CN106439769A - 一种采用换热系统对被加热流体进行分阶段加热的流量控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于换热设备领域，公开了一种采用换热系统对被加热流体进行分阶段加热的流量控制方法，所述换热系统包括预热器、蒸发器和过热器，所述预热器依次连接所述蒸发器和所述过热器，所述预热器用于将过冷液加热至饱和液，所述蒸发器用于将饱和液加热至饱和气，所述过热器用于将饱和气加热至过热气。本发明通过控制换热系统中加热流体的流量，降低了各换热器的出入口温度端差，从而可以减少换热过程所产生的熵增，增加系统的能量利用率。

Description

一种采用换热系统对被加热流体进行分阶段加热的流量控制 方法

技术领域

本发明属于换热设备领域，更具体地，涉及一种采用换热系统对被加热流体进行分阶段加热的流量控制方法。

背景技术

在传统的利用加热流体将被加热流体从过冷液加热到过热气的方法中，加热流体和被加热流体在整个换热过程中的流量都不变化。现有预热器、蒸发器及过热器的设计是选择蒸发器的入口温度端差，再利用被加热流体蒸发温度、过热器被加热流体出口温度和加热流体的入口温度，计算出所需要的加热流体的流量。由于被加热流体在预热器中为液态，在蒸发器中为气液两相，在过热器中为气态，各换热器中被加热流体的比热容差别很大，而加热流体由于没有相变，比热容差别不大，这将在预热器、蒸发器及过热器的出入口处产生很大的温度端差。这使得整个换热过程所产生的熵增很大，能量利用率很低。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种采用换热系统对被加热流体进行分阶段加热的流量控制方法，可以减小预热器、蒸发器和过热器温度端差的加热方法，用于降低换热过程中产生的熵增，提高能量利用率。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种采用换热系统对被加热流体进行分阶段加热的流量控制方法，所述换热系统包括预热器、蒸发器和过热器，所述预热器依次连接所述蒸发器和所述过热器，所述预热器用于将温度为T₁的过冷液加热至温度为T₂的饱和液，所述蒸发器用于将温度为T₂的饱和液加热至温度为T₂的饱和气，所述过热器用于将温度为T₂的饱和气加热至温度为T₄的过热气，并且T₁＜T₂＜T₄，其特征在于，包括以下步骤：

1)设定预热器的用于流入加热流体的入口和用于流出被加热流体的出口的温度端差ΔT_p并且10℃≤ΔT_p≤50℃，以及设定过热器用于流入加热流体的入口和用于流出被加热流体的出口的温度端差ΔT_s，并且ΔT_s＝ΔT_p+ΔT_e，ΔT_e为加热流体流经蒸发器后的温降，并且10℃≤ΔT_e≤50℃；

2)获得被加热流体在温度为T₂时的饱和压力p_a，其在温度为T₁且压力为p_a时的比焓h_a,1，其在温度为T₂时的饱和液的比焓h_a,2，其在温度为T₂时的饱和气的比焓h_a,3，其在温度为T₄且压力为p_a时的比焓h_a,4；

3)获得加热流体在温度为T₁+ΔT_p且压力为p_b时的比焓h_b,1，其在温度为T₂+ΔT_p且压力为p_b时的比焓h_b,2，其在温度为T₂+ΔT_s且压力为p_b时的比焓h_b,3，其在温度为T₄+ΔT_s且压力为p_b时的比焓h_b,4，其中p_b为加热流体流经换热系统时的压力；

4)控制预热器中加热流体的质量流量q_p＝A·q_a1·(h_a,2-h_a,1)/(h_b,2-h_b,1),其中A为常数并且0.9≤A≤1.1，q_a1为预热器中被加热流体的质量流量；

5)控制蒸发器中加热流体的质量流量q_e＝B·q_a2·(h_a,3-h_a,2)/(h_b,3-h_b,2)，其中B为常数并且0.9≤B≤1.1，q_a2为蒸发器中被加热流体的质量流量并且q_a2＝q_a1；

