一种火电机组双机联合供热控制方法及系统与流程

1.本发明涉及火力发电技术领域，尤其涉及一种火电机组双机联合供热控制方法及系统。


背景技术：

2.保障供热一直以来就是重大的民生工程。随着人们生活水平的不断提升，冬天对供热的需求量持续增加，这对热电联产机组冬季供热又提出更高的要求。但三北地区目前火电机组装机容量大，机组受“以热定电”约束，灵活性严重不足，在供热期调峰能力大幅降低，进一步加剧了系统调峰的困难程度，进而导致弃风弃光问题越发突出。因此，在保障冬季民生供热的基础上，如何提升燃煤热电厂灵活性，实现火电机组进一步热电解耦，提高机组深度调峰能力，使热电厂能够经济高效运行，是当前火电机组急需解决的技术问题。
3.现有的热电解耦方式包括安装储热罐、配置电锅炉、汽轮机光轴改造等，但这些方法存在改造投资成本高的问题。除上述技术外，公开号为cn212671876u公开的“一种低压缸空载改造系统”，该系统主要针对低压缸空载中存在的减温水雾化效果不佳、低压缸叶片易受水蚀等问题进行了优化升级。低压缸空载供热改造投资少且经济性较好，但存在热电解耦不完全，供热能力提升有限等问题。此外，公开号为cn110030608公开的“基于高低旁路联合供热模式的热电解耦系统及其方法”，该方法利用高低旁路系统将蒸汽引入热网加热器，使热网汽源不再受机组电负荷影响，实现相对彻底的热电解耦，很大程度上提升了供热的能力，但存在高能低用，经济性较差的问题。上述方法都存在着一些不足，灵活性较差，无法满足整个供热期各阶段供热负荷需求。
4.因此，提供一种火电机组双机联合供热控制方法及系统，来解决现有技术中的困难，是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种火电机组双机联合供热控制方法及系统，实现火电机组双机联合供热系统灵活性供热控制，使全厂能够自适应供热负荷需求不断的变化，实现全厂经济收益最大化。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种火电机组双机联合供热控制方法，采用双机联合供热系统，包括汽轮机组a和汽轮机组b，具体包括以下步骤：
8.蒸汽流量分布获取步骤：获取现场实时测点数据，根据加热器热的平衡在线计算各级回热抽汽量，得到供热系统蒸汽流量分布；
9.最大供热能力预测步骤：根据双机组主蒸汽流量实时预测各个供热模式的最大供热能力；
10.最优供热模式选择步骤：分别比较各供热模式的最大供热能力和热负荷需求之间的关系，在满足供热负荷需求的供热模式中选择最大供热能力最小的模式为最优供热模
式；
11.当前供热模式确认步骤：根据管路中阀门开关状态确定当前供热模式；
12.最优供热模式判断步骤：判断当前供热模式是否为最优供热模式，若当前模式不是最优供热模式，则将当前供热模式切换至最优供热模式；若当前模式为最优供热模式，则进入供热模式优化步骤；
13.供热模式优化步骤：比较实时热网供水温度与热负荷要求供水温度之间的差值绝对值是否超出预设启动优化阈值，若超过阈值，则按照当前供热模式对供热参数进行优化，若上述绝对值小于预设停止优化阈值，则停止运行参数的优化；
14.定时循环执行上述步骤。
15.优选的，在蒸汽流量分布获取步骤中，现场实时测点为各汽缸进出口管道，回热加热器进出口管道。
16.优选的，回热抽汽量的计算公式如下：
[0017][0018]
式中，h(
·
,
·
)表示对应温度和压力下物质的焓值，p0和p2表示对应位置压力，t0～t3表示对应位置温度；d表示供热循环水流量，η表示加热器效率。
[0019]
优选的，在最大供热能力预测步骤中，供热模式的最大供热能力的计算方法如下：
[0020]
q
maxi
＝a
i
·
m1 b
i
·
m2 c
i
ꢀꢀꢀ
(2)
[0021]
式中，q
maxi
表示模式i的实时最大供热能力；m1表示汽轮机组a主蒸汽量；m2表示汽轮机组b主蒸汽量；a
i
、b
i
和c
i
表示不同锅炉负荷下热力系统变工况离线拟合的计算系数。
[0022]
优选的，最大供热能力预测步骤中，供热模式包括6，具体如下：
[0023]
