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自动控制喷射式换热器在供热系统中的应用点击：1940 日期：[ 2014-04-26 21:14:28 ] |
| 自动控制喷射式换热器在供热系统中的应用 大连海洋大学食品工程学院 张琨 大连应达节能技术有限公司 蔡志广 中国人民解放军91550部队营房科 贺翔 【摘要】喷射式换热器通过汽水直接换热，与表面式换热器相比具有热能利用率较高、具有升压功能等特点。与之配套的自动控制系统降低了现场工人的操作强度，实现了喷射式换热器设备启停的自动化，运行工况的最优化。通过一个供暖期的使用，该套设备可为用户节约可观的经济效益。 【关键词】喷射式换热器 自动 控制供热 节能 在蒸汽供热的采暖系统中，供热过程是利用蒸汽锅炉生产出蒸汽，或由热电厂供给蒸汽，然后通过换热器进行汽—水换热和水—水换热，制取高温热水后送入热网，以输送热水的方式供用户采暖。对于这种供热方式，汽—水换热器就成为制备热水的关键设备。传统的汽—水换热方式多采用表面式间接换热，以采用板式汽—水换热器或管式汽—水换热器作为加热水的换热设备者居多。但是，喷射式换热器与表面式汽—水换热器相比较，具有更大的使用优势。 1．喷射式换热器 喷射式换热器是射流技术在传热领域的应用。它是通过汽、水亮相流体的直接混合来生产热水的设备。喷射式换热器具有转换效率高，体积小，噪音低，安装简单，运行可靠，投资少（在相同供热能力的条件下，喷射式换热器的造价仅为管式换热器的1/5）等优点。大量实践证明，它的使用性能在多方面超过传统的表面式换热器。喷射器换热器除了上述优点以外，还具有节能的作用［1］。 喷射式换热器按照驱动介质不同分为射水带汽式和射汽带水式两种［2］。射水带汽式是指谁通过喷嘴射流，蒸汽作为被引射流体；射汽带水式是指蒸汽通过喷嘴射流，水作为被引射流体。在热水供暖系统中采用射水带汽喷射式换热器可以代替表面式换热器，利用水的引射作用与蒸汽直接混合，热能利用率相对较高，但换热器出口不具有升压作用。而射汽带水喷射式换热器具有升压作用，不仅可以代替表面式汽水换热器，还可以代替循环水泵，起到节煤、节电、节省设备投资等作用［3］。 1.1射汽带水喷射式换热器的工作原理［4］ 当蒸汽通过喷射式换热器的喷嘴时，受几何尺寸的影响压力降低，流速增加，在喷嘴的出口处形成低压区。由于压差的存在，回水被引射进入喷射式换热器内，与蒸汽进行混合，蒸汽在水中凝结放热，汽、水之间进行能量、动量和质量的交换，然后汽水混合物进入混合室进一步均匀混合形成单相热水，最后在扩压室内热水的流速降低，压力升高，完成加热水的过程。 由于在喷射式换热器内汽水直接混合，加热器的散热损失很小，可以忽略不计，故可认为其热能利用率为100%。而对于表面式汽水换热器，假设疏水器的热损失按5%计算，凝结水全部回收利用，则其能源利用率通常为75~80%［2］。 1.2喷射式换热器的局限 射汽带水喷射式换热器适用于一切以蒸汽做为热媒介质的换热工况，并具有升压功能，从而可以节省循环泵所消耗的大量电能，这是其相比表面式换热器特有的优点。但射汽带水喷射式换热器也有自身适用的工作条件。比如，工作蒸汽的压力不能过低（工作蒸汽压力以不低于0.2MPa以宜），流量需要稳定，设备启停程序相对复杂等。其中，蒸汽的压力和流量与蒸汽来源有关，受生产工艺的制约。但喷射式换热器的启停工作方式相比表面式换热器复杂，运行过程中需要调整工作蒸汽的压力，这就增加了现场操作工人的劳动强度，也成为影响喷射式换热器推广使用的一个瓶颈。为了降低现场工人的操作强度，使喷射式换热器更容易操作和接受，我们在实际运行中加装自动控制系统，实现喷射式换热器设备启停的自动化，运行工况的最优化。 2．