電廠蒸汽長(zhǎng)距離供熱的研究

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展逐漸加快，工業(yè)發(fā)展對(duì)電廠蒸汽的要求也在逐漸加大，熱負(fù)荷的增長(zhǎng)會(huì)在一定程度上提高電廠的經(jīng)濟(jì)效益，但由于工業(yè)企業(yè)與電廠之間的距離相對(duì)較遠(yuǎn)，所以蒸汽難以達(dá)到工業(yè)發(fā)展的要求。文章主要通過(guò)對(duì)相應(yīng)數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，以此為依據(jù)采取相應(yīng)的措施，對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行解決與優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：電廠蒸汽；供熱；長(zhǎng)距離

隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，我國(guó)在各個(gè)領(lǐng)域逐漸開(kāi)始注重節(jié)約能源，很多工業(yè)發(fā)展中使用集中供熱的模式。但其難以達(dá)到工業(yè)發(fā)展的要求，這就要求對(duì)長(zhǎng)距離供熱的問(wèn)題進(jìn)行有效的解決。

1 電廠蒸汽長(zhǎng)距離供熱研究的重要性

近幾年，節(jié)能減排在我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的過(guò)程中占據(jù)重要的地位，也是促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要方式，這就要求相關(guān)企業(yè)對(duì)其進(jìn)行重視，尤其是電力企業(yè)。熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱在我國(guó)的使用相對(duì)較為迅速，可以達(dá)到節(jié)能減排的效果，集中供熱簡(jiǎn)單的說(shuō)就是通過(guò)蒸汽或者熱水的方式，采用熱力管網(wǎng)進(jìn)行熱能的輸送，其主要是使用鍋爐進(jìn)行供熱，這種方式經(jīng)濟(jì)型較好，熱效率也相對(duì)較高，供熱的質(zhì)量有保障，成本也可以進(jìn)行有效的節(jié)約，同時(shí)我國(guó)的鍋爐供熱所產(chǎn)生的污染排放系統(tǒng)也相對(duì)較為完善，這也就在一定程度上達(dá)到了環(huán)保的要求。但我國(guó)的集中供熱中還存在一定的問(wèn)題需要進(jìn)行改善，尤其是在工業(yè)相對(duì)較為集中的地區(qū)處于自供熱負(fù)荷的狀態(tài)，這加大了能源的使用，不利于對(duì)環(huán)境的保護(hù)，應(yīng)該不斷對(duì)集中供熱的方式進(jìn)行完善，改善這一狀況。隨著我國(guó)工業(yè)的發(fā)展不斷加快，對(duì)蒸汽的要求也在不斷增加，但由于工業(yè)園區(qū)與電廠的距離相對(duì)較遠(yuǎn)，所以進(jìn)行長(zhǎng)距離的供熱，其不僅提高了供熱的整體效益，也達(dá)到了環(huán)保的效果，不僅具有經(jīng)濟(jì)效益，也具有一定的社會(huì)效益。

2 長(zhǎng)距離供熱蒸汽熱力性質(zhì)與熱損失的分析

2.1 長(zhǎng)距離供熱過(guò)程中蒸汽的熱力性質(zhì)

在蒸汽進(jìn)行長(zhǎng)距離供熱的過(guò)程中，蒸汽的參數(shù)會(huì)發(fā)生一定的變化，如果蒸汽的管道內(nèi)部出現(xiàn)濕蒸汽，不僅管道內(nèi)部的介質(zhì)流動(dòng)會(huì)發(fā)生變化，對(duì)管道也存在一定的負(fù)面影響，這也就使蒸汽長(zhǎng)距離供熱的過(guò)程的難度逐漸加大?，F(xiàn)階段，對(duì)于蒸汽介質(zhì)出現(xiàn)變化的問(wèn)題通常采取以下辦法進(jìn)行處理。

首先，蒸汽屬于理想氣體，所以當(dāng)蒸汽的密度出現(xiàn)變化較小時(shí)，蒸汽狀態(tài)方程可以達(dá)到工程的需求，如果進(jìn)行蒸汽的長(zhǎng)距離供熱過(guò)程中，由于蒸汽的密度變化相對(duì)較大，就會(huì)造成不必要的誤差。