供热模式一：汽轮机组a高背压供热、汽轮机组b高背压供热模式；
[0024]
供热模式二：汽轮机组a抽汽高背压供热、汽轮机组b抽汽高背压供热模式；
[0025]
供热模式三：汽轮机组a低压缸空载供热、汽轮机组b抽汽高背压供热模式；
[0026]
供热模式四：汽轮机组a抽汽高背压供热、汽轮机组b低压缸空载 电锅炉供热模式；
[0027]
供热模式五：汽轮机组a低压缸空载供热、汽轮机组b低压缸空载 电锅炉供热模式；
[0028]
供热模式六：汽轮机组a低压缸空载供热、汽轮机组b高低旁路 电锅炉供热模式。
[0029]
优选的，供热模式优化步骤中，各供热模式参数优化的方法如下：
[0030]
模式一和模式二优化汽轮机背压：
[0031]
δp
c
是汽轮机背压的优化量，δp
c
＞0时，增加对应背压量，δp
c
＜0时，减小对应应背压量，δp
c
计算公式如下式：
[0032][0033]
式中，h(
·
)表示对应压力下物质的焓值，h(
·
,
·
)表示对应温度和压力下物质的焓值，p
c
表示汽轮机低压缸排汽压力，d
r
表示热网回水流量，p
cur
表示热网供水实时压力，t
set
表示热网供水调度温度，t
cur
表示热网供水实时温度，d
lin
表示低压缸进汽流量；
[0034]
模式二、模式三、模式四、模式五和模式六通过调节五段采暖抽汽蝶阀开度优化抽汽流量：
[0035]
δd
ext
是抽汽流量优化量，计算公式如下式：
[0036][0037]
式中，p
main
表示供热母管蒸汽压力，t
main
表示供热母管蒸汽温度，p
h
表示热网疏水泵出口母管压力，t
h
表示热网疏水泵出口母管温度。
[0038]
一种火电机组双机联合供热控制系统，包括：
[0039]
蒸汽流量分布获取模块、最大供热能力预测模块、最优供热模式选择模块、当前供热模式确认模块、最优供热模式判断模块、供热模式优化模块、供热模式切换模块、定时模块；
[0040]
蒸汽流量分布获取模块，与最大供热能力预测模块的输入端连接，用于获取现场实时测点数据，根据加热器热的平衡在线计算各级回热抽汽量，得到供热系统蒸汽流量分布；
[0041]
最大供热能力预测模块，与最优供热模式选择模块的输入端连接，用于根据双机组主蒸汽流量实时预测各个供热模式的最大供热能力；
[0042]
最优供热模式选择模块，与当前供热模式确认模块的输入端连接，用于分别比较各供热模式的最大供热能力和热负荷需求之间的关系，在满足供热负荷需求的供热模式中选择最大供热能力最小的模式为最优供热模式；
[0043]
当前供热模式确认模块，与最优供热模式判断模块的输入端连接，用于根据管路中阀门开关状态确定当前供热模式；
[0044]
最优供热模式判断模块的第一输出端与供热模式优化模块的输入端连接，最优供热模式判断模块的第二输出端与供热模式切换模块的输入端连接，用于判断当前供热模式是否为最优供热模式，若当前模式不是最优供热模式，则供热模式切换模块将当前供热模式切换至最优供热模式；若当前模式为最优供热模式，则供热模式优化模块对当前供热模式进行优化；
[0045]
定时模块的输入端与供热模式优化模块的输出端连接，定时模块的输出端、供热模式切换模块的输出端、蒸汽流量分布获取模块的输入端共端点，用于定时循环执行供热控制。
[0046]
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种火电机组双机联合供热控制方法及系统：结合多种热电解耦方式，根据全供热期不同的供热负荷需求，基于火电机组双机联合供热系统，设计了多种供热模式，通过切换供热模式和优化供热参数的方式，实现了火电机组双机联合供热系统灵活性供热控制，在保障供热的基础上，提升了火电机组双机运行的灵活性，显著提高了全厂的经济收益。
附图说明
[0047]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据
提供的附图获得其他的附图。
[0048]
图1为本发明一种火电机组双机联合供热控制方法流程图；
[0049]
图2为本发明单台火电机组供热示意图；
[0050]
