一种蒸汽热网建立、优化及改造方法技术

本发明专利技术公开了一种模型与量化指标结合的蒸汽热网建立方法，包括以下步骤：对蒸汽管网建立节点处的水力平衡方程；建立热平衡方程，求得管线段的压降和温降；联立上述水力平衡及热力平衡方程，求解多热源联合供热的闭合式蒸汽热网模型。本发明专利技术还公开了一种模型与量化指标结合的蒸汽热网的优化方法、模型与量化指标结合的蒸汽热网的改造方法，能够根据蒸汽热网的机理模型仿真结果，利用效益量化指标对不同优化改造方案进行评估，更加科学、合理地选择热网改造方案。热网改造方案。热网改造方案。

【技术实现步骤摘要】
一种蒸汽热网建立、优化及改造方法


[0001]本专利技术涉及智慧供热
，更具体地，涉及一种模型与量化指标结合的蒸汽热网建立、优化及改造方法。

技术介绍

[0002]蒸汽供热系统的输送距离长、内容积大，热网运行调节的耦合性、滞后性强，容易部分用户供热品质部分不达标，不能满足用户的用热需求的问题。同时，蒸汽热网的运行调控过程普遍粗放，缺乏量化指标对运行过程进行评估。
[0003]目前，对蒸汽热网的改造一般是为了满足部分重点用户的用汽参数要求，改造管道的选取也是针对重点用户做出抉择，难以兼顾其他用户，同时，对于改造之后的热网运行状况缺乏有效的预先评估，也使得实际情况下管网的改造难以实施。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种模型与量化指标结合的蒸汽热网建立、优化及改造方法，通过机理模型仿真计算不同改造方案下的热网运行状态，并提出效益量化指标综合考虑所有用户用汽参数的满足情况以及考量管网改造带来的成本提升，科学而有效地选择管网改造方案。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种模型与量化指标结合的蒸汽热网的建立方法，包括以下步骤：
[0007]对蒸汽管网建立节点处的水力平衡方程；
[0008]建立热平衡方程，求得管线段的压降和温降；
[0009]联立上述水力平衡及热力平衡方程，即可求解多热源联合供热的闭合式蒸汽热网模型。
[0010]优选的，所述水力平衡方程是针对含有l个节点、m条管段、n个闭环回路的蒸汽管网，由基尔霍夫第一定律建立节点处的流量守恒方程：
[0011]LR＝Q
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0012]其中：L为节点管道关联阵；R为各个管道内的流量向量，R＝[R1,R2,
…
,Rm]T；Q为各节点净质量流量的向量，Q＝[Q1,Q2,
…
,Ql]，流入该节点为正值，流出该节点为负值。
[0013]优选的，所述管线段的压降公式为
[0014]ΔH＝ε|R|R+ΔZ
‑
P
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0015]式中：P为闭合回路中管网水泵的压力降矩阵，不存在水泵时，取P＝0；ε为管线段的阻力修正系数；
△
Z为管线段地理标高最大值与最小值的差值。
[0016]优选的，所述管线段的温降与管线段的焓降和散热量有关，所述焓降的计算式为
[0017][0018]其中：hin，hout为管段进、出口焓值；Vin，Vout为管段进、出口流速；Q1为管线段的
热损失；q为管线段的质量流量；
[0019]所述散热量所述单位长度管线段的热损失Q1的计算式为
[0020]Q
l
＝KπD
o
(T
m
‑
T
a
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0021]式(6)中，管线段的外径DO与换热系数K计算式分别为式(7)和(8)：
[0022]D
o
＝D
m
2δ
p
+2δ
isu1
+2δ
isu2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0023][0024]其中：Tm为蒸汽温度；Ta为环境温度；Dm为管道内径；δp为管壁厚度；δisu1，δisu2分别为内、外层保温层厚度；λp，λisu1，λisu2分别为管道管壁导热系数、内层保温层导热系数与外层保温层导热系数；h
m
为蒸汽和管壁的对流换热表面传热系数；h
a
为管道外保温层和外界环境的对流换热表面传热系数；h
r
为管道外保温层与外界环境的辐射传热系数。
[0025]一种模型与量化指标结合的蒸汽热网的优化方法，还包括以下步骤：
[0026]设定可用管道集，构建蒸汽热网管道组成向量；
[0027]设定评估热网运行效益的量化指标。
[0028]优选的，所述可用管道集为当前热网所有管道类型与改造可选管道类型的集合；所述蒸汽热网管道组成向量为在管道数量为m的热网中，改造前的管道组成向量为A＝[a1,a2,...,a
m
]，其中a
i
∈S
tube
，改造后的管道组成向量为Β＝[b1,b2,...,b
m
]，其中b
i
∈S
tube
。
[0029]优选的，所述效益的量化指标δ包括达标系数F和成本系数C，所述效益量化指标表达式如下：
[0030]δ＝F
x
C
y
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0031]式中：F为达标系数，C为成本系数。
