CN112856803A - 通过变传热面提高固体蓄热电锅炉负荷可调性方法及系统 - Google Patents

通过变传热面提高固体蓄热电锅炉负荷可调性方法及系统 Download PDF

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陈宁洁
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Abstract

本发明公开是关于一种通过变传热面提高固体蓄热电锅炉负荷可调性方法及系统，涉及供热设备技术领域，该方法包括以下步骤：步骤1：获取循环水进入竖直细支管的初始温度T0；步骤2：建立蓄热体与循环水管之间的数学模型，该数学模型为：n·Dh(TR‑T)dL＝qmcdT；步骤3：将步骤2中的数学模型进行积分获得公式：
Figure DDA0002902607390000011
步骤4：根据公式(2)分析换热的竖直细支管数量n，以及循环水流量qm便可对循环水的温度进行控制，即对固体蓄热电锅炉的负荷进行调控。本公开技术方案，通过对蓄热体板块的移动改变蓄热体与循环水管间的换热面积进而改变换热量。

Description

通过变传热面提高固体蓄热电锅炉负荷可调性方法及系统
技术领域
本发明公开涉及供热设备技术领域，尤其涉及一种通过变传热面提高固体蓄热电锅炉负荷可调性方法及系统。
背景技术
通常固体蓄热电锅炉的蓄热体是由镁砖搭建而成，在整个蓄热体上设有若干个纵向和横向贯穿的孔洞，可以利用低谷电进行蓄热；在供热时通过风机驱动固体蓄热电锅炉内部的空气，使空气从蓄热体孔洞中穿过并换热成为高温空气，之后高温空气掠过循环管将热量传递至循环水。因此固体蓄热电锅炉可以利用低谷电蓄热，在供热时将热能有序释放充分体现了其削峰填谷的优势。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本发明公开实施例提供了一种通过变传热面提高固体蓄热电锅炉负荷可调性方法及系统。所述技术方案如下：
根据本发明公开实施例的第一方面，提供一种通过变传热面提高固体蓄热电锅炉负荷可调性方法，该通过变传热面提高固体蓄热电锅炉负荷可调性方法包括以下步骤：
步骤1：获取循环水进入竖直细支管的初始温度T0
步骤2：建立蓄热体与循环水管之间的数学模型，该数学模型为：
n·Dh(TR-T)dL＝qmcdT (1)
其中，
n-进行换热的竖直细支管数量；D-竖直细支管内壁周长；h-竖直细支管内壁的对流换热系数；TR-蓄热体温度；T-循环水流出竖直细支管时温度；qm-循环水质量流量；c-循环水比热容；
步骤3：将步骤2中的数学模型进行积分获得公式：
Figure BDA0002902607370000021
其中，T0为循环水进如竖直细支管时温度,T为循环水流出竖直细支管时温度。
步骤4：根据公式(2)分析换热的竖直细支管数量n，以及循环水流量qm便可对循环水的温度进行控制，即对固体蓄热电锅炉的负荷进行调控。
在一个实施例中，所述步骤2：建立蓄热体与循环水管之间的数学模型中，在固体蓄热电锅炉工作时，热量由蓄热体至循环水过程中存在：蓄热体与循环管管壁之间的导热热阻，循环管管壁与循环水之间的对流热阻。其中对流热阻远大于导热热阻，因此在实际工程中忽略导热热阻，因此取循环水与循环管管壁之间的对流换热系数为总热阻。
在一个实施例中，所述步骤3公式：
Figure BDA0002902607370000022
其中，n-进行换热的竖直细支管数量；
D-竖直细支管内壁周长；
h-竖直细支管内壁的对流换热系数；
c-循环水比热容；
上述四个参数均为常数，因此将方程
Figure BDA0002902607370000023
N＝nA(4)带入公式(2)中，得到公式(4)
Figure BDA0002902607370000024
其中，N为循环水与蓄热体接触面积，A为竖直细支管内壁面积。
在一个实施例中，根据公式(5)可知：循环水与蓄热体接触面积N是对循环水质量流量T的影响因素，调节循环水与蓄热体接触面积N即可对固体蓄热电锅炉的负荷进行调控。
根据本发明公开实施例的第一方面，提供一种利用上述的一种通过变传热面提高固体蓄热电锅炉负荷可调性方法的控制系统，该系统包括：
水温获取模块，所述水温获取模块用于获取循环水进入竖直细支管的初始温度T0；