图3为本发明火电机组双机联合供热系统示意图；
[0051]
图4为本发明一种火电机组双机联合供热控制系统结构示意图；
[0052]
其中，1
‑
高压缸；2
‑
中压缸；3
‑
低压缸；4
‑
发电机；5
‑
锅炉；6
‑
凝汽器；7
‑
凝结水泵；8
‑
低压回热系统；9
‑
除氧器；10
‑
给水泵；11
‑
高压回热系统；12
‑
主蒸汽调节阀；13
‑
高旁减压阀；14
‑
低旁减压阀；15
‑
五段采暖抽汽蝶阀；16
‑
热网凝汽器进汽阀；17
‑
再热蒸汽调节阀；18
‑
供热系统；21
‑
汽轮机组a；22
‑
汽轮机组；23
‑
热网凝汽器aw；24
‑
热网凝汽器bw；25
‑
电锅炉；26
‑
热网循环泵；27
‑
尖峰加热器；28
‑
凝结水系统；29
‑
换热站；30
‑
高低压旁路系统。
具体实施方式
[0053]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0054]
参照图1所示，本实发明实施例公开了一种火电机组双机联合供热控制方法，采用双机联合供热系统，包括汽轮机组a和汽轮机组b，具体包括以下步骤：
[0055]
蒸汽流量分布获取步骤：获取现场实时测点数据，根据加热器热的平衡在线计算各级回热抽汽量，得到供热系统蒸汽流量分布；
[0056]
最大供热能力预测步骤：根据双机组主蒸汽流量实时预测各个供热模式的最大供热能力；
[0057]
最优供热模式选择步骤：分别比较各供热模式的最大供热能力和热负荷需求之间的关系，在满足供热负荷需求的供热模式中选择最大供热能力最小的模式为最优供热模式；
[0058]
当前供热模式确认步骤：根据管路中阀门开关状态确定当前供热模式；
[0059]
最优供热模式判断步骤：判断当前供热模式是否为最优供热模式，若当前模式不是最优供热模式，则将当前供热模式切换至最优供热模式；若当前模式为最优供热模式，则进入供热模式优化步骤；
[0060]
供热模式优化步骤：比较实时热网供水温度与热负荷要求供水温度之间的差值绝对值是否超出预设启动优化阈值，若超过阈值，则按照当前供热模式对供热参数进行优化，若上述绝对值小于预设停止优化阈值，则停止运行参数的优化；
[0061]
定时循环执行上述步骤。
[0062]
在一个具体实施例中，按照500ms的循环周期执行本方法的具体步骤。
[0063]
在一个具体实施例中，在蒸汽流量分布获取步骤中的测点数据为蒸汽温度和压力数据。
[0064]
在一个具体实施例中，在蒸汽流量分布获取步骤中，现场实时测点为各汽缸进出口管道，回热加热器进出口管道。
[0065]
在一个具体实施例中，回热抽汽量的计算公式如下：
[0066][0067]
式中，h(
·
,
·
)表示对应温度和压力下物质的焓值，p0和p2表示对应位置压力，t0～t3表示对应位置温度；d表示供热循环水流量，η表示加热器效率。
[0068]
根据质量平衡原理，从锅炉出口逐步向后计算，得到供热系统内的蒸汽流量分布。
[0069]
在一个具体实施例中，在最大供热能力预测步骤中，供热模式的最大供热能力的计算方法如下：
[0070]
q
maxi
＝a
i
·
m1 b
i
·
m2 c
i
ꢀꢀꢀ
(2)
[0071]
式中，q
maxi
表示模式i的实时最大供热能力；m1表示汽轮机组a主蒸汽量；m2表示汽轮机组b主蒸汽量；a
i
、b
i
和c
i
表示不同锅炉负荷下热力系统变工况离线拟合的计算系数。
[0072]
m1和m2由现场dcs系统实时测量得到。
[0073]
在一个具体实施例中，最大供热能力预测步骤中，供热模式包括6，具体如下：
[0074]
供热模式一：汽轮机组a高背压供热、汽轮机组b高背压供热模式；
[0075]
供热模式二：汽轮机组a抽汽高背压供热、汽轮机组b抽汽高背压供热模式；
[0076]
供热模式三：汽轮机组a低压缸空载供热、汽轮机组b抽汽高背压供热模式；
[0077]
供热模式四：汽轮机组a抽汽高背压供热、汽轮机组b低压缸空载 电锅炉供热模式；
[0078]
供热模式五：汽轮机组a低压缸空载供热、汽轮机组b低压缸空载 电锅炉供热模式；
[0079]
