李震偉 于曉蕾

摘 要：利用供熱管道輸送蒸汽驅(qū)動或采暖已經(jīng)非常普遍，而熱電廠作為供熱來源，主要就是管道輸送蒸汽。因此，供熱蒸汽管道的輸送效率非常重要，為了清楚的知道供熱蒸汽管道的效率高低，本文通過模型建立以及計算進行了具體研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：供熱蒸汽管道;熱電廠;效率

熱電廠進行供熱時，通過管道輸送蒸汽來向環(huán)境進行散熱，管道的輸送效率非常關(guān)鍵，為了能夠減少蒸汽管道的熱損失，使管道效率得到提高，電力行業(yè)對有關(guān)設(shè)備及管道表面的損失進行了相應(yīng)規(guī)定。而管道的效率一般是與管道的直徑以及管道內(nèi)蒸汽流速有關(guān)的。

1.管道內(nèi)蒸汽流動模型建立

管道蒸汽流動時，散熱主要通過管壁，這時相互之間就會產(chǎn)生摩擦，一般管道的長度距離很大，因此可以忽略蒸汽的壓力、溫度等的徑向變化影響，這時就可以建立管道內(nèi)蒸汽軸向變化的流動模型[1]。管道直徑為D，蒸汽流量表示為M，在管道模型中假設(shè)有微元段，蒸汽從微元段的左向流入，右向流出，計算單位時間內(nèi)蒸汽流入微元段時的熱量Q就是蒸汽流量M與焓h的乘積。其中蒸汽流量M表示為蒸汽密度*蒸汽速度*D2*π/4。從右向流出時的熱量表示同流入時的計算。假設(shè)管壁的溫度與保溫材料內(nèi)表面溫度相同，用k表示管道的綜合導(dǎo)熱系數(shù)，計算微元段表面散失熱量就可以表示為k*π*D*微元段長度*管道蒸汽與環(huán)境的溫度差。這其中蒸汽自身的導(dǎo)熱系數(shù)非常小，蒸汽溫度在管道軸向的變化也很小，這里就可以忽略蒸汽經(jīng)過微元段左右表面的導(dǎo)熱量。微元段的熱平衡就可以表示為微元段右向流出的熱量加上微元段表面散失熱量等于微元段左向流入的熱量。計算微元段時的模型圖如下：

2.效率計算依據(jù)

以某熱電廠向距離2千米的某制造工廠供熱為依據(jù)，計算蒸汽管道在不同的蒸汽流速和直徑下的管道效率。該工廠在生產(chǎn)運行中夏季對蒸汽流量的需求為200噸/小時左右，冬季需求為250噸/小時左右，有關(guān)的計算參數(shù)有蒸汽入口的溫度和壓力、環(huán)境溫度、管道長度、管道內(nèi)壁表面的粗糙度以及保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)。在進行計算時，按照有關(guān)規(guī)定來選取管道進口表面的散熱損失值最大量和對流換熱系數(shù)。保溫材料的厚度不變，這里不考慮溫度補償相關(guān)器件產(chǎn)生的局部阻力。

3.計算結(jié)果分析

不同管道直徑和蒸汽流量下其熱效率和 ? ? 效率的變化曲線圖如上a）所示，b）是a）的局部放大圖，圖中的線性標(biāo)示代表蒸汽流量。根據(jù)計算結(jié)果從圖中可以看出，保持一定的蒸汽流量，管道的熱效率由于直徑增加而降低，這是由于管道直徑增大后，總散熱量也增加。管道的 ? ? 效率由于管道直徑增加變化是先升高后降低，在一定的管道直徑下， ? ? 效率有峰值。通常蒸汽焓值以及蒸汽壓力會影響管道出口蒸汽的 ? ? ? 效率，在管道直徑增加過程中，管道出口蒸汽的焓值是逐漸降低的，不過壓力損失在減小，最主要影響 ? ? 效率的是壓力，而當(dāng)管道直徑再增加時，蒸汽壓力值變化在減少，焓值變化穩(wěn)定， ? ? ?效率就逐漸降低。另外，根據(jù)蒸汽流速與管道直徑變化之間的分析可以得知，在管道直徑較小的情況下，蒸汽流動是有加快的趨勢，而隨著直徑增加，速度加快逐漸平和。蒸汽的流動速度受蒸汽的壓力和溫度影響，如果是流動速度較快，由于阻力變大壓力下降幅值也大，溫度也是，所以流速是呈現(xiàn)加快形式的。而直徑在較大時，壓力和溫度的變化值就很小了，因此蒸汽流動的速度就較為均勻。

4.合理選擇蒸汽流速

在該蒸汽管道供熱過程中，工廠需要的蒸汽壓力為0.8-0.9MPa，結(jié)合項目投入的使用情況，管道的直徑選擇0.5m，管道內(nèi)部是過熱蒸汽，蒸汽流速要小于70m/s，這是符合有關(guān)蒸汽管道熱損失要求的。使用這組數(shù)據(jù)時，管道壓力有較大的損失，對供熱進行改造時，壓力應(yīng)該不少于1.2MPa。從上述計算結(jié)果分析中得知，管道直徑在1m和1.05m時，管道蒸汽的

效率最高，而且壓力的損失也較小，可以滿足工廠使用的需求，假設(shè)蒸汽流量為250噸/小時，蒸汽壓力是1.2MPa，改造后的機組電功率可以比原來多3300kw，使熱損失得到了很大的降低，進而推動了效益的提升。

在選擇蒸汽流速時，要看經(jīng)濟性，管道直徑過大或者是蒸汽流速過小，蒸汽出口壓力值以及管道蒸汽的 ? ? 效率變化值都會減小，所以在實際中，管道直徑以及管道蒸汽流速的選擇要從管道出口 ? ? 效率以及投入資金方面進行綜合考慮。對蒸汽管道效率的分析，還能夠在電廠發(fā)電再熱蒸汽管道流速選擇時依據(jù)此進行參考，通過合理選擇蒸汽流速，來實現(xiàn) ? ? 效率提高，也就是說機組發(fā)電量得到增加，在選擇時還要將發(fā)電量要求考慮在內(nèi)。

結(jié)束語：

通過上述對熱電廠供熱蒸汽管道效率進行研究，可以知道，管道熱效率的變化是隨著直徑的增加而降低的，這時管道蒸汽的流速是一定的，而火用效率的變化是先升高后下降，存在效率的峰值。另外，如果蒸汽流速比25m/s小，管道蒸汽的火用效率變化就相對穩(wěn)定。在實際選擇管道直徑時要綜合考慮蒸汽流速和資金投入等方面，找到最優(yōu)選擇。

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