一种基于冷热电联产的储热调节系统及其调节方法技术方案

一种基于冷热电联产的储热调节系统及其调节方法，属于热交换管理技术领域。调节系统，包括PLC控制器组件、上位机、补燃式余热锅炉、分流调节组件、储热箱组、电加热组件、余热调度组件及用户负荷母线。调节方法：步骤1：设定系统初始化参数；步骤2：系统启动与参数整定；步骤3：进行外环母线供能调节；若为冬季，则运行冬季模式；若为夏季，则运行夏季模式；根据运行模式的不同对余热调度组件进行调节，维持用户负荷母线的温度恒定；步骤4：进行内环负荷供能调节；步骤5：进行余热回收能量调节；步骤6：进行市电储热能量调节；步骤7：判断系统是否出现故障或者季节变化而收到停机信号，若是，则系统工作结束，若否，则返回执行步骤3。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于热交换管理
，特别是涉及一种基于冷热电联产的储热调节系统及其调节方法。
技术介绍
随着工业的发展、人们生活质量的提高，人们对电、热、冷的需求越来越大。现在的供能方式基本都是集中式供应，这种供能方式，供能侧与负荷侧一般相距较远，会有大量能量损失在传输过程中。另外，对于供电而言，虽然现在存在多种发电方式，但是以消耗化石能源为主的火力发电仍然是现在发电的主要方式。而传统的火力发电方式对一次能源的利用率普遍偏低，只有40％左右，存在能源的极大浪费现象，并且大量的化石燃料的燃烧还会释放大量的含氮含硫化合物，对环境造成严重的污染。如何提高能源的利用率成了人们急需解决的问题。因此，作为一种能源集成系统冷热电联产系统逐渐走进了人们的视野，其符合能的梯级利用原则。通过各种热力过程的有机结合，使系统内的中、低温热能得以合理利用，相对于集中供能系统的能量利用率可以大幅度提高。由于效率提高导致的排放下降及自身性能的改善，使冷热电联产系统的环保性能优良。冷热电联产系统因灵活性强、初投资低、可靠性强和输电损失小等特点在世界范围内越来越受到重视。毫无疑问，冷热电联产系统将成为能源应用领域一个重要的新方向，在商业、建筑等能源系统中得到广泛的应用。由于冷热电联产系统相对于集中式供能系统而言，受到的制约因素更多，要同时受到用户侧用电量、用热量和用冷量变化的影响；同时，由于冷热电联产系统规模一般较小，更增加了负荷的相对波动性和负荷波动对系统稳定性的影响。若是直接通过调节系统的动力子系统的输出功率来对系统运行状态进行实时调节，就需要频繁调整动力子系统输出功率以及发电、供热的能量分配系数，这会使得系统在大部分时间都工作在脱离额定状态下，这样不但会降低系统整体的能源利用率，还要投入大量的人力、财力对系统进行维护与管理；另外，长时间工作在脱离额定的状态下会大大降低系统的使用寿命。储热系统在现代的生产生活中应用极其广泛，其方便实用，可以实现能量在时间、空间上的调度，可以实现对能量的缓冲、补给功能，可以增加系统工作的平稳性和调节灵敏性。将储热装置结合到冷热电联产系统中可以使冷热电联产系统的整体工作性能得到极大的改善，可以降低系统的运行、维护成本，改善系统调节的平滑性，增加系统的适用范围，使冷热电联产系统，尤其是小型冷热电联产系统的发展与推广更具优势。若是储热装置能够兼顾对电能的调节，实现两种能源间的有机结合，将会使冷热电联产系统更具灵活性与实用性。目前来看，冷热电联产系统中储热装置的发展还不够完善。现有冷热电联产系统中储热装置的应用普遍较少，已经应用的储热装置多数都是采用单纯接触式换热方法，如高温热水或蒸汽通过热对流、热传导与流经热水与蒸汽的管壁间的热交换以及管壁与储热材料通过热传导进行热交换，然后与冷热电联产系统进行连接，以实现单纯的系统余热吸收和补给。这种储热装置的能量调节形式单一，并且在与多负荷、负荷变化大、负荷变化无规律的冷热电联产系统配合时，跟随性能不好，储热效果不理想。这不利于冷热电联产系统，尤其是小、微型冷热电联产系统的推广。