電廠蒸汽長距離供熱的研究

摘 要：隨著經濟的發展逐漸加快，工業發展對電廠蒸汽的要求也在逐漸加大，熱負荷的增長會在一定程度上提高電廠的經濟效益，但由于工業企業與電廠之間的距離相對較遠，所以蒸汽難以達到工業發展的要求。文章主要通過對相應數值進行計算，以此為依據采取相應的措施，對這一問題進行解決與優化。

關鍵詞：電廠蒸汽；供熱；長距離

隨著可持續發展戰略的實施，我國在各個領域逐漸開始注重節約能源，很多工業發展中使用集中供熱的模式。但其難以達到工業發展的要求，這就要求對長距離供熱的問題進行有效的解決。

1 電廠蒸汽長距離供熱研究的重要性

近幾年，節能減排在我國可持續發展的過程中占據重要的地位，也是促進我國經濟發展的主要方式，這就要求相關企業對其進行重視，尤其是電力企業。熱電聯產集中供熱在我國的使用相對較為迅速，可以達到節能減排的效果，集中供熱簡單的說就是通過蒸汽或者熱水的方式，采用熱力管網進行熱能的輸送，其主要是使用鍋爐進行供熱，這種方式經濟型較好，熱效率也相對較高，供熱的質量有保障，成本也可以進行有效的節約，同時我國的鍋爐供熱所產生的污染排放系統也相對較為完善，這也就在一定程度上達到了環保的要求。但我國的集中供熱中還存在一定的問題需要進行改善，尤其是在工業相對較為集中的地區處于自供熱負荷的狀態，這加大了能源的使用，不利于對環境的保護，應該不斷對集中供熱的方式進行完善，改善這一狀況。隨著我國工業的發展不斷加快，對蒸汽的要求也在不斷增加，但由于工業園區與電廠的距離相對較遠，所以進行長距離的供熱，其不僅提高了供熱的整體效益，也達到了環保的效果，不僅具有經濟效益，也具有一定的社會效益。

2 長距離供熱蒸汽熱力性質與熱損失的分析

2.1 長距離供熱過程中蒸汽的熱力性質

在蒸汽進行長距離供熱的過程中，蒸汽的參數會發生一定的變化，如果蒸汽的管道內部出現濕蒸汽，不僅管道內部的介質流動會發生變化，對管道也存在一定的負面影響，這也就使蒸汽長距離供熱的過程的難度逐漸加大。現階段，對于蒸汽介質出現變化的問題通常采取以下辦法進行處理。

首先，蒸汽屬于理想氣體，所以當蒸汽的密度出現變化較小時，蒸汽狀態方程可以達到工程的需求，如果進行蒸汽的長距離供熱過程中，由于蒸汽的密度變化相對較大，就會造成不必要的誤差。

如果供熱管道內部的蒸汽是飽和蒸汽，管道內部的蒸汽屬于高溫高壓的狀況，并且出現過熱的問題，所以這種方式使用的過程中具有一定的局限性，不適合實際的工業狀況。

通過查設計手冊，在進行使用的過程中應該先對蒸汽的平均密度進行確定，之后通過查表計算的方式來掌握管道內部的阻力，最后通過對圖標的查看來對密度進行校核，這種處理方式相對來講費時費力，并且難以進行實現。

這三種方式均是現階段對蒸汽參數發生變化的處理方式，但都存在一定的局限性，難以運用到實際的蒸汽長距離供熱過程中，這就要求在蒸汽長距離輸送的過程中對相應的數值進行有效的計算，并對蒸汽熱力狀態參數發生的變化進行重視。

2.2 蒸汽長距離供熱過程中的熱損失分析

蒸汽管道的輸送過程中，會產生一定程度的熱損失，這就要求建立蒸汽管道的熱散計算數學模型，并對影響蒸汽管道中影響熱損失的因素進行計算與分析，以此來為熱損失的計算提供相應的理論基礎。

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成，最內側由工作鋼管構成，最外側由絕緣保護層構成。蒸汽管道內有兩層保溫材料與一層絕緣保護材料，在對導熱的熱流量進行計算的過程中，可以按照總熱阻與總得溫差進行計算。蒸汽的保溫管道的導熱熱流流量式是：

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熱系數，均為常數；

tw1、tw4分別是管道內外表層的溫度（tw1>tw4）。

2.2.2 傳熱系數影響分析

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

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

蒸汽在管道的內部進行流動的過程中，由于散熱損失也隨著溫度發生相應的變化，蒸汽的溫度存在差異，相應的蒸汽與管道內部的交流換熱系數也存在一定的差異，這就要求在對蒸汽溫度的變化進行計算的過程中應該對以下幾種因素進行重視：

（1）首先是在單位時間內，通過相同的管徑蒸汽流量變化相對較小。

（2）其次是按照參考數據，蒸汽的運行溫度應該控制在120-300℃，并每隔20℃溫差取一個計算溫點。

3 蒸汽長距離供熱的數值計算分析

3.1 物理模型及網格劃分

在GAMBIT中建立相應的物理模型。由于圓柱體的管道具有對稱性的特點，所以在GAMBIT中簡化二維的矩形結構，以此來對計算的周期進行縮短。進行網格劃分所使用的主要是結構化網格。由于粘性的流體在管道中進行流動時主要是靠近避免的位置，所以在近避免的網格進行加密的處理，以此來提高模擬中的效果，使相應的數據更加準確。同時，由于管道的距離相對較長，所以管道內部的網格數目也相對較多，通常為100萬-200萬。

3.2 模擬結果及分析

不同的參數下所對應的壓力也存在一定差異，管徑與溫度情況固定時，供熱蒸汽的初始參數對壓力的變化產生相應的影響：

供熱蒸汽的初始溫度一定并相對較低的情況下，較高的初始壓力所對應的壓降也就相對較大，相對而言，初始壓力相對的壓降較小，這也是由于提高蒸汽的初始壓力時，蒸汽的比容逐漸減小，單位時間內的流量在不斷地增大，導致阻力造成的損失逐漸加大，所以管道內部的壓降變化相對較為明顯。

當蒸汽初始溫度固定，并且相對較高的狀況下，提高初始壓力，壓降的變化相對并不明顯，說明初始的壓力大小對壓降的影響并不大。由此，當供熱蒸汽的初始溫度固定，并且溫度相對較低時，應該盡量的減小初始的壓力，以此來提高供熱的距離；在初始的壓力相對較高時，其對壓降的影響并不明顯。

當供熱蒸汽的初始壓力固定，并且相對較高的狀態下，其所對應的壓降相對較小，如果初始溫度相對較低，其對應的壓降則相對較大。

當壓力一定的情況下，如果蒸汽的流量與管徑屬于定值，所以管道內部的壓降與蒸汽的初始溫度呈現反比例的變化，所以提高蒸汽的初始溫度，其對應的壓降逐漸減小。

由此可見，當其他參數固定時，改變供熱蒸汽的初始參數相對來講與蒸汽的壓降之間的影響有：當供熱初始溫度固定，并且相對較低時，將初始壓力適當減小可以在一定程度上減少壓降，提高供熱的距離；如果初始溫度相對較高，對初始的壓力進行改變，壓降變化的影響并不大。如果供熱蒸汽的初始壓力一定時，提高蒸汽的初始溫度可以在一定程度上降低管道內部的壓降。

4 結束語

以上主要通過對數值進行計算的方式來對電廠長距離供熱的相關數據與管道的布置形式進行不斷的優化，以此來提高供熱的效果與能力。

參考文獻

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