一种过热蒸汽流量与温度调节方法与流程

1.本发明属于电厂供热技术领域，具体的说，涉及一种过热蒸汽流量与温度调节方法。


背景技术：

2.随着国内节能降碳要求的提高，新能源的占比越来越高，同时火电机组面临的调峰压力也越来越大，火电机组参与深度调峰是个普遍的趋势。而由于火电机组的设计特性，在火电机组调峰过程中，特别是低负荷运行时，蒸汽供应的质和量都存在问题。如何解决低负荷运行时的供汽问题，以及缓解新能源的消纳问题，电供热的方式是一个有效的途径。电供热方式中通过电锅炉和高压高温水闪蒸产生蒸汽都可作为供汽源，但是这些方式供给出来的蒸汽都是饱和蒸汽，而在工业生产很多工艺中都要求过热蒸汽，目前常规的处理方式，就是采用电阻管式电过热器等常规电过热器，来进行提质加热，但是该方式在实际使用过程中存在一定的局限性：
3.一、温度和流量调控能力差，升温幅度有限，变工况调节性差；
4.二、受电压等级要求限制，无法适用于各种电压等级要求；
5.三、在不同流量下，不能够实现升温连续性节。


技术实现要素：

6.本发明提供一种过热蒸汽流量与温度调节方法，用于解决上述现有技术中采用普通过热设备进行供汽的提质加热时，温度和流量调控能力差，升温幅度有限，变工况调节性差；受电压等级要求限制，无法适用于各种电压等级要求；在不同流量下，不能够实现升温连续性节的问题。
7.为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
8.一种过热蒸汽流量与温度调节方法，通过变频驱动系统控制调整旋转式蒸气压缩机的频率，通过回流温升调节旁路控制调整旋转式蒸气压缩机的出口流量，设定旋转式蒸汽压缩机出口调节的目标流量qm和目标温度tm，同时设定好变频驱动系统的频率f的幅值δf和回流温升调节旁路的开度k的调节幅值δk，把目标流量qm和目标温度tm同当前运行的出口流量qo和出口温度to进行比较，会出现四种比较结果的情况：(1)qm》qo,tm《to；(2)qm《qo,tm《to；(3))qm》qo,tm》to；(4))qm《qo,tm》to，针对4种情况，分别采取不同的调节动作：
9.(1)qm》qo,tm《to，减小回流温升调节旁路的开度，将开度k减小δk；
10.(2)qm《qo,tm《to，减小回流温升调节旁路的开度，将其开度k减小δk，同时减小变频驱动系统的频率f,将其频率减少δf；
11.(3)qm》qo,tm》to，调大回流温升调节旁路的开度，将其开度k增加δk，同时增加变频驱动系统的频率f,将其频率增加δf；
12.(4)qm《qo,tm》to，增大回流温升调节旁路的开度，将其开度k增加δk；
13.进一步的，所述旋转式蒸汽压缩机的入口与射流式混合器的出口相连接，射流式混合器的低压侧经供汽管路与低品质蒸汽相连接，高压侧与回流温升调节旁路相连接，低品质蒸汽一路经射流式混合器进入旋转式蒸汽压缩机提质后经供汽管路至热用户，另一路经回流温升调节旁路进入射流式混合器高压侧入口，旋转式蒸汽压缩机连接有变频驱动系统。
14.进一步的，所述回流温升调节旁路设置于旋转式蒸汽压缩机的出口到射流式混合器的高压侧的入口之间，包括通过管道串联设置的回流隔断阀和回流调节阀。
15.进一步的，所述至热用户的供汽管路上设有供汽调节阀、流量计及供汽温度计，低品质蒸汽的供汽管路上设有低品质蒸汽温度计。
16.进一步的，所述流量计采用孔板式、喷嘴式或涡街式流量计。
17.进一步的，所述旋转式蒸汽压缩机的进出口之间设有压缩机旁路，压缩机旁路上设有压缩机旁路阀。
18.进一步的，所述旋转式蒸汽压缩机根据流量大小的设计，可以采用罗茨式、离心式或螺杆式(单、双螺杆)蒸汽压缩机。
19.进一步的，所述射流式混合器出口前设置有混合元件。
