集中供热运行调节的优化

WWW.ZHULONG.COM供热运行中参数调节的优化

烟台经济技术开发区热力总公司󰀃薛宏文󰁐󰀃张󰀃帆

提要󰀃针对烟台经济技术开发区集中供热存在的问题󰁯建立了以供水流量和供回水温度

为变量的目标方程󰁯对其进行了数值计算󰁯得出了运行中应采用的最优温度和流量󰁯使得运行

费用降到最低󰁯分析了电价󰀄热价及保温系数对运行费用和供回水温度的影响∀

关键词󰀃供热管网󰀃运行参数󰀃运行费用

Ο󰁓τι󰁐ιζατιονοφηεατινγ󰁓αρα󰁐ετερσ

ΒψΞυεΗονγωεννανδΖηανγΦαν

Αβστραχτ󰀃ΙνϖιεωοφτηεθυεστιονοφχεντραληεατινγινΨανταιΕχονο󰁐ιχανδΤεχηνιχαλ

∆εϖελο󰁓ινγΖονε󰀏σετσυ󰁓ανδσολϖεσανοβϕεχτιϖεεθυατιονινωηιχητηεωατερφλοωρατε󰀏συ󰁓󰁓λψ

ανδρετυρνωατερτε󰁐󰁓ερατυρεαρετακενασϖαριαβλεσ󰀑Φινδστηεβεσττε󰁐󰁓ερατυρεανδφλοωρατε

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󰁳󰀃引言

目前󰁯在集中供热系统中󰁯供热调节通常采用质调节󰀄

量调节和两者相互结合的调节方式∀然而󰁯在实际工作中󰁯

到底采用哪种调节方式󰁯控制怎样的供热参数才算经济合

理󰂂循环流量偏高则必然带来运行电费的上升󰁯而供水温

度的升高󰁯虽然可以降低运行电费󰁯却又增加了管网的热损

失󰁯对于那些保温状况不好的管道󰁯问题显得尤为突出∀因

此󰁯供热参数应在根据当地的具体实际情况󰁯充分利用现有

资源󰁯最大限度地减少冬季供热运行费用这一原则下加以

确定∀

󰁴󰀃开发区供热现状及问题

烟台经济技术开发区规划供热方案是以华鲁热电为第

一热源的集中供热∀设计一次网供水温度󰁴󰁶󰁳ε󰁯回水温

度󰁻󰁳ε󰁯共带有󰁵󰁵个换热站󰁯有效供热面积󰁺󰁸万󰂰󰁵󰁫开

发区另一部分供热负荷由蒸汽管网负担󰁬∀目前长江路一

次管网已基本建成󰁯长达󰁴󰁵󰂮󰂰󰁯其中最大管径为∆Ν󰁻󰁳󰁳∀

󰁴󰁼󰁼󰁺年建立供热首站一座󰁯设计供热面积󰁴󰁸󰁳万󰂰󰁵∀首

站共设󰁷台同型号循环泵󰁯循环泵流量󰁺󰁵󰁳󰂰󰁶󰁲󰂫󰁯󰁷号泵加

装变频器一台󰁯以调节一次网管道流量∀长江路东部管网

敷设年代较早󰁯采用了岩棉保温󰁯因开发区地下水位较高󰁯

井内积水使得保温层损坏严重󰁯保温效果比较差󰁯热损失比

较大∀二次网各换热站没有设变频器󰁯管道均采用聚氨酯

保温󰁯保温效果比较好∀由于开发区供热设施配套超前󰁯管网󰀄首站设备及二级

换热站容量相对过大󰁯而长江路保温又不太好󰁯冬季怎样利

用现有的资源󰁯变大马拉小车这个坏事为好事󰁯怎样调节供

热参数󰁯最大限度地降低热损失󰁯是开发区供热的主要问

题∀

󰁵󰀃问题的解决

开发区热力总公司在这方面进行了积极有效的探索󰁯

并制定了一套行之有效的供热方案∀这就是󰁽二次网根据

现有条件采用单纯的质调节󰁯而一次网在保证二次网供󰀄回

水温度的条件下󰁯利用变频器的高流量调节性能󰁯将供热流

量与温度控制在最佳范围以内󰁯以使得供热运行中󰁯在保证

供热效果的前提下󰁯将热费和电费之和降到最低∀

󰁵󰁱󰁴󰀃二次网供回水温度的确立

由于二次网是采用单纯的质调节󰁯其供回水温度可由

下式确立󰁽

τ󰂪󰁵󰀠τ󰂱󰀎󰁳󰀑󰁸󰀋τ󰂪󰁵χ󰀎τ󰂫󰁵χ󰀐󰁵τ󰂱󰀌τ󰂱󰀐τ󰂺τ󰂱󰀐τ󰂺χ󰁴󰁴󰀎Β󰀎

󰁳󰀑󰁸τ󰂱󰀐τ󰂺τ󰂱󰀐τ󰂺χ󰀋τ󰂪󰁵χ󰀐τ󰂫󰁵χ󰀌󰁫󰁴󰁬󰀆󰀙󰀛󰀆󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃󰀕󰀓󰀓󰀔年第󰀖󰀔卷第󰀕期󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃

󰁐薛宏文󰁯男󰁯󰁴󰁼󰁺󰁳年󰁷月生󰁯大学󰁯学士󰁯工程师󰁵󰁹󰁷󰁳󰁳󰁹烟台经济技术开发区热力总公司󰁫󰁳󰁸󰁶󰁸󰁬󰁹󰁶󰁻󰁸󰁳󰁴󰁸收稿日期󰁽󰁴󰁼󰁼󰁼󰁰󰁳󰁹󰁰󰁴󰁸WWW.ZHULONG.C

