电厂蒸汽长距离供热的研究

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摘 要：随着经济的发展逐渐加快，工业发展对电厂蒸汽的要求也在逐渐加大，热负荷的增长会在一定程度上提高电厂的经济效益，但由于工业企业与电厂之间的距离相对较远，所以蒸汽难以达到工业发展的要求。文章主要通过对相应数值进行计算，以此为依据采取相应的措施，对这一问题进行解决与优化。

关键词：电厂蒸汽；供热；长距离

随着可持续发展战略的实施，我国在各个领域逐渐开始注重节约能源，很多工业发展中使用集中供热的模式。但其难以达到工业发展的要求，这就要求对长距离供热的问题进行有效的解决。

1 电厂蒸汽长距离供热研究的重要性

近几年，节能减排在我国可持续发展的过程中占据重要的地位，也是促进我国经济发展的主要方式，这就要求相关企业对其进行重视，尤其是电力企业。热电联产集中供热在我国的使用相对较为迅速，可以达到节能减排的效果，集中供热简单的说就是通过蒸汽或者热水的方式，采用热力管网进行热能的输送，其主要是使用锅炉进行供热，这种方式经济型较好，热效率也相对较高，供热的质量有保障，成本也可以进行有效的节约，同时我国的锅炉供热所产生的污染排放系统也相对较为完善，这也就在一定程度上达到了环保的要求。但我国的集中供热中还存在一定的问题需要进行改善，尤其是在工业相对较为集中的地区处于自供热负荷的状态，这加大了能源的使用，不利于对环境的保护，应该不断对集中供热的方式进行完善，改善这一状况。随着我国工业的发展不断加快，对蒸汽的要求也在不断增加，但由于工业园区与电厂的距离相对较远，所以进行长距离的供热，其不仅提高了供热的整体效益，也达到了环保的效果，不仅具有经济效益，也具有一定的社会效益。

2 长距离供热蒸汽热力性质与热损失的分析

2.1 长距离供热过程中蒸汽的热力性质

在蒸汽进行长距离供热的过程中，蒸汽的参数会发生一定的变化，如果蒸汽的管道内部出现湿蒸汽，不仅管道内部的介质流动会发生变化，对管道也存在一定的负面影响，这也就使蒸汽长距离供热的过程的难度逐渐加大。现阶段，对于蒸汽介质出现变化的问题通常采取以下办法进行处理。

首先，蒸汽属于理想气体，所以当蒸汽的密度出现变化较小时，蒸汽状态方程可以达到工程的需求，如果进行蒸汽的长距离供热过程中，由于蒸汽的密度变化相对较大，就会造成不必要的误差。

如果供热管道内部的蒸汽是饱和蒸汽，管道内部的蒸汽属于高温高压的状况，并且出现过热的问题，所以这种方式使用的过程中具有一定的局限性，不适合实际的工业状况。

通过查设计手册，在进行使用的过程中应该先对蒸汽的平均密度进行确定，之后通过查表计算的方式来掌握管道内部的阻力，最后通过对图标的查看来对密度进行校核，这种处理方式相对来讲费时费力，并且难以进行实现。

这三种方式均是现阶段对蒸汽参数发生变化的处理方式，但都存在一定的局限性，难以运用到实际的蒸汽长距离供热过程中，这就要求在蒸汽长距离输送的过程中对相应的数值进行有效的计算，并对蒸汽热力状态参数发生的变化进行重视。

2.2 蒸汽长距离供热过程中的热损失分析

蒸汽管道的输送过程中，会产生一定程度的热损失，这就要求建立蒸汽管道的热散计算数学模型，并对影响蒸汽管道中影响热损失的因素进行计算与分析，以此来为热损失的计算提供相应的理论基础。

2.2.1 多层保温蒸汽管道散热损失分析

蒸汽供热的管道通常是由多层的保温材料构成，最内侧由工作钢管构成，最外侧由绝缘保护层构成。蒸汽管道内有两层保温材料与一层绝缘保护材料，在对导热的热流量进行计算的过程中，可以按照总热阻与总得温差进行计算。蒸汽的保温管道的导热热流流量式是：

