SU1670295A1

SU1670295A1 - Способ качественного регулировани отпуска тепла потребителю с резкопеременной отопительной нагрузкой

Info

Publication number: SU1670295A1
Application number: SU884608686A
Authority: SU
Inventors: Валерий Петрович Вершинский; Игорь Вадимович Щербатенко
Priority date: 1988-11-25
Filing date: 1988-11-25
Publication date: 1991-08-15

Abstract

Изобретение позвол ет понизить энергозатраты, повысить надежность системы теплоснабжени потребител с резко переменной отопительной нагрузкой, преимущественно теплично-овощных комбинатов /ТОК/, снабжаемых утилизированным теплом от компрессорных станций /КС/ магистральных газопроводов. При работе КС выхлопные газы газотурбинного привода /ГТП/ газоперекачивающих агрегатов через шибер 10 поступают в теплообменник 2, где отдают свое тепло воде, циркулирующей по замкнутому контуру. Вырабатываемый термопарой 14 сигнал поступает в блок 15 сравнени , а затем через усилитель 17 подаетс на вход блока 19, который дает команду исполнительному механизму 12 на поворот шибера 10. Последний обеспечивает расход выхлопных газов по предложенной зависимости в соответствии с температурой наружного воздуха и площадью поверхности нагрева теплообменника 2. При понижении температуры холодного конца поверхности нагрева теплообменника ниже температуры T, превышающей температуру точки росы выхлопных газов, термопара 13 вырабатывает соответствующий сигнал, который после усилени и преобразовани дает команду исполнительному механизму 11 на перемещение регулировочного устройства 9, уменьшающего площадь поверхности нагрева теплообменника 2 до тех пор, пока температура T_X не подниметс до величины, обеспечивающей отсутствие выпадани вод ного конденсата из выхлопных газов. 3 ил.

Description

воздуха и площадью поверхности нагрева теплообменника 2. При понижении температуры холодного конца поверхности нагрева теплообменника ниже температуры Т, превышающей температуру точки росы выхлопных газов, термопара 13 вырабатывает соответствующий сигнал, который после усилени и преобразовани дает команду

исполнительному механизму 11 на переме- ще ние регулировочного устройства 9, уменьшающего площадь поверхности нагрева теплообменника 2 до тех пор, пока температура Тх не подниметс до величины, обеспечивающей отсутствие выпадани вод ного конденсата из выхлопных газов. 3 ил.

Изобретение относитс к способу регулировани централизованного теплоснабжени , а именно к качественному регулированию резкопеременной отопительной нагрузки потребител , преимуще- ственно теплично-овощных комбинатов (ТОК), снабжаемых утилизованным теплом от газотурбинного привода (ГТП) газоперекачивающих агрегатов (ГПА) компрессорных станций (КС) магистральных газопроводов.

Целью изобретени вл етс снижение энергозатрат и повышение надежности.

На фиг. 1 приведена схема теплоснабжени ТОК от утилизационных теплообмен- никое (ТО) КС по предлагаемому способу; на фиг.2 - расчетна зависимость относительных параметров ТО от температуры наружного воздуха Тн; на фиг.З - фрагмент графиков фиг.2 в увеличенном масштабе.

Схема теплоснабжени ТОК содержит ГПА 1 с установленным в выхлопном тракте ГТП газовод ным рекуперативным ТО 2, пиковую котельную 3, ТОК4 с установленными внутри отопительными приборами 5, сооб- щенными с ТО 2 и пиковой котельной 3 подающей и обратной магистрал ми 6 и 7 с запорной арматурой (не показана). В обратной магистрали 7 устзнсс/тс : циркул ционный насос 8. Теплообменник 2 содержит регулировочное устройство 9, обеспечивающее изменение площади поверхности нагрева ТО, и на входе снабжен шибером 10, установленным в выхлопном тракте ГТП. Дл перемещени регулировочного устрой- ства 9 и шибера 10 служат исполнительные механизмы 11 и 12. Схема теплоснабжени включает также датчик 13 температуры (термопару ), закрепленный на холодном конце поверхности нагрева ТО 2, датчик 14 темпе- ратуры (термопару) наружного воздуха, блоки 15 и 16 сравнени , усилители 17 и 18, а также блоки 19 и 20 управлени .