20.进一步的，所述变频驱动系统包括用于驱动旋转式蒸汽压缩机的驱动电机及用于调节旋转式蒸汽压缩机速度和功率的变频器，驱动电机根据功率需求配置高压或低压驱动电机。
21.本发明由于采用了上述的结构，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：低品质蒸汽从旋转式蒸汽压缩机入口进入，经旋转式蒸汽压缩机进行升温和调压，经变频驱动系统控制旋转式蒸汽压缩机的频率并配合回流温升调节旁路控制旋转式蒸汽压缩机的出口流量，根据不同的运行工况，通过变频驱动系统改变旋转式蒸汽机的转速和频率配合回流温升调节旁路的开度，从而实现旋转式蒸汽压缩机出口的流量和温度双目标的灵活调节，提高温度和流量的调控性能，可以在不同流量下实现温升的连续调节，同时提高了蒸汽的温升幅度，可以针对运行的工况要求，实现宽流量、大温升的变工况运行，且不受电压等级限制，可用于各种等级的电压，适用于电厂供热技术领域。
附图说明
22.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
23.在附图中：
24.图1为本发明调节方法流程图；
25.图2为本发明实施例中过热装置的结构示意图；
26.图3为本发明实施例中射流式混合器结构示意图；
27.图4为本发明实施例中回流阀开度运行工况曲线。
28.标注部件：101-旋转式蒸汽压缩机，102-射流式混合器，103-驱动电机，104-变频器；105-流量计；201-回流调节阀；202-回流隔断阀；203-压缩机旁路阀；204－供汽调节阀；301-低品质蒸汽温度计；302-供汽温度计。
具体实施方式
29.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明。应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
30.实施例1
31.一种过热蒸汽流量与温度调节方法，通过变频驱动系统控制调整旋转式蒸气压缩机的频率，通过回流温升调节旁路控制调整旋转式蒸气压缩机的出口流量，设定旋转式蒸汽压缩机101出口调节的目标流量qm和目标温度tm，同时设定好变频驱动系统的频率f的幅值δf和回流温升调节旁路的开度k的调节幅值δk，把目标流量qm和目标温度tm同当前运行的出口流量qo和出口温度to进行比较，会出现四种比较结果的情况：(1)qm》qo,tm《to；(2)qm《qo,tm《to；(3))qm》qo,tm》to；(4))qm《qo,tm》to，针对4种情况，根据图1所示，分别采取不同的调节动作：
32.(1)qm》qo,tm《to，这时是出口流量没有达到目标值，但是出口温度超过了目标值，由于压缩机的特性是，如果回流调节阀201不开的情况下，出口的温度是不会超过目标值的，这种情况下，就是回流调节阀201开度过大，要减小回流温升调节旁路的开度，将开度k减小δk；
33.(2)qm《qo,tm《to，这时是出口流量超过了目标值，出口温度也超过了目标值，这种情况下，说明驱动电机103的和频率和回流调节阀201开度都偏大，这时减小回流温升调节旁路的开度，将其开度k减小δk，同时减小变频驱动系统的频率f,将其频率减少δf；
34.(3)qm》qo,tm》to，这时是出口流量小于目标值，出口温度小于目标值，这种情况下，说明驱动电机103的和频率和回流调节阀201开度都不到位，这时调大回流温升调节旁路的开度，将其开度k增加δk，同时增加变频驱动系统的频率f,将其频率增加δf；
35.(4)qm《qo,tm》to，这时是出口流量超过了目标值，但是出口温度没有达到目标值，这种情况下，说明回流调节阀201开度不够，这时增大回流温升调节旁路的开度，将其开度k增加δk。
