CN109990259A - 一种在用户端天然气燃补提温的工业供汽系统与调节方法 - Google Patents

一种在用户端天然气燃补提温的工业供汽系统与调节方法 Download PDF

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杜旭
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Abstract

一种在用户端天然气燃补提温的工业供汽系统与调节方法，并提供该系统具体的配置以及调节运行方法，所述系统主要包括汽源、用户、天燃汽蒸汽加热器、远距离供汽管道、汽源供汽调节阀、用户用汽调节阀、加热器入口调节阀、加热器出口调节阀、天然气量调节阀、空气量调节阀等。在用户终端增加天燃汽蒸汽加热器和相应调整系统，用户端可以随时对蒸汽进行加热至自己需求的温度。该技术简单造价低，可在用户端轻易实现，易于操控、灵活性强。相比传统工业供汽，本发明应用后在高温供汽下，不需要对蒸汽管网进行整体改造，减少了投资。对于新建供汽管网，由于管网的耐热温度并不需要是很高温度，也会使整个管网的造价大大降低。

Description

一种在用户端天然气燃补提温的工业供汽系统与调节方法
技术领域
本发明属于天然气燃补提温领域，尤其是涉及一种在用户端天然气燃补提温的工业供汽系统与调节方法。
背景技术
众所周知，现阶段我国的工业企业用汽主要由热电厂供给，而对于用户端的蒸汽温度的需求，也是由热电厂提高或者降低供汽参数来协调。根据汽轮机的出厂资料和人们多年的运行经验，参数越高的蒸汽，其具有的做工能力越高。原本可以在汽轮机中继续做工发电的蒸汽，被抽出用于供热，是一种高品位能源的浪费。并且随着抽汽温度的上升，需对汽轮机的本体以及管道进行相应的改造。
受制于工业管网蒸汽输送的特点，蒸汽在管网中的压力和温度损失很大。对于压力的影响主要是管道的壁厚，而温度的影响主要是管材。传统的供汽方式，管道的温度等级应取汽源端出口端的温度等级，这就导致如果用户端需要很高的温度，汽源端需要相应的提升出口温度，则整个蒸汽管网需要使用更高材质的合金钢确保管网的安全，但这会导致整个管网的造价上升。并且如果是旧管网，则需对整个管网进行拆除更换。
申请号：CN201720152751.4中国专利公开了一种蒸汽喷射装置及蒸汽喷射升温系统，包括蒸汽喷射器和蒸汽管板,所述蒸汽喷射器固定在所述蒸汽管板上。原蒸汽喷射器极易受冲击而损坏,所述蒸汽喷射器用合金钢管制作,代替价格昂贵的原蒸汽喷射器,价格大幅下降；新型蒸汽喷射器的高度低于进水管底部,仅为原蒸汽喷射器高度的十分之一,避免了水流的直接冲击,便于搬运和储存,且整体的强度和刚度都大幅提高；采用焊接的方式与蒸汽管板固定连接,简单牢固,且免去了在管板蒸汽孔内攻丝的工序。该实用新型还涉及一种蒸汽喷射升温系统,包括所述蒸汽喷射装置、进水管、出水管和蒸汽入口室,相对现有技术省掉了所述蒸汽喷射器上部的支撑圈固定部件。但是该申请的技术方案未解决在高温度工业供汽的需求下，减少旧管网以及新建管网的投资的问题。
申请号：CN03227736.9中国专利公开了锅炉蒸汽升温器，它主要烟气罐5、蒸汽加热管4、蒸汽联通管4或41′、天圆地方口2或天方地圆口6及蒸汽进出口管8与3构成,当燃煤(或燃油与燃气)立式或卧式水管或火管锅炉的余热烟气从烟气入口处进入烟气罐5中时,余热烟气充满烟气罐5并在烟气罐5中循环流动将从蒸汽进口管8进入蒸汽加热管4中的蒸汽进一步加热升温,其蒸汽温度可达到相当于压力为0.4～0.7MPa的锅炉水管中的蒸汽温度。加热升温后的蒸汽从蒸汽出口管3出来送到工业或民用场所,余热烟气在烟气罐5内流动后从烟气出口处排出。这种锅炉蒸汽升温器可广泛用于中小型工业及生活场所。该技术应用于烟气余热利用系统，利用烟气余热加热水蒸汽升温。该技术未解决在高温度工业供汽的需求下，减少旧管网以及新建管网的投资的问题。
