具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如背景技术中所描述的，在工业生产过程中，热能是最重要的能源利用形式之一，工业供热按照工艺要求不同，供热蒸汽参数也不一样。高参数供热由于温度和压力都比较高，无法直接从火电厂系统中找到合适的抽汽点，只能采用参数更高的热源蒸汽直接减温减压后进行供热。其中，减温减压的过程会直接损耗大量热能，从而降低了能源的利用效率，增大了火电厂的供热成本。

为了提高能源的利用效率，可以采用背压机代替上述热源蒸汽减温减压过程，将背压机的排汽用于供热。其中，背压机在降低热源蒸汽的温度和压力时，同时会回收蒸汽的做功能力以转化为电能，实现能源的回收利用。然而，由于蒸汽在背压机内膨胀做功时，蒸汽的压力和温度都会下降，但是蒸汽的压力和温度不是相互独立的，两者之间是相关联的。可以理解的是，当背压机排汽压力降到某个数值时，排汽温度会降到与所述排汽压力存在关联关系的数值；当排汽温度降到某个数值时，排汽压力会降到与所述排汽温度存在关联关系的数值。当然，背压机的排汽压力与排汽温度的关联关系也会受到背压机效率的影响，在背压机效率不同的情况下，当排汽压力降到某个数值时，排汽温度所降到的数值也可能不同，同样的，当排汽温度降到某个数值时，排汽压力所降到的数值也可能不同。例如表1背压机排汽压力和排气温度计算分析所示：

表1背压机排汽压力和排气温度计算分析

表1中列出了四种工况，四种工况中通入背压机的热源蒸汽的压力和温度均相同，压力均为16.67MPa，温度均为538℃，用户所需蒸汽(用户所需要的供热蒸汽)的压力为4.0MPa，温度为400℃。工况1和工控3中的背压机的效率均为70％，若要使得背压机的排汽压力满足用户需求压力4.0MPa，则背压机的实际排汽温度会降至357.3℃，低于用户所需蒸汽温度400℃；而若要使背压机的排汽温度满足400℃，则背压机的实际排气压力会降至5.9MPa，高于用户所需蒸汽压力4.0MPa。工况2和工况4中的背压机的效率均为90％，若要使得背压机的排汽压力满足用户所需蒸汽压力4.0MPa，则背压机的实际排汽温度会降至325.48℃，低于用户所需蒸汽温度400℃；而若要使背压机的排汽温度满足400℃，则背压机的实际排气压力会降至6.17MPa，高于用户所需蒸汽压力4.0MPa。

由上可知，用户所需蒸汽的压力和温度往往是相互独立的，而背压机的排汽压力和排汽温度具有关联关系，导致背压机排汽压力和排汽温度很难同时满足用户所需要的供热蒸汽的压力和温度。

为解决背压机排汽压力和排汽温度很难同时满足用户所需蒸汽的压力和温度的问题，本申请提供了一种供热系统10，如图1所示，所述系统10包括热源蒸汽管道101、入口参数调节阀102以及背压机103；所述背压机103的入口通过所述入口参数调节阀102与所述热源蒸汽管道101连通，所述入口参数调节阀102用于调节所述背压机103入口处的蒸汽参数。

其中，所述热源蒸汽管道可以与火电厂系统中的抽气点连通，以将参数高于用户所需蒸汽的参数的蒸汽，即热源蒸汽(图1中以G表示)引入背压机103。进一步，可以通过入口参数调节阀102调节背压机103入口处的蒸汽参数；例如，对入口参数调节阀102进行调节，改变背压机103入口处的蒸汽的压力，其中，调节入口参数调节阀102可以是调节阀门的打开程度。背压机103的排汽可以直接用于向用户(图1中以U表示)供热。

本申请实施例通过提供一种带有入口参数调节阀的供热系统，可以在热源蒸汽进入背压机之前，通过入口参数调节阀对所述热源蒸汽的参数进行预调，使得预调后的蒸汽进入背压机做功后的排汽参数可以满足用户所需蒸汽参数要求，例如排汽压力和排汽温度同时满足用户所需蒸汽的压力和温度要求。

为了进一步对背压机的排汽参数进行调整，以使得背压机的排汽参数与用户所需蒸汽参数精确匹配，在一种实施方式中，本申请实施例提供的供热系统10还包括与所述背压机103出口连接的参数控制单元104，如图2所示，所述参数控制单元104用于调节所述背压机103的排汽参数。

其中，所述参数控制单元104包括第一减压控制装置1041和第一减温控制装置1042，所述第一减温控制装置1042通过所述第一减压控制装置1041与所述背压机103出口相连。所述第一减压控制装置1041可以是调节阀，通过调整调节阀的打开程度，对背压机103的排汽进行不同程度的减压。所述第一减温控制装置1042可以是减温水系统，通过第一减温水(图2中以字母J₁表示)对背压机103的排汽进行减温。

