CN111594904A - 一种居民采暖领域的长输蒸汽管网压损的控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种居民采暖领域的长输蒸汽管网压损的控制系统及方法，在蒸汽管网终端设置供热首站，经凝结水回水母管回收长输供汽凝结水至电厂。将长输长输蒸汽管网分为多个管段，高密度布置压力和温度测点，实时监控沿线各个位置的蒸汽比容。沿着长输蒸汽管网并行布置凝结水回水管线，在供热首站内由升压泵加压，在各个蒸汽管段喷入凝结水，喷水量由喷水点后的蒸汽比容进行后置反馈调节。基于高密度监测及喷水减温以控制蒸汽流速恒定在初始值，进而控制整个蒸汽管网沿线压损在设计范围。

Description

一种居民采暖领域的长输蒸汽管网压损的控制系统及方法

【技术领域】

本发明涉及一种居民采暖领域的长输蒸汽管网压损的控制系统及方法。

【背景技术】

随着社会发展和能源产业结构的不断调整，用电结构不断调整，燃煤发电机组逐渐从传统的电源主体向综合能源服务基地转变，对外供应电力、热力、长输工业蒸汽、高压工业空气、淡水等。随着保温技术的快速发展，燃煤发电机组通过供热改造，对外输送工业蒸汽的辐射半径不断增大，推进清洁燃煤集中供热替代污染重、能耗高的分散燃煤燃油锅炉房，有利于地区大气污染物排放的有效减控，有利于提升燃煤机组的盈利能力和可持续发展能力。

居民采暖领域，有长输热水和长输蒸汽两种技术路线。长输热水方案主要内容为：在燃煤发电机组厂内设置供热首站，在热力系统某处抽取蒸汽到表面式热网加热器和供热循环水进行换热，凝结水回收至凝汽器或除氧器，供热循环水经长输热水管网输送至城镇供热管网，换热后的冷水再回流至电厂内的供热首站，形成一个循环。长输蒸汽方案主要内容为：在城镇附近设置供热首站，由燃煤发电机组汽水循环某处抽取蒸汽，经长输蒸汽管网输送至供热首站，在表面式热网加热器和供热循环水进行换热，蒸汽凝结后的疏水经升压泵加压后在回水母管回收至机组热力系统。

居民采暖领域的长输蒸汽管网方案与工业生产领域的长输供汽管网方案基本类似，主要区别为前者凝结水回收，后者因生产工艺等因素凝结水多不回收。长输工业蒸汽管网的热力指标有管道温降、管道压降、蒸汽管网损失率等。

管道温降：

式中：Δt为管道温降，℃/km；t₁,t₂分别为蒸汽管网的起点和终点温度，℃；L为蒸汽管道长度，km。

管道压降：

式中：ΔP为管道温降，MPa/km；P₁,P₂分别为蒸汽管网的起点和终点压力，MPa；

蒸汽管网损失率

式中：g为蒸汽管网质量损失率，无量纲数；q为蒸汽管网热量损失率，无量纲数；G₁,G₂分别为蒸汽管网的起点质量流量和终点质量流量，t/h；h₁,h₂分别为蒸汽管网的起点蒸汽焓值和终点蒸汽焓值，kJ/kg。

管道温降取决于管道保温材质及性能。

管道压降和内部蒸汽流速呈正比。

管网通流直径增加，蒸汽流速低，降低蒸汽管网压降，进而降低运行成本，但反过来增加管网建设投资。故合理的管道温降系数和压降系数，可有效平衡蒸汽管网项目的运行成本和建设投资之间的动态矛盾关系

水蒸汽的比容与蒸汽压力呈反比关系，与蒸汽温度成正比关系：蒸汽压力越低，比容越高；蒸汽温度越高，比容越低。目前而言，管道规格设定的蒸汽管网项目，由于高性能保温材料的规模化应用，管道内部随着蒸汽流动，以蒸汽起点为对比基准，随着蒸汽流动，压降和温降导致蒸汽比容增大，蒸汽流速升高，压降增加，与此同时温降基本维持不变，导致整个管网系统内部蒸汽流速越来越快，蒸汽压降越大，影响长输管网的经济性及敷设半径。

【发明内容】

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种居民采暖领域的长输蒸汽管网压损的控制系统及方法，有效控制长输蒸汽管网的压损，基于高密度监测及喷水减温以控制蒸汽流速恒定，进而控制整个蒸汽管网沿线压损的系统及方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种居民采暖领域的长输蒸汽管网压损的控制系统，包括：

长输蒸汽管道，所述长输蒸汽管道包括多个蒸汽管段，每个蒸汽管段上均设置蒸汽压力测点和蒸汽温度测点；

凝结水管网，所述凝结水管网包括凝结水母管、凝结水环管以及多路凝结水支管，所述凝结水环管套设于长输蒸汽管道上；每路凝结水支管分别连接至长输蒸汽管道上对应的管段上，每路凝结水支管上均设置凝结水流量测点以及凝结水喷水阀门组，所述凝结水喷水阀门组的开度由喷水点后的蒸汽比容为导向进行调节，蒸汽比容由该位置的蒸汽压力、温度和流量计算确定；