OMτ󰂫󰁵󰀠τ󰂱󰀎󰁳󰀑󰁸󰀋τ󰂪󰁵χ󰀎τ󰂫󰁵χ󰀐󰁵τ󰂱󰀌τ󰂱󰀐τ󰂺τ󰂱󰀐τ󰂺χ󰁴󰁴󰀎Β󰀐

󰁳󰀑󰁸τ󰂱󰀐τ󰂺τ󰂱󰀐τ󰂺χ󰀋τ󰂪󰁵χ󰀐τ󰂫󰁵χ󰀌󰁫󰁵󰁬

式中τ󰂪󰁵󰁯τ󰂫󰁵为二次网供󰀄回水温度󰁯ε󰁾τ󰂱为室内温度󰁯ε󰁾

τ󰂪󰁵χ󰁯τ󰂫󰁵χ为计算工况下二次网供󰀄回水温度󰁯ε󰁾τ󰂺为室外

温度󰁯ε󰁾τ󰂺χ为室外计算温度󰁯ε󰁾Β为由实验确定的系数∀

󰁵󰁱󰁵󰀃一次网运行费用目标方程的建立

要想使供热运行费用最低󰁯就要在供热运行中调节流

量与温度󰁯使得在保证二次网供回水温度的条件下供热所

消耗的电费Ε电和热费Ε热之和Ε总最低∀目标方程

为󰁽󰀃󰀃󰀃

Ε总󰂀Ε电󰁮Ε热󰁫󰁶󰁬

其中Ε电󰂀Α󰁴ΣΓ󰁶󰁴ϑ电󰀒Γ󰁫󰁷󰁬

式中Α󰁴󰂀󰁸󰁱󰁻≅󰁴󰁳󰁰󰁴󰁷󰂮󰂑󰁲󰂰󰁶󰁾Σ为管路阻抗󰁯󰂶󰁵󰁲󰂰󰁸󰁾Γ󰁴为

一次网循环流量󰁯󰂰󰁶󰁲󰂫󰁾Η为水泵扬程󰁯󰂰󰁾ϑ电为当地电

价󰁯元󰁲󰁫󰂮󰂚󰀆󰂫󰁬󰁾Γ为水泵效率∀

Ε热󰂀Ε热负荷󰁮Ε热损失󰁫󰁸󰁬

式中Ε热损失主要取决于供󰀄回水管的温度󰁯而Ε热负荷当供

热面积确定时仅是室外温度的函数󰁯其大小与供热循环流

量和温度的调节无关󰁯因此󰁯此项可不予考虑∀

Ε热损失󰁴󰀠Α󰁵Α󰂪Φ󰂪󰀋Τ󰂥󰂪󰀐Τ󰂩󰀌ϑ热󰀎Α󰁶ΕχΧ󰂥󰀆

Φ󰂪Τ󰂥󰂪󰁴󰁳󰁳󰁷󰀐Τ󰂧󰁴󰁳󰁳󰁷ϑ热󰁫󰁹󰁬

Ε热损失

󰁵󰀠Α󰁵Α󰂫Φ󰂫󰀋Τ󰂥󰂫󰀐Τ󰂩󰀌ϑ热󰀎Α󰁶ΕχΧ󰂥󰀆

Φ󰂫Τ󰂥󰂫󰁴󰁳󰁳󰁷󰀐Τ󰂧󰁴󰁳󰁳󰁷ϑ热󰁫󰁺󰁬

式中Α󰁵󰂀󰁷󰁱󰁶≅󰁴󰁳󰁰󰁴󰁳󰂷󰁲󰂍󰁯Α󰁶󰂀󰁷󰁱󰁶≅󰁴󰁳󰁰󰁴󰁳󰂷󰁲󰂍󰁾Α󰂪󰁯Α󰂫为地

沟供󰀄回水管保温外壁与空气的对流换热系数󰁯󰂚󰁲

󰁫󰂰󰁵󰀆ε󰁬󰁾Φ󰂪󰁯Φ󰂫为供󰀄回水管道保温外壁的面积󰁯󰂰󰁵󰁾Τ󰂥󰂪󰁯

Τ󰂥󰂫为供󰀄回水管道保温外壁的热力学温度󰁯󰂎󰁾Τ󰂩为地沟

空气热力学温度󰁯󰂎󰁾Τ󰂧为地沟壁面热力学温度󰁯󰂎󰁾Εχ为管