在实际应用中，为了使背压机103排汽进行稳定的供热，还可以设置供热联箱105与背压机103出口相连，背压机103的排汽进入供热联箱105后，再对用户进行供能。所述供热联箱105可以起到缓冲背压机103的排汽的作用，使得供给用户的蒸汽的压力和温度稳定。在不设置参数控制单元104的情况下，供热联箱105可以直接与背压机103出口相连，在设置参数控制单元104的情况下，供热联箱105可以设置在参数控制单元104之后，供热联箱105通过参数控制单元104与背压机103出口相连，如图2所示，此时，背压机103的排汽经过参数控制单元104调整后再进入供热联箱105，然后通过供热联箱105向用户供热。

进一步，如图2所示，本申请实施例提供的供热系统10还可以包括入口截止阀106、逆止阀107以及发电装置(图中未示出)，所述入口参数调节阀102通过所述入口截止阀106与所述热源蒸汽管道101连接；所述逆止阀107通过所述参数控制单元104与所述背压机103的出口连接；所述发电装置与所述背压机连接。其中，所述入口截止阀106用于调整供热系统10的开启和关闭，即打开入口截止阀106，热源蒸汽就会通过系统10进行供热，关闭入口截止阀106，热源蒸汽就不会进入系统10。所述逆止阀107用于防止蒸汽倒流，例如防止供热联箱105中的蒸汽倒流回参数控制单元104和背压机103。所述发电装置用于将所述背压机103回收的能量转化电能。

另外，为了防止上述供热系统10发生故障导致不能供热，可以在其中并入备用供热线路，便于在背压机供热线路出现故障、背压机启动阶段等情况下，实现紧急供热，提高供热的可靠性。因此，在一种实施方式中，系统10还包括与所述热源蒸汽管道101连通的备用供热单元108，如图3所示，所述备用供热单元108包括第二减压控制装置1081和第二减温控制装置1082，所述第二减温控制装置1082通过所述第二减压控制装置1081与所述热源蒸汽管道101相连。所述第二减压控制装置1081可以是调节阀，通过调整调节阀的打开程度，对热源蒸汽进行不同程度的减压。所述第二减温控制装置1082可以是减温水系统，通过第二减温水(图3中以字母J₂表示)对热源蒸汽进行降温。这样，当如图2中的系统(背压机供热线路)出现故障时，可以通过图3中备用供热单元108所在的供热线路进行供热，增强供热的可靠性。

在一种实施方式中，本申请提供的供热系统10还可以包括供热调节阀109，如图3所示，所述备用供热单元108通过所述供热调节阀109与所述热源蒸汽管道101连接。所述供热调节阀109用于开启或关闭图3中包括供热单元108所在的供热路线。

在实际应用中，也可以将经过备用供热单元108调节的蒸汽通入供热联箱105，以使得供给用户的蒸汽的压力和温度稳定。一种优选的方式，如图3所示，同一个供热联箱105与所述背压机103的出口以及所述备用供热单元108相连。即可以将背压机103排汽与经过备用供热单元108调节的蒸汽均通入供热联箱105。

本申请实施例还提供一种基于本申请提供的任一供热系统进行供热的方法，所述方法包括：

步骤201，根据热源蒸汽的参数、用户所需蒸汽的参数以及背压机的特性参数，计算当所述背压机的排汽参数与所述用户所需蒸汽的参数匹配时，所述背压机入口处的蒸汽的目标参数。

步骤202，调节入口参数调节阀，将由所述热源蒸汽管道进入所述背压机的蒸汽参数调节至所述目标参数。

其中，所述热源蒸汽的参数包括第一压力P₁和第一温度t₁，所述用户所需蒸汽的参数包括第二压力P₂和第二温度t₂，所述背压机的特性参数包括背压机的效率η，则所述步骤201具体包括：

步骤2011，基于所述第一压力P₁和所述第一温度t₁，确定所述热源蒸汽的第一焓值H₁；

步骤2012，基于所述第二压力P₂和所述第二温度t₂，确定所述用户所需蒸汽的第二焓值H₂；

步骤2013，根据所述第一焓值H₁，确定所述背压机入口处的蒸汽的目标焓值H_m；

步骤2014，根据所述第二焓值H₂、所述目标焓值H_m、所述背压机的效率η以及所述第二压力P₂，计算当所述背压机的排汽压力和所述第二压力P₂匹配，以及所述背压机的排汽和所述第二温度匹配时，所述背压机入口处的蒸汽的目标熵值S_m；

步骤2015，根据所述目标焓值H_m和所述目标熵值S_m，计算当所述背压机的排汽压力和所述第二压力P₂匹配，以及所述背压机的排汽和所述第二温度匹配时，所述背压机入口处的蒸汽的目标压力P_m；