Регулирование отопительной нагрузки ТОК по предлагаемому способу осуществл - етс следующим образом.

При работе ГПА выхлопные газы (газовый теплоноситель) ГТП через шибер 10 поступают в ТО 2, где отдают свое тепло воде (промежуточному теплоносителю), циркулирующей с помощью насоса 8 по замкнутому контуру: Т02, подающа магистраль 6, пикова котельна 3 (в общем случае), отопительные приборы 5, обратна магистраль 7. Поскольку регулирование отопительной нагрузки ТОК - качественное, то расход воды в контуре Сж поддерживаетс посто нным (Сж const), а изменение отопительной нагрузки ТОКобеспечиваетс регулированием производительности ТО 2 посредством углового перемещени шибера 10, которое осуществл етс согласно полученному сигналу от термопары 14. Вырабатываемый термопарой 14 сигнал поступает в блок 15. сравнени , откуда результирующий сигнал через усилитель 17 подаетс на вход блока 19 управлени , который дает команду исполнительному механизму 12 на поворот шибера 10. Последнее приводит к изменению площади проходного сечени выхлопного тракта ГТП перед ТО 2 и в соответствии с регулировочной характеристикой шибера к изменению расхода выхлопных газов Gr.

Одновременно с температурой Тн с помощью термопары 13 фиксируетс температура холодного конца поверхности нагрева ТО Тх. При понижени/i температуры Тх до значени , превышающего температуру точки росы выхлопных газов Тр на величину (5iT (Тх Тр + 5iT) термопара 13 вырабатывает соответствующий сигнал, который последовательно подаетс в блок 16 сравнени , усилитель 18 и блок 20 управлени . Последний дает команду исполнительному механизму 11 на перемещение регулировочного устройства 9, измен ющего (уменьшающего) площадь поверхности нагрева ТО 2, вследствие чего температура Тх возрастает (Тх Тр + 6 iT). Измер ют вод ной эквивалент текущего массового расхода газового теплоносител , который сравнивают с вод ным эквивалентом расчетного массового расхода жидкости, при этом массовый расход газового теплоносител поддерживают в соответствии с соотношени ми:

npnWr W

о.

при Wr Wx

QD Ь-; wr-cr&r; wr° c-o r , cr-

C, . ) Л В-Г ; D,- A, B «-,,

где Gr, Gr° - соответственно текущий и расчетный массовые расходы газового лоносител ;

Wr, Wж0 - соответственно вод ной эквивалент текущего массового расхода газового теплоносител и расчетного массового расхода жидкости;

Сж° - расчетный массовый расход жидкости;

F, F° - текуща и расчетна площади поверхности нагрева теплообменника соответственно;

Те, Тн, Тг, Тж - расчетна абсолютна температура воздуха у потребител , наружного воздуха, газового теплоносител и жидкости на входе в теплообменник соответственно;

Сг, Сг° - соответственно удельна теплоемкость газового теплоносител при его текущей Тг и расчетной Тг° температурах;

Сж° - удельна теплоемкость жидкости при расчетной температуре Тж°;

Ото0 - расчетна теплопроизводи- тельность теплообменника;

QЈ - суммарна теплова нагрузка потребител при расчетной температуре Тн°;

АТ° - среднелогарифмический температурный напор между газовым теплоносителем и жидкостью в теплообменнике при расчетных значени х температур Тг°, Тж°

Поскольку уменьшение поверхности нагрева ТО 2 при заданном расходе выхлопных газов Gr одновременно с ростом Тх увеличивает гидравлическое сопротивле10

15

ние ТО 2 по газовому тракту, что, в свою очередь, приводит к пережогу топлигного газа в ГТП, величина Тх может ограничи ватьс не только снизу, но и сверху Тх Тр -к52Т, т.е. в процесс регулировани площади поверхности нагрева ТО 2 температура ее холодного конца может измен тьс в диапазоне (Тр +д iT) Тх (Тр + д 2Т).

