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德州利元機電板式換熱器熱力站變流量供熱系統
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德州利元機電板式換熱器熱力站變流量供熱系統調節方式有哪些...

  城市集中供熱系統的調節就其本質可分為質調節、量調節,其他調節方式,如分階段改變流量的質調節、間歇調節實際上是這兩種調節方式的結合或變異。在變流量供熱系統中,流量基本上由用戶決定,如果用戶需要提高室內溫度,則開大溫控閥,增加流量,流量的增加將引起熱網壓力下降,下降的壓力由調速循環泵提高轉速補償。板式換熱器價格,板式換熱器廠家,服務咨詢熱線13869202861。

  間接連接供熱系統中,熱量通過換熱器進行傳遞,因此流量控制必須考慮換熱器在流量變化時的熱力特性。流量的變化將使換熱器的傳熱系數發生變化,進而影響一級管網的流量和供回水溫度。

  1 調節參數的確定

  ① 一級管網的量調節方式

  在直接連接系統中,由于散熱器熱流量一般按供熱系統定流量考慮,加之用戶的熱力入口沒有設置變流量調節設備,若流量變化較大,戶內系統熱力工況將發生嚴重失調。因此,直接連接系統不宜采用流量變化較大的純粹量調節。

  在間接連接系統中,二級管網對于用戶而言是直接連接系統,采用質調節。一級管網的量調節可以采取兩種方式:

  a. 一種方式是固定供水溫度,改變流量。在熱負荷降低時,一二級管網供回水溫度降低,換熱器對數平均溫差升高或基本不變,由下式:

  Ф=KA△tm (1)

  式中Ф——換熱器換熱量,W

  K——換熱器傳熱系數,W/(m2·K)

  A——換熱面積,m2

  △tm——換熱器對數平均溫差,℃

  當熱負荷降低而對數平均溫差變化很小時,傳熱系數和傳熱面積應相應減小,但換熱器換熱面積無法變化,因此只能通過降低傳熱系數適應熱負荷的變化。傳熱系數降低意味著供熱介質流速的下降,也可認為在截面積不變的情況下流量的降低。但計算表明,流量小幅下降并不能明顯使傳熱系數下降,即傳熱系數對流量變化不敏感。

  由于量調節下供水溫度不變,當一級管網流量大幅度降低時,供回水溫差加大,回水溫度將大幅降低。為保證傳熱溫差,一級管網回水溫度應高于二級管網回水溫度,即流量的變化將受到換熱器傳熱性能的制約。有兩種方法可以使流量變化幅度減小,從而使流量變化與換熱器傳熱性能相適應。一種方法是減小換熱器傳熱面積,在有多臺換熱器的熱力站中,當室外溫度升高,熱負荷減小時,可關閉部分換熱器,減少換熱面積。二級管網變為分階段變流量的質調節或旁通混水連接,一級管網回水溫度升高,流量增加。另一種方法是分階段改變一級管網供水溫度,在不同的室外溫度階段采用不同的供水溫度,減小流量的降低幅度。

  b. 另一種方式,我們可以設定一級管網的供回水溫差不變,而供回水溫度隨熱負荷的變化改變。這樣將使換熱器對數平均溫差的變化與一級管網流量的變化相適應,使流量的變化程度降低,降低換熱器熱力工況的失調程度。

  ② 調節參數的確定

  在非設計工況下,換熱器一二級側的出口溫度一般是未知的,因此對數平均溫差不易計算,這給換熱器熱力工況分析計算帶來不便。文獻[2]提出采用換熱器有效系數s,將對數平均溫差用線性關系近似描述。換熱器有效系數ε可定義為單位流量熱當量(定義為供熱介質的比定壓熱容與其質量流量乘積)下,換熱流體之間溫差為1℃時換熱器的傳熱量。

  有效系數ε還表示加熱流體溫降或被加熱流體溫升與最大溫差的比值。因此,有效系數ε實際上表明了換熱器的換熱能力。有效系數ε不大于1,當換熱器傳熱面積無窮大時,ε=1。可由熱平衡推導出:

