一种抽汽供热机组的加热旁路系统及控制方法

技术领域

本发明涉及热电联产汽轮机组供热供电技术领域，具体涉及一种抽汽供热机组的加热旁路系统及控制方法。

背景技术

热电联产是一种极其有效的节能降耗手段，减少了冷源损失，使得能源利用最大化，在我国得到的广泛的发展。热电联产机组采用高品位蒸汽发电，中压参数蒸汽供工业用汽，中低压连通管低压蒸汽采暖供热是一种较为成熟的供热(供汽)方案。很大比例的供汽机组，供汽疏水不能回收，为了持续供热供电，必须对系统进行除盐水补充，除盐水补水量约等于供汽量以及汽轮机组热力系统外漏损失，由于除氧器安全性的需要，低温的补充水进入除氧器前，必须加热到一定温度，因此必须增加加热器对补充水预加热。一般情况电厂是采用抽汽加热器达到此目的，但这种方法损失了对外供汽量，有可能引起工业供汽或居民采暖的不足。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种抽汽供热机组的加热旁路系统及控制方法，克现有技术中由于前置加热器用汽量损失对外供汽量，有可能导致工业供汽或居民采暖不足的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种抽汽供热机组的加热旁路系统，包括：凝汽器和除氧器，还包括：混合式加热器、电极热水炉和控制器，其中

混合式加热器，一端连接工业供汽管道和采暖供汽管道，所述工业供汽管道和采暖供汽管道为其提供热源，另一端连接凝汽器和除氧器，用于根据控制器的控制指令将凝结水以及除盐水补水加热后输送到除氧器；

电极热水炉，与混合式加热器并联连接，用于根据控制器的控制指令将凝结水以及除盐水补水加热后输送到除氧器；

控制器根据抽汽供热机组的供汽参数、供汽需求及电和汽价格，生成控制指令来控制投入混合式加热器或者电极式热水炉。

本发明提供的抽汽供热机组的加热旁路系统，能够最大限度保障供热机组工业供汽和采暖供汽的用汽需求，并根据供汽参数、供汽需求及电和汽价格，灵活控制加热旁路系统，对抽汽供热机组进一步调峰，达到了成本最低的目的。

可选地，所述加热旁路系统还包括：

抽汽管道及阀门，一端连接所述工业供汽管道和采暖供汽管道，另一端连接混合式加热器，用于传输并控制从供汽管道进入混合式加热器的汽流量。

本发明提供的抽汽供热机组的加热旁路系统中的抽汽管道及阀门为来自工业供汽管道和采暖供汽管道的汽体提供通道，同时阀门控制汽流量，保证系统的稳定性和安全性。

可选地，所述电极热水炉通过控制开关连接电源，所述控制开关用于控制电极热水炉的投切。

本发明提供的抽汽供热机组的加热旁路系统，加入控制开关来控制电极热水炉是否投入使用，保证系统的稳定性和安全性。

可选地，所述加热旁路系统还包括：疏水管道及阀门，设置在所述抽汽管道上与凝汽器连接，用于传输并控制抽汽管道疏水输送到所述凝汽器中。

在抽汽管道上设置疏水管道及阀门，将抽汽管道疏水输送到凝汽器避免管道积水，提高系统运行安全性。

第二方面，本发明实施例提供了一种抽汽供热机组的加热旁路系统控制方法，基于第一方面所述的系统，所述方法包括：

获取抽汽供热机组的供汽参数、供汽需求及电和汽价格；

根据所述供汽参数、供汽需求计算补水加热到预设温度需要的用汽需求量，根据补水加热需要的用汽需求量、汽价格和电价格分别计算用汽费用和用电费用；

综合比较所述供汽参数、供汽需求、补水加热到预设温度需要的用汽需求量及用汽费用和用电费用，根据比较结果控制抽汽供热机组的加热旁路系统。

本发明提供的抽汽供热机组的加热旁路系统控制方法，能够最大限度保障供热机组工业供汽和采暖供汽的用汽需求，并根据供汽参数、供汽需求及电和汽价格，灵活控制加热旁路系统，达到了成本最低的目的。