6)控制过热器中加热流体的质量流量q_s＝C·q_a3·(h_a,4-h_a,3)/(h_b,4-h_b,3)，其中C为常数并且0.9≤C≤1.1，q_a3为过热器中被加热流体的质量流量并且q_a3＝q_a2。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：本发明降低了各换热器的出入口温度端差，降低了各换热器中加热流体所需要的温度，从而可以减少换热过程所产生的熵增，提升系统的能量利用率。

附图说明

图1是本发明中槽式集热器的结构示意图；

图2是导热油和水的传热过程温度曲线图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参照图1，一种采用换热系统对被加热流体进行分阶段加热的流量控制方法，本换热系统采用加热流体(优选导热油)将被加热流体(优选水)从过冷水加热成过热气，其包括预热器1、蒸发器2、过热器3、汽轮机6、发电机7、凝汽器8、凝结水泵9、除氧器10和抽水泵11，其中，

所述预热器1、所述蒸发器2、所述过热器3的Ⅰ口均为导热油的入口，Ⅱ口均为导热油的出口，Ⅲ口均为水的入口，Ⅳ口均为水的出口。

所述第一槽式镜场51与所述预热器1的Ⅰ口连接，所述预热器1的Ⅱ口依次连接第一油泵41和第一槽式镜场51，所述抽水泵11与所述预热器1的Ⅲ口连接；

所述第二槽式镜场52与所述蒸发器2的Ⅰ口连接，所述蒸发器2的Ⅱ口依次连接第二油泵42和第二槽式镜场52，所述蒸发器2的Ⅲ口与所述预热器1的Ⅳ口连接，所述蒸发器2的Ⅳ口与所述过热器3的Ⅲ口连接；

所述第三槽式镜场53与所述过热器3的Ⅰ口连接，所述过热器3的Ⅱ口依次连接第三油泵43和第三槽式镜场53，所述过热器3的Ⅳ口依次连接所述汽轮机6、凝汽器8、凝结水泵9、除氧器10和抽水泵11；

所述汽轮机6还分别与所述发电机7和所述除氧器10连接。

水在预热器1中为液态，在蒸发器2中为汽液两相，在过热器3中为汽态，其比热容相差很大，而导热油在预热器1、蒸发器2和过热器3中均为液态，其比热容相差不大，这样，在预热器1的水入口和蒸发器2的水出口就有很大的温度端差。

不同的流量的导热油分别流经预热器1、蒸发器2、过热器3。其中，一股导热油在第一槽式镜场51中吸收槽式集热器收集到的太阳能后依次经过预热器1和第一油泵41，回到第一槽式镜场51；一股导热油在第二槽式镜场52中吸收槽式集热器收集到的太阳能后依次经过蒸发器2和第二油泵42，回到第二槽式镜场52；一股导热油在第三槽式镜场53中吸收槽式集热器收集到的太阳能后依次经过过热器3和第三油泵43，回到第三槽式镜场53。给水依次经过预热器1、蒸发器2、过热器3变成过热蒸汽，过热蒸汽进入汽轮机6并在汽轮机6中做功带动发电机7发电，过热蒸汽做功后又分成多股，一股作为抽汽进入除氧器10，一股依次经过凝汽器8和凝结水泵9，进入除氧器10，两股汇合于除氧器10后，经过给水泵11再次流入预热器1。

预热器1、蒸发器2和过热器3分阶段加热，可以通过控制不同换热器件中导热油的质量流量，来减小换热器温度端差。

另外，上述的换热系统用于将过冷水加热成过热汽，所述预热器1用于将温度为T₁的过冷水加热至温度为T₂的饱和液态水，所述蒸发器2用于将温度为T₂的饱和液态水加热至温度为T₂的饱和蒸汽，所述过热器3用于将温度为T₂的饱和蒸汽加热至温度为T₄的过热汽，并且T₁＜T₂＜T₄，具体包括以下步骤：

1)设定预热器的Ⅰ口和Ⅳ口的温度端差ΔT_p并且10℃≤ΔT_p≤50℃，以及设定过热器Ⅰ口和Ⅳ口的温度端差ΔT_s，并且ΔT_s＝ΔT_p+ΔT_e，ΔT_e为导热油流经蒸发器后的温降，并且10℃≤ΔT_e≤50℃；