  式中ω、θ——系數

  Ws——換熱器小流量側的流量熱當量,J/(h·K)

  WL——換熱器大流量側的流量熱當量,J/(h·K)

  在間接連接系統中,一級側流量熱當量W1=Ws,二級側流量熱當量W2=WL應滿足如下方程:

  式中Ф——相對熱負荷比

  W1——一級管網相對流量熱當量比

  tf,s——任意工況下一級管網供水溫度,℃

  tf,r——任意工況下一級管網回水溫度,℃

  tf,s,d——設計工況下一級管網供水溫度,℃

  tf,r,d——設計工況下一級管網回水溫度,℃

  ts,r——任意工況下二級管網回水溫度,℃

  ts,r,d——設計工況下二級管網回水溫度,℃

  W2——二級管網相對流量熱當量比

  ts,s——任意工況下二級管網供水溫度,℃

  ts,s,d——設計工況下二級管網供水溫度,℃

  tin——任意室內溫度,℃

  to——任意室外溫度,℃

  tin,d——供暖室內計算溫度,℃

  to,d——供暖室外計算溫度,℃

  Фd——設計熱負荷,形

  W1,d——設計工況下一級管網流量熱當量

  W2,d——設計工況下二級管網流量熱當量

  由式(5)~(11)可推導出一級管網供回水溫度的調節公式,在求解過程中需補充附加條件(調節方式)。間接連接系統一級管網采用量調節,二級管網采用質調節,這樣補充的附加條件為:一級管網供水溫度固定或供回水溫差固定,二級管網W2=1。將附加條件代入一級管網供回水溫度的調節公式,若換熱器有效系數占已知,則可求出任意工況下一級管網供回水溫度和質量流量。但由式(2)可知,參數ω、θ在變工況下并不是已知的,必須在確定了換熱器傳熱系數和一級管網流量的前提下才能計算ε。而供熱介質的部分參數和一級管網流量未知,這也正是我們要計算的。因此,調節方程具有隱函數性質,用解析法是無法解出的。

  索柯諾夫教授曾提出計算換熱器傳熱系數的近似計算式:K=Kd(W1W2)0.5 (12)式中Kd——換熱器在設計工況下的傳熱系數,W/(m2·K)式(12)針對管殼式換熱器,并未考慮供熱介質參數對傳熱系數的影響,有很大的局限性。筆者考慮目前供熱中常用的板式換熱器,利用計算板式換熱器傳熱系數的經驗公式,并對不同溫度下供熱介質參數進行計算調整,先給出溫度和流量的原始值,經過不斷的試算校正,最終得出滿足工況要求的換熱器設計參數。試算過程通過計算機程序完成,在給定條件下,精確計算出以上兩種量調節方式下,一二級管網供回水溫度和流量。計算程序專門針對板式換熱器編寫,在計算前,應確定一二級管網的設計參數,并選取合適的板式換熱器,得到板式換熱器的數量和設計參數,確定傳熱系數和阻力的相應計算公式。

  2 算例

  2.1 熱網設計參數

  以我國某城市熱網中某座熱力站為研究對象。供暖室外計算溫度為-6℃,開始供暖時室外溫度為8℃,供暖室內計算溫度為18℃,一級管網設計供、回水溫度為127、60℃,二級管網設計供、回水溫度為80、55℃。選定一座供熱面積為20×104m2的熱力站,設計熱負荷為11.24MW。

  根據熱負荷和供熱介質設計參數選擇板式換熱器。在本算例中,換熱器一級側溫差大,流量小;二次側溫差小,流量大。因此,應考慮供熱介質在換熱器通道內的流速。在選用換熱器時流速一般控制在0.3~0.6m/s,并盡量使一二級側的供熱介質流速保持一致[3]。若選用等截面板式換熱器,勢必大幅增加二級側流速和阻力,傳熱效果也不理想。因此,選用不等截面板式換熱器,二級側為寬流道,一級側為窄流道,兩側供熱介質流速接近。通過選型計算,得板式換熱器總傳熱面積228.8m2,數量為3臺。