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于冷热电联产的储热调节系统及其调节方法，其解决了现有冷热电联产系统中储热装置能量调节形式单一、储热效果不理想的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于冷热电联产的储热调节系统，包括PLC控制器组件、上位机、补燃式余热锅炉、分流调节组件、储热箱组、电加热组件、余热调度组件及用户负荷母线；所述分流调节组件包括第四变频器、第六循环水泵、第三安全阀、第一流量调节阀、第二流量调节阀、第五温度传感器、一号三通水管接头和二号三通水管接头；所述余热调度组件包括片式换热器、第一螺纹阀门、第二螺纹阀门、第一变频器、第二变频器、第一循环水泵、第二循环水泵、吸收式热泵、吸收式制冷机、热水调节组件、第一温度传感器和第二温度传感器；所述用户负荷母线包括采暖负荷母线、制冷负荷母线、热水负荷母线、第四循环水泵、第五循环水泵、第一安全阀和第二安全阀；所述补燃式余热锅炉低温烟气出口处安放有内置温度传感器，第四变频器接第六循环水泵，第六循环水泵的入水口和出水口分别与补燃式余热锅炉的出水口和第三安全阀的入水口相连，第三安全阀的出水口与第一流量调节阀的汇流口相连，第一流量调节阀的第一分流口和第二分流口分别与一号三通水管接头的第一端口和片式换热器的高温热水入口相连；所述第二流量调节阀的汇流口与片式换热器的高温热水出口相连，第五温度传感器置于第二流量调节阀与片式换热器之间，第二流量调节阀的第一分流口和第二分流口分别与一号三通水管接头的第二端口和二号三通水管接头的第一端口相连，所述二号三通水管接头的第二端口与补燃式余热锅炉的入水口相连，一号三通水管接头的第三端口与储热箱组的进水母线相连，二号三通水管接头的第三端口与储热箱组的出水母线相连；所述片式换热器的第一低温热水出口、第一低温热水入口、第二低温热水出口和第二低温热水入口分别与第一螺纹阀门的一端、吸收式热泵出水口、第二螺纹阀门的一端和吸收式制冷机出水口相连，第一螺纹阀门的另一端与第一循环水泵的入水口相连，第一循环水泵的出水口与吸收式热泵入水口相连，第一变频器接第一循环水泵，吸收式热泵与所述用户负荷母线中的采暖负荷母线相连，在吸收式热泵与采暖负荷母线之间接有第一温度传感器；第二螺纹阀门的另一端与第二循环水泵的入水口相连，第二循环水泵的出水口与吸收式制冷机入水口相连，第二变频器接第二循环水泵，吸收式制冷机与用户负荷母线中的制冷负荷母线相连，在吸收式制冷机与制冷负荷母线之间接有第二温度传感器；片式换热器的第三低温热水出口和第三低温热水入口与所述热水调节组件的输入端相连，热水调节组件的输出端与用户负荷母线中的热水负荷母线相连；所述第四循环水泵和第一安全阀串联在采暖负荷母线中，第五循环水泵和第二安全阀串联在制冷负荷母线中，采暖负荷母线、制冷负荷母线和热水负荷母线并行与用户单元相连；所述电加热组件与储热箱组相连，所述补燃式余热锅炉、分流调节组件、储热箱组、电加热组件、余热调度组件、用户负荷母线和上位机均与所述PLC控制器组件相连。所述热水调节组件包括保温水箱、第三螺纹阀门、第三变频器、第三循环水泵、自动排气阀、液位传感器、搅拌器、第三温度传感器、增压水泵、第三流量调节阀和排污球阀；液位传感器和搅拌器安置于保温水箱上部，保温水箱下部开有排污口，排污口与排污球阀相连，第三螺纹阀门的一端与片式换热器的第三低温热水出口相连，另一端与第三循环水泵入水口相连，第三循环水泵出水口与保温水箱入水口相连，在第三循环水泵的出水口与保温水箱之间接有自动排气阀，第三变频器接第三循环水泵；保温水箱的出水口与第三流量调节阀的第二分流口相连，第三流量调节阀的第一分流口与自来水供应接口相连，第三流量调节阀的汇流口与片式换热器的第三低温热水入口相连；保温水箱的热水供应口连接增压水泵，在保温水箱与增压水泵之间设有第三温度传感器，增压水泵连接用户负荷母线中的热水负荷母线。