Примером выполнени предлагаемого способа вл ютс представленные в относительных координатах на фиг.2 и 3 расчетные зависимости параметров Т02 от величины Тн при различных значени х F, полученные с помощью аналитической зависимости пример нительно к системе вод ного теплоснабжени ТОК от утилизационного теплообменника ГПА 1 типа ГТК-10-4 с пиковой котельной (дополнительным источником тепла). Така система теплоснабжени вл етс наиболее характерной дл ТОК, снабжаемых утилизированным теплом от КС. В качестве исходйых данных дл расчета были прин ты: Тв° 24°С; Тн° - - 35°С: Тг° 187°С; Тж° 70°С; Т2° -133°С; Тр 26°С; 0°то 4.55 Гкал/ч; О°- 14 22 Гкал/ч;

25 /J 0,32; Gr° - 327 т/ч; Сж° 178 т/ч; F0 1100 м2. На фиг.2 и 3 обозначены: Т2 - относительна температура выхлопных газов на выходе из ТО 2; 00 - относительна теппо- ва нагрузка ТОК (график потреблени тепзо ла); F - относительна площадь поверхности нагрева ТО 2. Все относительные параметры , обозначенные чертой сверху, получены делением их текущего значени на расчетное значение, соответствующее температуре Тн°. На графиках (фиг.2 и 3) нанесены относительна температура точки росы Тр

а также температура выхлопных газов

20

35

JIL

т, ту,(,

г иТ2 -, гдеТ2 ТР+ 10°, Т2

5

Т2

0 Тр + графиков, приведенных на фиг.2; видно, что с увеличением температуры наружного воздуха Тн температура выхлопных газов на входе в ТО 2 монотонно возрастает с Т°г 187°С при Т„° - - 35°С до Тг 299°С при Тн 24°С (в конце отопительного периода ). При этом теплопроизводительность Т02 также увеличиваетс согласно графику Ото, не обеспечива однако тепловой на0 грузки ТОК Оо, необходимой дл его нормального функционировани . Разность потребного Оо и располагаемого Ото тепла покрываетс за счет пиковой котельной 3, теплопроизводительность которой уменьша- 5 бтс с увеличением температуры наружного воздуха от максимального значени 9,67 Гкал/ч при Ти° - - 35°С до нул при Тн - 5°С, когда пикова котельна 3 отключаетс и

отопление ТОК полностью обеспечиваетс ТО 2,(0то Qo). Особенностью работы ТО 2 в интервале температур - 35°С Тн S - 5°С (совместно с пиковой котельной 3) вл етс то, что он имеет максимально возможную теплопроизводительность Ото. котора обеспечиваетс всей располагаемой поверхностью нагрева F° 1100 м2 - const (F - 1) и максимальным (предельным) расходом выхлопных газовбг через ТО 2. Наблюдаемое на графике фиг.2 падение расхода Gr с 327 т/ч приТ„0 -350Сдо6г 291т/чприТн -5°С вл етс характерной особенностью работы ГТП. Определ ема из баланса тепла температура выхлопных газов на выходе из Т02 Та в указанном интервале изменени температуры Тн возрастает с Та 133°С до Т2 - 150°С.

Начина с Тн - 5°С (после выключени пиковой котельной 3), график потреблени тепла ТОК Q0 обеспечиваетс путем уменьшени расхода выхлопных газов через Т02 с помощью шибера 10 согласно сигналам, получаемым от термопары 14. При этом расход выхлопных газов Gr через ТО и темпера- тура Т2 соответственно уменьшаютс с Gr 291 т/ч и Т2 - 133°С при Тн - - 5°С до Gr 16,35 т/ч и Т2 - 39,9°С при Т„ 19°С,

Из графиков, приведенных на фиг.З, еле- дует, что при Тн - 19°С температура выхлопных газов на выходе из Т02 Т2 достигает величины Т2 - 36°С, которой соответствует температура холодного конца поверхности нагрева Т02 Тх 31°С. Эта температура фик- сируетс термопарой 13, по сигналу которой исполнительный механизм 115 перемещает регулировочное устройство 9, уменьшающее площадь поверхности нагрева F ТО 2. Это уменьшение площади происходит до тех пор, пока температура холодного конца поверхности нагрева Т02 не достигнет величины Тх 36°С. Дл нагл дности на фиг.З построены четыре графика Т2 при дискретном измене- нии площади поверхности нагрева F. Из гра- фиков 1-4 следует, что повышение температуры Тх Тр + д iT обеспечиваетс только при F - 0,25 (крива 4), в то врем как при остальных значени х F температура холодного конца поверхности нагрева с увеличе- нием температуры наружного воздуха Тн 19°С либо уменьшаетс вплоть до величины Тр 26°С (кривые 1 и 2), либо остаетс на уровне Тх в31°С (крива 3). Если прин ть, что поверхность нагрева Т02 уменьшилась до F 0,25 (F 275 м5). то, начина с Тн 19,5°, по сигналу термопары 13 поверхность F начинает увеличиватьс , а температура Т2 и соответствующа ей температура Тх Тр + 6 2Т