如果供熱管道內(nèi)部的蒸汽是飽和蒸汽，管道內(nèi)部的蒸汽屬于高溫高壓的狀況，并且出現(xiàn)過(guò)熱的問(wèn)題，所以這種方式使用的過(guò)程中具有一定的局限性，不適合實(shí)際的工業(yè)狀況。

通過(guò)查設(shè)計(jì)手冊(cè)，在進(jìn)行使用的過(guò)程中應(yīng)該先對(duì)蒸汽的平均密度進(jìn)行確定，之后通過(guò)查表計(jì)算的方式來(lái)掌握管道內(nèi)部的阻力，最后通過(guò)對(duì)圖標(biāo)的查看來(lái)對(duì)密度進(jìn)行校核，這種處理方式相對(duì)來(lái)講費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并且難以進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

這三種方式均是現(xiàn)階段對(duì)蒸汽參數(shù)發(fā)生變化的處理方式，但都存在一定的局限性，難以運(yùn)用到實(shí)際的蒸汽長(zhǎng)距離供熱過(guò)程中，這就要求在蒸汽長(zhǎng)距離輸送的過(guò)程中對(duì)相應(yīng)的數(shù)值進(jìn)行有效的計(jì)算，并對(duì)蒸汽熱力狀態(tài)參數(shù)發(fā)生的變化進(jìn)行重視。

2.2 蒸汽長(zhǎng)距離供熱過(guò)程中的熱損失分析

蒸汽管道的輸送過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生一定程度的熱損失，這就要求建立蒸汽管道的熱散計(jì)算數(shù)學(xué)模型，并對(duì)影響蒸汽管道中影響熱損失的因素進(jìn)行計(jì)算與分析，以此來(lái)為熱損失的計(jì)算提供相應(yīng)的理論基礎(chǔ)。

2.2.1 多層保溫蒸汽管道散熱損失分析

蒸汽供熱的管道通常是由多層的保溫材料構(gòu)成，最內(nèi)側(cè)由工作鋼管構(gòu)成，最外側(cè)由絕緣保護(hù)層構(gòu)成。蒸汽管道內(nèi)有兩層保溫材料與一層絕緣保護(hù)材料，在對(duì)導(dǎo)熱的熱流量進(jìn)行計(jì)算的過(guò)程中，可以按照總熱阻與總得溫差進(jìn)行計(jì)算。蒸汽的保溫管道的導(dǎo)熱熱流流量式是：

其中R1、R2、R3、R4分別是各層的半徑；

？姿1、？姿2、？姿3是各層保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)，均為常數(shù)；

tw1、tw4分別是管道內(nèi)外表層的溫度（tw1>tw4）。

2.2.2 傳熱系數(shù)影響分析

影響蒸汽管道總的傳熱系數(shù)因素有：外涂層或者是外套管的導(dǎo)熱系數(shù)、保溫層導(dǎo)熱系數(shù)、管壁與蒸汽對(duì)流換熱系統(tǒng)以及管道技術(shù)壁的導(dǎo)熱系數(shù)。所以蒸汽管道的總傳熱系數(shù)k為：

h1是蒸汽與內(nèi)管壁間的換熱系數(shù)；？姿i是各層材料的導(dǎo)熱系數(shù)；d1是蒸汽管道各層材料與管道中心線之間的距離；？琢是架空敷設(shè)的蒸汽管道與空氣間的對(duì)流換熱系數(shù)。

蒸汽在管道的內(nèi)部進(jìn)行流動(dòng)的過(guò)程中，由于散熱損失也隨著溫度發(fā)生相應(yīng)的變化，蒸汽的溫度存在差異，相應(yīng)的蒸汽與管道內(nèi)部的交流換熱系數(shù)也存在一定的差異，這就要求在對(duì)蒸汽溫度的變化進(jìn)行計(jì)算的過(guò)程中應(yīng)該對(duì)以下幾種因素進(jìn)行重視：

（1）首先是在單位時(shí)間內(nèi)，通過(guò)相同的管徑蒸汽流量變化相對(duì)較小。

（2）其次是按照參考數(shù)據(jù)，蒸汽的運(yùn)行溫度應(yīng)該控制在120-300℃，并每隔20℃溫差取一個(gè)計(jì)算溫點(diǎn)。