自控系统应用于喷射式换热器 喷射式换热器不同于传统的换热器设备，其工作原理及工艺流程有其特殊的要求，尤其在换热启动、启动失败、启动保护、运行保护、低压运行切换等工况下，对于自动控制系统有特殊的控制算法及策略要求［5］。自控系统采用3组PID控制回路，分别对于换热器启动控制、正常换热温度调节、供热循环泵变频控制等三路进行PID算法控制。自控系统原理图如下： PCD系统通过对于高效换热器设备启动压力检测，控制放水阀和蒸汽阀，平稳启动高效换热系统运行。 正常运行后，系统通过对于供水温度检测，调节蒸汽阀开度，使之供水温度达到设定值；控制元件是换热器一次进蒸汽口的控制阀，该阀门控制换热器的一次供汽量。将二次侧预设定温度作为给定值，测量温度值作为反馈值，阀门的开度作为输出值，采用智能PID算法，保证二次供水温度的恒定。 传统换热站水泵电机直接接市电一直以工频运行，泵的输出流量也就无法随着供暖负荷的变化而变化，而是始终保持恒定的流量。自控系统通过实时检测供回水的温度、压力参数，根据管网负荷大小，控制变频器适时适量地控制循环泵电机的转速，调节循环泵的输出流量，满足供暖负荷要求，使电机在整个负荷和变化过程当中的能量消耗降到最小程度。应用变频器还能提高系统的功率因数，减少电机的无功损耗，并提高供电效率和供电质量，达到稳定供热质量，节约供热电能消耗。 此外系统运行过程中，管网失水是不可避免的，因此需要控制补水泵的补水量以及开关泄水阀以保证系统的稳定运行。 对于以上的所有监控参数，利用PCD工业控制器的多回路PID控制功能，调节控制整个换热站系统提高效率，节约能源，实现自动化控制。所有报警信息可以通过短信、邮件等方式发给经过设定的远程监控工作人员；现场设置了7”吋触摸屏，利于工作人员到达现场时直接操控系统；远程可以上网的计算机设备，不需要安装任何专门软件，只要有正确的密码，即可浏览操作换热站的设备，从而降低工作人员劳动强度和费用。 3．工程实例 大连某供热站以蒸汽做为热媒，原采用汽—水换热器为3.7万平方米的小区居民用户冬季供暖。现供热站改造使用装有自控系统的喷射式换热器。 在保证原有供暖效果的前提下，一个供暖期内为企业节省蒸汽970吨，节电60000kWh，节约高温蒸馏水1000余吨，合计节约能源成本214680元。在为企业节省资金的同时，一个供暖期（以136天为例）还为社会节约181.66吨标煤，减少排放二氧化碳475949.2kg，二氧化硫1544.11kg，氮氧化物1344.284kg，取得良好的社会效益和环境收益。 4．结论 喷射式换热器通过汽水直接换热，与表面式换热器相比热能利用率较高、具有升压功能等特点。在供暖系统中使用喷射式换热器，可为用户节约蒸汽、电能、高温蒸馏水等能源成本。 自动控制系统在喷射式换热器上的使用，降低了现场工人的操作强度，实现了喷射式换热器设备启停的自动化，运行工况的最优化。实践表明，在供暖系统中采用自动控制系统的喷射式换热器可为用户节约可观的经济效益和社会效益。 参考文献 ［1］陆宏圻.喷射技术理论及应用［M］.武汉：武汉大学出版社，2004 ［2］高阳.喷射式混合加热器在供热系统中的应用与节能［J］.节能环保技术，2006，8 ［3］贺平，孙刚.供热工程［M］.北京：中国建筑工业出版社，1993 ［4］G.Cattadoti，L.Galbiati，L.Mazzocchi，P.Vanini.A single-stage high pressure steam injector for nextgeneration reactors：test results and analysis.International Journal of Multiphase Flow［J］， 1995（21）4：591-606 ［5］黄坚.自动控制原理及其应用［M］.北京：高等教育出版社，2009 |
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