本發(fā)明涉及一種換熱站優(yōu)化運(yùn)行方法，涉及集中供熱系統(tǒng)換熱站的調(diào)控運(yùn)行技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

集中供熱是指集中熱源所生產(chǎn)的蒸汽、熱水通過管網(wǎng)供給生產(chǎn)和生活所需熱量。我國北方住宅冬季供暖系統(tǒng)多采用以熱電聯(lián)產(chǎn)或鍋爐房為熱源的集中供熱系統(tǒng)。供熱系統(tǒng)節(jié)能主要體現(xiàn)在熱源、供熱管網(wǎng)和熱用戶系統(tǒng)三部分。目前供熱管網(wǎng)節(jié)能措施主要集中在管網(wǎng)水力平衡、管道保溫、減少漏水、合理調(diào)節(jié)和控制循環(huán)水泵耗電輸熱比等方面。換熱站作為供熱管網(wǎng)的重要組成部分，節(jié)能作用日益突顯。換熱站采取相應(yīng)措施優(yōu)化配置和運(yùn)行，可以減少熱能消耗，提高熱能使用率，有助于提高供熱系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能效益。

目前，很多熱力公司面臨的主要問題是隨著新建住宅的不斷開發(fā)，用熱需求持續(xù)增長，集中熱源例如電廠因亦兼顧發(fā)電需求，不可能無限制地提供蒸汽或熱水來滿足用戶需求。依托現(xiàn)有的一、二次供熱管網(wǎng)配置,挖掘換熱站供熱潛能，提升現(xiàn)有各換熱站供熱能力是供熱節(jié)能的有效途徑,換熱站優(yōu)化運(yùn)行勢(shì)在必行。目前集中供熱系統(tǒng)換熱站內(nèi)板式換熱機(jī)組大都在一、二次側(cè)管路均并聯(lián)運(yùn)行，一次網(wǎng)回水溫度較高。因此如何有效降低換熱站一次網(wǎng)回水溫度，是實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)管網(wǎng)節(jié)能、提升現(xiàn)有管網(wǎng)供熱能力的關(guān)鍵。

工程中常采用增加單臺(tái)板式換熱機(jī)組換熱面積的做法，可以一定程度降低換熱站一次網(wǎng)回水溫度，該方法相對(duì)簡單，但是卻以降低換熱器總體傳熱系數(shù)為代價(jià)換取一次網(wǎng)回水溫度的降低進(jìn)而提高供熱能力，從盡可能發(fā)揮換熱器換熱效能的角度出發(fā)該方法并不可取。本發(fā)明提出換熱站內(nèi)采用兩臺(tái)板式換熱機(jī)組一次側(cè)管路串聯(lián)方式運(yùn)行，來降低一次網(wǎng)回水溫度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種降低一次網(wǎng)回水溫度的換熱站運(yùn)行方法，實(shí)現(xiàn)供熱節(jié)能及提升現(xiàn)有換熱站供熱能力。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是：

一種降低一次網(wǎng)回水溫度的換熱站運(yùn)行方法，所述方法的實(shí)現(xiàn)過程為：

步驟一、將高溫機(jī)組a和低溫機(jī)組b進(jìn)行串聯(lián)

根據(jù)換熱站內(nèi)兩個(gè)機(jī)組二次側(cè)進(jìn)出口水溫，將二次網(wǎng)回水溫度低的機(jī)組作為低溫機(jī)組b，另一個(gè)為高溫機(jī)組a；將換熱站內(nèi)的高溫機(jī)組a和低溫機(jī)組b進(jìn)行串聯(lián)；

串聯(lián)后，a、b兩機(jī)組一次側(cè)串聯(lián)工作，二次側(cè)仍并聯(lián)T_1g＝T_1ag，

假定串聯(lián)后一次網(wǎng)低溫機(jī)組b回水溫度T_1h’，二次側(cè)供熱量Q_a和Q_b不變，優(yōu)化以后，發(fā)生變化的參數(shù)都帶上腳標(biāo)“’”；

Q_a＝G_2aρC_p(T_2ag-T_2ah)Q_b＝G_2bρC_p(T_2bg-T_2bh)Q＝Q_a+Q_b

T’_1ah＝T’_1bg

一次網(wǎng)總流量為：

一次網(wǎng)高溫回水溫度為:

步驟二、確定高溫機(jī)組a所需換熱面積，計(jì)算過程為：

高溫機(jī)組a串聯(lián)后換熱溫差：

高溫機(jī)組a串聯(lián)后換熱面積：

步驟三、確定低溫機(jī)組b所需換熱面積

低溫機(jī)組b串聯(lián)后換熱溫差：

低溫機(jī)組b串聯(lián)后換熱面積：

步驟四、優(yōu)化后兩機(jī)組總換熱面積F'＝F’_a+F'_b；

步驟五、確定流量變化，如下式：

一次網(wǎng)流量變化：

步驟六、實(shí)際串聯(lián)過程中，高溫機(jī)組a面積未變，實(shí)行高溫機(jī)組a一次網(wǎng)回水和一次網(wǎng)供水混合，通過控制二次網(wǎng)供水溫度滿足用熱需求。

上式中：

Q──換熱器的換熱量；一次網(wǎng)側(cè)的放熱量；二次網(wǎng)側(cè)的吸熱量即熱用戶用熱量，W

K──換熱器的傳熱系數(shù)，W/m²·℃；

F──換熱器的傳熱面積，m²；

△T_m──換熱器內(nèi)熱水平均溫度，℃；

T_1g──一次網(wǎng)側(cè)供水溫度，℃；

T_2g──二次網(wǎng)側(cè)供水溫度，℃；

T_1h──一次網(wǎng)側(cè)回水溫度，℃；

T_2h──二次網(wǎng)側(cè)回水溫度，℃；

G₁──換熱器一次網(wǎng)側(cè)流量，m³/h；

G₂──換熱器二次網(wǎng)側(cè)流量，m³/h；

ρ──熱水的密度，kg/m³；

C_p──熱水的定壓比熱，J/kg·K。

一次側(cè)參數(shù)用下標(biāo)1表示，二次側(cè)參數(shù)用下標(biāo)2表示；供水溫度用下標(biāo)g表示，回水溫度用下標(biāo)h表示；△T_m代表對(duì)數(shù)平均溫差；換熱器總換熱面積用F表示，換熱器總質(zhì)量流量用G表示；現(xiàn)有換熱站或換熱機(jī)組的各種變量均無上標(biāo)，優(yōu)化后的各種變量用上標(biāo)’表示；優(yōu)化后換熱機(jī)組a一次側(cè)供水溫度用T'_1ag表示。

利用所述方法進(jìn)行換熱站優(yōu)化運(yùn)行調(diào)整，其過程為：

計(jì)算換熱站內(nèi)待選高溫機(jī)組a、低溫機(jī)組b所需換熱量Q_a,Q_b，設(shè)定串聯(lián)機(jī)組一次網(wǎng)回水溫度T’_1h，計(jì)算串聯(lián)優(yōu)化后一次網(wǎng)總流量和高溫機(jī)組一次網(wǎng)側(cè)回水溫度G₁',T_1ah'，分別得出高溫機(jī)組a和低溫機(jī)組b所需的優(yōu)化后總換熱面積F′＝F′_a+F′_b，根據(jù)串聯(lián)優(yōu)化指數(shù)的大小，尋求優(yōu)化指數(shù)最大的換熱站內(nèi)兩個(gè)串聯(lián)機(jī)組的最優(yōu)組合；然后進(jìn)行傳熱系數(shù)修正。

一種實(shí)現(xiàn)所述方法的換熱機(jī)組，所述換熱機(jī)組中的機(jī)組單元包含兩個(gè)機(jī)組且采用串聯(lián)方式，所述換熱機(jī)組采用并聯(lián)機(jī)組來改造，兩個(gè)機(jī)組包括高溫機(jī)組a和低溫機(jī)組b；高溫機(jī)組a換熱面積未變，在高溫機(jī)組a一次網(wǎng)回水處設(shè)置閥門，利用新增管道通入低溫機(jī)組b一次網(wǎng)入口；為保證二次網(wǎng)負(fù)荷，在低溫機(jī)組b一次網(wǎng)入口處，實(shí)行高溫機(jī)組a一次網(wǎng)回水和一次網(wǎng)供水混合，通過控制二次網(wǎng)供水溫度滿足用熱需求。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明方法的利用，可實(shí)現(xiàn)在集中供熱系統(tǒng)換熱站內(nèi)，針對(duì)多臺(tái)板式換熱機(jī)組采取適宜的并聯(lián)、串聯(lián)組合運(yùn)行優(yōu)化方案，通過優(yōu)化計(jì)算分析調(diào)整換熱面積，改造現(xiàn)有管路系統(tǒng)，提升換熱器總體傳熱效能，可有效降低換熱站一次網(wǎng)回水溫度。當(dāng)采用本發(fā)明的一種降低一次網(wǎng)回水溫度的換熱站運(yùn)行方法，可以顯著提升換熱站的供熱能力。

