熱電廠供熱蒸汽管道效率研究

李震偉 于曉蕾

摘 要：利用供熱管道輸送蒸汽驅(qū)動(dòng)或采暖已經(jīng)非常普遍，而熱電廠作為供熱來(lái)源，主要就是管道輸送蒸汽。因此，供熱蒸汽管道的輸送效率非常重要，為了清楚的知道供熱蒸汽管道的效率高低，本文通過(guò)模型建立以及計(jì)算進(jìn)行了具體研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：供熱蒸汽管道;熱電廠;效率

熱電廠進(jìn)行供熱時(shí)，通過(guò)管道輸送蒸汽來(lái)向環(huán)境進(jìn)行散熱，管道的輸送效率非常關(guān)鍵，為了能夠減少蒸汽管道的熱損失，使管道效率得到提高，電力行業(yè)對(duì)有關(guān)設(shè)備及管道表面的損失進(jìn)行了相應(yīng)規(guī)定。而管道的效率一般是與管道的直徑以及管道內(nèi)蒸汽流速有關(guān)的。

1.管道內(nèi)蒸汽流動(dòng)模型建立

管道蒸汽流動(dòng)時(shí)，散熱主要通過(guò)管壁，這時(shí)相互之間就會(huì)產(chǎn)生摩擦，一般管道的長(zhǎng)度距離很大，因此可以忽略蒸汽的壓力、溫度等的徑向變化影響，這時(shí)就可以建立管道內(nèi)蒸汽軸向變化的流動(dòng)模型[1]。管道直徑為D，蒸汽流量表示為M，在管道模型中假設(shè)有微元段，蒸汽從微元段的左向流入，右向流出，計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)蒸汽流入微元段時(shí)的熱量Q就是蒸汽流量M與焓h的乘積。其中蒸汽流量M表示為蒸汽密度*蒸汽速度*D2*π/4。從右向流出時(shí)的熱量表示同流入時(shí)的計(jì)算。假設(shè)管壁的溫度與保溫材料內(nèi)表面溫度相同，用k表示管道的綜合導(dǎo)熱系數(shù)，計(jì)算微元段表面散失熱量就可以表示為k*π*D*微元段長(zhǎng)度*管道蒸汽與環(huán)境的溫度差。這其中蒸汽自身的導(dǎo)熱系數(shù)非常小，蒸汽溫度在管道軸向的變化也很小，這里就可以忽略蒸汽經(jīng)過(guò)微元段左右表面的導(dǎo)熱量。微元段的熱平衡就可以表示為微元段右向流出的熱量加上微元段表面散失熱量等于微元段左向流入的熱量。計(jì)算微元段時(shí)的模型圖如下：

2.效率計(jì)算依據(jù)

以某熱電廠向距離2千米的某制造工廠供熱為依據(jù)，計(jì)算蒸汽管道在不同的蒸汽流速和直徑下的管道效率。該工廠在生產(chǎn)運(yùn)行中夏季對(duì)蒸汽流量的需求為200噸/小時(shí)左右，冬季需求為250噸/小時(shí)左右，有關(guān)的計(jì)算參數(shù)有蒸汽入口的溫度和壓力、環(huán)境溫度、管道長(zhǎng)度、管道內(nèi)壁表面的粗糙度以及保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)。在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，按照有關(guān)規(guī)定來(lái)選取管道進(jìn)口表面的散熱損失值最大量和對(duì)流換熱系數(shù)。保溫材料的厚度不變，這里不考慮溫度補(bǔ)償相關(guān)器件產(chǎn)生的局部阻力。

3.計(jì)算結(jié)果分析

不同管道直徑和蒸汽流量下其熱效率和 ? ? 效率的變化曲線圖如上a）所示，b）是a）的局部放大圖，圖中的線性標(biāo)示代表蒸汽流量。根據(jù)計(jì)算結(jié)果從圖中可以看出，保持一定的蒸汽流量，管道的熱效率由于直徑增加而降低，這是由于管道直徑增大后，總散熱量也增加。管道的 ? ? 效率由于管道直徑增加變化是先升高后降低，在一定的管道直徑下， ? ? 效率有峰值。通常蒸汽焓值以及蒸汽壓力會(huì)影響管道出口蒸汽的 ? ? ? 效率，在管道直徑增加過(guò)程中，管道出口蒸汽的焓值是逐漸降低的，不過(guò)壓力損失在減小，最主要影響 ? ? 效率的是壓力，而當(dāng)管道直徑再增加時(shí)，蒸汽壓力值變化在減少，焓值變化穩(wěn)定， ? ? ?效率就逐漸降低。另外，根據(jù)蒸汽流速與管道直徑變化之間的分析可以得知，在管道直徑較小的情況下，蒸汽流動(dòng)是有加快的趨勢(shì)，而隨著直徑增加，速度加快逐漸平和。蒸汽的流動(dòng)速度受蒸汽的壓力和溫度影響，如果是流動(dòng)速度較快，由于阻力變大壓力下降幅值也大，溫度也是，所以流速是呈現(xiàn)加快形式的。而直徑在較大時(shí)，壓力和溫度的變化值就很小了，因此蒸汽流動(dòng)的速度就較為均勻。