3 蒸汽長(zhǎng)距離供熱的數(shù)值計(jì)算分析

3.1 物理模型及網(wǎng)格劃分

在GAMBIT中建立相應(yīng)的物理模型。由于圓柱體的管道具有對(duì)稱性的特點(diǎn)，所以在GAMBIT中簡(jiǎn)化二維的矩形結(jié)構(gòu)，以此來(lái)對(duì)計(jì)算的周期進(jìn)行縮短。進(jìn)行網(wǎng)格劃分所使用的主要是結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。由于粘性的流體在管道中進(jìn)行流動(dòng)時(shí)主要是靠近避免的位置，所以在近避免的網(wǎng)格進(jìn)行加密的處理，以此來(lái)提高模擬中的效果，使相應(yīng)的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。同時(shí)，由于管道的距離相對(duì)較長(zhǎng)，所以管道內(nèi)部的網(wǎng)格數(shù)目也相對(duì)較多，通常為100萬(wàn)-200萬(wàn)。

3.2 模擬結(jié)果及分析

不同的參數(shù)下所對(duì)應(yīng)的壓力也存在一定差異，管徑與溫度情況固定時(shí)，供熱蒸汽的初始參數(shù)對(duì)壓力的變化產(chǎn)生相應(yīng)的影響：

供熱蒸汽的初始溫度一定并相對(duì)較低的情況下，較高的初始?jí)毫λ鶎?duì)應(yīng)的壓降也就相對(duì)較大，相對(duì)而言，初始?jí)毫ο鄬?duì)的壓降較小，這也是由于提高蒸汽的初始?jí)毫r(shí)，蒸汽的比容逐漸減小，單位時(shí)間內(nèi)的流量在不斷地增大，導(dǎo)致阻力造成的損失逐漸加大，所以管道內(nèi)部的壓降變化相對(duì)較為明顯。

當(dāng)蒸汽初始溫度固定，并且相對(duì)較高的狀況下，提高初始?jí)毫?，壓降的變化相?duì)并不明顯，說(shuō)明初始的壓力大小對(duì)壓降的影響并不大。由此，當(dāng)供熱蒸汽的初始溫度固定，并且溫度相對(duì)較低時(shí)，應(yīng)該盡量的減小初始的壓力，以此來(lái)提高供熱的距離；在初始的壓力相對(duì)較高時(shí)，其對(duì)壓降的影響并不明顯。

當(dāng)供熱蒸汽的初始?jí)毫潭?，并且相?duì)較高的狀態(tài)下，其所對(duì)應(yīng)的壓降相對(duì)較小，如果初始溫度相對(duì)較低，其對(duì)應(yīng)的壓降則相對(duì)較大。

當(dāng)壓力一定的情況下，如果蒸汽的流量與管徑屬于定值，所以管道內(nèi)部的壓降與蒸汽的初始溫度呈現(xiàn)反比例的變化，所以提高蒸汽的初始溫度，其對(duì)應(yīng)的壓降逐漸減小。

由此可見(jiàn)，當(dāng)其他參數(shù)固定時(shí)，改變供熱蒸汽的初始參數(shù)相對(duì)來(lái)講與蒸汽的壓降之間的影響有：當(dāng)供熱初始溫度固定，并且相對(duì)較低時(shí)，將初始?jí)毫m當(dāng)減小可以在一定程度上減少壓降，提高供熱的距離；如果初始溫度相對(duì)較高，對(duì)初始的壓力進(jìn)行改變，壓降變化的影響并不大。如果供熱蒸汽的初始?jí)毫σ欢〞r(shí)，提高蒸汽的初始溫度可以在一定程度上降低管道內(nèi)部的壓降。

4 結(jié)束語(yǔ)

以上主要通過(guò)對(duì)數(shù)值進(jìn)行計(jì)算的方式來(lái)對(duì)電廠長(zhǎng)距離供熱的相關(guān)數(shù)據(jù)與管道的布置形式進(jìn)行不斷的優(yōu)化，以此來(lái)提高供熱的效果與能力。

參考文獻(xiàn)

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