本發(fā)明通過優(yōu)化高、低溫兩換熱機(jī)組的換熱面積并在一次側(cè)采用管路串聯(lián)方式，同時(shí)高溫機(jī)組一次網(wǎng)側(cè)回水和換熱站一次網(wǎng)供水混合作為低溫機(jī)組一次網(wǎng)側(cè)供水，通過控制二次網(wǎng)供水溫度分別滿足兩個(gè)機(jī)組二次網(wǎng)側(cè)供熱需求，達(dá)到降低一次網(wǎng)總回水溫度的目的。在供熱期間可根據(jù)供熱調(diào)節(jié)需要，隨時(shí)實(shí)現(xiàn)一次側(cè)管路串、并聯(lián)的切換，方便調(diào)控，最終能實(shí)現(xiàn)換熱站優(yōu)化運(yùn)行調(diào)整。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有的供熱系統(tǒng)換熱站中兩個(gè)板式換熱器機(jī)組單元在一次側(cè)采用并聯(lián)方式的示意圖(換熱機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行示意圖)：優(yōu)化前機(jī)組并聯(lián)，即優(yōu)化前一次側(cè)兩機(jī)組管路并聯(lián)，圖2是優(yōu)化的供熱系統(tǒng)換熱站中兩個(gè)機(jī)組單元在一次側(cè)采用管路串聯(lián)方式的示意圖(換熱機(jī)組串聯(lián)運(yùn)行示意圖)：優(yōu)化后機(jī)組串聯(lián)，即優(yōu)化后一次側(cè)兩機(jī)組管路串聯(lián)，本發(fā)明方法是基于一次側(cè)換熱機(jī)組管路串聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)的。圖3是板式換熱機(jī)組串聯(lián)優(yōu)化框圖，圖4是換熱機(jī)組實(shí)際優(yōu)化示意圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：如圖1和圖2所示，本實(shí)施方式針對(duì)一種降低一次網(wǎng)回水溫度的換熱站運(yùn)行方法的實(shí)現(xiàn)，進(jìn)行如下闡述：

該方法中換熱器串聯(lián)優(yōu)化理論計(jì)算步驟與實(shí)際運(yùn)行調(diào)整內(nèi)容如下。

下文中用到的各種變量及其上標(biāo)或下標(biāo)命名規(guī)則如下：

1)不同換熱機(jī)組用小寫英文字母命名，如a，b，c，d等；

2)一次側(cè)參數(shù)用下標(biāo)1表示，二次側(cè)參數(shù)用下標(biāo)2表示；

3)供水溫度用下標(biāo)g表示，回水溫度用下標(biāo)h表示；

4)△T_m代表換熱器對(duì)數(shù)平均溫差；

5)換熱器總換熱面積用F表示，換熱器總質(zhì)量流量用G表示；

6)現(xiàn)有換熱站或換熱機(jī)組的各種變量均無上標(biāo)，優(yōu)化后的各種變量用上標(biāo)’表示。

如現(xiàn)有換熱機(jī)組a一次側(cè)供水溫度用T_1ag表示，優(yōu)化后換熱機(jī)組a一次側(cè)供水溫度用T'_1ag表示。

換熱器基本計(jì)算原理

Q＝KF△T_m＝G₁ρC_p(T_1g-T_1h)＝G₂ρC_p(T_2g-T_2h)