可选地，所述根据所述供汽参数、供汽需求计算补水加热到预设温度需要的工业用汽需求量和采暖用汽需求量的过程包括：

获取抽汽供热机组运行的供汽参数，其中，供汽参数包括最大工业供汽量、工业供汽焓、最大采暖供汽量和采暖供汽焓；

输入供汽需求，其中，供汽需求包括当前工业用汽需求量、当前采暖用汽需求量及对应当前供汽需求的补水流量、补水温度、补水焓、预设补水加热温度；

根据所述当前工业用汽需求量、当前采暖用汽需求量及对应当前供汽需求的补水流量、补水温度、补水焓、补水加热预设温度，计算补水加热到预设温度需要的工业用汽需求量和采暖用汽需求量。

本发明提供的抽汽供热机组的加热旁路系统控制方法，根据抽汽供热机组运行抽汽参数及供汽需求，计算得到补水加热到预设温度需要的工业用汽需求量和采暖用汽需求量，便于根据实际情况选择合适的加热方式，提高抽汽供热机组的能量利用率。

可选地，所述根据比较结果控制抽汽供热机组的加热旁路的过程包括：

若最大采暖供汽量不小于当前采暖用汽需求量与补水加热需要的采暖用汽需求量之和，且最大工业供汽量小于当前工业用汽需求量，则控制采暖供汽加热补水；

若最大采暖供汽量不小于当前采暖用汽需求量与补水加热需要的采暖用汽需求量之和，且最大工业供汽量小于当前工业用汽需求量，则控制电极热水炉加热补水。

若最大采暖供汽量小于当前采暖用汽需求量与补水加热需要的采暖用汽需求量之和，且最大工业供汽量小于当前工业用汽需求量与补水加热需要的工业用汽需求量之和，则控制电极热水炉加热补水。

若最大采暖供汽量不小于当前采暖用汽需求量与补水加热需要的采暖用汽需求量之和，且最大工业供汽量不小于当前工业用汽需求量与补水加热需要的工业用汽需求量之和，则根据工业汽价和电价计算并比较加热补水分别使用工业供汽和电极热水炉的费用。

若供汽加热费用小于电极热水炉加热费用，则控制工业供汽加热。

若供汽加热费用大于电极热水炉加热费用，则控制电极热水炉加热。

本发明提供的抽汽供热机组的加热旁路系统控制方法，通过比较各参数，灵活选择控制加热旁路系统的方式，保证供热机组工业供汽和采暖供汽的同时，达到成本最低的目的。

第三方面，本发明实施例提供了一种抽汽供热机组的加热旁路系统控制装置，所述装置包括：

获取模块，用于获取抽汽供热机组的供汽参数、供汽需求及电和汽价格；

计算模块，用于根据所述供汽参数、供汽需求计算补水加热到预设温度需要的用汽需求量，根据补水加热需要的用汽需求量、汽价格和电价格分别计算用汽费用和用电费用；

比较控制模块，用于综合比较所述供汽参数、供汽需求、补水加热到预设温度需要的用汽需求量及用汽费用和用电费用，根据比较结果控制抽汽供热机组的加热旁路系统。

本发明提供的抽汽供热机组的加热旁路系统控制装置，能够最大限度保障供热机组工业供汽和采暖供汽的用汽需求，并根据供汽参数、供汽需求及电和汽价格，灵活控制加热旁路系统，达到了成本最低的目的。

第四方面，本发明实施例提供了一种计算机设备，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行第二方面，或者第二方面任意一种可选实施方式中所述的方法。

第五方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行第二方面，或者第二方面任意一种可选实施方式中所述的方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种抽汽供热机组的加热旁路系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种抽汽供热机组的加热旁路系统及外围电路的整体结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种抽汽供热机组的加热旁路系统控制方法的流程图；

图4为本发明实施例提供的一种抽汽供热机组的加热旁路系统控制方法的整体工作过程示意图；

图5为本发明实施例提供的一种抽汽供热机组的加热旁路系统控制装置的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种计算机设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，本领域技术人员在没有作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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明实施例提供了一种抽汽供热机组的加热旁路系统，如图1所示，包括：电极热水炉1、混合式加热器2、凝汽器3、除氧器4和控制器8，其中