供热模式六：汽轮机组a低压缸空载供热、汽轮机组b高低旁路 电锅炉供热模式。
[0080]
在一个具体实施例中，6中供热模式阀门开关状态的具体内容为：
[0081]
供热模式一，汽轮机组a高背压供热、汽轮机组b高背压供热模式：
[0082]
汽轮机组a主蒸汽调节阀、再热蒸汽调节阀和热网凝汽器进汽阀开启，高旁减压阀、五段采暖抽汽蝶阀和低旁减压阀关闭，汽轮机组a利用低压缸排汽向供热系统供热，汽轮机组b对应阀门状态和供热方式与汽轮机组a相同；
[0083]
供热模式二，汽轮机组a抽汽高背压供热、汽轮机组b抽汽高背压供热模式：
[0084]
在供热模式一的基础上，分别调整汽轮机组a和汽轮机组b五段采暖抽汽蝶阀阀门开度，阀门开度可以从0到l之间调节，其中l是抽汽高背压供热模式下低压缸最小进汽量对应阀门开度，其他阀门状态不变，汽轮机组a和汽轮机组b均利用抽汽和低压缸排汽向供热系统供热；
[0085]
供热模式三，汽轮机组a低压缸空载供热、汽轮机组b抽汽高背压供热模式：
[0086]
在供热模式二的基础上，调整汽轮机组a五段采暖抽汽蝶阀的开度，使该阀门开度等于l，保障低压缸的安全运行，关闭汽轮机组a热网凝汽器进汽阀，其他阀门状态不变，汽轮机组a低压缸空载供热，汽轮机组b利用抽汽和低压缸排汽向供热系统供热；
[0087]
供热模式四，汽轮机组a抽汽高背压供热、汽轮机组b低压缸空载 电锅炉供热模式：
[0088]
在供热模式二的基础上，调整汽轮机组b五段采暖抽汽蝶阀的开度，使该阀门开度等于l1，其中l1是空载供热模式下低压缸最小进汽量对应阀门开度，保障低压缸的安全运
行，关闭汽轮机组b热网凝汽器进汽阀，其他阀门状态不变，同时开启电锅炉，加热部分循环水，汽轮机组a利用抽汽和低压缸排汽供热，汽轮机组b低压缸空载和电锅炉联合供热；
[0089]
供热模式五，汽轮机组a低压缸空载供热、汽轮机组a低压缸空载 电锅炉供热模式：
[0090]
在供热模式四的基础上，调整汽轮机组a五段采暖抽汽蝶阀的开度，使该阀门开度等于l1，关闭汽轮机组a热网凝汽器进汽阀，其他阀门状态不变，汽轮机组a低压缸空载供热，汽轮机组b低压缸空载和电锅炉联合供热；
[0091]
供热模式六，汽轮机组a低压缸空载供热、汽轮机组b高低旁路 电锅炉供热模式：
[0092]
在供热模式五的基础上，开启汽轮机组b高旁减压阀和低旁减压阀，其他阀门状态不变，汽轮机组a低压缸空载供热，汽轮机组b高低旁路和电锅炉联合供热。
[0093]
在一个具体实施例中，根据汽轮机组a和汽轮机组b主蒸汽调节阀、高旁减压阀、低旁减压阀、五段采暖抽汽蝶阀、热网凝汽器进汽阀等阀门开关状态确定当前所处供热模式。
[0094]
在一个具体实施例中，6种供热模式采用顺序控制的方法实现模式之间的切换控制，顺控步骤包括任意供热模式向其他任意供热模式切换的全部步骤，即任意两个模式间可实现来回切换。
[0095]
在一个具体实施例中，供热模式优化步骤中，各供热模式参数优化的方法如下：
[0096]
模式一和模式二优化汽轮机背压：
[0097]
δp
c
是汽轮机背压的优化量，δp
c
＞0时，增加对应背压量，δp
c
＜0时，减小对应应背压量，δp
c
计算公式如下式：
[0098][0099]
式中，h(
·
)表示对应压力下物质的焓值，h(
·
,
·
)表示对应温度和压力下物质的焓值，p
c
表示汽轮机低压缸排汽压力，d
r
表示热网回水流量，p
cur
表示热网供水实时压力，t
set
表示热网供水调度温度，t
cur
表示热网供水实时温度，d
lin
表示低压缸进汽流量；
[0100]
模式二、模式三、模式四、模式五和模式六通过调节五段采暖抽汽蝶阀开度优化抽汽流量：
[0101]
δd
ext
是抽汽流量优化量，计算公式如下式：
[0102][0103]
式中，p
main
表示供热母管蒸汽压力，t
main
表示供热母管蒸汽温度，p
h
表示热网疏水泵出口母管压力，t
h
表示热网疏水泵出口母管温度。
[0104]