4.合理選擇蒸汽流速

在該蒸汽管道供熱過(guò)程中，工廠需要的蒸汽壓力為0.8-0.9MPa，結(jié)合項(xiàng)目投入的使用情況，管道的直徑選擇0.5m，管道內(nèi)部是過(guò)熱蒸汽，蒸汽流速要小于70m/s，這是符合有關(guān)蒸汽管道熱損失要求的。使用這組數(shù)據(jù)時(shí)，管道壓力有較大的損失，對(duì)供熱進(jìn)行改造時(shí)，壓力應(yīng)該不少于1.2MPa。從上述計(jì)算結(jié)果分析中得知，管道直徑在1m和1.05m時(shí)，管道蒸汽的

效率最高，而且壓力的損失也較小，可以滿足工廠使用的需求，假設(shè)蒸汽流量為250噸/小時(shí)，蒸汽壓力是1.2MPa，改造后的機(jī)組電功率可以比原來(lái)多3300kw，使熱損失得到了很大的降低，進(jìn)而推動(dòng)了效益的提升。

在選擇蒸汽流速時(shí)，要看經(jīng)濟(jì)性，管道直徑過(guò)大或者是蒸汽流速過(guò)小，蒸汽出口壓力值以及管道蒸汽的 ? ? 效率變化值都會(huì)減小，所以在實(shí)際中，管道直徑以及管道蒸汽流速的選擇要從管道出口 ? ? 效率以及投入資金方面進(jìn)行綜合考慮。對(duì)蒸汽管道效率的分析，還能夠在電廠發(fā)電再熱蒸汽管道流速選擇時(shí)依據(jù)此進(jìn)行參考，通過(guò)合理選擇蒸汽流速，來(lái)實(shí)現(xiàn) ? ? 效率提高，也就是說(shuō)機(jī)組發(fā)電量得到增加，在選擇時(shí)還要將發(fā)電量要求考慮在內(nèi)。

結(jié)束語(yǔ)：

通過(guò)上述對(duì)熱電廠供熱蒸汽管道效率進(jìn)行研究，可以知道，管道熱效率的變化是隨著直徑的增加而降低的，這時(shí)管道蒸汽的流速是一定的，而火用效率的變化是先升高后下降，存在效率的峰值。另外，如果蒸汽流速比25m/s小，管道蒸汽的火用效率變化就相對(duì)穩(wěn)定。在實(shí)際選擇管道直徑時(shí)要綜合考慮蒸汽流速和資金投入等方面，找到最優(yōu)選擇。

參考文獻(xiàn)：

[1]佚名. 熱電廠供熱蒸汽管道效率分析[J]. 中國(guó)電力， 2018年第9期.

[2]趙丹.沈洵.張亞鵬.電廠給水系統(tǒng)部分輔助子系統(tǒng)優(yōu)化分析[J].能源研究與管理.2012年04期.

[3]鄭明秀.CAESARⅡ在火電廠蒸汽管道應(yīng)力分析中的應(yīng)用[J].云南化工.2015年06期.

[4]萬(wàn)瑜.鄧廣發(fā).李燁.基于CAESARⅡ的主蒸汽管道應(yīng)力超標(biāo)分析與治理[J].化工機(jī)械.2015年05期.

[5]徐芝敏.汽輪機(jī)供熱系統(tǒng)的技改創(chuàng)新[J].河南科技;2014年24期.

[6]張亞鵬.楊文澤.宋景明.淄博電廠汽水系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)總結(jié)[J].應(yīng)用能源技術(shù).2014年07期.

[7]李進(jìn)春.CAESAR Ⅱ軟件在主蒸汽管道設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].冶金動(dòng)力.2016年05期.