数学模型编计算模块，所述数学模型编计算模块用于建立蓄热体与循环水管之间的数学模型，该数学模型为：n·Dh(TR-T)dL＝qmcdT (1)
其中，
n-进行换热的竖直细支管数量；D-竖直细支管内壁周长；h-竖直细支管内壁的对流换热系数；TR-蓄热体温度；T-循环水流出竖直细支管时温度；qm-循环水质量流量；c-循环水比热容；
公式积分化模块，所述公式积分化模块用于将公式(1)进行积分获得公式：
Figure BDA0002902607370000031
将方程
Figure BDA0002902607370000032
N＝nA(4)带入公式(2)中，得到公式(4)
Figure BDA0002902607370000033
其中，N为循环水与蓄热体接触面积。
其中，T0为循环水进如竖直细支管时温度,T为循环水流出竖直细支管时温度；
数据分析模块，所述数据分析模块用于根据公式(2)分析循环水与蓄热体接触面积便可对循环水的温度进行控制，即对固体蓄热电锅炉的负荷进行调控。
根据本发明公开实施例的第一方面，提供一种利用上述的一种通过变传热面提高固体蓄热电锅炉负荷可调性方法调节固体蓄热电锅的负荷的操作方法，该操作方法包括以下步骤：
步骤1：设定循环水流出竖直细支管时温度T，设定蓄热体温度TR；
步骤2：根据公式：
Figure BDA0002902607370000034
确定循环水与蓄热体接触面积N的关系；
步骤3：定量改变循环水与蓄热体接触面积N。
本发明公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
1本发明使固体蓄热电锅炉内部的循环水管与蓄热体直接接触，使蓄热体与循环水直接换热避免了多级换热，增加了换热效率，以及取消了风机的使用减少了运行过程中的费用。
2本发明将蓄热体分为若干可移动板块，通过对蓄热体板块的移动改变蓄热体与循环水管的换热面积，当换热面积发生改变时蓄热体与循环水之间的换热量会相应改变，使固体蓄热电锅炉达到在运行中调节负荷的目的。
3本发明的固体蓄热电锅炉在运行过程中，通过监测循环水流量以及改变蓄热体与循环水管之间的面积，防止过大的换热量使得循环水汽化。减少了循环水汽化的可能，提高了固体蓄热电锅炉的安全性。
当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1是本发明所述一种通过变传热面提高固体蓄热电锅炉负荷可调性方法的步骤流程图；
图2是本发明所述发明固体蓄热电锅炉管道口正视图；
图3是本发明所述固体蓄热电锅炉管道口侧视图；
图4是图3的A-A剖面图；
图5是图3的B-B剖面图；
图6是图2的C-C剖面图；
附图标记：
1、循环水出水管 2、循环水进水管 3、保温外壳
4、安全阀 5、蓄热板块 6、轨道
7、泄水管 8、出水管支管 9、竖直细支管
10、进水管支管 11、轨道基础 11、滚轮
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
本发明公开实施例所提供的技术方案涉及一种通过变传热面提高固体蓄热电锅炉负荷可调性方法，尤其涉及供热设备技术领域。在相关技术中，然而传统的固体蓄热电锅炉，存在热量由蓄热体传递至空气，再由空气传递至循环水的多级换热过程，降低了换热效率及固体蓄热电锅炉的运行效率；而且由于空气的比热容较小，因此需要大量的空气才能满足换热需求，巨大的空气流量需要配备大功率风机增加了固体蓄热电锅炉的运行费用。基于此，本公开技术方案所提供的一种通过变传热面提高固体蓄热电锅炉负荷可调性方法，固体蓄热电锅炉的循环水管布置于蓄热体内部，与蓄热体直接接触，避免了多级换热提高了换热效率；当蓄热体与循环水管间接触面积改变时，蓄热体与循环水之间的换热量会相应发生改变，因此本发明的固体蓄热电锅炉可以通过改变换热面积进而改变蓄热体与循环水间的换热量来调节负荷；由于本发明中蓄热体与循环水直接换热其热流量远大于多级换热，因此循环水有可能出现汽化的问题，但可以通过对循环水流量的控制，避免了循环水出现汽化的问题。因此本发明的固体蓄热电锅炉通过变传热面达到了运行中调节负荷以及安全高效运行的目的。
图1示例性示出了本发明公开技术方案所提供的一种通过变传热面提高固体蓄热电锅炉负荷可调性方法的步骤流程图，根据图1可知，
步骤S01：获取循环水进入竖直细支管的初始温度T0
步骤S02：建立蓄热体与循环水管之间的数学模型，该数学模型为：
n·Dh(TR-T)dL＝qmcdT (1)