则调节所述入口参数调节阀，将由所述热源蒸汽管道进入所述背压机的蒸汽参数调节至所述目标参数，包括：调节所述入口参数调节阀，将由所述热源蒸汽管道进入所述背压机的蒸汽压力调节至所述目标压力P_m。

以下将具体介绍由步骤2011至步骤2015计算得到背压机入口处的蒸汽的目标参数的过程：

本申请实施例提供的供热系统10在增加入口参数调节阀102之后，通过入口参数调节阀102对进入背压机103的热源蒸汽进行预调，使得背压机103中的蒸汽膨胀做功路径如图6中的路径ABC。B点背压机入口处蒸汽的工况点，即为入口参数调节阀102对进入背压机103的热源蒸汽进行预调后的蒸汽工况点，C点为用户所需供热蒸汽的工况点，A点为未经调节的热源蒸汽工况点，路径AC为直接将热源蒸汽(未经调节)通入背压机膨胀做功的路径，路径BD为等熵膨胀线，路径DC为排汽压力等压线。

其中工况点B非常关键，计算得到B点的参数(背压机入口处的蒸汽的目标参数)，根据B点的参数调整入口参数调节阀，就能使背压机中蒸汽的膨胀路径满足图6中膨胀路径ABC，从而使得背压机排汽满足用户所需供热蒸汽参数。B点参数可由如下步骤推算：

1、A工况点蒸汽压力为第一压力P₁，温度为第一温度t₁，根据所述第一压力P₁和所述第一温度t₁可以计算出A工况点蒸汽的第一焓值H1；

H₁＝f₁(P₁，t₁) (1)

其中，H₁为热源蒸汽的蒸汽焓值，kJ/kg；P₁为热源蒸汽的蒸汽压力，MPa；t₁为热源蒸汽的蒸汽温度，℃；f₁为根据蒸汽压力和温度计算蒸汽焓值的函数；也可以不由函数f₁计算H₁，可以直接根据压力P₁和温度t₁在水蒸气焓熵图中查到对应的焓值。

2、C工况点点蒸汽压力为第二压力P₂，温度为第二温度t₂，根据所述第二压力P₂和所述第二温度t₂可以计算出C工况点蒸汽的第二焓值H₂；

H₂＝f₁(P₂，t₂) (2)

其中，H₂为用户所需蒸汽的蒸汽焓值，kJ/kg；P₂为用户所需蒸汽的蒸汽压力，MPa；t₁为用户所需蒸汽的蒸汽温度，℃；f₁为根据蒸汽压力和温度计算蒸汽焓值的函数；也可以不由函数f₁计算H₂，可以直接根据压力P₂和温度t₂在水蒸气焓熵图中查到对应的焓值。

3、由于由A工况点到B工况点的过程为节流过程，该过程蒸汽焓值相等，故B工况点的焓值，即目标焓值H_m为：

H_m＝H₁ (3)

其中，H_m为背压机入口处的蒸汽的蒸汽焓值，kJ/kg。

4、由B工况点到C工况点的膨胀由背压机的性能决定，当背压机效率为η时，可计算出背压机的排汽压力满足用户所需蒸汽的压力时，B点的等熵膨胀点D点的焓值：

H₃＝[η×H_m-(H_m-H₂)]/η (4)

其中，H₃为背压机的排汽压力满足用户所需蒸汽的压力下，B点的等熵蒸汽焓值，kJ/kg；η为背压机效率。

5、由D点的焓值H₃和用户所需蒸汽的压力P₂，可以确定D点的熵值；

S₃＝f₂(P₂，H₃) (5)

其中，S₃为D点的蒸汽熵值，kJ/(kg.℃)；f₂为根据蒸汽压力和焓值计算熵值的函数。

6、由于由B点到D点为等熵膨胀过程，故两个工况点熵值相等，因此可以得到B点的熵值(背压机入口处蒸汽的目标熵值)为：

S_m＝S₃ (6)

进而可以确定B点的压力(背压机入口处蒸汽的目标压力)为：

P_m＝f_shp(S_m，H_m) (7)

B点的温度(背压机入口处蒸汽的目标温度)为：

t_m＝f_sht(S_m，H_m) (8)

其中，S_m为B点的蒸汽熵值，kJ/(kg.℃)；P_m为B点的压力值，MPa；t_m为B点的温度值，℃；f_shp为根据蒸汽的焓值和熵值计算压力的函数；f_sht为根据蒸汽的焓值和熵值计算温度的函数。