△T_g＝T_1g-T_2g △T_h＝T_1h-T_2h

式中：Q──換熱器的換熱量；理論上一次網(wǎng)側(cè)的供熱量等于二次網(wǎng)側(cè)的供熱量即熱用戶用熱量，W

K──換熱器的傳熱系數(shù)，W/m²·℃；

F──換熱器的傳熱面積，m²；

△T_m──換熱器內(nèi)熱水對(duì)數(shù)平均溫差，℃；

T_1g──一次網(wǎng)側(cè)供水溫度，℃；

T_2g──二次網(wǎng)側(cè)供水溫度，℃；

T_1h──一次網(wǎng)側(cè)回水溫度，℃；

T_2h──二次網(wǎng)側(cè)回水溫度，℃；

G₁──換熱器一次網(wǎng)側(cè)體積流量，m³/h；

G₂──換熱器二次網(wǎng)側(cè)體積流量，m³/h；

ρ──熱水的密度，kg/m³；

C_p──熱水的定壓比熱，J/kg·K。

1.板式換熱器串聯(lián)優(yōu)化理論

假定換熱器串聯(lián)優(yōu)化過程中傳熱系數(shù)變化不大，比值為1；假定熱水密度、定壓比熱

不變。

1)板式換熱機(jī)組

根據(jù)現(xiàn)有換熱站內(nèi)兩個(gè)機(jī)組二次側(cè)進(jìn)出口水溫，將二次網(wǎng)回水溫度低的機(jī)組作為低溫機(jī)組b，另一機(jī)組為高溫機(jī)組a。

優(yōu)化前，a、b兩機(jī)組一次側(cè)并聯(lián)工作，T_1g＝T_1ag＝T_1bg

優(yōu)化后，a、b兩機(jī)組一次側(cè)串聯(lián)工作，二次側(cè)仍并聯(lián)，T_1g＝T_1ag

首先設(shè)定串聯(lián)后一次網(wǎng)低溫段回水溫度T_1h’，二次側(cè)供熱量Q_a和Q_b不變。優(yōu)化以后，發(fā)生變化的參數(shù)都帶上腳標(biāo)“’”

Q_a＝G_2aρC_p(T_2ag-T_2ah)，Q_b＝G_2bρC_p(T_2bg-T_2bh)，Q＝Q_a+Q_b

T’_1ah＝T’_1bg

優(yōu)化后一次網(wǎng)總流量：

優(yōu)化后一次網(wǎng)高溫機(jī)組回水溫度:

2)高溫機(jī)組a所需換熱面積

高溫機(jī)組a原換熱溫差：

串聯(lián)后高溫機(jī)組a換熱溫差：

高溫機(jī)組a原換熱面積：

串聯(lián)后高溫機(jī)組a換熱面積：

通過對(duì)傳熱系數(shù)和對(duì)數(shù)平均溫差的分析，串聯(lián)優(yōu)化后，高溫機(jī)組a換熱面積理論上是減少的。

3)低溫機(jī)組b所需換熱面積

低溫機(jī)組b原換熱溫差：

串聯(lián)后低溫機(jī)組b換熱溫差：

低溫機(jī)組b原換熱面積：

串聯(lián)后低溫機(jī)組b換熱面積：

通過對(duì)傳熱系數(shù)和對(duì)數(shù)平均溫差的分析，串聯(lián)優(yōu)化后，低溫段機(jī)組b換熱面積理論上是增加的。

4)串聯(lián)優(yōu)化后兩機(jī)組總換熱面積F'＝F'_a+F'_b

優(yōu)化前的換熱面積：F＝F_a+F_b

5)優(yōu)化前后的總流量變化

一次網(wǎng)流量變化：

從上面計(jì)算可知，兩機(jī)組串聯(lián)后增加換熱面積為F'-F，經(jīng)過一定機(jī)組換熱面積優(yōu)化，可以降低換熱站一次網(wǎng)回水溫度T_1h，減少一次網(wǎng)流量。

6)串聯(lián)優(yōu)化框圖

根據(jù)現(xiàn)有換熱站換熱機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)，按照板式換熱器串聯(lián)優(yōu)化框圖(見附圖3)編制換熱機(jī)組串聯(lián)運(yùn)行理論計(jì)算所需的計(jì)算相關(guān)程序，根據(jù)優(yōu)化指數(shù)得出優(yōu)化方案，對(duì)兩個(gè)機(jī)組串聯(lián)優(yōu)化前后傳熱系數(shù)比值的變化進(jìn)行了合理的分析和設(shè)定，得出機(jī)組串聯(lián)優(yōu)化后的整體換熱面積變化值及一次網(wǎng)流量減少值，在此理論計(jì)算基礎(chǔ)上進(jìn)行換熱站機(jī)組的相關(guān)換熱面積調(diào)整。