其中，
n-进行换热的竖直细支管数量；D-竖直细支管内壁周长；h-竖直细支管内壁的对流换热系数；TR-蓄热体温度；T-循环水流出竖直细支管时温度；qm-循环水质量流量；c-循环水比热容；
步骤S03：将步骤2中的数学模型进行积分获得公式：
Figure BDA0002902607370000051
其中，T0为循环水进如竖直细支管时温度,T为循环水流出竖直细支管时温度。
步骤S04：根据公式(2)分析换热的竖直细支管数量n，以及循环水流量qm便可对循环水的温度进行控制，即对固体蓄热电锅炉的负荷进行调控。
在一个实施例中，所述步骤2：建立蓄热体与循环水管之间的数学模型中，在固体蓄热电锅炉工作时，热量由蓄热体至循环水过程中存在：蓄热体与循环管管壁之间的导热热阻，循环管管壁与循环水之间的对流热阻。其中对流热阻远大于导热热阻，因此在实际工程中忽略导热热阻，因此取循环水与循环管管壁之间的对流换热系数为总热阻。
在一个实施例中，所述步骤3公式：
Figure BDA0002902607370000061
其中，n-进行换热的竖直细支管数量；
D-竖直细支管内壁周长；
h-竖直细支管内壁的对流换热系数；
c-循环水比热容；
上述四个参数均为常数，因此将方程
Figure BDA0002902607370000062
N＝nA(4)带入公式(2)中，得到公式(4)
Figure BDA0002902607370000063
其中，N为循环水与蓄热体接触面积，A为竖直细支管内壁面积。
在一个实施例中，根据公式(5)可知：循环水与蓄热体接触面积N是对循环水质量流量T的影响因素，调节循环水与蓄热体接触面积N即可对固体蓄热电锅炉的负荷进行调控。
实施例二：
根据本发明公开实施例的第一方面，提供一种利用上述的一种通过变传热面提高固体蓄热电锅炉负荷可调性方法的控制系统，该系统包括：
水温获取模块，所述水温获取模块用于获取循环水进入竖直细支管的初始温度T0；
数学模型编计算模块，所述数学模型编计算模块用于建立蓄热体与循环水管之间的数学模型，该数学模型为：n·Dh(TR-T)dL＝qmcdT (1)
其中，
n-进行换热的竖直细支管数量；D-竖直细支管内壁周长；h-竖直细支管内壁的对流换热系数；TR-蓄热体温度；T-循环水流出竖直细支管时温度；qm-循环水质量流量；c-循环水比热容；
公式积分化模块，所述公式积分化模块用于将公式(1)进行积分获得公式：
Figure BDA0002902607370000071
将方程
Figure BDA0002902607370000072
N＝nA(4)带入公式(2)中，得到公式(4)
Figure BDA0002902607370000073
其中，N为循环水与蓄热体接触面积。
其中，T0为循环水进如竖直细支管时温度,T为循环水流出竖直细支管时温度；
数据分析模块，所述数据分析模块用于根据公式(2)分析循环水与蓄热体接触面积便可对循环水的温度进行控制，即对固体蓄热电锅炉的负荷进行调控。
实施例三：
根据本发明公开实施例的第一方面，提供一种利用上述的一种通过变传热面提高固体蓄热电锅炉负荷可调性方法调节固体蓄热电锅的负荷的操作方法，该操作方法包括以下步骤：
步骤1：设定循环水流出竖直细支管时温度T，设定蓄热体温度TR；
步骤2：根据公式：
Figure BDA0002902607370000074
确定循环水与蓄热体接触面积N的关系；
步骤3：定量改变循环水与蓄热体接触面积N
实施例四，如图2至图6所示：
在固体蓄热电锅炉保温壳3下，将进水管2和出水管1布置于同侧使得蓄热体内部循环水能够进行充分换热；出水管由出口处向内部延伸至蓄热体对面，多组出水管支管8沿进水管延伸方向均匀布置，并且沿直线延伸越过蓄热体5，其尾端高于蓄热体板块5；在出水管支管8竖直向下的方向上开孔，且沿其延伸方向均匀开孔，在出水管上的开孔位置处焊接竖直细支管9，下方对应位置设置进水管支管，再将进水管支管10与进水管2相连，其中进水管2与进水管支管10均水平布置。换热的接触面积主要是由竖直细支管9与蓄热体5的接触面积构成。在进水管道上安装泄水管7，便于检修和锅炉停运时循环水的排放。在出水管道上设置连通管安装安全阀6，便于气体及时排出。在基础11上安装轨道，将移动式框架的滚轮12限制于轨道6内，根据需要移动蓄热体板块5改变与竖直细支管9的接触面积。