供热首站，所述供热首站连接在长输蒸汽管道的蒸汽输送终点，在表面式换热器与热网循环水进行表面式换热，凝结后的水经升压泵加压后，与长输蒸汽管网并行，通过凝结水回水母管回收至燃煤电厂，实现汽水质量平衡。

本发明进一步的改进在于：

所述凝结水环管上设置若干雾化喷嘴，凝结水环管通过凝结水支路与凝结水母管相连通，凝结水环管通过雾化喷嘴与长输蒸汽管道相连通。

所述长输蒸汽管道上，每个蒸汽管段外侧的凝结水环管上，周向均匀布置有至少5个雾化喷嘴。

一种居民采暖领域的长输蒸汽管网压损的控制方法，包括以下步骤：

步骤1，测量长输蒸汽管道起始端的蒸汽流量G₀、压力P₀和温度T₀，计算得到初始段蒸汽流速V₀；

步骤2，长输蒸汽管道的管段，由长输蒸汽管道的起始端计，第一段为第1蒸汽段，依次类推，最后一段为第N蒸汽段；第1蒸汽段处随着蒸汽流动及散热，产生蒸汽压降、温降和质量损失，测量喷水点后的蒸汽压力P₁和温度T₁，以及蒸汽流量G₁，其中G₁＝G₀+G_1j，G_1j为作为减温用的凝结水流量，以V₀＝V₁为基准，对第1蒸汽段的凝结水流量进行调整；

步骤3，以第1蒸汽段调整过程为例，依次调整其余蒸汽段的凝结水流量，使整个长输蒸汽管道的蒸汽流速保持恒定，进而控制整个长输蒸汽管道沿线压损恒定且为设计值。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明将长输蒸汽管网分为多个管段，在每个管段设置蒸汽压力、温度测点及流量测点，将蒸汽流量、压力和温度等参数传输至管控平台，实时监测各管网段的蒸汽流速；沿长输蒸汽管网设置凝结水系统，通过调节各蒸汽管网段的凝结水流量，合理控制蒸汽温度与蒸汽流速，进而有效控制长输蒸汽管网蒸汽压损在设计区间，有利于拓宽蒸汽输送长度。

【附图说明】

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明有效控制长输蒸汽管网压损的系统示意图；

图2为本发明凝结水环管与长输蒸汽管道的结构示意图。

其中：1-长输蒸汽管道；2-凝结水母管；3-凝结水流量测点；4-蒸汽压力测点；5-蒸汽温度测点；6-凝结水环管；7-雾化喷嘴。

【具体实施方式】

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1和图2，本发明居民采暖领域的长输蒸汽管网压损的控制系统，包括长输蒸汽管道1和凝结水管网；长输蒸汽管道1包括多个蒸汽管段，每个蒸汽管段上均设置蒸汽压力测点4和蒸汽温度测点5；长输蒸汽管道1上，每个蒸汽管段外侧的凝结水环管6上，周向均匀布置有至少5个雾化喷嘴7。凝结水管网包括凝结水母管2、凝结水环管6以及多路凝结水支管，凝结水环管6套设于长输蒸汽管道1上；每路凝结水支管分别连接至长输蒸汽管道1上对应的管段上，每路凝结水支管上均设置凝结水流量测点3以及凝结水喷水阀门组，凝结水喷水阀门组的开度由喷水点后的蒸汽比容为导向进行调节，蒸汽比容由该位置的蒸汽压力、温度和流量计算确定。凝结水环管6上设置若干雾化喷嘴7，凝结水环管6通过凝结水支路与凝结水母管2相连通，凝结水环管6通过雾化喷嘴7与长输蒸汽管道1相连通。

本发明还公开了一种居民采暖供热领域的长输蒸汽管网压损的控制方法，包括以下步骤：

步骤1，测量长输蒸汽管道1起始端的蒸汽流量G₀、压力P₀和温度T₀，计算得到初始段蒸汽流速V₀；

步骤2，长输蒸汽管道1的管段，由长输蒸汽管道1的起始端计，第一段为第1蒸汽段，依次类推，最后一段为第n蒸汽段；第1蒸汽段处随着蒸汽流动及散热，产生蒸汽压降、温降和质量损失，测量喷水点后的蒸汽压力P₁和温度T₁，以及蒸汽流量G₁，其中G₁＝G₀+G_1j，G_1j为凝结水流量，以V₀＝V₁为基准，对第1蒸汽段的凝结水流量进行调整；

步骤3，以第1蒸汽段调整过程为例，依次调整其余蒸汽段的凝结水流量，使整个长输蒸汽管道1的蒸汽流速保持恒定，进而控制整个长输蒸汽管道1沿线压损恒定且为设计值。

本发明的结构原理：

自燃煤电厂汽源处的长输供汽管网起始端到用户需求侧的终端，人为将整个长输蒸汽管道1分为多个管段，高密度布置蒸汽压力、温度测点，将测量结果远传至供热管控中心进行数据监控及运行调整。