  2.2 調節方式

  二級管網采用質調節方式。一級管網采用質調節與量調節,室外溫度由-6℃升至-2℃,采用質調節,此時流量為管網設計流量;室外溫度由-2℃升至8℃,采用量調節。

  室外溫度由-2℃升至8℃,一級管網供水溫度固定為110℃。當室外溫度升高時,熱負荷降低,一級管網回水溫度將隨之降低,一級管網流量減小。由于板式換熱器熱負荷與流量呈非線性關系,當熱負荷較小時,流量降低很多,不能滿足傳熱要求。在計算中我們發現,當室外溫度為2℃時,一、二級管網回水溫度之差已經很小。當室外溫度繼續升高時,熱負荷與流量繼續減小,受二級管網回水溫度的限制,一級管網回水溫度無法繼續減小,因此傳熱效果不能達到規定要求。為保證傳熱效果,我們在量調節階段采取了兩種解決方法:

  ① 方法1

  方法1為固定一級管網供水溫度,減少換熱面積。熱力站有3臺板式換熱器,當室外溫度等于2℃時,我們可以關閉1臺。采用方法1,一級管網供回水溫度、質量流量隨室外溫度的變化曲線見圖1、2,二級管網供回水溫度隨室外溫度的變化曲線見圖3。由圖1~3可知,在室外溫度為2℃時關閉1臺換熱器后,由于換熱面積減少,一級管網流量增大,回水溫度升高;一二級管網回水溫差升高。

  ② 方法2

  方法2為分階段降低一級管網供水溫度。供水溫度的變化分為3個階段:室外溫度為-2~3℃時,供水溫度為110℃;當室外溫度為3~6℃時,供水溫度降至100℃;當室外溫度為6~8℃時,供水溫度降至90℃。采用方法2,一級管網供回水溫度、質量流量隨室外溫度的變化曲線見圖4、5,二級管網供回水溫度隨室外溫度的變化曲線見圖6。

  由圖4~6可知,由于一級管網供水溫度的分階段降低,一級管網供回水溫差減小,質量流量也分為3個階段,溫差減小與質量流量增大相對應。采用這種方法,使一級管網流量變化幅度減小,提高了一級管網回水溫度,保證換熱的完成。

  對于室外溫度由-2℃升至8℃階段,筆者提出一級管網采用固定供回水溫差的變流量調節,供回水溫差固定為56℃。一級管網供回水溫度及質量流量隨室外溫度的變化曲線見圖7、8。由圖8可知,采用固定供回水溫差法的調節方式,一級管網質量流量隨室外溫度的升高逐步減小,與固定供水溫度調節法比較,質量流量變化幅度較小。

  2.3 調節方式的比較

  ① 量調節

  當固定一級管網供水溫度時,流量變化幅度較大,有利于降低管網和換熱器阻力,而且供水溫度恒定,操作方法比較簡單。在熱負荷減小到一定程度時,可減少換熱器的投入數量,但熱力站的控制復雜程度有所增加。總體而言,這種調節方式是經濟、可行的。

  分階段降低一級管網供水溫度的調節方式,實際上減小了流量變化幅度。這種調節方式由于分階段改變供水溫度,增加了控制難度,而且流量較高,因此運行成本較高。

  ② 固定供回水溫差的變流量調節

  固定供回水溫差的變流量調節方式,供回水溫度隨熱負荷的降低而減小,換熱器傳熱溫差、傳熱系數與一級管網流量的變化相適應,流量的變化幅度比采用固定供水溫度調節方式小。在這種情況下,換熱器失調度較小,換熱效果易于保證。但流量加大,使換熱器阻力增加,而且一級管網供回水溫度同時改變,控制難度較高。

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