壁与地沟壁之间的有效热辐射系数󰁾Χ󰂥为黑体辐射系数󰁯

󰂚󰁲󰁫󰂰󰁵󰀆󰂎󰁷󰁬󰁾ϑ热为当地蒸汽热价󰁯元󰁲󰂷∀

󰁵󰁱󰁶󰀃对流换热系数󰀄热辐射系数及保温管外壁温度的确定

为求解式󰁫󰁹󰁬󰁫󰁺󰁬󰁯还必须确定保温层外壁温度同管道

输送流体温度之间的关系󰁯以及地沟空气温度󰀄地沟壁温度

在供暖季的平均值∀由于保温层已遭到水的破坏󰁯无法从

理论上推导出保温管外壁温度󰁫Τ󰂥󰂪󰁯Τ󰂥󰂫󰁬与供󰀄回水温度

󰁫Τ󰂪󰁯Τ󰂫󰁬之间的关系󰁯为了解决这一问题󰁯按照󰀘热力输送

系统节能监测方法󰀙󰂊󰂅󰁲󰂗󰁴󰁼󰁴󰁸󰁳󰁰󰁴󰁼󰁼󰁸󰁯我们对长江路一

次网及地沟按照不同时期不同地点进行了一系列的测试󰁯

按照Τ󰂥󰂪󰂀ξ󰁴Τ󰂪和Τ󰂥󰂫󰂀ξ󰁵Τ󰂫的关系󰁯整理出了管道保温

因数ξ󰁴󰀏ξ󰁵󰁯同时由所测试的数据󰁯可计算出管道对流换热

系数∀

对于热辐射系数Εχ󰁯可以写成如下形式󰁽

Εχ󰀠󰁴󰁴󰀐Ε󰁴Ε󰁴Φ󰂪󰀎󰁴󰀘󰁴󰀏󰁶Φ󰂪󰀎󰁴󰀐Ε󰁶Ε󰁶Φ󰁶󰁫󰁻󰁬式中Ε󰁴󰁯Ε󰁶为保温管与地沟壁的热辐射系数󰁾Φ󰂪󰁯Φ󰁶为保

温管与地沟壁的面积󰁾󰁹󰁴󰁯󰁶为保温管对地沟壁的辐射角系

数󰁯参看文献󰂞󰁶󰂠∀

当一次网所输送的热量满足供热需求后󰁯流量与温度

的控制还必须受换热器换热能力的限制∀即󰁽流量与温度

的改变必须使二次网达到相应的供󰀄回水温度∀由此还应

对换热器进行校核计算󰁯由此可建立目标方程的限制方程∀

󰁵󰁱󰁷󰀃约束方程的建立

一次网流量和温度变化的最终结果󰁯还必须保证二次

网的供回水温度󰁯其换热结果受到板式换热器换热能力的

限制󰁯开发区换热站所使用的换热器均为逆流板式换热器󰁯

可以用效能󰁰传热单元数法󰁫Ε󰀕ΝΤΥ法󰁬进行计算∀因为

板式换热器两侧均为热水󰁯温度相差不大󰁯可以认为其比热

容相同󰁯则对于第ι个换热站有󰁽

󰀃󰀃󰀃Ε󰀠󰁴󰀐󰂨󰂻󰂳󰀐ΝΤΥ󰁴󰀐Γι󰁴Γι󰁵