2)获得水在温度为T₂时的饱和压力p_a，其在温度为T₁且压力为p_a时的比焓h_a,1，其在温度为T₂时的饱和液态水的比焓h_a,2，其在温度为T₂时的饱和蒸汽的比焓h_a,3，其在温度为T₄且压力为p_a时的比焓h_a,4；

3)获得导热油在温度为T₁+ΔT_p且压力为p_b时的比焓h_b,1，其在温度为T₂+ΔT_p且压力为p_b时的比焓h_b,2，其在温度为T₂+ΔT_s且压力为p_b时的比焓h_b,3，其在温度为T₄+ΔT_s且压力为p_b时的比焓h_b,4，其中p_b为导热油流经换热系统时的压力；

4)控制预热器中导热油的质量流量q_p＝A·q_a1·(h_a,2-h_a,1)/(h_b,2-h_b,1),其中A为常数并且0.9≤A≤1.1，q_a1为预热器中水的质量流量；

5)控制蒸发器中导热油的质量流量q_e＝B·q_a2·(h_a,3-h_a,2)/(h_b,3-h_b,2)，其中B为常数并且0.9≤B≤1.1，q_a2为蒸发器中水的质量流量并且q_a2＝q_a1；

6)控制过热器中导热油的质量流量q_s＝C·q_a3·(h_a,4-h_a,3)/(h_b,4-h_b,3)，其中C为常数并且0.9≤C≤1.1，q_a3为过热器中水的质量流量并且q_a3＝q_a2。

图2为换热系统中水和导热油的温度曲线示意图，从图2中可以发现，与现有方法相比，本发明方法中的预热器1、蒸发器2、过热器3的温度端差较小，预热器1、蒸发器2、过热器3中导热油的温度相比传统的换热器的更低，所应用的太阳能集热器的集热效率更高，系统的整体效率也更高。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种采用换热系统对被加热流体进行分阶段加热的流量控制方法，所述换热系统包括预热器、蒸发器和过热器，所述预热器依次连接所述蒸发器和所述过热器，所述预热器用于将温度为T₁的过冷液加热至温度为T₂的饱和液，所述蒸发器用于将温度为T₂的饱和液加热至温度为T₂的饱和气，所述过热器用于将温度为T₂的饱和气加热至温度为T₄的过热气，并且T₁＜T₂＜T₄，其特征在于，包括以下步骤：

1)设定预热器的用于流入加热流体的入口和用于流出被加热流体的出口的温度端差ΔT_p，并且10℃≤ΔT_p≤50℃，以及设定过热器用于流入加热流体的入口和用于流出被加热流体的出口的温度端差ΔT_s，并且ΔT_s＝ΔT_p+ΔT_e，ΔT_e为加热流体流经蒸发器后的温降，并且10℃≤ΔT_e≤50℃；

2)获得被加热流体在温度为T₂时的饱和压力p_a，其在温度为T₁且压力为p_a时的比焓h_a,1，其在温度为T₂时的饱和液的比焓h_a,2，其在温度为T₂时的饱和气的比焓h_a,3，其在温度为T₄且压力为p_a时的比焓h_a,4；

3)获得加热流体在温度为T₁+ΔT_p且压力为p_b时的比焓h_b,1，其在温度为T₂+ΔT_p且压力为p_b时的比焓h_b,2，其在温度为T₂+ΔT_s且压力为p_b时的比焓h_b,3，其在温度为T₄+ΔT_s且压力为p_b时的比焓h_b,4，其中p_b为加热流体流经换热系统时的压力；

4)控制预热器中加热流体的质量流量q_p＝A·q_a1·(h_a,2-h_a,1)/(h_b,2-h_b,1)，其中A为常数并且0.9≤A≤1.1，q_a1为预热器中被加热流体的质量流量；

5)控制蒸发器中加热流体的质量流量q_e＝B·q_a2·(h_a,3-h_a,2)/(h_b,3-h_b,2)，其中B为常数并且0.9≤B≤1.1，q_a2为蒸发器中被加热流体的质量流量并且q_a2＝q_a1；

6)控制过热器中加热流体的质量流量q_s＝C·q_a3·(h_a,4-h_a,3)/(h_b,4-h_b,3)，其中C为常数并且0.9≤C≤1.1，q_a3为过热器中被加热流体的质量流量并且q_a3＝q_a2。