所述储热箱组包括若干个储热单元、CCHP冗余电量电储热母线、市电电储热母线、换热水管进水母线和换热水管出水母线；所述储热单元包括金属箱壳、保温岩棉、储热层、换热水管、第一电加热丝、第二电加热丝、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于冷热电联产的储热调节系统，其特征在于包括PLC控制器组件、上位机、补燃式余热锅炉、分流调节组件、储热箱组、电加热组件、余热调度组件及用户负荷母线；所述分流调节组件包括第四变频器、第六循环水泵、第三安全阀、第一流量调节阀、第二流量调节阀、第五温度传感器、一号三通水管接头和二号三通水管接头；所述余热调度组件包括片式换热器、第一螺纹阀门、第二螺纹阀门、第一变频器、第二变频器、第一循环水泵、第二循环水泵、吸收式热泵、吸收式制冷机、热水调节组件、第一温度传感器和第二温度传感器；所述用户负荷母线包括采暖负荷母线、制冷负荷母线、热水负荷母线、第四循环水泵、第五循环水泵、第一安全阀和第二安全阀；所述补燃式余热锅炉低温烟气出口处安放有内置温度传感器，第四变频器接第六循环水泵，第六循环水泵的入水口和出水口分别与补燃式余热锅炉的出水口和第三安全阀的入水口相连，第三安全阀的出水口与第一流量调节阀的汇流口相连，第一流量调节阀的第一分流口和第二分流口分别与一号三通水管接头的第一端口和片式换热器的高温热水入口相连；所述第二流量调节阀的汇流口与片式换热器的高温热水出口相连，第五温度传感器置于第二流量调节阀与片式换热器之间，第二流量调节阀的第一分流口和第二分流口分别与一号三通水管接头的第二端口和二号三通水管接头的第一端口相连，所述二号三通水管接头的第二端口与补燃式余热锅炉的入水口相连，一号三通水管接头的第三端口与储热箱组的进水母线相连，二号三通水管接头的第三端口与储热箱组的出水母线相连；所述片式换热器的第一低温热水出口、第一低温热水入口、第二低温热水出口和第二低温热水入口分别与第一螺纹阀门的一端、吸收式热泵出水口、第二螺纹阀门的一端和吸收式制冷机出水口相连，第一螺纹阀门的另一端与第一循环水泵的入水口相连，第一循环水泵的出水口与吸收式热泵入水口相连，第一变频器接第一循环水泵，吸收式热泵与所述用户负荷母线中的采暖负荷母线相连，在吸收式热泵与采暖负荷母线之间接有第一温度传感器；第二螺纹阀门的另一端与第二循环水泵的入水口相连，第二循环水泵的出水口与吸收式制冷机入水口相连，第二变频器接第二循环水泵，吸收式制冷机与用户负荷母线中的制冷负荷母线相连，在吸收式制冷机与制冷负荷母线之间接有第二温度传感器；片式换热器的第三低温热水出口和第三低温热水入口与所述热水调节组件的输入端相连，热水调节组件的输出端与用户负荷母线中的热水负荷母线相连；所述第四循环水泵和第一安全阀串联在采暖负荷母线中，第五循环水泵和第二安全阀串联在制冷负荷母线中，采暖负荷母线、制冷负荷母线和热水负荷母线并行与用户单元相连；所述电加热组件与储热箱组相连，所述补燃式余热锅炉、分流调节组件、储热箱组、电加热组件、余热调度组件、用户负荷母线和上位机均与所述PLC控制器组件相连。...

【技术特征摘要】
1.一种基于冷热电联产的储热调节系统，其特征在于包括PLC控制器组件、上位机、补燃式余热锅炉、分流调节组件、储热箱组、电加热组件、余热调度组件及用户负荷母线；所述分流调节组件包括第四变频器、第六循环水泵、第三安全阀、第一流量调节阀、第二流量调节阀、第五温度传感器、一号三通水管接头和二号三通水管接头；所述余热调度组件包括片式换热器、第一螺纹阀门、第二螺纹阀门、第一变频器、第二变频器、第一循环水泵、第二循环水泵、吸收式热泵、吸收式制冷机、热水调节组件、第一温度传感器和第二温度传感器；所述用户负荷母线包括采暖负荷母线、制冷负荷母线、热水负荷母线、第四循环水泵、第五循环水泵、第一安全阀和第二安全阀；所述补燃式余热锅炉低温烟气出口处安放有内置温度传感器，第四变频器接第六循环水泵，第六循环水泵的入水口和出水口分别与补燃式余热锅炉的出水口和第三安全阀的入水口相连，第三安全阀的出水口与第一流量调节阀的汇流口相连，第一流量调节阀的第一分流口和第二分流口分别与一号三通水管接头的第一端口和片式换热器的高温热水入口相连；所述第二流量调节阀的汇流口与片式换热器的高温热水出口相连，第五温度传感器置于第二流量调节阀与片式换热器之间，第二流量调节阀的第一分流口和第二分流口分别与一号三通水管接头的第二端口和二号三通水管接头的第一端口相连，所述二号三通水管接头的第二端口与补燃式余热锅炉的入水口相连，一号三通水管接头的第三端口与储热箱组的进水母线相连