总体而言，目前在现有技术中，存在以下技术问题：
1、汽源端蒸汽出口温度与用户端相关联，线性供热，调节完全需汽源端调整。
2、高温度供汽，需要采用高材质的合金钢，整个管网初投资巨大。
3、对于已建管网，若需提升供汽温度，则需整个管网拆除重建，投资巨大。
发明内容
为了解决上述问题，本发明了一种在用户端天然气燃补提温的工业供汽系统与调节方法，所述系统主要包括汽源、用户、天燃气蒸汽加热器、远距离供汽管道、汽源供汽调节阀、用户用汽调节阀、加热器入口调节阀、加热器出口调节阀、天然气量调节阀、空气量调节阀；
其中：
汽源的一端与汽源供汽调节阀的入口通过管道连接；
汽源供汽调节阀的出口通过远距离供汽管道分别与用户用汽调节阀的入口、加热器入口调节阀的入口连接；
用户用汽调节阀的出口通过管道连接到用户；
加热器入口调节阀的出口连接天燃气蒸汽加热器的第一入口，天燃气蒸汽加热器的第一出口与加热器出口调节阀的入口连接，加热器出口调节阀的出口连接到用户；
天然气量调节阀的入口与外部供应天然气的管道连接，天然气量调节阀的出口连接到天燃气蒸汽加热器的第二入口；
空气量调节阀的入口与外部供应空气的管道连接，空气量调节阀的出口连接到天燃气蒸汽加热器的第三入口。
根据上述系统，其控制方法如下：
其中调节函数如下：
其中：△Q为天燃气投入量；q为工业蒸汽流量；Cp为蒸汽定压比容；△t为温度变化系数；c为天燃气的热值，36Mj/m3；η为天燃气换热器效率；
典型工况如下：
在用户端102设定目标需求温度t，判断入厂温度t1与目标需求温度t；
1)若t1>＝t，则入厂温度满足用户设定温度，天然气蒸汽加热器103不需投入，则调节系统不动作，信号返回重新判断。
2)若t1<t，①、△t＝t-t1为温度变化系数，△t进入升温函数计算，换算出△Q的需求量；②判断天然气蒸汽加热器103状态，若为已经投入状态，则不做操作；若为未投入状态，则连锁控制汽源供汽调节阀201、用户端用汽调节阀202、加热器入口调节阀203、加热器出口调节阀204、天然气量调节阀205、空气量调节阀206使天然气蒸汽加热器103具备投入状态。
3)根据换算出△Q的需求量调整天然气量调节阀205，使入厂温度t1满足用户端102的温度需求。系统投入后，整个调节过程简单、安全、响应快捷，且可以节约大量的管网投资。
本发明系统的调节函数如下：
其中：△Q为天燃气投入量；q为工业蒸汽流量；Cp为蒸汽定压比容；△t为温度变化系数；c为天燃气的热值，36Mj/m3；η：为天燃气换热器效率。
与现有技术相比，本发明提供了一种在用户端天然气燃补提温的工业供汽系统与调节方法，所述燃补提温，其运行原理为在用户端增加升温装置，利用天然气的燃烧释放的热量，用以加热用户端蒸汽的温度，达到在不对蒸汽管网进行改造的情况下，实现用户末端温度的提升，其优点在于：
1、通过调节天然气的消耗量，用户端自主对蒸汽的温度进行调节，灵活性和安全性大幅度提升。
2、将升温阶段放在用户端侧，大大减少了管网的初投资。
3、对于已建管网，不需拆除旧管网，增加少许设备即可达到使用要求，大大减少改造管网投资和工作量。
4、解决已有无升温能力的热源供汽问题，减少改造投资。
附图说明
图1为本发明的用户端天然气燃补提温的工业供汽系统的示意图。
图2为本发明系统的用户端天然气燃补提温的工业供汽系统调节方法的示意图。
具体实施方式
接下来，将参考附图1-2对本发明作进一步的描述。
