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寬信機電板式換熱器熱力站變流量供熱系統(tǒng)調節(jié)方式有哪些

文章出處：作者：寬信點擊數：發(fā)表時間：2017-04-07

　　城市集中供熱系統(tǒng)的調節(jié)就其本質可分為質調節(jié)

、量調節(jié)

，其他調節(jié)方式

，如分階段改變流量的質調節(jié)

、間歇調節(jié)實際上是這兩種調節(jié)方式的結合或變異。在變流量供熱系統(tǒng)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(huán)泵提高轉速補償

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。

　　間接連接供熱系統(tǒng)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(fā)生變化，進而影響一級管網的流量和供回水溫度

。

　　1 調節(jié)參數的確定

　　① 一級管網的量調節(jié)方式

　　在直接連接系統(tǒng)中

，由于散熱器熱流量一般按供熱系統(tǒng)定流量考慮，加之用戶的熱力入口沒有設置變流量調節(jié)設備

，若流量變化較大

，戶內系統(tǒng)熱力工況將發(fā)生嚴重失調。因此

，直接連接系統(tǒng)不宜采用流量變化較大的純粹量調節(jié)。

　　在間接連接系統(tǒng)中

，二級管網對于用戶而言是直接連接系統(tǒng)

，采用質調節(jié)。一級管網的量調節(jié)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(jié)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?yōu)榉蛛A段變流量的質調節(jié)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。

　?div id="jfovm50" class="index-wrap">、?調節(jié)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(tǒng)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(jié)公式

，在求解過程中需補充附加條件(調節(jié)方式)。間接連接系統(tǒng)一級管網采用量調節(jié)

，二級管網采用質調節(jié)，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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)方式

　　二級管網采用質調節(jié)方式。一級管網采用質調節(jié)與量調節(jié)

，室外溫度由-6℃升至-2℃，采用質調節(jié)

，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(jié)。

　　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(fā)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(xù)升高時，熱負荷與流量繼續(xù)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(xù)減小

，因此傳熱效果不能達到規(guī)定要求

。為保證傳熱效果，我們在量調節(jié)階段采取了兩種解決方法：

　?div id="4qifd00" class="flower right">

、?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(jié)，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(jié)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(jié)法比較，質量流量變化幅度較小

。

　　2.3 調節(jié)方式的比較

　?div id="4qifd00" class="flower right">

、?量調節(jié)

　　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

?div id="4qifd00" class="flower right">

？傮w而言，這種調節(jié)方式是經濟

、可行的。

　　分階段降低一級管網供水溫度的調節(jié)方式

，實際上減小了流量變化幅度

。這種調節(jié)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。

　?div id="d48novz" class="flower left">

、?固定供回水溫差的變流量調節(jié)

　　固定供回水溫差的變流量調節(jié)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(jié)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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