36.通过上述调节动作后，运行的出口流量qo和出口温度to会稳定到一个新的运行状态。通过和设定的目标流量qm和目标温度tm进行比较得到比较差值δq和δt。如果δq和δt在允许的偏差范围内，则调节过程结束。如果δq和δt超过允许的目标范围内，则把出口流量qo和出口温度to返回再同目标流量和目标温度进行比较，根据比较结果执行上述(1)-(4)的调节动作。多次重复上述调节过程，直至出口流量和出口温度达到目标值允许的偏差范转内。
37.可以通过调节驱动电机103频率f的幅值δf和回流调节阀201开度k调节幅值δk设定值的大小来改变调节的速度和精度。同时差值δq和δt设定值的大小，也决定了调节死区的大小，会影响调节的稳定性。
38.要实现温度和流量的双调节目标，如附图3，在同样的出口流量下(同时出口压力也稳定)，增加驱动电机103的频率和回流调节阀201的开度，可以实现出口温度的提升。如附图4，有三个工况点1、2、3，在一样的出口流量下，分别对应不同的出口温度，分别是回流开度为0％，回流开度为50％，回流开度为100％，同时变频电机的输出功率也在变化。采用上述的调节方法，本发明专利可以实现出口流量和温度的自动控制调节，根据不同的运行工况，通过变频驱动系统改变旋转式蒸汽机的转速和频率配合回流温升调节旁路的开度，
从而实现旋转式蒸汽压缩机101出口的流量和温度双目标的灵活调节，提高温度和流量的调控性能，可以在不同流量下实现温升的连续调节，同时提高了蒸汽的温升幅度，可以针对运行的工况要求，实现宽流量、大温升的变工况运行。
39.实施例2
40.如图2所示，一种用于上述调节方法的蒸汽过热装置，包括旋转式蒸汽压缩机101和旋射流式混合器102，所述旋射流式混合器102的低压侧经供汽管路与低品质蒸汽相连接，高压侧与回流温升调节旁路相连接，旋射流式混合器102的出口与旋转式蒸汽压缩机101的入口相连接，低品质蒸汽一路经旋射流式混合器102进入旋转式蒸汽压缩机101提质后经供汽管路至热用户，另一路经回流温升调节旁路进入旋射流式混合器102高压侧入口，旋转式蒸汽压缩机101连接有变频驱动系统。
41.低品质蒸汽经低压侧进入旋射流式混合器102，在内部与旋转式蒸汽压缩机101出来的高温高压蒸汽混合后再进入旋转式蒸气压缩机内，可实现低品质蒸汽的瞬间加热，提质后经供汽管路供给至热用户，启动快，不需要长时间的预热，通过变频驱动系统改变旋转式蒸汽机的转速和频率配合回流温升调节旁路的开度，可以在不同流量下实现温升的连续调节，同时提高了蒸汽的温升幅度，可以针对运行的工况要求，实现宽流量、大温升的变工况运行，且不受电压等级限制，可用于各种等级的电压，
42.作为一个优选的实施例，所述回流温升调节旁路设置于旋转式蒸汽压缩机101的出口到旋射流式混合器102的高压侧的入口之间，包括通过管道串联设置的回流隔断阀202和回流调节阀201。所述至热用户的供汽管路上设有供汽调节阀204、流量计105及供汽温度计302，低品质蒸汽的供汽管路上设有低品质蒸汽温度计301。所述流量计105采用孔板式、喷嘴式或涡街式流量计105。所述旋转式蒸汽压缩机101根据流量大小的设计，可以采用罗茨式、离心式或螺杆式(单、双螺杆)蒸汽压缩机。
43.作为一个优选的实施例，所述旋转式蒸汽压缩机101的进出口之间设有压缩机旁路，压缩机旁路上设有压缩机旁路阀203。通过设置压缩机旁路，可以调整压缩机入口的进汽流量，保证其不低于最小安全流量。
44.作为一个优选的实施例，如图3所示，所述旋射流式混合器102出口前设置有混合元件。其中，n1为低压侧入口，n2为高压侧入口，n3为出口，旋射流式混合器102在出口前设置混合元件，使低品质蒸汽和旋转式压缩机出口的高温高压蒸汽在混合器内混合均匀，旋射流式混合器102的使用，在保证蒸汽混合均匀的同时，还可利用回流蒸汽的余压再度对低品质蒸汽进行混合预热，避免能源浪费，起到节约能源的作用。