在图中显示了一种在用户端天然气燃补提温的工业供汽系统与调节方法，所述系统主要包括汽源101、用户102、天燃气蒸汽加热器103、远距离供汽管道104、汽源供汽调节阀201、用户用汽调节阀202、加热器入口调节阀203、加热器出口调节阀204、天然气量调节阀205、空气量调节阀206，以上各个端点之间连接有必要的管件。
其中，所述系统主要包括汽源101、用户端102、天燃气蒸汽加热器103、远距离供汽管道104、汽源供汽调节阀201、用户端用汽调节阀202、加热器入口调节阀203、加热器出口调节阀204、天然气量调节阀205、空气量调节阀206；
其中汽源101的一端与汽源供汽调节阀201的入口通过管道连接；
汽源供汽调节阀201的出口通过远距离供汽管道104分别与用户端用汽调节阀202的入口、加热器入口调节阀203的入口连接；
用户端用汽调节阀202的出口通过管道连接到用户端102；
加热器入口调节阀203的出口连接天燃气蒸汽加热器103的第一入口，天燃气蒸汽加热器103的第一出口与加热器出口调节阀204的入口连接，加热器出口调节阀204的出口连接到用户端102；
天然气量调节阀205的入口与外部供应天然气的管道连接，天然气量调节阀205的出口连接到天燃气蒸汽加热器103的第二入口；
空气量调节阀206的入口与外部供应空气的管道连接，空气量调节阀206的出口连接到天燃气蒸汽加热器103的第三入口。
本发明的系统的温升调节函数如下：
其中：△Q为天燃气投入量；q为工业蒸汽流量；Cp为蒸汽定压比容；△t为温度变化系数；c为天燃气的热值，36Mj/m3；η为天燃气换热器效率。
典型工况如下：
在用户端102设定目标需求温度t，判断入厂温度t1与目标需求温度t；
(1)若t1>＝t，则入厂温度满足用户设定温度，天然气蒸汽加热器103不需投入，则调节系统不动作，信号返回重新判断。
(2)若t1<t，①、△t＝t-t1为温度变化系数，△t进入升温函数计算，换算出△Q的需求量；②判断天然气蒸汽加热器103状态，若为已经投入状态，则不做操作；若为未投入状态，则连锁控制汽源供汽调节阀201、用户端用汽调节阀202、加热器入口调节阀203、加热器出口调节阀204、天然气量调节阀205、空气量调节阀206使天然气蒸汽加热器103具备投入状态。
(3)根据换算出△Q的需求量调整天然气量调节阀205，使入厂温度t1满足用户端102的温度需求。系统投入后，整个调节过程简单、安全、响应快捷，且可以节约大量的管网投资。
本发明的实际应用实例如下：
某电厂需要向15KM以外的化工厂供最大80t/h的蒸汽，化工厂需求蒸汽参数1.6MPa，295℃。若采用传统设计，热电厂出口需至少达到2.17MPa，370℃。具体参数如下：
汽源压力 Mpa 2.17
汽源温度 ℃ 370
用户压力 Mpa 1.6
用户温度 ℃ 295
管道规格 --- 20G 478*8
管道长度 m 15000
管道重量 t 1390.83
管道价格 元/t 4500
管材预估 万元 625.87
若使用本发明技术，热电厂出口在保证管网输送距离温降和一定的蒸汽过热度的情况下，可以降低供汽温度，在供同样80t/h的蒸汽流量下，整个系统供汽参数如下：
汽源压力 Mpa 2.17
汽源温度 ℃ 292
用户压力 Mpa 1.6
用户温度 ℃ 217
管道规格 --- Q345D 478*8
管道长度 m 15000
管道重量 t 1390.83
管道价格 元/t 3500
管材预估 万元 486.79
在此项目中，调温公式系数如下：
q t/h 80
C<sub>p</sub> kj/kg﹒℃ 2.403