󰁴󰀐Γι󰁴Γι󰁵󰂨󰂻󰂳󰀐ΝΤΥ󰁴󰀐Γι󰁴Γι󰁵

󰀠Τ󰂪󰁴󰀐Τ󰂫󰁴Τ󰂪󰁴󰀐Τ󰂫󰁵󰁫󰁼󰁬

式中Γι󰁴为一次网流向第ι号站的循环水量󰀞Γι󰁵为二次网

第ι号站的循环水量󰀞Τ󰂪󰁴󰁯Τ󰂪󰁵为一次网󰀄二次网供水温度󰁾

Τ󰂫󰁴󰁯Τ󰂫󰁵为一次网󰀄二次网回水温度∀

ΝΤΥ󰀠ΚιΦιΓι󰁴χ󰁓即传热单元数󰁯Κι󰀏Φι分别为第ι号换热站板式换热器的

传热系数和面积∀Κι与流量及温度有关󰁯在运行中可编制

程序󰁯随时给予校核∀

由热平衡原理可知󰁯一二次网交换热量还应相等󰁯即

Γι󰁴󰀋Τ󰂪󰁴󰀐Τ󰂫󰁴󰀌󰀠Γι󰁵󰀋Τ󰂪󰁵󰀐Τ󰂫󰁵󰀌󰀋󰁴󰁳󰀌

由上述两式可得󰁽

󰀃Γι󰁴󰀋Τ󰂪󰁴󰀐Τ󰂫󰁵󰀌󰁴󰀐󰂨󰂻󰂳󰀐ΝΤΥ󰁴󰀐Γι󰁴Γι󰁵

󰁴󰀐Γι󰁴Γι󰁵󰂨󰂻󰂳󰀐ΝΤΥ󰁴󰀐Γι󰁴Γι󰁵󰀠Γι󰁵󰀋Τ󰂪󰁵󰀐Τ󰂫󰁵󰀌󰁫󰁴󰁴󰁬

上式即为约束方程式󰁯即󰁽在满足上式的条件下󰁯求出Ε总的最小值∀

󰁵󰁱󰁸󰀃计算结果

目标方程和约束方程建立后󰁯即可对方程求解∀由于

其数学问题的复杂性󰁯我们编制了计算机程序对上述方程

组进行优化求解󰁯并将程序输入到变频控制器󰁯这样就可以

很方便地根据室外温度控制循环流量󰁯表󰁴给出了二次网

供水温度为󰁼󰁸ε󰁯回水温度为󰁺󰁳ε时的规划求解结果󰁯相

关计算参数为󰁽电价ϑ电󰂀󰁳󰁱󰁹元󰁲󰂮󰂚󰂫󰁯蒸汽热价ϑ热󰂀󰁹󰁳

元󰁲󰂷󰁯保温因数ξ󰂀󰁳󰁱󰁻∀

󰁵󰁱󰁹󰀃数据分析

图󰁴为纯质调节曲线与流量持续变化时供󰀄回水温度

曲线对比图󰁯图󰁵󰀄图󰁶󰀄图󰁷分别表示了供水温度和运行费

用对热价󰀄电价及保温因数敏感性∀󰀆󰀚󰀛󰀆󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃暖通空调Ης󰀉ΑΧ󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃运行管理