[发明专利]热泵梯级供热机组最佳运行方式的在线确定系统及方法

说明书

本发明公开了一种热泵梯级供热机组最佳运行方式的在线确定系统及方法，采用现场运行数据，以定供热负荷和供电负荷条件下的耗煤量最低为寻优目标函数，采用单变量对比法，依次调整机组运行背压和中排抽汽至热泵的蒸汽压力，将机组标煤消耗量与基准工况比较，若大于，则原基准工况仍作为基准工况；若小于，将该参数对应运行工况作为新的对比基准工况，继续调整机组运行背压和中排抽汽至热泵的蒸汽压力，进行下一次迭代寻优。本发明在满足电网和热网调度的前提下以标煤消耗最低为目标函数，在线获得热泵梯级供热机组在不同供热负荷、供电负荷、回水温度等边界条件下的运行背压和中排抽汽压力的最佳控制值，实现运行成本最低和盈利能力最大化。

技术领域

本发明涉及一种热泵梯级供热机组最佳运行方式的在线确定系统及方法，适用于燃煤热泵梯级供热机组在电网和热网双调度条件下的运行节能挖潜，以取得盈利能力最大化。

背景技术

热泵机组是一种可以将低位热能提升至高品位并加以利用的设备，有效利用余热，在节能减排技术领域应用广泛。应用于热电联产机组集中供热领域的热泵技术主要为吸收式热泵，系统工质主选溴化锂溶液。以高温热源驱动，从低温热源取热，制取输出温度低于驱动热源但热量却明显高于驱动热源的热。

按照冷端系统形式不同，燃煤发电机组可分为湿冷机组、间接空冷机组和直接空冷三大类。相应的，热泵机组可分为循环水余热利用和乏汽利用两大类。图1给出了应用于湿冷机组和间接空冷机组的热泵梯级供热系统示意，图2给出了应用于直接空冷机组的热泵梯级供热系统示意。

高温热源称之为驱动蒸汽，取自于采暖蒸汽母管，汽源一般为汽轮机中压缸排汽处。低温热源为汽轮机部分排汽，对于湿冷机组或间接空冷机组，汽轮机部分排汽余热以凝汽器出口循环水为热载体，在凝汽器出口循环水母管打孔引部分循环水进入热泵，放热后进入冷却水塔；对于直接空冷机组，在汽轮机排汽至空冷凝汽器的蒸汽母管打孔，因部分蒸汽进入热泵，蒸汽凝结水回至机组排汽装置。热网回水经热网循环水泵加压后先进入热泵，经高温热源(中排抽汽)驱动吸收机组排汽余热，升温至一定温度(不高于83℃)后，再进入热网加热器组二次提温后对外供出，热网加热器组的热源取自采暖蒸汽母管。热泵和热网加热器组构成梯级加热系统。

关于应用于热电联产机组集中供热领域的热泵梯级供热系统运行优化，热电专业领域的学者、科研及技术管理人员已展开了相关研究，取得了一定成果，但存在建模边界与实际存在差异、可操作性弱、寻优结果偏离实际最佳工况、现实指导意义不强等缺点，简述如下。

文献1“寇相斌，杨涌文，李琦芬.火电厂耦合吸收式热泵的供热系统优化[J]，汽轮机技术”，采用利用等效焓降模型和吸收式热泵模型计算分析汽轮机供热抽汽压力和凝汽器循环水出口温度对汽轮机效率、发电量和热泵COP、供热量的影响，再结合供热量和发电量计算系统净利润，得出了在最高净利润下的抽汽压力和循环水温度。

文献2“曹兴，赵金峰，曹丽华，等.汽轮机与吸收式热泵联合供热整体性能的优化分析[J]，汽轮机技术”，以热泵供热机组发电机功率增加值为寻优目标，建立了供热系统热泵性能系数(COP)和发电功率增加值随工况变化的数学模型,研究结果认为建立了供热系统热泵性能系数(COP)和发电功率增加值随工况变化的数学模型。

文献3“靳松霖.热电厂中热泵优化运行的研究[D]，长春工程学院”，建立了包括汽轮机吸收式热泵及凝汽器的热力学分析模型，在供电负荷和供热负荷不变的情况下，研究了凝汽器出口循环水温度、进入热泵的供热抽汽流量以及供热抽汽压力对热泵梯级机组热耗的影响规律。以供热加供电的收益最大化为目标函数得到了凝汽器出水温度、供热抽汽压力的最佳值，并给出了整个供热期的热泵投运台数建议。

文献4“嵌入吸收式热泵的汽轮机冷端系统运行优化[D]，华北电力大学”，建立了吸收式热泵、汽轮机和凝汽器的变工况数学模型，提出了吸收式热泵供热系统的冷端参数优化求解程序，以某300MW抽凝式机组为例，同供热负荷下的凝汽器压力、机组发电功率及电厂收益的变化规律，并得出了最佳冷端参数。