集中供热运行调节的优化

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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

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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

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τ τ τ χ τ χ τ

τ τ τ τ χ

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 Φ

Φ

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

ΚιΦι

Γι 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