[0032]优选的，所述达标系数F表达式如下：
[0033][0034][0035]其中：P
i
为热网上用户i的计算压力；T
i
为热网上用户i的计算温度；T
li
，T
hi
为用户i的合同值温度的上下限；P
li
，P
hi
为用户i的合同值压力的上下限；n为用户个数。
[0036]优选的，所述成本系数C表达式为
[0037]C＝(C
t
+C0)/C0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0038]其中：C0为热网的运营成本，C
t
为热网的改造成本；
[0039]所述成本系数考虑热网的运营成本以及改造成本，其中运营成本C0由热网运营方提供，在同一供汽状态下保持不变；改造成本考虑更换管道带来的成本，其表达式如下：
[0040][0041][0042]其中：m为热网管道数量，a
i
为改造前的管道组成向量A中元素，b
i
为改造后的管道组成向量B中元素，sigmoid(a,b)为判断管道是否需要改造的激活函数，g(b
i
)为将一条管道改造为b
i
所需成本。
[0043]一种模型与量化指标结合的蒸汽热网的改造方法，包括以下步骤：
[0044]建立热网优化改造方案约束；
[0045]建立以效益指标最大化为核心的优化函数，利用算法对函数进行求解，选择最佳改造方案。
[0046]优选的，所述热网优化改造方案约束为固定热源的供汽参数不变，供汽参数包括蒸汽流量为Qs、蒸汽温度为Ts和蒸汽压力为Ps。
[0047]优选的，所述以效益指标最大化为核心的优化函数，其表达式为
[0048][0049]优选的，所述利用算法对函数进行求解方法包括以下步骤：
[0050]随本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模型与量化指标结合的蒸汽热网建立方法，其特征在于，包括下步骤：对蒸汽管网建立节点处的水力平衡方程；建立热平衡方程，求得管线段的压降和温降；联立上述水力平衡及热力平衡方程，求解多热源联合供热的闭合式蒸汽热网模型。2.如权利要求1所述的一种模型与量化指标结合的蒸汽热网建立方法，其特征在于，所述水力平衡方程是针对含有l个节点、m条管段、n个闭环回路的蒸汽管网，由基尔霍夫第一定律建立节点处的流量守恒方程：LR＝Q
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中：L为节点管道关联阵；R为各个管道内的流量向量，R＝[R1,R2,
…
,Rm]T；Q为各节点净质量流量的向量，Q＝[Q1,Q2,
…
,Ql]，流入该节点为正值，流出该节点为负值。3.如权利要求1所述的一种模型与量化指标结合的蒸汽热网建立方法，其特征在于，所述管线段的压降公式为ΔH＝ε|R|R+ΔZ
‑
P
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式中：P为闭合回路中管网水泵的压力降矩阵，不存在水泵时，取P＝0；ε为管线段的阻力修正系数；
△
Z为管线段地理标高最大值与最小值的差值。4.如权利要求1所述的一种模型与量化指标结合的蒸汽热网建立方法，其特征在于，所述管线段的温降与管线段的焓降和散热量有关，所述焓降的计算式为其中：h
in
，h
out
为管段进、出口焓值；V
in
，V
out
为管段进、出口流速；Q1为管线段的热损失；q为管线段的质量流量；所述散热量所述单位长度管线段的热损失Q1的计算式为Q
l
＝KπD
o
(T
m
‑
T
a
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)式(6)中，管线段的外径DO与换热系数K计算式分别为式(7)和(8)：D
o
＝D
m
2δ
p
+2δ
isu1
+2δ
isu2
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)其中：Tm为蒸汽温度；Ta为环境温度；Dm为管道内径；δp为管壁厚度；δisu1，δisu2分别为内、外层保温层厚度；λp，λisu1，λisu2分别为管道管壁导热系数、内层保温层导热系数与外层保温层导热系数；h
m
为蒸汽和管壁的对流换热表面传热系数；h
a
为管道外保温层和外界环境的对流换热表面传热系数；h
r
为管道外保温层与外界环境的辐射传热系数。5.一种模型与量化指标结合的蒸汽热网优化方法，其特征在于，包括如权利要求1
‑
4任一项所述的一种模型与量化指标结合的蒸汽热网建立方法，所述模型与量化指标结合的蒸汽热网的优化方法还包括以下步骤：
设定可用管道集，构建蒸汽热网管道组成向量；设定评估热网运行效益的量化指标。6.如权利要求5所述的一种模型与量化指标结合的蒸汽热网优化方法，其特征在于，所述可用管道集为当前热网所有管道类型与改造可选管道类型的集合；所述蒸汽热网管道组成向量为在...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭赉佳，吴丁飞，钟崴，李岚，
申请(专利权)人：上海漕泾热电有限责任公司，
类型：发明
国别省市：