45.作为一个优选的实施例，如图1所示，所述变频驱动系统包括用于驱动旋转式蒸汽压缩机101的驱动电机103及用于调节旋转式蒸汽压缩机101速度和功率的变频器104，驱动电机103根据功率需求配置高压或低压驱动电机103。
46.本发明提供了一种各个工业行业都可以利用的电过热系统，通过在旋转式蒸汽压缩机101上配备回流温升调节旁路，配合变频驱动系统调节，同时制定可靠的调节方式，实现全工况自动调节，系统具有瞬时加热、宽负荷适应性及灵活自动调节的特点，该装置不受接入电压等级的限制，可以适应各种不同的接入电压条件，适应各种电压等级的要求，0.4kv-20kv都可以接入使用，解决了电阻式过热器，体积大，加热滞后，不能适应高电压接电的缺点；该装置启动速度快，可瞬时把蒸汽加热到所需要的温度，没有热迟滞性，并且通
过压缩机的变频驱动系统配合回流温升旁路调节，可在满足供汽温度的前提下，灵活调节供汽流量，从而满足热用户变工况的供汽需求，同时，装置采用旋射流式混合器102，能够对出口压力进行回收，实现了节能降耗的作用。
47.实施例3
48.为验证调节效果，在我供汽单位进行试验，其具体参数如下：蒸汽流量30t/h，从800kpaa200℃压缩到1200kpaa300℃。总压比1.5，压缩机压比较低，单级压缩即可，同时由于出口有温度要求，需要较高的过热度，需要增加回流来增加过热，压缩理论温升70℃，如果出口需要增加100℃，则需要通过回流增加入口温度，入口需要增加到230℃，回流量为22t/h，即压缩机实际压缩量为52t/h，压缩机设计为单台单级增压压缩机，详细参数计算如下：
49.55000kg/hr水蒸气压缩机基本技术参数：
50.介质＝水蒸气
51.气体常数[j/kg.k]＝461.52
[0052]
进口质量流量[kg/hr]＝52000
[0053]
进气体积流量[m^3/s]＝14.3
[0054]
进气压力[kpa，a]＝800
[0055]
进气温度[℃]＝230
[0056]
排气压力[kpa，a]＝1260
[0057]
排气温度[℃]＝304
[0058]
轴功率[kw]＝1750
[0059]
参数要求压比＝1.5
[0060]
回流凋节阀开度k，％0％30％60％100％驱动电机的频率f，％33374150出口流量，t/h30303030出口温度，℃270282.4291.3304
[0061]
通过回流阀的设计，在30t/h的出口流量要求下，压缩机的提温能力从70℃增加到104℃，如果回流量设计的更大，提温幅度也更大。
[0062]
综上所述，低品质蒸汽经低压侧进入旋射流式混合器102，在内部与旋转式蒸汽压缩机101出来的高温高压蒸汽混合后再进入旋转式蒸气压缩机内，可实现低品质蒸汽的瞬间加热，提质后经供汽管路供给至热用户，启动快，不需要长时间的预热，根据不同的运行工况，通过变频驱动系统改变旋转式蒸汽机的转速和频率配合回流温升调节旁路的开度，从而实现旋转式蒸汽压缩机101出口的流量和温度双目标的灵活调节，提高温度和流量的调控性能，可以在不同流量下实现温升的连续调节，同时提高了蒸汽的温升幅度，可以针对运行的工况要求，实现宽流量、大温升的变工况运行，且不受电压等级限制，可用于各种等级的电压，适用于电厂供热技术领域。
[0063]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明权
利要求保护的范围之内。

技术特征：