混合式加热器2，一端连接工业供汽管道和采暖供汽管道，工业供汽管道和采暖供汽管道为其提供热源，另一端连接凝汽器3和除氧器4，用于根据控制器的控制指令将凝汽器中的水加热后输送到除氧器。示例性地，混合式加热器的进口处设置有阀门，用于控制进入混合式加热器的补水量。

电极热水炉1，与混合式加热器2并联连接，用于根据控制器的控制指令将凝汽器中的水加热后输送到除氧器。示例性地，电极热水炉的进口处设置进口阀门，出口处设置出口阀门，用于控制进入电极热水炉的补水量，其用电接自供热机组10kV段。

控制器8根据抽汽供热机组的供汽参数、供汽需求及电和汽价格，生成控制指令来控制投入混合式加热器2或者电极式热水炉1。示例性地，控制器可以是PLC，但不以此为限。

本发明提供的抽汽供热机组的加热旁路系统，通过控制器的控制能够最大限度保障供热机组工业供汽和采暖供汽的用汽需求，并根据供汽参数、供汽需求及电和汽价格，灵活控制加热旁路系统选择混合式加热器或电极热水炉进行供热，对抽汽供热机组进一步调峰，达到了成本最低的目的。

具体地，在一实施例中，加热旁路系统还包括：

抽汽管道及阀门5，一端连接工业供汽管道和采暖供汽管道，另一端连接混合式加热器2，用于传输并控制从供汽管道进入混合式加热器2的汽流量。本发明提供的抽汽供热机组的加热旁路系统中的抽汽管道及阀门为来自工业供汽管道和采暖供汽管道的汽体提供通道，同时阀门控制汽流量，保证系统的稳定性和安全性。

具体地，在一实施例中，电极热水炉1通过控制开关7连接电源，控制开关用于控制电极热水炉1的投切。通过加入控制开关来控制电极热水炉是否投入使用，保证系统的稳定性和安全性。

具体地，在一实施例中，加热旁路系统还包括：疏水管道及阀门6，设置在抽汽管道5上与凝汽器3连接，用于传输并控制抽汽管道中的疏水排放到凝汽器中。

示例性地，图2为本发明实施例提供的抽汽供热机组的加热旁路系统具体应用中的完整结构示意图，其中，10为高压缸，11为中压缸，12为工业供汽管道的阀门，13为采暖供汽管道的阀门，其外围结构为现有技术，在此不再赘述。

本发明实施例提供了一种抽汽供热机组的加热旁路系统控制方法，如图3所示，基于上述实施例提供的抽汽供热机组的加热旁路系统，方法包括：

步骤S1：获取抽汽供热机组的供汽参数、供汽需求及电和汽价格。

步骤S2：根据所述供汽参数、供汽需求计算补水加热到预设温度需要的用汽需求量，根据补水加热需要的用汽需求量、汽价格和电价格分别计算用汽费用和用电费用。

具体地，在一实施例中，如图4所示，根据供汽参数、供汽需求计算补水加热到预设温度需要的工业用汽需求量和采暖用汽需求量的过程包括：

步骤S21：获取抽汽供热机组运行的供汽参数，其中，供汽参数包括最大工业供汽量、工业供汽焓、最大采暖供汽量和采暖供汽焓。示例性地，预设当前供热机组运行最大工业供汽量q1，压力p1，温度T1，焓h1，当前供热机组运行最大采暖供汽量q2，压力p2，温度T2，焓h2，其中蒸汽焓由温度，压力唯一确定。

步骤S22：输入供汽需求，其中，供汽需求包括当前工业用汽需求量、当前采暖用汽需求量及对应当前供汽需求的补水流量、补水温度、补水焓、预设补水加热温度。示例性地，预设当前工业供汽需求流量q1d，采暖供热需求流量q2d，混合式加热器和电极加热炉公共出口水温为Tw2(一般取105-120℃)，混合式加热器和电极加热炉公共进口水温取实测除盐水补水温度Tw1，除盐水补水焓为hw1，有除盐水补水水温Tw1确定，实测除盐水补水流量qw。