采暖领域内的蒸汽管网终端设置供热首站，在表面式换热器与热网循环水进行表面式换热，蒸汽凝结后的疏水经升压泵加压后，与蒸汽管网并行，通过凝结水回水母管回收至燃煤电厂，实现汽水质量平衡。在凝结水回水母管的各个管段设置阀门组，在各个蒸汽管段喷入凝结水，喷水量由喷水点后的蒸汽比容进行后置反馈调节。喷水调节阀开度由喷水点后的蒸汽比容为导向进行调节，蒸汽比容由该位置的蒸汽压力、温度和流量计算确定。凝结水系统以环管形式，在蒸汽管道均匀布置雾化喷嘴7点。凝结水系统在燃煤电厂内部由升压泵进行加压。

本发明设置有长输供汽管控平台，调整基准为整个蒸汽管网沿线的蒸汽流速保持恒定。

在长输蒸汽管网起始端，即就是燃煤发电机组抽汽处，设置有蒸汽流量、压力和温度测点，G₀、P₀和T₀，计算得到初始段蒸汽流速V₀。

在蒸汽管段1处，随着蒸汽流动及散热，产生蒸汽压降、温降和质量损失。减温喷水点后的蒸汽压力和温度分别为P₁、T₁，蒸汽流量为G₁，其中G₁＝G₀+G_1j，G_1j为凝结水流量，以V₀＝V₁为基准为基准，进行该管网段的凝结水流量调整。

依次类推，通过调整各个蒸汽管网的凝结水流量，可使整个蒸汽管网沿线的蒸汽流速保持恒定，进而控制整个蒸汽管网沿线压损恒定且为设计值。

本发明具有以下优点：

本发明中长输供汽管网凝结水回收。将长输蒸汽管网分为多个管段，高密度布置压力和温度测点，实时监控沿线各个位置的蒸汽比容。沿着长输蒸汽管网并行布置凝结水管线，在电厂内由升压泵加压，在各个蒸汽管段喷入凝结水，喷水量由喷水点后的蒸汽比容进行后置反馈调节。基于高密度监测及喷水减温以控制蒸汽流速恒定在初始值，进而控制整个蒸汽管网沿线压损在设计范围。本发明基于高密度蒸汽温度、压力和流量监测与计算，合理喷入凝结水，合理控制蒸汽温度，进而有效控制长输蒸汽管网蒸汽压损在设计区间，有利于拓宽蒸汽输送长度。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种居民采暖领域的长输蒸汽管网压损的控制系统，其特征在于，包括：

长输蒸汽管道(1)，所述长输蒸汽管道(1)包括多个蒸汽管段，每个蒸汽管段上均设置蒸汽压力测点(4)和蒸汽温度测点(5)；

凝结水管网，所述凝结水管网包括凝结水母管(2)、凝结水环管(6)以及多路凝结水支管，所述凝结水环管(6)套设于长输蒸汽管道(1)上；每路凝结水支管分别连接至长输蒸汽管道(1)上对应的管段上，每路凝结水支管上均设置凝结水流量测点(3)以及凝结水喷水阀门组，所述凝结水喷水阀门组的开度由喷水点后的蒸汽比容为导向进行调节，蒸汽比容由该位置的蒸汽压力、温度和流量计算确定；

供热首站，所述供热首站连接在长输蒸汽管道(1)的蒸汽输送终点，在表面式换热器与热网循环水进行表面式换热，凝结后的水经升压泵加压后，与长输蒸汽管网并行，通过凝结水回水母管回收至燃煤电厂，实现汽水质量平衡。

2.根据权利要求1所述的居民采暖领域的长输蒸汽管网压损的控制系统，其特征在于，所述凝结水环管(6)上设置若干雾化喷嘴(7)，凝结水环管(6)通过凝结水支路与凝结水母管(2)相连通，凝结水环管(6)通过雾化喷嘴(7)与长输蒸汽管道(1)相连通。

3.根据权利要求2所述的居民采暖领域的长输蒸汽管网压损的控制系统，其特征在于，所述长输蒸汽管道(1)上，每个蒸汽管段外侧的凝结水环管(6)上，周向均匀布置有至少5个雾化喷嘴(7)。

4.一种采用权利要求3所述控制系统的居民采暖领域的长输蒸汽管网压损的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，测量长输蒸汽管道(1)起始端的蒸汽流量G₀、压力P₀和温度T₀，计算得到初始段蒸汽流速V₀；

步骤2，长输蒸汽管道(1)的管段，由长输蒸汽管道(1)的起始端计，第一段为第1蒸汽段，依次类推，最后一段为第N蒸汽段；第1蒸汽段处随着蒸汽流动及散热，产生蒸汽压降、温降和质量损失，测量喷水点后的蒸汽压力P₁和温度T₁，以及蒸汽流量G₁，其中G₁＝G₀+G_1j，G_1j为作为减温用的凝结水流量，以V₀＝V₁为基准，对第1蒸汽段的凝结水流量进行调整；

步骤3，以第1蒸汽段调整过程为例，依次调整其余蒸汽段的凝结水流量，使整个长输蒸汽管道(1)的蒸汽流速保持恒定，进而控制整个长输蒸汽管道(1)沿线压损恒定且为设计值。

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