本發(fā)明屬于多相流傳熱及水處理領(lǐng)域，具體涉及一種適用于氣、液熱源的多相流加熱控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、發(fā)電機廠在生產(chǎn)過程中，往往在軸封溢流、低溫省煤器、供熱疏水中產(chǎn)生不同溫度和體積的氣相熱源、液相熱源，這些熱源的熱能品質(zhì)相對較差，流量不穩(wěn)定，利用效率較低，通常被直接排放，不僅造成能源浪費，同時增加了環(huán)境的熱污染。

2、由于發(fā)電廠氣、液兩相余熱資源的獨特性質(zhì)，現(xiàn)有的加熱控制系統(tǒng)在能量轉(zhuǎn)換與高效利用方面面臨著顯著的局限性和挑戰(zhàn)。氣相熱源與液相熱源在溫度、壓力以及流量特性上存在著顯著的差異，這種差異為系統(tǒng)的設(shè)計與運行帶來了復(fù)雜性和不確定性。

3、在嘗試同時利用氣相和液相熱源的系統(tǒng)中，兩種相態(tài)流體的有效混合成為了一個至關(guān)重要的問題?；旌闲Ч粌H直接關(guān)聯(lián)到熱交換效率的高低，還可能引發(fā)一系列流動與傳熱方面的難題。例如，若混合不均勻，可能導(dǎo)致局部熱負荷過高或過低，進而影響整個系統(tǒng)的熱效率與穩(wěn)定性。此外，氣液兩相在混合過程中還可能出現(xiàn)流動不穩(wěn)定的現(xiàn)象，如渦旋、湍流等，這些都會增加系統(tǒng)的能耗與磨損。

4、更為嚴重的是，如果混合策略不當，還可能導(dǎo)致相分離或氣液堵塞等問題的發(fā)生。相分離會降低熱源的利用率，而氣液堵塞則可能直接威脅到系統(tǒng)的安全運行，甚至導(dǎo)致設(shè)備的損壞。特別是在高溫高壓的極端環(huán)境下，氣、液相的混合不當還可能引發(fā)更為嚴重的安全事故，如泄露、爆炸等，這些都將對人員安全、環(huán)境保護以及發(fā)電廠的持續(xù)運營構(gòu)成巨大威脅。

5、因此，如何設(shè)計并實現(xiàn)一種高效、穩(wěn)定且安全的氣液兩相混合策略，成為了當前發(fā)電廠余熱資源利用領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵問題。這不僅需要深入研究氣液兩相的流動與傳熱機理，還需要開發(fā)先進的控制算法與監(jiān)測技術(shù)，以確保系統(tǒng)在各種工況下都能保持最佳的混合效果與運行穩(wěn)定性。同時，加強安全防護措施，提高系統(tǒng)的容錯與應(yīng)急處理能力，也是確保余熱資源高效、安全利用不可或缺的一環(huán)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的氣相和液相兩種相態(tài)的流體熱源品質(zhì)較差，氣相熱源、液相熱源溫度、流量不穩(wěn)定，導(dǎo)致混合效果差的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供了一種適用于氣、液熱源的多相流加熱控制系統(tǒng)及方法，旨在提高氣液兩相熱源的利用效率，同時確保操作安全。該方法實現(xiàn)了氣液兩相流體的精確混合與溫度控制，有效避免了相分離和堵塞問題，防止高溫高壓環(huán)境下的潛在風險，確保了能源的高效利用與環(huán)境保護的雙重目標。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種適用于氣、液熱源的多相流加熱控制方法，包括以下步驟：

4、測量氣相熱源的質(zhì)量流量與液相熱源的質(zhì)量流量，計算混合流體的平均質(zhì)量流量；

5、測量氣相熱源的體積流量液相熱源的體積流量計算混合加熱器內(nèi)氣相熱源、液相熱源在混合物中的體積分數(shù)；

6、測量氣相熱源的體積流量粘度與液相熱源的體積流量粘度，計算有效粘度；

7、根據(jù)有效粘度計算加熱器內(nèi)多相流雷諾數(shù)，并判斷加熱器內(nèi)氣相熱源、液相熱源混合狀態(tài)；若不是層流狀態(tài)，則調(diào)節(jié)氣相熱源與液相熱源的實時流量。