步骤S23：根据当前工业用汽需求量、当前采暖用汽需求量及对应当前供汽需求的补水流量、补水温度、补水焓、补水加热预设温度，计算补水加热到预设温度需要的工业用汽需求量和采暖用汽需求量。示例性地，为了将除盐水补水加热至要求温度，除盐水补水需要吸收热量为：qw×Cp×(Tw2-Tw1)，其中，Cp为水的定压比热容，取常数4.18kJ/(kg·℃)。若采用工业供汽为除盐水补水加热，需要的工业用汽需求量为：qex1＝qw×Cp×(Tw2-Tw1)/(h1-hw1)；若采用采暖供汽为除盐水补水加热，需要的采暖用汽需求量为：qex2＝qw×Cp×(Tw2-Tw1)/(h2-hw1)；若采用电极热水炉为除盐水补水，需要电功率为：P＝qw×Cp×(Tw2-Tw1)/ηe，其中ηe为电极热水炉的效率，一般取99％。

本发明提供的抽汽供热机组的加热旁路系统控制方法，根据抽汽供热机组运行抽汽参数及供汽需求，计算得到补水加热到预设温度需要的工业用汽需求量和采暖用汽需求量，便于根据实际情况选择合适的加热方式，提高抽汽供热机组的能量利用率。

步骤S3：综合比较所述供汽参数、供汽需求、补水加热到预设温度需要的用汽需求量及用汽费用和用电费用，根据比较结果控制抽汽供热机组的加热旁路系统。

具体地，在一实施例中，如图4所示，图中“加热器”指“混合式加热器和电极加热炉”，根据比较结果控制抽汽供热机组的加热旁路的过程包括：

若最大采暖供汽量不小于当前采暖用汽需求量与补水加热需要的采暖用汽需求量之和，且最大工业供汽量不小于当前工业用汽需求量，则控制采暖供汽加热补水。示例性地，在一具体实施例中，对于某热电联产电厂，相关数据如下：

上网电价0.5元/kWh，工业供汽价格300元/t，工业供汽需求流量q1d＝120t/h，采暖供汽需求流量q2d＝240t/h，除盐水补水水温Tw1＝20℃，焓hw1＝85kJ/kg，补水流量约qw＝360t/h(100kg/s)，考虑到除氧器运行安全性，预设除氧器入口水温，即混合式加热器和电极加热炉公共出口水温Tw2＝120℃，则除盐水补水需要吸收热量：Q＝qw×Cp×(Tw2-Tw1)＝100×4.18×(120-20)＝41800kW。

当前热电厂工业供汽参数为p1＝1MPa，T1＝300℃，h1＝3050kJ/kg，最大工业抽汽量q1＝130t/h；当前热电厂采暖供汽参数为p2＝0.25MPa，T2＝250℃，h2＝2970kJ/kg，最大采暖抽汽量q2＝300t/h；计算得到补水加热需要的采暖用汽需求量：

qex2＝qW×Cp×(Tw2-Tw1)/(h2-hw1)＝360×4.18×(120-20)/(2970-85)＝52.2t/h

q2d+qex2＝240+52.2＝292.2t/h

此时q2>q2d+qex2，同时q1>q1d，所以采用采暖用汽加热除盐水补水。

若最大采暖供汽量不小于当前采暖用汽需求量与补水加热需要的采暖用汽需求量之和，且最大工业供汽量小于当前工业用汽需求量，则控制电极热水炉加热补水。示例性地，当q2>＝q2d+qex2，同时q1

若最大采暖供汽量小于当前采暖用汽需求量与补水加热需要的采暖用汽需求量之和，且最大工业供汽量小于当前工业用汽需求量与补水加热需要的工业用汽需求量之和，则控制电极热水炉加热补水。示例性地，当q2

若最大采暖供汽量不小于当前采暖用汽需求量与补水加热需要的采暖用汽需求量之和，且最大工业供汽量不小于当前工业用汽需求量与补水加热需要的工业用汽需求量之和，则根据工业汽价和电价计算并比较加热补水分别使用工业供汽和电极热水炉的费用,若供汽加热费用小于电极热水炉加热费用，则控制工业供汽加热,若供汽加热费用大于电极热水炉加热费用，则控制电极热水炉加热。

