蒸汽初始溫度對供熱半徑的影響研究

白四紅 趙向南

摘要：隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，各種工業(yè)熱負荷及民用熱負荷迅速增長，尤其是工業(yè)用蒸汽的需求量更是增長迅速，為熱電廠帶來了可觀的經(jīng)濟效益。然而，大部分工業(yè)企業(yè)與電廠之間的距離相對較遠，無論從節(jié)能、環(huán)保還是社會綜合效益方面來看，積極發(fā)展長距離供熱都是以后需要研究和大力發(fā)展的方向。因此，如何在滿足遠距離熱用戶用汽參數(shù)的同時，對電廠供熱蒸汽初參數(shù)、流量、供熱管徑、管道保溫厚度及管道布置方式等合理配置，使蒸汽介質(zhì)的壓損和溫降控制在合理范圍內(nèi)，提高供熱距離，這是目前電廠和相關(guān)科研技術(shù)工作者最關(guān)心和亟待解決的問題。

關(guān)鍵詞：蒸汽;初始溫度;供熱半徑;管徑

1背景

隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，各種工業(yè)熱負荷及民用熱負荷迅速增長，尤其是工業(yè)用蒸汽的需求量更是增長迅速，為熱電廠帶來了可觀的經(jīng)濟效益。然而，大部分工業(yè)企業(yè)與電廠之間的距離相對較遠，目前現(xiàn)有的國家規(guī)范對蒸汽供熱距離的規(guī)定已經(jīng)不能滿足工業(yè)發(fā)展的要求，基于此需要采用蒸汽的長距離供熱。

城市用熱是大批量、持續(xù)穩(wěn)定的消耗熱負荷，有利于供熱系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，供汽的可靠性更高，長距離供熱充分發(fā)揮了集中供熱的整體效益，并能夠減少城市環(huán)境的污染。無論從節(jié)能、環(huán)保還是社會綜合效益方面來看，積極發(fā)展長距離供熱都是以后需要研究和大力發(fā)展的方向。因此，如何在滿足遠距離熱用戶用汽參數(shù)的同時，對電廠供熱蒸汽初參數(shù)、流量、供熱管徑、管道保溫厚度及管道布置方式等合理配置，使蒸汽介質(zhì)的壓損和溫降控制在合理范圍內(nèi)，提高供熱距離，這是目前電廠和相關(guān)科研技術(shù)工作者最關(guān)心和亟待解決的問題。

國內(nèi)外的相關(guān)學(xué)者對蒸汽管網(wǎng)長距離輸送的研究進行了大量的探索，獲得了大量的數(shù)據(jù)，也得出了一些指導(dǎo)性的結(jié)論，但在具體分析蒸汽管網(wǎng)的長距離供熱能力、優(yōu)化各影響因素對蒸汽管網(wǎng)的影響，以及長距離蒸汽管網(wǎng)供熱的經(jīng)濟性研究方面還沒有形成統(tǒng)一的結(jié)論，因此目前有必要進一步開展長距離蒸汽管網(wǎng)供熱經(jīng)濟性的研究。

2蒸汽初始溫度對供熱半徑的影響

電廠對外供應(yīng)蒸汽一般多為機組抽汽，蒸汽起始壓力取1.57MPa，溫度取250—300℃（以10℃為幅度），流量取100t/h，以供熱半徑為7km為例，取DN500蒸汽管道，保溫厚度采用經(jīng)濟保溫厚度。

從上表可以看出，不同的起始溫度，經(jīng)濟保溫厚度隨著起始溫度增加而增加，而管道熱損失仍在增加，由于保溫厚度一般取圓整數(shù)值，因此管道單位長度熱損失并不是線性增加，溫度隨著起始溫度升高而降低。

末端壓力則在小幅度上升，一個主要的原因是在當(dāng)前壓力和溫度范圍下，蒸汽仍屬于過熱蒸汽，且遠離飽和線，密度變化基本符合理想氣體，密度與絕對溫度成反比關(guān)系，由于溫度的降低，密度反而在增加，使得比摩阻降低，此時末端壓力增加。

3初始溫度對同流量不同管徑的蒸汽供熱影響

為了研究蒸汽供熱半徑與蒸汽起始溫度的影響，因此放寬供熱管徑和供熱半徑的限制，研究DN450，DN500和DN600三種管道在不同供熱半徑下的供熱狀況。

由于不同管徑本身的水力計算不同，尤其比摩阻變化較大，從管道本身的輸送能力而言，相差較大，如在蒸汽起始參數(shù)1.57MPa，起始溫度300℃，流量100t/h，保溫厚度為經(jīng)濟保溫厚度時，DN450供熱半徑為7km，DN500供熱半徑為12.8km，DN600供熱半徑為30.4km。

從不同起始溫度的溫度變化線可以看到起始溫度越低，溫度線的傾斜趨勢也就越小，主要在于上表所說明的熱損失在減小。而由于起始溫度的下降，當(dāng)溫度降至低于200攝氏度時的供熱半徑也各不相同，起始溫度為250℃時供熱半徑約為17km，隨著溫度增加而升高，直到起始溫度300℃時的30km。

壓力則隨著起始溫度的下降而升高，由于使用DN600管道輸送蒸汽時在起始溫度300℃、供熱半徑為30km時末端壓力為0.76MPa。因此在30km內(nèi)不同起始溫度下的蒸汽管道均能滿足熱用戶的蒸汽壓力要求。

綜合壓力與溫度的變化趨勢可以得到DN600管道輸送當(dāng)前蒸汽量100t/h時起始溫度為250℃時供熱半徑約為17km，隨著溫度增加而升高，直到起始溫度300℃時的30km。

不同起始溫度下，DN500管道的壓力和溫度變化可以看到趨勢與DN600管道相同，但是由于DN500管道在蒸汽參數(shù)（壓力1.57MPa，溫度300℃，流量100t/h）最遠供熱半徑12.7km處首先出現(xiàn)壓力低于0.6MPa，而溫度仍高于250℃，而當(dāng)降低蒸汽初參數(shù)時，蒸汽溫度在12.7km處仍能滿足不小于200攝氏度的要求，末端蒸汽壓力也在上升，使得蒸汽最遠供熱半徑反而在增加，當(dāng)蒸汽起始溫度降至250℃時，最遠供熱半徑達到了14km。

4結(jié)論

因此當(dāng)不同的管道輸送時，根據(jù)不同的水力工況，末端先到達最低溫度還是最低壓力，降低蒸汽初參數(shù)得到不同的結(jié)果，當(dāng)末端最先達到最低溫度時，降低蒸汽起始溫度會降低供熱半徑，當(dāng)末端最先達到最低壓力時，降低蒸汽起始溫度會增加供熱半徑。因此在考慮蒸汽管網(wǎng)布置時，應(yīng)當(dāng)綜合考慮抽汽壓力、抽汽溫度和管徑互相協(xié)調(diào)以滿足供熱半徑的需求。

參考文獻：

[1]中國工程建設(shè)標準化協(xié)會化工分會.GB50264-2013工業(yè)設(shè)備及管道絕熱工程設(shè)計規(guī)范 [S]北京. 中國計劃出版社.2013.

[2]中國建筑標準設(shè)計研究院、上海建筑設(shè)計研究有限公司.《管道與設(shè)備絕熱-保溫》（08R418-1）[S]. 中國建筑標準設(shè)計研究院，2008.