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宽信机电板式换热器热力站变流量供热系统调节方式有哪些

文章出处: 作者:宽信 点击数: 发表时间:2017-04-07

  城市集中供热系统的调节就其本质可分为质调节、量调节,其他调节方式,如分阶段改变流量的质调节、间歇调节实际上是这两种调节方式的结合或变异。在变流量供热系统中,流量基本上由用户决定,如果用户需要提高室内温度,则开大温控阀,增加流量,流量的增加将引起热网压力下降,下降的压力由调速循环泵提高转速补偿。板式换热器价格,合肥板式换热器厂家,服务咨询热线0551-67317122。

  间接连接供热系统中,热量通过换热器进行传递,因此流量控制必须考虑换热器在流量变化时的热力特性。流量的变化将使换热器的传热系数发生变化,进而影响一级管网的流量和供回水温度。

  1 调节参数的确定

  ① 一级管网的量调节方式

  在直接连接系统中,由于散热器热流量一般按供热系统定流量考虑,加之用户的热力入口没有设置变流量调节设备,若流量变化较大,户内系统热力工况将发生严重失调。因此,直接连接系统不宜采用流量变化较大的纯粹量调节。

  在间接连接系统中,二级管网对于用户而言是直接连接系统,采用质调节。一级管网的量调节可以采取两种方式:

  a. 一种方式是固定供水温度,改变流量。在热负荷降低时,一二级管网供回水温度降低,换热器对数平均温差升高或基本不变,由下式:

  Ф=KA△tm (1)

  式中Ф——换热器换热量,W

  K——换热器传热系数,W/(m2·K)

  A——换热面积,m2

  △tm——换热器对数平均温差,℃

  当热负荷降低而对数平均温差变化很小时,传热系数和传热面积应相应减小,但换热器换热面积无法变化,因此只能通过降低传热系数适应热负荷的变化。传热系数降低意味着供热介质流速的下降,也可认为在截面积不变的情况下流量的降低。但计算表明,流量小幅下降并不能明显使传热系数下降,即传热系数对流量变化不敏感。

  由于量调节下供水温度不变,当一级管网流量大幅度降低时,供回水温差加大,回水温度将大幅降低。为保证传热温差,一级管网回水温度应高于二级管网回水温度,即流量的变化将受到换热器传热性能的制约。有两种方法可以使流量变化幅度减小,从而使流量变化与换热器传热性能相适应。一种方法是减小换热器传热面积,在有多台换热器的热力站中,当室外温度升高,热负荷减小时,可关闭部分换热器,减少换热面积。二级管网变为分阶段变流量的质调节或旁通混水连接,一级管网回水温度升高,流量增加。另一种方法是分阶段改变一级管网供水温度,在不同的室外温度阶段采用不同的供水温度,减小流量的降低幅度。

  b. 另一种方式,我们可以设定一级管网的供回水温差不变,而供回水温度随热负荷的变化改变。这样将使换热器对数平均温差的变化与一级管网流量的变化相适应,使流量的变化程度降低,降低换热器热力工况的失调程度。

  ② 调节参数的确定

  在非设计工况下,换热器一二级侧的出口温度一般是未知的,因此对数平均温差不易计算,这给换热器热力工况分析计算带来不便。文献[2]提出采用换热器有效系数s,将对数平均温差用线性关系近似描述。换热器有效系数ε可定义为单位流量热当量(定义为供热介质的比定压热容与其质量流量乘积)下,换热流体之间温差为1℃时换热器的传热量。

  有效系数ε还表示加热流体温降或被加热流体温升与最大温差的比值。因此,有效系数ε实际上表明了换热器的换热能力。有效系数ε不大于1,当换热器传热面积无穷大时,ε=1。可由热平衡推导出:

  式中ω、θ——系数

  Ws——换热器小流量侧的流量热当量,J/(h·K)

  WL——换热器大流量侧的流量热当量,J/(h·K)

  在间接连接系统中,一级侧流量热当量W1=Ws,二级侧流量热当量W2=WL应满足如下方程:

  式中Ф——相对热负荷比

  W1——一级管网相对流量热当量比

  tf,s——任意工况下一级管网供水温度,℃

  tf,r——任意工况下一级管网回水温度,℃

  tf,s,d——设计工况下一级管网供水温度,℃

  tf,r,d——设计工况下一级管网回水温度,℃

  ts,r——任意工况下二级管网回水温度,℃

  ts,r,d——设计工况下二级管网回水温度,℃

  W2——二级管网相对流量热当量比

  ts,s——任意工况下二级管网供水温度,℃

  ts,s,d——设计工况下二级管网供水温度,℃

  tin——任意室内温度,℃

  to——任意室外温度,℃

  tin,d——供暖室内计算温度,℃

  to,d——供暖室外计算温度,℃

  Фd——设计热负荷,形

  W1,d——设计工况下一级管网流量热当量

  W2,d——设计工况下二级管网流量热当量

  由式(5)~(11)可推导出一级管网供回水温度的调节公式,在求解过程中需补充附加条件(调节方式)。间接连接系统一级管网采用量调节,二级管网采用质调节,这样补充的附加条件为:一级管网供水温度固定或供回水温差固定,二级管网W2=1。将附加条件代入一级管网供回水温度的调节公式,若换热器有效系数占已知,则可求出任意工况下一级管网供回水温度和质量流量。但由式(2)可知,参数ω、θ在变工况下并不是已知的,必须在确定了换热器传热系数和一级管网流量的前提下才能计算ε。而供热介质的部分参数和一级管网流量未知,这也正是我们要计算的。因此,调节方程具有隐函数性质,用解析法是无法解出的。