2、理論優(yōu)化基礎(chǔ)上的實(shí)際運(yùn)行方案

為了保障二次網(wǎng)側(cè)熱用戶供熱質(zhì)量(溫度，流量)不變，換熱站運(yùn)行可控安全，換熱站實(shí)際優(yōu)化運(yùn)行在上述理論計(jì)算的基礎(chǔ)上可做相應(yīng)調(diào)整。實(shí)際換熱機(jī)組一次側(cè)管路并聯(lián)改串聯(lián)過程中，高溫機(jī)組a面積維持不變，為保證二次網(wǎng)負(fù)荷，在低溫機(jī)組b一次網(wǎng)入口處，將高溫機(jī)組a一次網(wǎng)回水和換熱站一次網(wǎng)供水混合，通過控制二次網(wǎng)供水溫度滿足用熱需求。供熱期間可根據(jù)供熱調(diào)節(jié)及維護(hù)需要，隨時(shí)實(shí)現(xiàn)串、并聯(lián)的切換，保證運(yùn)行可靠。(見附圖4)

設(shè)定串聯(lián)后低溫機(jī)組一次網(wǎng)實(shí)際回水溫度T_1h’

一次網(wǎng)總流量：

實(shí)際上為滿足二次網(wǎng)用戶供熱溫度控制需求，高溫段機(jī)組a一次網(wǎng)流量并不是G₁’而是G_1a’，這樣，進(jìn)入低溫段機(jī)組b的一次網(wǎng)混水流量為G₁’-G_1a’，低溫機(jī)組b入口的一次側(cè)總流量和溫度(混合后)與原理論優(yōu)化值是一樣的。

高溫機(jī)組a一次側(cè)實(shí)際回水溫度:低于理論串聯(lián)后的回水溫度

而低溫機(jī)組b一次側(cè)進(jìn)水溫度是高溫機(jī)組a的一次側(cè)回水與一次網(wǎng)供水的混合，溫度應(yīng)為理論優(yōu)化

低溫機(jī)組b原換熱面積優(yōu)化計(jì)算后實(shí)際換熱面積

一次網(wǎng)流量變化：

從運(yùn)行的實(shí)際數(shù)據(jù)，兩機(jī)組串聯(lián)后實(shí)際增加面積為F'-F，可以降低換熱站一次網(wǎng)回水溫度T_1h，減少一次網(wǎng)流量。機(jī)組實(shí)際總換熱面積大于理論優(yōu)化總換熱面積。

具體實(shí)施方式二：如圖3所示，本實(shí)施方式為利用降低一次網(wǎng)回水溫度的換熱站運(yùn)行方法，進(jìn)行換熱站優(yōu)化運(yùn)行調(diào)整，其過程為：

計(jì)算換熱站內(nèi)待選高溫機(jī)組a、低溫機(jī)組b所需換熱量Q_a,Q_b，設(shè)定串聯(lián)機(jī)組一次網(wǎng)回水溫度T’_1h，計(jì)算串聯(lián)優(yōu)化后一次網(wǎng)總流量和高溫機(jī)組一次網(wǎng)側(cè)回水溫度G₁',T_1ah'，分別

得出高溫機(jī)組a和低溫機(jī)組b所需的優(yōu)化后總換熱面積F′＝F′_a+F′_b，根據(jù)串聯(lián)優(yōu)化指數(shù)的大小，尋求優(yōu)化指數(shù)最大的換熱站內(nèi)兩個(gè)串聯(lián)機(jī)組的最優(yōu)組合；然后進(jìn)行傳熱系數(shù)修正(圖3)。

具體實(shí)施方式三：如圖4所示，本實(shí)施方式是實(shí)現(xiàn)具體實(shí)施方式一所述方法的換熱機(jī)組，其特征在于：所述換熱機(jī)組中的機(jī)組單元包含兩個(gè)機(jī)組且采用串聯(lián)方式，所述換熱機(jī)組采用并聯(lián)機(jī)組來改造，兩個(gè)機(jī)組包括高溫機(jī)組a和低溫機(jī)組b；高溫機(jī)組a換熱面積未變，在高溫機(jī)組a一次網(wǎng)回水處設(shè)置閥門，利用新增管道通入低溫機(jī)組b一次網(wǎng)入口；為保證二次網(wǎng)負(fù)荷，在低溫機(jī)組b一次網(wǎng)入口處，實(shí)行高溫機(jī)組a一次網(wǎng)回水和一次網(wǎng)供水混合，通過控制二次網(wǎng)供水溫度滿足用熱需求(圖4)。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明提供的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同(近似)替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。