供热机组的负荷特性与优化预测

供热机组的负荷特性与优化预测
供热机组因其运行原理不同，产生的工业蒸汽负荷、采暖负荷、发电负荷随之而异。

而对于单一机组，这三种负荷不能在做功一定的情况下同时增大，三者之间存在矛盾。

拿双抽凝汽机组为例，高压抽汽满足工业生产负荷，低压抽汽满足采暖负荷，通常高压抽汽的参数和数量直接影响低压抽汽的参数和数量，此时可先对工业生产负荷进行分配，再分配采暖负荷；而当热、电负荷的供应产生矛盾时，分析两者实际地域输送的特性可知，电负荷通过搭建完善的电网调度，可方便实现远距离输送，热负荷则依赖于热力管网，受地域限制影响较大，因此应优先考虑热负荷需求。

为同时满足各负荷需求，我们需要各机组发挥各自特性以实现优化分配。

例如让背压机组满足热用户需要的同时让凝汽机组满足电用户需要，以此提高整体机组的经济性。

为更好地实现优化分配，在此对现有的背压机组、抽背机组、双抽凝汽机组分别进行特性分析。

背压机组
背压机组是应用较早的供热机组，其通过热网向用户直接提供热量的方式决定了其理论热效率能达到100%，即热负荷等于采暖蒸汽负荷：
0==N T D D D ，
式中：D 为新汽量，t/h;T D 为采暖蒸汽负荷，t/h;N D 为工业蒸汽负荷，t/h 。

但其用于供热的蒸汽直接通过汽轮机做功，导致的强热电耦合性，使背压机组的发电量与新汽量和供热量呈线性关系，由实际运行数据[ ]计算可得：
N
Q N D 70.362.6 5.109.96d +=+= 式中:错误！未找到引用源。

为新汽量，t/h;错误！未找到引用源。

为供热负荷，MW ；N 为发电负荷，MW 。

这种线性关系反映的是热、电负荷的相互制约。

从目前集中供热系统的热力工况的稳态条件出发，多数工况调节采用静态调节方法。

现假设背压机组给一建筑物供热，那么这种方法无法反映热网和建筑物的动态特性，热负荷的微幅变化使得背压机组在一天中的发电功率变化幅度很小，故其调峰能力较弱。

如需优化分配机组在整个电力系统中的贡献尺度，则应指导热电厂的调峰运行。

若要使其参与电力调峰，则需要改变一天内热负荷在不同时段的值。

热网运行数据[ ]证明，改变某一时段的热负荷不会使建筑物室内温度产生突变，同时，外温变化也不会使热负荷突增或突降。

因此，只需利用这种连续性，通过动态方法获得以小时为单位的建筑物与室温、热负荷、外温之间的关系，即可让背压机组参与电力调峰。

对一个常见的热网系统，设置热网输入参数为热网供水温度g t 和外温o t ，输出参数为热网回水温度b t 和建筑物室温r t ，建立ARMA 时间序列模型表示输入输出参数之间的关系：
)
2()1(1
,11,11,1,20,20,21,,---=-=-=-++=++=∑∑∑ττττττττωϕθγβαo g r r i i
o i i i g i i i r i b t t t t t t t t
式中：τ,r t 为当前时段建筑物室温，C o 。

以上两式中各项参数可在实际热网运行数据基础上通过matlab 最小二乘估计isqnonlin 确定。

现以沈阳某热网一采暖期逐时运行数据为基础利用式（1），式（2）确定输入输出参数的定量关系。

以4h 作为一个时间长度进行预处理，并用最小二乘法由实际运行数据得式（1），式（2）各项系数如表1。

表1 背压机组模型各项系数
i 式（1） 式（2）
i α i β i γ i θ i ϕ i ω 0
— 0.2112 0.3317 — — — 1
0.5721 -0.0243 -0.3169 0.9796 0.0051 0.0138 2
0.0607 -0.0104 0.1741 — — —
由表1可知，式（2）中系数11ωϕ，远小于1θ，验证了瞬时热负荷变化量对室温，即热用户热需求改变量作用不显著，采暖建筑物室温主要取决于前一时段的室温，即采暖负荷是背压机组供热的积累量。

因此，可以在不改变背压机组供热积累量的前提下，通过改变过去供热积累各个时段的供热比例达到优化供热机组的运行方式的目的，从而为其参与电力调峰创造条件。

由上图可知，一天内采暖建筑物的室温变化幅度在0.5C o 以内，并在采暖期内维持18C o 左右的温度，可见热电厂的基本采暖负荷即可满足一般用户采暖需求，从采暖最优的角度进行考虑，在满足全年基本热负荷的供暖量的情况下，不需要求额外的发电负荷与采暖负荷。