1.一种过热蒸汽流量与温度调节方法，其特征在于：通过变频驱动系统控制调整旋转式蒸气压缩机的频率，通过回流温升调节旁路控制调整旋转式蒸气压缩机的出口流量，设定旋转式蒸汽压缩机出口调节的目标流量qm和目标温度tm，同时设定好变频驱动系统的频率f的幅值δf和回流温升调节旁路的开度k的调节幅值δk，把目标流量qm和目标温度tm同当前运行的出口流量qo和出口温度to进行比较，会出现四种比较结果的情况：(1)qm>qo,tm<to；(2)qm<qo,tm<to；(3))qm>qo,tm>to；(4))qm<qo,tm>to，针对4种情况，分别采取不同的调节动作：(1)qm>qo,tm<to，减小回流温升调节旁路的开度，将开度k减小δk；(2)qm<qo,tm<to，减小回流温升调节旁路的开度，将其开度k减小δk，同时减小变频驱动系统的频率f,将其频率减少δf；(3)qm>qo,tm>to，调大回流温升调节旁路的开度，将其开度k增加δk，同时增加变频驱动系统的频率f,将其频率增加δf；(4)qm<qo,tm>to，增大回流温升调节旁路的开度，将其开度k增加δk。2.根据权利要求1所述的一种过热蒸汽流量与温度调节方法，其特征在于：所述旋转式蒸汽压缩机的入口与射流式混合器的出口相连接，射流式混合器的低压侧经供汽管路与低品质蒸汽相连接，高压侧与回流温升调节旁路相连接，低品质蒸汽一路经射流式混合器进入旋转式蒸汽压缩机提质后经供汽管路至热用户，另一路经回流温升调节旁路进入射流式混合器高压侧入口，旋转式蒸汽压缩机连接有变频驱动系统。3.根据权利要求1所述的一种过热蒸汽流量与温度调节方法，其特征在于：所述回流温升调节旁路设置于旋转式蒸汽压缩机的出口到射流式混合器的高压侧的入口之间，包括通过管道串联设置的回流隔断阀和回流调节阀。4.根据权利要求1所述的一种过热蒸汽流量与温度调节方法，其特征在于：所述至热用户的供汽管路上设有供汽调节阀、流量计及供汽温度计，低品质蒸汽的供汽管路上设有低品质蒸汽温度计。5.根据权利要求4所述的一种过热蒸汽流量与温度调节方法，其特征在于：所述流量计采用孔板式、喷嘴式或涡街式流量计。6.根据权利要求1所述的一种过热蒸汽流量与温度调节方法，其特征在于：所述旋转式蒸汽压缩机的进出口之间设有压缩机旁路，压缩机旁路上设有压缩机旁路阀。7.根据权利要求1所述的一种过热蒸汽流量与温度调节方法，其特征在于：所述旋转式蒸汽压缩机根据流量大小的设计，可以采用罗茨式、离心式或螺杆式(单、双螺杆)蒸汽压缩机。8.根据权利要求1所述的一种过热蒸汽流量与温度调节方法，其特征在于：所述射流式混合器出口前设置有混合元件。9.根据权利要求1所述的一种过热蒸汽流量与温度调节方法，其特征在于：所述变频驱动系统包括用于驱动旋转式蒸汽压缩机的驱动电机及用于调节旋转式蒸汽压缩机速度和功率的变频器，驱动电机根据功率需求配置高压或低压驱动电机。

技术总结
本发明公开了一种过热蒸汽流量与温度调节方法，设定旋转式蒸汽压缩机出口目标流量Qm和目标温度Tm，及变频驱动系统的频率f的幅值Δf和回流温升调节旁路的开度K的调节幅值ΔK，(1)Qm>Qo,Tm<To，减小回流温升调节旁路开度，K减小ΔK；(2)Qm<Qo,Tm<To，减小回流温升调节旁路开度，K减小ΔK，减小变频驱动系统频率f,频率减少Δf；(3)Qm>Qo,Tm>To，调大回流温升调节旁路开度，开度K增加ΔK，增加变频驱动系统的频率f,频率增加Δf；(4)Qm<Qo,Tm>To，增大回流温升调节旁路开度，K增加ΔK。本发明可以在不同流量下实现温升的连续调节，同时提高了蒸汽的温升幅度，可以针对运行的工况要求，实现宽流量、大温升的变工况运行，且不受电压等级限制，适用于电厂供热技术领域。适用于电厂供热技术领域。适用于电厂供热技术领域。


技术研发人员：张攀 袁汉川 谢国峰 周璐璐
受保护的技术使用者：峰和轻碳（北京）设计研究院有限公司
技术研发日：2023.02.07
技术公布日：2023/8/14