△t ℃ 78
c Mj/m3 36
η --- 70
△Q m3/h 595
通过以上分析可以得出，本电厂应用本发明的技术方案，仅管道一项可以节约139.1万元，且不考虑涉及的安装、土建以及热源端进行的改造费用。蒸汽在用户端升温到需求温度，每小时消耗天然气约595m3。并且用户可以根据自己对蒸汽温度的需求，在保证末端管网安全的前提下通过调整控制系统中的t而获得自己需要的温度。
由此可见，相对于现有技术，本发明的优点在于：1、通过调节天然气的消耗量，用户端自主对蒸汽的温度进行调节，灵活性和安全性大幅度提升。2、将升温阶段放在用户端侧，大大减少了管网的初投资。3、对于已建管网，不需拆除旧管网，增加少许设备即可达到使用要求，大大减少改造管网投资和工作量。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施案例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，这些变化、修改、替换和变型也视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种在用户端天然气燃补提温的工业供汽系统，所述系统主要包括汽源(101)、用户端(102)、天燃气蒸汽加热器(103)、远距离供汽管道(104)、汽源供汽调节阀(201)、用户端用汽调节阀(202)、加热器入口调节阀(203)、加热器出口调节阀(204)、天然气量调节阀(205)、空气量调节阀(206)；
其中：
汽源(101)的一端与汽源供汽调节阀(201)的入口通过管道连接；
汽源供汽调节阀(201)的出口通过远距离供汽管道(104)分别与用户端用汽调节阀(202)的入口、加热器入口调节阀(203)的入口连接；
用户端用汽调节阀(202)的出口通过管道连接到用户端(102)；
加热器入口调节阀(203)的出口连接天燃气蒸汽加热器(103)的第一入口，天燃气蒸汽加热器(103)的第一出口与加热器出口调节阀(204)的入口连接，加热器出口调节阀(204)的出口连接到用户端(102)；
天然气量调节阀(205)的入口与外部供应天然气的管道连接，天然气量调节阀(205)的出口连接到天燃气蒸汽加热器(103)的第二入口；
空气量调节阀(206)的入口与外部供应空气的管道连接，空气量调节阀(206)的出口连接到天燃气蒸汽加热器(103)的第三入口。
2.一种根据权利要求1所述的在用户端天然气燃补提温的工业供汽系统的调节方法，其中温升调节函数如下：
其中：△Q为天燃气投入量；q为工业蒸汽流量；Cp为蒸汽定压比容；△t为温度变化系数；c为天燃气的热值，36Mj/m3；η为天燃气换热器效率；
在用户端(102)设定目标需求温度t，判断入厂温度t1与目标需求温度t；
1)若t1>＝t，则入厂温度满足用户设定温度，天然气蒸汽加热器(103)不需投入，则调节系统不动作，信号返回重新判断。
2)若t1<t，①、△t＝t-t1为温度变化系数，△t进入升温函数计算，换算出△Q的需求量；②判断天然气蒸汽加热器(103)状态，若为已经投入状态，则不做操作；若为未投入状态，则连锁控制汽源供汽调节阀(201)、用户端用汽调节阀(202)、加热器入口调节阀(203)、加热器出口调节阀(204)、天然气量调节阀(205)、空气量调节阀(206)使天然气蒸汽加热器(103)具备投入状态。
3)根据换算出△Q的需求量调整天然气量调节阀(205)，使入厂温度t1满足用户端(102)的温度需求。
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