得到B点参数(包括压力和温度参数)后，就可以根据参数调节入口参数调节阀。例如，根据可以根据计算得到的B点的压力参数(背压机入口处蒸汽的目标压力)对入口参数调节阀进行调节，使得进入背压机的蒸汽的压力满足P_m。以使得背压机的排汽参数能够达到用户所需蒸汽的参数。在实际应用中，还可以在入口调节阀处设置压力传感器，以感应蒸汽的压力，还可以设置显示装置以对蒸汽的压力进行显示，本申请并不对显示装置的位置进行限制，可以设置在入口参数调节阀对应的位置，也可以将显示装置并入供热系统的总控制模块。

基于上述的算法，可知本申请提供的供热方法进行供热的执行逻辑为：

设置/输入用户所需供热蒸汽参数——调取热源蒸汽参数——调取背压机性能参数——调节入口参数调节阀使进入背压机蒸汽参数为目标参数。

根据具体数值计算B点工况参数值的计算过程可以例如下述示例，应理解的是，下述示例不代表对本申请的限制：

热源蒸汽参数为压力16.67MPa，温度为538℃，用户所需蒸汽参数压力为4.0MPa，温度为400℃，背压机效率为80％。按照前述步骤计算结果如下：

1)确定热源蒸汽A点的蒸汽参数，

由16.67MPa、538℃可通过水蒸气焓熵图查得：

H₁＝3397.2kJ/kg

2)确定用户端C点蒸汽参数：

由4.0Mpa、400℃，根据函数f₁可以计算出：

H₂＝3215.71kJ/kg

3)确定B点的焓值，

H_m＝H₁＝3397.2kJ/kg

4)确定B点的等熵膨胀点D点的焓值，

由背压机效率80％，用户所需供热蒸汽参数为压力为4.0MPa可计算出：

H₃＝[0.8×3397.2-(3397.2-3215.71)]/0.8＝3170.34kJ/kg

5)确定D点的熵值，

由D点的焓值H₃、用户所需供热蒸汽的压力P₂以及函数f₂可以计算出：

S₃＝6.71kJ/(kg.℃)

6)确定B点的其他参数，

由S₃、H_m、函数f_shp以及函数f_sht，可以分别计算出：

S_m＝S₃＝6.71kJ/(kg.℃)

P_m＝8.37MPa

t_m＝501.17℃

由最后得到的B点的其他参数可知，调节入口参数调节阀控制进入背压机的蒸汽压力为8.37MPa即可使背压机排汽参数几乎满足用户所需蒸汽参数要求。

如果实际背压机特性与设计值有差异，可以参考排汽参数，对入口参数进行微调，也可以利用设置在背压机出口的参数控制单元对排汽参数进行进一步微调，以使得排汽与用户所需蒸汽参数匹配。

本申请提供的系统和方法不仅解决了高参数供热温度和压力难于同时匹配用户需求的蒸汽的压力和温度的问题，还可以回收能量，提高能量的利用率。

例如：供热热源蒸汽参数为压力16.67MPa，温度为538℃，用户所需蒸汽参数压力为4.0MPa，温度为400℃，供热量为150t/h，背压机效率为80％，背压机发电效率按照95％、主发电机效率按照98％、主系统汽轮机排汽按照4.9kPa、排汽焓值按照2300kJ/kg来计算(为了简化计算，不考虑系统的机械损失)，则背压机的输出轴功率为：

Pt_Bt＝150×1000/3600×(3397.2-3215.71)＝7564.62kW

发电功率为：

Pe_Bt＝7564.62×95％＝7186.39kW

如果采用传统的减温减压过程直接对热源蒸汽进行减温减压后供热，按照热源蒸汽参数压力16.67MPa，温度538℃和减温水压力8MPa，温度170℃计算能量的回收效果，结果见下表2：

表2传统供热系统供热数值分析

由表2中数据可以看出，如果采用传统供热方式进行供热，在供热量为150t/h时，热源蒸汽抽取139.82t/h，减温水喷水量为10.18t/h，则此时减温水流量代替部分热源蒸汽抽汽，故会产生一部分回收功，计算如下：

Pt_t＝10.18×1000/3600×(3397.2-2300)＝3103.92kW

则传统供热方式发电功率为：

Pe_t＝3103.92×98％＝3041.85kW

由比较可知，本申请提供的供热系统和传统供热系统，回收功率差值为：

△Pe＝Pt_Bt-Pt_t＝7186.39-3041.85＝4144.54kW

因此，本申请提供的供热系统比传统供热系统能够回收更多的蒸汽做功能力。

由此可见，本申请实施例提供的供热系统和供热方法，调节背压机入口处的入口参数调节阀，进而调整背压机入口处的蒸汽的参数，即调整即将进入背压机的蒸汽的参数，使得背压机的排汽参数能够达到用户所需蒸汽的参数，解决了高参数供热温度和压力难于同时匹配用户所需蒸汽参数的难题。同时，通过背压机排汽进行供热，代替传统减温减压供热系统，回收蒸汽的做功能力得到了提高，即提高了能源利用效率。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。