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，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，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种通过变传热面提高固体蓄热电锅炉负荷可调性方法，其特征在于，该通过变传热面提高固体蓄热电锅炉负荷可调性方法包括以下步骤：
步骤1：获取循环水进入竖直细支管的初始温度T0
步骤2：建立蓄热体与循环水管之间的数学模型，该数学模型为：
n·Dh(TR-T)dL＝qmcdT (1)
其中，
n-进行换热的竖直细支管数量；D-竖直细支管内壁周长；h-竖直细支管内壁的对流换热系数；TR-蓄热体温度；T-循环水流出竖直细支管时温度；qm-循环水质量流量；c-循环水比热容；
步骤3：将步骤2中的数学模型进行积分获得公式(2)：
Figure FDA0002902607360000011
其中，T0为循环水进如竖直细支管时温度,T为循环水流出竖直细支管时温度。
步骤4：根据公式(2)分析换热的竖直细支管数量n，以及循环水流量qm便可对循环水的温度进行控制，即对固体蓄热电锅炉的负荷进行调控。
2.根据权利要求1所述的一种通过变传热面提高固体蓄热电锅炉负荷可调性方法，其特征在于，所述步骤2：建立蓄热体与循环水管之间的数学模型中，在固体蓄热电锅炉工作时，热量由蓄热体至循环水过程中存在：蓄热体与循环管管壁之间的导热热阻，循环管管壁与循环水之间的对流热阻。其中对流热阻远大于导热热阻，因此在实际工程中忽略导热热阻，因此取循环水与循环管管壁之间的对流换热系数为总热阻。
3.根据权利要求1所述的一种通过变传热面提高固体蓄热电锅炉负荷可调性方法，其特征在于，所述步骤3公式：
Figure FDA0002902607360000012
其中，n-进行换热的竖直细支管数量；
D-竖直细支管内壁周长；
h-竖直细支管内壁的对流换热系数；
c-循环水比热容；
上述四个参数均为常数，因此将方程
Figure FDA0002902607360000021
N＝nA(4)带入公式(2)中，得到公式(4)
Figure FDA0002902607360000022
其中，N为循环水与蓄热体接触面积。
4.根据权利要求3所述的一种通过变传热面提高固体蓄热电锅炉负荷可调性方法，其特征在于，根据公式(5)可知：循环水与蓄热体接触面积N是对循环水质量流量T的影响因素，调节循环水与蓄热体接触面积N即可对固体蓄热电锅炉的负荷进行调控。
5.一种利用根据权利要求1-4任一所述的一种通过变传热面提高固体蓄热电锅炉负荷可调性方法的控制系统，其特征在于，该系统包括：
水温获取模块，所述水温获取模块用于获取循环水进入竖直细支管的初始温度T0；
数学模型编计算模块，所述数学模型编计算模块用于建立蓄热体与循环水管之间的数学模型，该数学模型为：n·Dh(TR-T)dL＝qmcdT (1)
其中，
n-进行换热的竖直细支管数量；D-竖直细支管内壁周长；h-竖直细支管内壁的对流换热系数；TR-蓄热体温度；T-循环水流出竖直细支管时温度；qm-循环水质量流量；c-循环水比热容；
公式积分化模块，所述公式积分化模块用于将公式(1)进行积分获得公式：
Figure FDA0002902607360000023
将方程
Figure FDA0002902607360000024
N＝nA(4)带入公式(2)中，得到公式(4)
Figure FDA0002902607360000025
其中，N为循环水与蓄热体接触面积，A为竖直细支管内壁面积。
其中，T0为循环水进如竖直细支管时温度,T为循环水流出竖直细支管时温度；
数据分析模块，所述数据分析模块用于根据公式(2)分析循环水与蓄热体接触面积便可对循环水的温度进行控制，即对固体蓄热电锅炉的负荷进行调控。
6.一种利用根据权利要求1-4任一所述的一种通过变传热面提高固体蓄热电锅炉负荷可调性方法调节固体蓄热电锅的负荷的操作方法，其特征在于，该操作方法包括以下步骤：
步骤1：设定循环水流出竖直细支管时温度T，设定蓄热体温度TR；
步骤2：根据公式：
Figure FDA0002902607360000031
确定循环水与蓄热体接触面积N的关系；
步骤3：定量改变循环水与蓄热体接触面积N。
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