понижатюс вплоть до значений Та и Тх Тр + д iT и т.д., т.е. в рассмотренном примере посредством регулировани площади поверхности нагрева ТО 2 при Тн 19°С обеспечиваетс изменение температуры ее холодного конца в диапазоне 31°С Тх 36°С, что гарантирует от выпадани вод ного конденсата из выхлопных газов при незначительном (допустимом) пережоге топливного газа в ГТП. При этом расход выхлопных газов через ТО 2, завис щий от величины Тн и F, несколько возрастает с уменьшением F и наоборот (крива 4 на графике Gr).

При достижении Тн - 24°С (конец отопительного периода) шибер 10 полностью перекрывает расход выхлопных газов через ТО 2, вследствие чего его те.плопроизводи- тельность Ото падает до нул .

Использование предлагаемого способа по сравнению с известными снижает энер- гозатраты на 2-3 % за счет отказа от вспомо- гательного насоса, устанавливаемого в байпасе между подающей и обратной магистрал ми системы теплоснабжени ТОК; упрощает систему автоматического регулировани теплоснабжени ТОК, так как обеспечивает качественное регулирование его отопительной нагрузки на прот жении всего отопительного периода, включа конечный участок, без регулировани открыти фрамуг в теплице; повышает эксплуатационную надежность системы теплоснабжени в результате отсутстви выпадани вод ного конденсата на холодном конце поверхности нагрева ТО, а также вследствие упрощени автоматики, включа исполнительный механизм дл открьти фрамуг в теплице.

Claims

Формула изобретени Способ качественного регулировани отпуска тепла потребителю с резкопеременной отопительной нагрузкой, оборудованному газовод ным рекуперативным утилизационным теплообменником, подключенным к выходному тракту газотурбинной установки компрессорной станции, путем изменени массового расхода газового теплоносител в зависимости от температуры наружного воздуха , отличающийс тем, что. с целью снижени энергозатрат и повышени надежности , измер ют температуру поверхности нагрева теплообменника в зоне выхода из него газового теплоносител при совпадении измеренной температуры с заданной величиной, превышающей температуру точки росы газового носител , измен ют площадь поверхности теплообменника и измер ют вод ной эквивалент текущего массового расхода газового теплоносител .

который сравнивают с вод ным эквивалентом расчетного массового расхода жидкости, при этом массовый расход газового теплоносител поддерживают в соответствии с соотношени ми:

,

ffi JtifcF n -w

г(ОлТ ЛS)

при Wr Wж

Gr;GrCr

Ы№Г(М Ъ&

fD,/n -а }-;

при Wr Wж0;

QO wr cro,,«/; r;r,;, i-r wC r, , л т

1 : -т

о л ь

В U,(;J .

с,-.-- : Р-Л Вгде Wr, Wx° - соответственно вод ной эквивалент текущего массового расхода

§

25

25

15

газового теплоносител и расчетного массового расхода жидкости;

Gr, Gr° - соответственно текущий и расчетный массовые расходы газового теплоносител ;

Сж° - расчетный массовый расход жидкости;

F, F° - текуща и расчетна площади поверхности нагрева теплообменника соот- ветственно;

Тв, Тн, Тг, Тж - расчетна абсолютна температура воздуха у потребител , наружного воздуха, газового теплоносител и жидкости на входе в теплообменник соот« ветственно;

Сг, Сг° - соответственно удельна теплоемкость газового теплоносител при его текущей Тг и расчетной Тг° температурах;

Сж° - удельна теплоемкость жидкости при расчетной температура

Ото0 - расчетна теплопроизводитель- ность теплообменника;

QS - суммарна теплова нагрузка потребител при расчетной температуре Тн°; Л То - температурный напор между газовым теплоносителем и жидкостью в теплообменнике при расчетных значени х

о

температур Тг , Тж .

т,5,/Л

-5 -15 -25 55 Фм.2