8、本發(fā)明進一步的改進在于，混合流體的平均質(zhì)量流量通過以下公式計算：

9、（1-2）

10、式中：

11、——氣相質(zhì)量流量，kg/s；

12、——氣相質(zhì)量流量，kg/s。

13、本發(fā)明進一步的改進在于，液相在混合物中的體積分數(shù)通過下式計算：

14、（1-4）

15、式中：

16、——是液相體積流量，m3/s；

17、——是氣相體積流量，m3/s；

18、氣相在混合物中的體積分數(shù)通過下式計算：

19、（1-5）。

20、本發(fā)明進一步的改進在于，有效粘度通過下式計算：

21、（1-3）

22、式中：

23、——是液相在混合物中的體積分數(shù)，%；

24、——是氣相在混合物中的體積分數(shù)，%；

25、——是液相的動態(tài)粘度，pa·s；

26、——是氣相的動態(tài)粘度，pa·s。

27、本發(fā)明進一步的改進在于，若雷諾數(shù)re≥2000，則調(diào)節(jié)氣相熱源與液相熱源的實時流量，使氣相熱源、液相熱源處于層流狀態(tài)，其中，若re＜2000，則氣相熱源與液相熱源處于層流狀態(tài)。

28、本發(fā)明進一步的改進在于，雷諾數(shù)通過下式計算：

29、（1-1）

30、式中：

31、ρ——流體的密度，kg/m3；

32、v——管道內(nèi)的平均流速，m/s；

33、d——管道的特征長度，m；

34、μ——流體的動態(tài)粘度，pa·s；

35、re——雷諾數(shù)。

36、本發(fā)明進一步的改進在于，還包括以下步驟：當加熱器出水溫度在設(shè)定范圍內(nèi)時，系統(tǒng)保持正常運行，當加熱器出水溫度超出設(shè)定范圍，則進入預(yù)警狀態(tài)，并調(diào)整蒸汽或熱水的流量，將溫度恢復(fù)到正常范圍；如果調(diào)整蒸汽或熱水的流量溫度未恢復(fù)到正常范圍，或溫度超出設(shè)定的安全極限，則報警。

37、適用于氣、液熱源的多相流加熱控制系統(tǒng)，多相流加熱系統(tǒng)包括與加熱器相連的熱水進水管路，蒸汽進氣管路與回水管路，控制系統(tǒng)包括：

38、依次設(shè)置在熱水進水管路上的第一在線溫度計、第一在線體積流量計、第一在線質(zhì)量流量計與第一在線粘度計；以及

39、依次設(shè)置在蒸汽進氣管路上的第二在線粘度計、第二在線質(zhì)量流量計與第二在線體積流量計。

40、本發(fā)明進一步的改進在于，熱水進水管路上還設(shè)置有第一截止閥，第一手動蝶閥、第一電動調(diào)節(jié)閥與第二手動蝶閥。

41、本發(fā)明進一步的改進在于，蒸汽進氣管路上還設(shè)置有第二在線溫度計、第二截止閥、第二電動調(diào)節(jié)閥、第三截止閥與撓性接頭，蒸汽進氣管路與加熱器通過撓性接頭連接；

42、回水管路上設(shè)有手動蝶閥，加熱器出水管路上設(shè)有第三在線溫度計。

43、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果如下：

44、本發(fā)明通過回收發(fā)電廠軸封溢流、低溫省煤器與供熱疏水中廢棄氣、液兩相余熱熱源，將原本排放余熱進行二次利用，極大提高發(fā)電廠能源利用效率，同時針對氣、液相余熱資源利用過程中出現(xiàn)的溫度、流量不穩(wěn)定現(xiàn)象，通過獲取質(zhì)量、體積流量、粘度、溫度的數(shù)據(jù)，加熱器內(nèi)多相流雷諾數(shù)，并判斷加熱器內(nèi)氣相熱源、液相熱源混合狀態(tài)；若不是層流狀態(tài)，則調(diào)節(jié)氣相熱源與液相熱源的實時流量，從而實現(xiàn)調(diào)節(jié)加熱裝置內(nèi)氣相熱源、液相熱源分布，有效避免了由于混合效果差，從而引起的熱效率下降問題，顯著提升了設(shè)備運行的可靠性，為操作人員提供了更為堅實的安全保障。

45、進一步的，通過設(shè)置第一在線溫度計、第一在線體積流量計、第一在線質(zhì)量流量計與第一在線粘度計；以及第二在線粘度計、第二在線質(zhì)量流量計與第二在線體積流量計，能夠?qū)囟?、流量與粘度等參數(shù)進行測量，根據(jù)這些參數(shù)判斷最終的雷諾數(shù)，使得方法更直接，簡單，易于實現(xiàn)。