示例性地，在另一具体实施例中，对于某热电联产电厂，相关数据如下：

对于某热电联产电厂，上网电价0.5元/kWh，工业供汽价格300元/t，需求工业供汽量q1d＝80t/h，需求采暖供汽量q2d＝280t/h，除盐水补水温度Tw1＝20℃，焓hw1＝85kJ/kg，考虑到除氧器运行安全性，预设除氧器入口水温，即加热器出口水温Tw2＝120℃，补水流量约qw＝360t/h(100kg/s)，则除盐水补水需要吸收热量：Q＝qw×Cp×(Tw2-Tw1)＝100×4.18×(120-20)＝41800kW。

当前热电厂工业供汽参数为p1＝1MPa，T1＝300℃，h1＝3050kJ/kg，最大工业抽汽量q1＝140t/h；当前热电厂采暖供汽参数为p2＝0.25MPa，T2＝250℃，h2＝2970kJ/kg，最大采暖抽汽量q2＝280t/h；计算得到补水加热需要的采暖用汽需求量：

qex2＝qw×Cp×(Tw2-Tw1)/(h2-hw1)＝360×4.18×(120-20)/(2970-85)＝52.2t/h

q2d+qex2＝280+52.2＝332.2t/h

此时q2

qex1＝qw×Cp×(Tw2-Tw1)/(h1-hw1)＝360×4.18×(120-20)/(3050-85)＝50.75t/h

q1d+qex1＝80+50.75＝130.75t/h

此时q1>q1d+qex1，需要进一步进行成本比较：若电价为Ve＝0.5元/kWh，工业用汽价格为V1＝300元/t，

使用电极热水炉加热除盐水补水需要的电功率为：P＝qw×Cp×(Tw2-Tw1)/ηe＝41800/0.995＝42010kW，则每小时电价为：Ve×P＝0.5×42010＝21005(元)；使用工业用汽加热除盐水补水需要的工业用汽量为＝50.75t/h，则每小时工业用汽价格为V1×qex1＝300×50.75＝15225(元)。

V1×qex1-Ve×P<0，因此，采用工业蒸汽加热除盐水补水；若电价变更为0.3元/kWh，每小时电价为Ve×P＝0.3×42010＝12603(元)，V1×qex1-Ve×P>0，则采用电加热旁路。

本发明提供的抽汽供热机组的加热旁路系统控制方法，能够最大限度保障供热机组工业供汽和采暖供汽的用汽需求，并根据供汽参数、供汽需求及电和汽价格，灵活控制加热旁路系统，达到了成本最低的目的。

第三方面，本发明实施例提供了一种抽汽供热机组的加热旁路系统控制装置，如图5所示，装置包括：

获取模块1，用于获取抽汽供热机组的供汽参数、供汽需求及电和汽价格。细内容参见上述方法实施例中步骤S1的相关描述，在此不再进行赘述。

计算模块2，用于根据所述供汽参数、供汽需求计算补水加热到预设温度需要的用汽需求量，根据补水加热需要的用汽需求量、汽价格和电价格分别计算用汽费用和用电费用。细内容参见上述方法实施例中步骤S2的相关描述，在此不再进行赘述。

比较控制模块3，用于综合比较所述供汽参数、供汽需求、补水加热到预设温度需要的用汽需求量及用汽费用和用电费用，根据比较结果控制抽汽供热机组的加热旁路系统。详细内容参见上述方法实施例中步骤S3的相关描述，在此不再进行赘述。

本发明提供的抽汽供热机组的加热旁路系统控制装置，能够最大限度保障供热机组工业供汽和采暖供汽的用汽需求，并根据供汽参数、供汽需求及电和汽价格，灵活控制加热旁路系统，达到了成本最低的目的。

图6示出了本发明实施例中计算机设备的结构示意图，包括：处理器901和存储器902，其中，处理器901和存储器902可以通过总线或者其他方式连接，图6中以通过总线连接为例。

处理器901可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器901还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。

存储器902作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如上述方法实施例中的方法所对应的程序指令/模块。处理器901通过运行存储在存储器902中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的方法。

存储器902可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器901所创建的数据等。此外，存储器902可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器902可选包括相对于处理器901远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器901。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

一个或者多个模块存储在存储器902中，当被处理器901执行时，执行上述方法实施例中的方法。

上述计算机设备具体细节可以对应参阅上述方法实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，实现的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。