在一个具体实施例中，参照图2所示，本发明所针对的火电机组双机联合供热系统具有两台相同且联合供热的汽轮轮机组，其中单台机组配置包括：高压缸1、中压缸2、低压缸3、发电机4、锅炉5、凝汽器6、凝结水泵7、低压回热系统8、除氧器9、给水泵10、高压回热系统11、主蒸汽调节阀12、高旁减压阀13、低旁减压阀14、五段采暖抽汽蝶阀15、热网凝汽器进汽阀16、再热蒸汽调节阀17和供热系统18。锅炉5过热蒸汽出口通过主蒸汽调节阀12与高压缸1蒸汽入口相连，高压缸1蒸汽出口与锅炉5再热器入口连接，锅炉5过热蒸汽出口通过高旁减压阀13与锅炉5再热器入口相连，锅炉5再热器出口通过再热蒸汽调节阀17与中压缸2
蒸汽入口连接，同时通过低旁减压阀14与供热系统18连接；中压缸2蒸汽出口与低压缸3蒸汽入口相连，并通过五段采暖抽汽蝶阀15与供热系统18相连；低压缸3蒸汽出口通过热网凝汽器16进汽阀与供热系统18相连，并与凝汽器6连接；凝汽器6出口与凝结水泵7入口连接，凝结水泵7出口与低压回热系统8入口连接，低压回热系统8入口与除氧器9入口连接，除氧器9出口与给水泵10入口连接，给水泵10出口与高压回热系统11入口连接，高压回热系统11出口与锅炉5入口相连。
[0105]
在一个具体实施例中，参照图3所示，火电机组双机联合供热系统包括：汽轮机组a 21、汽轮机组b 22、热网凝汽器aw 23、热网凝汽器bw 24、电锅炉25、热网循环泵26、尖峰加热器27、凝结水系统28、换热站29和高低压旁路系统30。汽轮机组b 22的高低压旁路系统30出口与汽轮机组b 22的五段供热抽汽出口连接；汽轮机组a 21和汽轮机组b 22的五段供热抽汽出口相连后，再连接尖峰加热器27蒸汽入口，尖峰加热器27蒸汽出口与凝结水系统28连接；汽轮机组a 21的低压缸排汽出口连接热网凝汽器aw 23蒸汽入口，热网凝汽器aw 23蒸汽出口与凝结水系统28连接；汽轮机组b 22低压缸排汽出口连接热网凝汽器bw 24蒸汽入口，热网凝汽器bw 24蒸汽出口与凝结水系统28连接；换热站29出口与热网凝汽器aw 23循环水入口连接，热网凝汽器aw 23循环水出口与热网凝汽器bw 24循环水入口相连；热网凝汽器bw 24循环水出口连接热网循环泵26入口，同时与电锅炉25入口相连；电锅炉25出口与热网循环泵26入口连接，热网循环泵26出口与尖峰加热器27疏水入口相连；尖峰加热器27疏水出口连接到换热站29入口处。
[0106]
参照图4所示，本发明公开了一种火电机组双机联合供热控制系统，包括：
[0107]
蒸汽流量分布获取模块、最大供热能力预测模块、最优供热模式选择模块、当前供热模式确认模块、最优供热模式判断模块、供热模式优化模块、供热模式切换模块、定时模块；
[0108]
蒸汽流量分布获取模块，与最大供热能力预测模块的输入端连接，用于获取现场实时测点数据，根据加热器热的平衡在线计算各级回热抽汽量，得到供热系统蒸汽流量分布；
[0109]
最大供热能力预测模块，与最优供热模式选择模块的输入端连接，用于根据双机组主蒸汽流量实时预测各个供热模式的最大供热能力；
[0110]
最优供热模式选择模块，与当前供热模式确认模块的输入端连接，用于分别比较各供热模式的最大供热能力和热负荷需求之间的关系，在满足供热负荷需求的供热模式中选择最大供热能力最小的模式为最优供热模式；
[0111]
当前供热模式确认模块，与最优供热模式判断模块的输入端连接，用于根据管路中阀门开关状态确定当前供热模式；
[0112]
最优供热模式判断模块的第一输出端与供热模式优化模块的输入端连接，最优供热模式判断模块的第二输出端与供热模式切换模块的输入端连接，用于判断当前供热模式是否为最优供热模式，若当前模式不是最优供热模式，则供热模式切换模块将当前供热模式切换至最优供热模式；若当前模式为最优供热模式，则供热模式优化模块对当前供热模式进行优化；
[0113]
定时模块的输入端与供热模式优化模块的输出端连接，定时模块的输出端、供热模式切换模块的输出端、蒸汽流量分布获取模块的输入端共端点，用于定时循环执行供热
控制。
[0114]
对所公开的实施例的上述说明，按照递进的方式进行，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。