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闭路蒸汽供热系统蒸汽流量热能计量

时间:2017/11/18来源:未知

[摘 要] 通过统计分析方法建立过热蒸汽和冷凝水的比焓计算式,构造闭路供热系统热流量计量的计算机系统,用于企业内部的能源管理与经济核算,冷凝水回收量由原来的 40%增加至 90%,温度提高 40 ℃。

0、引 言:工业蒸汽供热系统中,冷凝水是品质优良的热能资源,为了充分利用用汽设备冷凝水的热量,某企业 2007 年完成蒸汽供热系统闭路循环改造,
涉及热能管理的计量问题,用户实际消耗的热量为供热蒸汽携带给用户的热量与用户冷凝水返回动力站的热量之差。为促进用能单位对热能的合理使用与回收,提出了闭路供热系统的热能计量方法,依据用户实际消耗的热量进行企业内部的经济核算,使热能计量更趋合理,收到良好的效果。
 
1、热流量计量原理与比焓计算:
  目前流体的质量流量测量已经成熟,可达到很高的精度。热流量测量的关键是准确测量热能载体(蒸汽和冷凝水)的比焓。
  热能载体携带的热流量为:Q=G·h (1)闭路供热系统用户消耗热量:Qf=Gshs-Gcwhcw
  式中,Q 为工质的热流量,k J/h;G 为工质质量流量,kg/h;h 为工质的比焓,k J/kg;下标 s 表示蒸汽,cw 表示冷凝水,f 表示用户消耗。
  流体工质的比焓为状态参数,过热蒸汽的比焓是温度 T 和压力 P 的函数。对于冷凝水,压力对其比焓的影响可忽略不计,可认为冷凝水的比焓只是温度的函数。目前国际上尚无通用的蒸汽和水的焓计算式,可按蒸汽和水的热力性质数据表进行回归计算,根据操作范围,用户使用蒸汽压力范围为 0.2~1.0 MPa,温度范围为 160 ℃~280 ℃,冷凝水温度范围为 50 ℃~115 ℃。按***小二乘法拟合分别得到过热蒸汽和冷凝水比焓计算式[1]。
  hs=3 219.8- 0.007 62T- 79 193.5/T+21.163/P+0.156 7T/P (3)hcw=- 0.36+4.191 8T (4)式(3)、(4)拟合误差分别为 δ′hs=0.36%、δ″hcw=0.32%。

2、测量精度分析:
  根据误差理论,由式(2)用户消耗热量测量的相对误差为:
  δQf=δGs+δGcw+δhs+δhcw(5)式中,δQf为用户消耗热量测量误差;δGs、δGcw分别为蒸汽、冷凝水质量流量测量误差;δhs、δhcw分别为蒸汽、冷凝水比焓测量误差。质量流量测量误差取决于质量流量计的精度。比焓测量误差由比焓计算式拟合误差 δ′hs和带有噪声的直接量传播的误差 δ″hcw。根据误差理论,比焓测量误差为:
计算公式
  由式(3)和式(4),过热蒸汽和冷凝水比焓测量传播误差分别为:δ″hs=[0.007 62TδT+79 193.5/T δT+79 193.5/P δP+79 193.5T/P δT+δP姨 姨]/hs(7)δ″hcw=4.191 8δT。

3、闭路供热系统与热流量计量系统:
  某企业供热系统为一闭式系统,供汽系统现有产汽量 10 t/h、压力 0.8 MPa 锅炉 1 台,另有 2台产汽量分别为 8.5 t/h 和 6 t/h 的废热锅炉,与锅炉并网供汽,负责为 4 个分厂供过热蒸汽。用汽设备操作压力变化范围为 0.2~1.0 MPa,过热蒸汽温度为 160 ℃~280 ℃,
平均消耗蒸汽量约为 22.5 t/h,产生冷凝水量约为蒸汽总量的 40%~70%。供汽系统过热蒸汽经蒸汽分配罐分配给各用户,用汽设备的蒸汽冷凝水经疏水阀排放,利用疏水阀背压将冷凝水汇集输送至多路共网器,由多路共网器平衡各路冷凝水压力后,送入闭式冷凝水回收装置,经水泵送至除氧器直接作为锅炉给水[2]。闭路供热系统与供热及热流量计量系统如图 1 所示。
图 1 供热与热流量计量系

图 1 供热与热流量计量系
  图 1 中的蒸汽热流量计量系统原理如图 2 所示。冷凝水热流量计量系统与过热蒸汽相似,不同之处是比焓计算模型中不计入压力。
图 2 过热蒸汽热流量测量系统
图 2 过热蒸汽热流量测量系统
  测量系统使用 DDZ- Ⅲ型变送器,测量精度为 0.2%,温度变送器精度为 0.15%, 蒸汽测量采用涡街流量变送器,测量精度为 0.25%,冷凝水测量采用涡轮流量变送器,测量精度为 0.2%。由式(5)~式(8),计算得到热流量计量系统测量误差为 5.7%。

4、节能效果:
  装置年运行时间为 320 d/a,蒸汽平均耗量22.5 t/h。冷凝水多路共网器平衡压力 0.25 MPa,温度 120 ℃,常温软化水平均温度约为 20 ℃。采用热流量计量核算方法后,各分厂加强冷凝水回收和设备及管路保温。整个系统冷凝水回收率由原来的 40 %提高到90 %以上,返回动力站温度由75 ℃提高到 115 ℃。各温度下冷凝水比焓如表 1所示。

  表 1 冷凝水比焓  
       
温度 /℃ 20 75 115
       
比焓 /(kJ/kg) 83.90 313.97 482.51
       
 
4.1、多回收冷凝水量:
 冷凝水总量按供汽量的 60%计算,则每年多回收冷凝水量 51 840 t。
 
4.2、多回收热量:
 多回收的热量包括:多回收冷凝水携带的热量和原系统回收的冷凝水因温度升高而多回收的热量两部分。多回收冷凝水返回动力站的热量为 2.064×
 1010 kJ/a原系统回收冷凝水(7 t/h)温度由 75 ℃提高到115 ℃多回收的热量为 6.99×109 kJ/a总计多回收热量为 2.763×1010 kJ/a。
 
5、结 论:
 通过建立蒸汽和冷凝水的比焓模型,在准确测量质量流量基础上实现了热流量测量。在企业内部能源管理与经济核算中,采用闭路供热系统热能计量方法,促进了热能的节约,年节约软化水约 5.18 万 t,年节约热量约 2.76×1010 k J,
同时,由于锅炉给水温度的提高,产生一系列的煤、电及操作费用的节约,收到可观的经济效益,因合理利用和节约热能资源,减少尾汽排放保护环境,带来社会效益。

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