度tdsc以及采用低温余热热泵供热改造后机组汽轮机热网加热器抽汽流量fcq1；流量单位均为t/h，温度单位均为℃，压力单位为mpa；

2）计算热网水在热泵中的总吸热量：

q1=frws×1000×4.186×（t2-t1）（4）

式（4）中，q1为热网水在热泵中的总吸热量，单位为kj/h；

3）计算热泵运行中的实际能效系数：

copr=copdes×ftrw×ftry×fpds（5）

式（5）中，copr为实际运行热泵能效系数；copdes为热泵设计能效系数；ftrw为热泵热网进水温度修正系数，按热泵热网水进水温度t1根据厂家提供的修正曲线查得；ftry为热泵热源水进水温度修正系数，按热泵热源水进水温度t3根据厂家提供的修正曲线查得；fpds为热泵驱动蒸汽压力修正系数，按热泵驱动蒸汽进口压力pds根据厂家提供的修正曲线查得；

4）计算单位质量热泵驱动蒸汽在热泵中的凝结热量：

q2=h1(pds,tds)-h2(tdsc)（6）

式（6）中，q2为每kg热泵驱动蒸汽在热泵中的凝结热量，单位kj/kg；h1（）为水蒸汽特性公式计算函数，得到的驱动蒸汽焓值，单位kj/kg；h2（）为水蒸气特性公式计算函数，得到的饱和水焓值，单位kj/kg；

5）计算采用低温余热热泵在供热状态下的驱动蒸汽流量fds：

fds=q1/copr/q2/1000（7）

式（7）中，fds为低温余热热泵在供热状态下的驱动蒸汽流量，单位t/h；

6）计算机组总供热抽汽流量fcq；

fcq=fds+fcq1（8）

式（8）中，fcq为机组总供热抽汽流量，单位t/h；

（4）根据供热机组汽轮机总供热抽汽流量，在供热特性曲线上确定机组对应的调峰最小出力ptfmin。

具体步骤如下：

1）在供热机组热电特性曲线中，将等抽汽流量曲线进行线性拟合，将功率随主蒸汽流量的变化特性拟合为：

zi=ci+di×x（9）

式（9）中，i为由机组等抽汽流量的编号，范围由0至n，随i的增大抽汽流量fcn(i)逐渐增大，i=0时对应供热抽汽流量为零即纯凝运行工况，i=n时对应最大供热抽汽流量的运行工况；ci、di分别为特性系数；x为机组主蒸汽流量，单位t/h；zi为对应汽轮机采暖抽汽流量fcn(i)下的机组功率，单位mw。

2）在任意供热抽汽量fcq时机组功率随主蒸汽流量的变化特性可表示为：

当fcq(i)<fcq<fcq(i+1)时，

z=zi+(zi+1-zi)/(fcq(i+1)-fcq(i))×(fcq-fcq(i))（10）

式（10）中zi及zi+1均根据公式（9）计算得到。

3）确定供热机组的实际运行低压缸最小等排汽流量曲线及汽轮机供热抽汽流量曲线的相交工况点，即为供热机组的最小调峰出力；步骤如下：

a、假设主蒸汽流量初始值x0为75%额定主蒸汽流量；设定st=100，j=1；

b、根据式（3）计算实际运行低压缸最小等排汽流量flpexminp下机组功率值为y,根据式（10）计算机组供热抽汽量fcq下机组功率值为z；比较y与z；

c、如果abs(y-z)<0.01，相交工况点找到，确定的主蒸汽流量x=x0，机组功率ptfmin=z；结束；

如果abs(y-z)≥0.01且y>z时，s1=1，s0=1，主蒸汽流量x1=x0+sp，j=j+1；

如果abs(y-z)≥0.01且y<z时，s1=-1，s0=-1，主蒸汽流量x1=x0-sp，j=j+1；

d、根据新的主蒸汽流量按式（3）计算实际运行低压缸最小等排汽流量flpexminp下机组功率值为y，根据式（10）计算机组供热抽汽量fcq下机组功率值为z；比较y与z；

e、如果abs(y-z)<0.01，相交工况点找到，确定的主蒸汽流量x=x(j-1)，机组功率ptfmin=z；结束；

如果abs(y-z)≥0.01且y>z时，s(j)=1；

如果s(j)×s(j-1)>0，主蒸汽流量x(j)=x(j-1)+sp，j=j+1，转至步骤d；

如果s(j)×s(j-1)<0，sp=sp/2，主蒸汽流量x(j)=x(j-1)+sp，j=j+1，转至步骤d；

如果abs(y-z)≥0.01且y<z时，s(j)=-1；

如果s(j)×s(j-1)>0，主蒸汽流量x(j)=x(j-1)-sp，j=j+1，转至步骤d；

如果s(j)×s(j-1)<0，sp=sp/2，主蒸汽流量x(j)=x(j-1)-sp，j=j+1，转至步骤d。

（5）根据供热机组汽轮机总供热抽汽流量，在供热特性曲线上确定机组对应的调峰最大出力。

具体步骤如下：

1）在供热机组热电特性曲线中，将最大主蒸汽流量曲线上各点进行线性拟合，将机组功率随汽轮机抽汽流量的变化特性拟合为：

p=a0+b0×fc（11）

式（11）中，p为机组功率，单位mw；a0，b0为线性拟合曲线系数；fc为汽轮机抽汽流量自变量，单位t/h；

2）根据式（11）计算机组供热抽汽量fcq下机组调峰最大出力值ptfmax。

（6）采用低温余热热泵供热改造后供热机组的当前调峰出力范围为ptfmin至ptfmax。

用于上述评估方法的评估装置的示例图如图2所示，该装置可以包括：获取模块200、第一计算模块201、第二计算模块202、第三计算模块203和显示模块204。

获取模块201，获取额定供热工况参数以及机组供热运行数据。

对低压缸最小排汽流量限制线进行线性拟合，利用查找得到的额定供热工况参数，确定机组在低压缸设计排汽量下的功率随主蒸汽流量的变化特性曲线，进而得到实际运行低压缸最小等排汽流量曲线。

第一计算模块201，利用机组供热运行数据，计算热网水在热泵中的总吸热量、计算热泵运行中的实际能效系数、计算单位质量热泵驱动蒸汽在热泵中的凝结热量、计算采用低温余热热泵在供热状态下的驱动蒸汽流量以及计算机组总供热抽汽流量。

第二计算模块202，根据供热机组汽轮机总供热抽汽流量，在供热特性曲线上确定机组对应的调峰最小出力。

第三计算模块203，根据供热机组汽轮机总供热抽汽流量，在供热特性曲线上确定机组对应的调峰最大出力。

显示模块204，将第二计算模块202和第三计算模块203的计算结果进行显示，即采用低温余热热泵供热改造后供热机组的当前调峰出力范围。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。