抽汽背压机组
抽背机组与纯背压机组相比，增加了生产抽汽，即工业蒸汽负荷。

因此抽背机组可同时满足生产、生活的需求，运行调整更为灵活。

从抽背机组运行工况[ ]中可知，相同发电量下，工业蒸汽负荷随新汽量的增加而增加；相同生产抽汽量下，发电量也与新汽量一一对应。

此外，工业蒸汽负荷、采暖负荷、新汽量间满足定量关系：
0,0≠≠+=N T N T D D D D D ，
式中：D 为新汽量，t/h;T D 为采暖蒸汽负荷，t/h;N D 为工业蒸汽负荷，t/h 。

这种机组的经济性与背压式机组相似，设计工况下的经济性较好，适用于各种进汽参数、抽汽参数。

其在发电的同时提供一定的低一级的参数蒸汽用于供暖或工业生产的特性使其对于既需要电力，又需要对热负荷作大幅调整的热电厂特别适用。

虽然该机组对负荷变化的适应性不强，但电力和工业用汽、采暖用汽，热负荷和电负荷均可自行调整。

双抽凝汽机组
双抽凝汽机组可同时产生三种负荷工况，包括一种电负荷，发电负荷；两种热负荷，工业蒸汽负荷与采暖负荷。

其中，机组在提供发电负荷的同时，高压抽汽满足用户生产需要，低压抽汽满足用户采暖需要。

三种负荷在一定程度上可实现独立条件，一般情况下满足：
0,0,≠≠+≠N T N T D D D D D
式中：D 为新汽量，t/h;T D 为采暖蒸汽负荷，t/h;N D 为工业蒸汽负荷，t/h 。

图？是某双抽机组运行工况 00.51 1.5
2 2.5x 104020
40
60
80
100
120140
160
180
200
采暖抽汽量D N /t·h -1新汽量D /t ·h -1
D T =40t/h D T =20t/h D T =0D T =80t/h
图 双抽机组运行工况
由该双抽机组运行工况分析归纳可得其特性方程式：
dN cD bD a D N T +++=
式中：D 为新汽量，t/h;T D 为采暖蒸汽负荷，t/h;N D 为工业蒸汽负荷，t/h; N 为发电量，MW 。

其中：
max
min max min max
min N N N D D D D D D N N N T T T ≤≤≤≤≤≤
对该双抽机组进行实际运行数据分析，确定运行特性试验条件为：（1）锅炉出力分别为额定蒸发量和最大蒸发量；（2）工业抽汽量分别选择120t/h 和160t/h 的两种情况[ ]，得到两种情况下供暖热负荷和发电负荷之间的关系如图： 140145150155160165
500550
600
650
700
750800850
发电机功率/MW 供暖热负荷/G J ·h -1
160t/h 抽汽工况
120t/h 抽汽工况
图 供暖热负荷和发电负荷关系图
由图 以及具体运行数据[ ]分析可得双抽机组实际运行中可能出现的负荷变化关系：
（1）供暖能力达不到设计值——在120t/h 工业抽汽条件下，若锅炉出力维持额定蒸发量左右，机组供暖热负荷范围为810~620GJ/h ，发电负荷的变化范围约为148~160MW ；若锅炉出力维持最大蒸发量，机组发电负荷达到158MW 左右，而供暖热负荷仅达到890GJ/h 。

机组的供暖能力均不能达到设计额定供热量920GJ/h 。

（2）增大工业抽汽量，机组的供暖能力将进一步下降——在160t/h 工业抽汽条件下，若锅炉出力维持额定蒸发量左右，机组供暖热负荷范围710~520GJ/h ，发电负荷的变化范围约为140~155MW ；若提高锅炉出力到最大蒸发量，发电负荷达到157MW 左右。

工业抽汽量增大到160t/h 时，机组供暖能力进一步下降到780GJ/h 左右。

（3）工业蒸汽负荷、采暖负荷和发电负荷间的关系——锅炉出力维持在额定锅炉蒸发量左右，在机组不同工业抽汽量条件下，供暖热负荷与电负荷的关系曲线接近一组平行直线。

双抽机组在高生产抽汽量的条件下，供暖能力降低，采暖负荷会相对偏低，发电负荷与工业蒸汽负荷相对较高。

（4）。