，二号三通水管接头的第三端口与储热箱组的出水母线相连；所述片式换热器的第一低温热水出口、第一低温热水入口、第二低温热水出口和第二低温热水入口分别与第一螺纹阀门的一端、吸收式热泵出水口、第二螺纹阀门的一端和吸收式制冷机出水口相连，第一螺纹阀门的另一端与第一循环水泵的入水口相连，第一循环水泵的出水口与吸收式热泵入水口相连，第一变频器接第一循环水泵，吸收式热泵与所述用户负荷母线中的采暖负荷母线相连，在吸收式热泵与采暖负荷母线之间接有第一温度传感器；第二螺纹阀门的另一端与第二循环水泵的入水口相连，第二循环水泵的出水口与吸收式制冷机入水口相连，第二变频器接第二循环水泵，吸收式制冷机与用户负荷母线中的制冷负荷母线相连，在吸收式制冷机与制冷负荷母线之间接有第二温度传感器；片式换热器的第三低温热水出口和第三低温热水入口与所述热水调节组件的输入端相连，热水调节组件的输出端与用户负荷母线中的热水负荷母线相连；所述第四循环水泵和第一安全阀串联在采暖负荷母线中，第五循环水泵和第二安全阀串联在制冷负荷母线中，采暖负荷母线、制冷负荷母线和热水负荷母线并行与用户单元相连；所述电加热组件与储热箱组相连，所述补燃式余热锅炉、分流调节组件、储热箱组、电加热组件、余热调度组件、用户负荷母线和上位机均与所述PLC控制器组件相连。2.根据权利要求1所述的基于冷热电联产的储热调节系统，其特征在于所述热水调节组件包括保温水箱、第三螺纹阀门、第三变频器、第三循环水泵、自动排气阀、液位传感器、搅拌器、第三温度传感器、增压水泵、第三流量调节阀和排污球阀；液位传感器和搅拌器安置于保温水箱上部，保温水箱下部开有排污口，排污口与排污球阀相连，第三螺纹阀门的一端与片式换热器的第三低温热水出口相连，另一端与第三循环水泵入水口相连，第三循环水泵出水口与保温水箱入水口相连，在第三循环水泵的出水口与保温水箱之间接有自动排气阀，第三变频器接第三循环水泵；保温水箱的出水口与第三流量调节阀的第二分流口相连，第三流量调节阀的第一分流口与自来水供应接口相连，第三流量调节阀的汇流口与片式换热器的第三低温热水入口相连；保温水箱的热水供应口连接增压水泵，在保温水箱与增压水泵之间设有第三温度传感器，增压水泵连接用户负荷母线中的热水负荷母线。3.根据权利要求1所述的基于冷热电联产的储热调节系统，其特征在于所述储热箱组包括若干个储热单元、CCHP冗余电量电储热母线、市电电储热母线、换热水管进水母线和换热水管出水母线；所述储热单元包括金属箱壳、保温岩棉、储热层、换热水管、第一电加热丝、第二电加热丝、第三电加热丝、第四电加热丝和第四温度传感器组；在所述金属箱壳的侧面开有强电加热孔和信号采集孔，在金属箱壳外表面的底部固定有安全地线，所述金属箱壳内置有储热层，在金属箱壳与储热层之间安放有保温岩棉；所述储热层由六块纵向布置的储热砖组成，在六块储热砖之间从下至上形成五个界面，分别为第一界面、第二界面、第三界面、第四界面和第五界面；在第一界面处的两块储热砖上刻有凹槽并放置有第一电加热丝和第二电加热丝，在第五界面处的两块储热砖上刻有凹槽并放置有第三电加热丝和第四电加热丝，在第二界面处的两块储热砖和第四界面处的两块储热砖上均刻有凹槽并放置有换热水管；各储热单元的换热水管进水端口接换热水管进水母线，出水端口接换热水管出水母线，第一电加热丝与第三电加热丝并联后经强电加热孔引出后连接CCHP冗余电量电储热母线，第二电加热丝与第四电加热丝并联后经强电加热孔引出后连接市电电储热母线；在第三界面处的储热砖上前后两侧共设有四个槽眼，在槽眼内安置有第四温度传感器组，所述第四温度传感器组经信号采集孔引出后连接所述PLC控制器组件。4.根据权利要求1所述的基于冷热电联产的储热调节系统，其特征在于所述电加热组件包括电储热开关、第一熔断器、第二熔断器、继电器、CCHP冗余电量母线和市电交流母线；所述电储热开关的一端与市电交流母线相连，另一端与第一熔断器的一端相连，第一熔断器的另一端经继电器与市电电储热母线相连，继电器与PLC控制器组件相连；第二熔断器的一端与CCHP冗余电量母线相连，另一端与CCHP冗余电量电储热母线相连。5.