其中R1、R2、R3、R4分别是各层的半径；

？姿1、？姿2、？姿3是各层保温材料的导热系数，均为常数；

tw1、tw4分别是管道内外表层的温度（tw1>tw4）。

2.2.2 传热系数影响分析

影响蒸汽管道总的传热系数因素有：外涂层或者是外套管的导热系数、保温层导热系数、管壁与蒸汽对流换热系统以及管道技术壁的导热系数。所以蒸汽管道的总传热系数k为：

h1是蒸汽与内管壁间的换热系数；？姿i是各层材料的导热系数；d1是蒸汽管道各层材料与管道中心线之间的距离；？琢是架空敷设的蒸汽管道与空气间的对流换热系数。

蒸汽在管道的内部进行流动的过程中，由于散热损失也随着温度发生相应的变化，蒸汽的温度存在差异，相应的蒸汽与管道内部的交流换热系数也存在一定的差异，这就要求在对蒸汽温度的变化进行计算的过程中应该对以下几种因素进行重视：

（1）首先是在单位时间内，通过相同的管径蒸汽流量变化相对较小。

（2）其次是按照参考数据，蒸汽的运行温度应该控制在120-300℃，并每隔20℃温差取一个计算温点。

3 蒸汽长距离供热的数值计算分析

3.1 物理模型及网格划分

在GAMBIT中建立相应的物理模型。由于圆柱体的管道具有对称性的特点，所以在GAMBIT中简化二维的矩形结构，以此来对计算的周期进行缩短。进行网格划分所使用的主要是结构化网格。由于粘性的流体在管道中进行流动时主要是靠近避免的位置，所以在近避免的网格进行加密的处理，以此来提高模拟中的效果，使相应的数据更加准确。同时，由于管道的距离相对较长，所以管道内部的网格数目也相对较多，通常为100万-200万。

3.2 模拟结果及分析

不同的参数下所对应的压力也存在一定差异，管径与温度情况固定时，供热蒸汽的初始参数对压力的变化产生相应的影响：

供热蒸汽的初始温度一定并相对较低的情况下，较高的初始压力所对应的压降也就相对较大，相对而言，初始压力相对的压降较小，这也是由于提高蒸汽的初始压力时，蒸汽的比容逐渐减小，单位时间内的流量在不断地增大，导致阻力造成的损失逐渐加大，所以管道内部的压降变化相对较为明显。

当蒸汽初始温度固定，并且相对较高的状况下，提高初始压力，压降的变化相对并不明显，说明初始的压力大小对压降的影响并不大。由此，当供热蒸汽的初始温度固定，并且温度相对较低时，应该尽量的减小初始的压力，以此来提高供热的距离；在初始的压力相对较高时，其对压降的影响并不明显。

当供热蒸汽的初始压力固定，并且相对较高的状态下，其所对应的压降相对较小，如果初始温度相对较低，其对应的压降则相对较大。

当压力一定的情况下，如果蒸汽的流量与管径属于定值，所以管道内部的压降与蒸汽的初始温度呈现反比例的变化，所以提高蒸汽的初始温度，其对应的压降逐渐减小。

由此可见，当其他参数固定时，改变供热蒸汽的初始参数相对来讲与蒸汽的压降之间的影响有：当供热初始温度固定，并且相对较低时，将初始压力适当减小可以在一定程度上减少压降，提高供热的距离；如果初始温度相对较高，对初始的压力进行改变，压降变化的影响并不大。如果供热蒸汽的初始压力一定时，提高蒸汽的初始温度可以在一定程度上降低管道内部的压降。

4 结束语

以上主要通过对数值进行计算的方式来对电厂长距离供热的相关数据与管道的布置形式进行不断的优化，以此来提高供热的效果与能力。

参考文献

[1]蔡卫东.电厂蒸汽长距离供热的研究[J].东北电力大学，2011（3）.

[2]赵星海，辛国华，蔡卫东.电厂蒸汽长距离供热分析[J].能源研究与信息，2011（2）.

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