  索柯诺夫教授曾提出计算换热器传热系数的近似计算式:K=Kd(W1W2)0.5 (12)式中Kd——换热器在设计工况下的传热系数,W/(m2·K)式(12)针对管壳式换热器,并未考虑供热介质参数对传热系数的影响,有很大的局限性。笔者考虑目前供热中常用的板式换热器,利用计算板式换热器传热系数的经验公式,并对不同温度下供热介质参数进行计算调整,先给出温度和流量的原始值,经过不断的试算校正,最终得出满足工况要求的换热器设计参数。试算过程通过计算机程序完成,在给定条件下,精确计算出以上两种量调节方式下,一二级管网供回水温度和流量。计算程序专门针对板式换热器编写,在计算前,应确定一二级管网的设计参数,并选取合适的板式换热器,得到板式换热器的数量和设计参数,确定传热系数和阻力的相应计算公式。

  2 算例

  2.1 热网设计参数

  以我国某城市热网中某座热力站为研究对象。供暖室外计算温度为-6℃,开始供暖时室外温度为8℃,供暖室内计算温度为18℃,一级管网设计供、回水温度为127、60℃,二级管网设计供、回水温度为80、55℃。选定一座供热面积为20×104m2的热力站,设计热负荷为11.24MW。

  根据热负荷和供热介质设计参数选择板式换热器。在本算例中,换热器一级侧温差大,流量小;二次侧温差小,流量大。因此,应考虑供热介质在换热器通道内的流速。在选用换热器时流速一般控制在0.3~0.6m/s,并尽量使一二级侧的供热介质流速保持一致[3]。若选用等截面板式换热器,势必大幅增加二级侧流速和阻力,传热效果也不理想。因此,选用不等截面板式换热器,二级侧为宽流道,一级侧为窄流道,两侧供热介质流速接近。通过选型计算,得板式换热器总传热面积228.8m2,数量为3台。

  2.2 调节方式

  二级管网采用质调节方式。一级管网采用质调节与量调节,室外温度由-6℃升至-2℃,采用质调节,此时流量为管网设计流量;室外温度由-2℃升至8℃,采用量调节。

  室外温度由-2℃升至8℃,一级管网供水温度固定为110℃。当室外温度升高时,热负荷降低,一级管网回水温度将随之降低,一级管网流量减小。由于板式换热器热负荷与流量呈非线性关系,当热负荷较小时,流量降低很多,不能满足传热要求。在计算中我们发现,当室外温度为2℃时,一、二级管网回水温度之差已经很小。当室外温度继续升高时,热负荷与流量继续减小,受二级管网回水温度的限制,一级管网回水温度无法继续减小,因此传热效果不能达到规定要求。为保证传热效果,我们在量调节阶段采取了两种解决方法:

  ① 方法1

  方法1为固定一级管网供水温度,减少换热面积。热力站有3台板式换热器,当室外温度等于2℃时,我们可以关闭1台。采用方法1,一级管网供回水温度、质量流量随室外温度的变化曲线见图1、2,二级管网供回水温度随室外温度的变化曲线见图3。由图1~3可知,在室外温度为2℃时关闭1台换热器后,由于换热面积减少,一级管网流量增大,回水温度升高;一二级管网回水温差升高。

  ② 方法2

  方法2为分阶段降低一级管网供水温度。供水温度的变化分为3个阶段:室外温度为-2~3℃时,供水温度为110℃;当室外温度为3~6℃时,供水温度降至100℃;当室外温度为6~8℃时,供水温度降至90℃。采用方法2,一级管网供回水温度、质量流量随室外温度的变化曲线见图4、5,二级管网供回水温度随室外温度的变化曲线见图6。

  由图4~6可知,由于一级管网供水温度的分阶段降低,一级管网供回水温差减小,质量流量也分为3个阶段,温差减小与质量流量增大相对应。采用这种方法,使一级管网流量变化幅度减小,提高了一级管网回水温度,保证换热的完成。

  对于室外温度由-2℃升至8℃阶段,笔者提出一级管网采用固定供回水温差的变流量调节,供回水温差固定为56℃。一级管网供回水温度及质量流量随室外温度的变化曲线见图7、8。由图8可知,采用固定供回水温差法的调节方式,一级管网质量流量随室外温度的升高逐步减小,与固定供水温度调节法比较,质量流量变化幅度较小。

  2.3 调节方式的比较

  ① 量调节

  当固定一级管网供水温度时,流量变化幅度较大,有利于降低管网和换热器阻力,而且供水温度恒定,操作方法比较简单。在热负荷减小到一定程度时,可减少换热器的投入数量,但热力站的控制复杂程度有所增加。总体而言,这种调节方式是经济、可行的。

  分阶段降低一级管网供水温度的调节方式,实际上减小了流量变化幅度。这种调节方式由于分阶段改变供水温度,增加了控制难度,而且流量较高,因此运行成本较高。

  ② 固定供回水温差的变流量调节

  固定供回水温差的变流量调节方式,供回水温度随热负荷的降低而减小,换热器传热温差、传热系数与一级管网流量的变化相适应,流量的变化幅度比采用固定供水温度调节方式小。在这种情况下,换热器失调度较小,换热效果易于保证。但流量加大,使换热器阻力增加,而且一级管网供回水温度同时改变,控制难度较高。

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