权利要求1所述的基于冷热电联产的储热调节系统的调节方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：设定系统初始化参数；具体包括设定补燃式余热锅炉的内置温度传感器、分流调节组件中的第五温度传感器、余热调度组件中的第一温度传感器、第二温度传感器及热水调节组件中的第三温度传感器的参数值，设定储热箱组的储热上限温度阈值和储热下限温度阈值、储热箱组进行市电电储热的时间范围、储热箱组进行市电电储热的储热上限温度阈值和储热下限温度阈值及热水调节组件的参考水位，计算第三流量调节阀开度调节的上下限阈值并设定其初始开度为其下限阈值，设定分流调节组件中的第六循环水泵的热水流速下限值，计算分流调节组件中的第四变频器的频率调节上下限阈值并设定其初始值为其下限阈值，计算分流调节组件中的第一流量调节阀和第二流量调节阀开度调节的上下限阈值并设定其初始开度为其下限阈值，计算补燃式余热锅炉的补燃量上下限阈值并设定其初始值为其下限阈值；步骤2：系统启动与参数整定；根据不同季节调节第一螺纹阀门、第二螺纹阀门和第三螺纹阀门；若为冬季，则开启第一螺纹阀门、第三螺纹阀门、第四循环水泵和增压水泵，闭合电加热组件的电储热开关，对电加热组件中的继电器输出断开信号；若为夏季，则开启第二螺纹阀门、第三螺纹阀门、第五循环水泵和增压水泵，闭合电加热组件的电储热开关，对电加热组件中的继电器输出断开信号；步骤3：进行外环母线供能调节；若为冬季，则运行冬季模式；若为夏季，则运行夏季模式；根据运行模式的不同对余热调度组件进行调节，维持用户负荷母线的温度恒定；步骤4：进行内环负荷供能调节；采集分流调节组件中第五温度传感器的值，通过调节第一流量调节阀和第二流量调节阀的开度、第四变频器的频率和补燃式余热锅炉的补燃量维持第五温度传感器所在管道中热水温度的恒定；步骤5：进行余热回收能量调节；采集储热箱组中各储热单元的第四温度传感器组的值，并求其平均值，作为储热箱组的温度，采集补燃式余热锅炉低温烟气出口处温度传感器的值，通过调节第一流量调节阀和第二流量调节阀的开度及第四变频器的频率，调节补燃式余热锅炉排出的低温烟气的温度；步骤6：进行市电储热能量调节；实时获取当地时间，通过调节电加热组件中继电器的通断，控制通过市电进行的电储热；步骤7：判断系统是否出现故障或者季节变化而收到停机信号，若是，则系统工作结束，若否，则返回执行步骤3。6.根据权利要求5所述的基于冷热电联产的储热调节系统的调节方法，其特征在于步骤1中所述的计算分流调节组件中的第四变频器的频率调节上限阈值fH和频率调节下限阈值fL，其具体方法如下：循环水管中热水受到的阻力包括热水与管壁的摩擦产生的摩擦力py和热水与阀门和接头的摩擦产生的摩擦力pj，则：py=λldρv22pj=Σi=1nξiρv22---(1)]]>式中，λ为管壁阻力系数，无量纲；l为管道长度，d为管道直径，ρ为热水密度，v为热水流速；ξi为各阀门与接头阻力系数，无量纲；i为阀门和接头编号，n为阀门和接头总数；计算热水流动过程中受到的总阻力P∑：p∑＝py+pj(2)折算到水泵上的负载转矩TL(v)为：TL(v)=pΣ·R=(λld+Σi=1nξi)·ρv22·R---(3)]]>式中，R为水泵叶轮半径，则最小转速下的负载转矩TL-min：TL-min＝TL(vmin)(4)根据三相交流电机的机械特性曲线和转速与转差率的关系式，则有：T=3p2π(Ef)2s·f·r2r2+4π2·(s·f)2Ll22---(5)]]>n=60fp(1-s)---(6)]]>式中，T为电动机的输出转矩，p为水泵的电动机相数，E为水泵的单相电枢电动势，f为电枢电流的频率，s为转差率，r2为转子电阻折算值，Ll2为转子每相漏电感折算值，n为电动机输出转速；令式(5)中的T＝TL(vmin)，联立式(6)，求出第四变频器的频率调节下限...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙秋野，马大中，王朋涛，刘益辄，高随随，黄博南，刘振伟，王冰玉，李宇阳，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21